JPH0425620Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この考案は液面レベルセンサーに関し、特に液
面の傾きに応じて測定値の補償を行えるようにし
たレベルセンサーに関する。

《考案の背景》 レベルセンサーに用いられる素子として、例え
ばポリイミドのフイルム上にNiの薄膜を形成し
た放熱式の抵抗体などが報告されている。

この抵抗体をレベルセンサーとして用いるため
の原理は次のように説明される。

一般に、物体の抵抗値は第１図ａのごとく物体
の温度に比例して大きくなる。この傾きは物質に
よつて定まつている。

そして、前述のNi薄膜に電流を流し、加熱す
ることによつて抵抗値を大きく保持し、この抵抗
体を液体につけていくと、液体と導体の熱抵抗は
気体と導体の熱抵抗よりも大であるため、抵抗値
は小さくなり、第１図ｂのごとく浸漬深さに比例
して抵抗値は小さくなる。

つまり、抵抗体が液体中に浸漬している割合が
大きくなるほど抵抗体の全抵抗値は小さくなり、
抵抗体の両端部間の電位は低くなり、液面レベル
を電圧の変化として捕らえることができる。

この関係は以下の式で表すことができる。

Ｒ（Ｘ）＝R₀′・（Ｘ／１−aK）＋R₀′・（Ｌ−Ｘ／
１−Ｋ） 但し Ｌ：抵抗体の全長 Ｘ：浸漬部分の長さ Ｋ：測定効果を左右する物理量 ａ：気体と導体の熱抵抗／液体と導体の熱抵抗 R₀′：単位長さあたりの抵抗値 なお、実際には抵抗体に一定電流を流している
ので、レベルによる抵抗値変化は電圧Ｖ（Ｘ）と
して取り出すことができ、以下の式で表すことが
できる。

Ｖ（Ｘ）＝IR₀′・（Ｘ／１−aK）＋IR₀′・（Ｌ−Ｘ
／１−Ｋ） したがつて、以上の抵抗体に電流を流しつつそ
の電圧変化を読取ることで、液体貯蔵タンクなど
の液面レベルを電圧変化として検出できる。

ところで、この抵抗体からなるセンサーを例え
ば車両の燃料タンクなどの非安定的に設置される
容器の液面測定に用いる場合には、他のレベルセ
ンサーでも同様であるが、容器が傾くことによつ
て、センサーの取り付け位置に応じて測定レベル
が異なつてしまい、正確な液面測定ができなかつ
た。

この問題を解決するために、先に本出願人は以
下の着眼点に基づき、比較的簡単な構成であつて
も揺動する液面を精度良く測定できるレベルセン
サーの開発をした。

すなわち、矩形状の容器に液体を満し、前後左
右に揺り動かしたり、容器を傾けた場合、液体は
容器の中心部を揺動中心として容器に対し相対的
に傾く。

そして、この揺動中心点の液面はある傾きを越
えた傾きとならない範囲で水平状態における液面
に等しいことは容易に理解できる。

したがつて、前記揺動中心を正しい液面レベル
と見なすことによつて、この種のセンサーにおけ
る傾斜補償を簡単な原理機構によつて行えること
になる。

以上の着眼点に基づいて開発された液面レベル
センサーは、支持体に少なくとも一対以上の抵抗
体を平行配置するとともに、各抵抗体が、液体収
納容器内の仮想的に定まる液面の揺動中心からの
直線上に位置するように前記支持体を前記揺動中
心から所定距離をおいて液体収納容器内に垂設し
たもので、各抵抗体に電流を流すとともに、各抵
抗体の出力電圧値を検出し、これを比較演算する
ことによつて前記仮想中心を求めようとするもの
である。

《考案が解決しようとする問題点》 しかしながら、前記各抵抗体は、必ずしもレベ
ル特性が厳密に同一でなく、実際には特性を合わ
せるのが難しく、類似する抵抗体を用いた場合で
あつても、測定値に大きく狂いが生じ、実際には
実用化が難しい状態であつた。また、このために
各抵抗体の特性を厳密に合わせようとすると、コ
スト高になる問題があつた。

本考案は、以上の問題点を解決するものであ
り、その目的は、特性を揃えることなく検出精度
を向上できるようにした液面レベルセンサーを提
供するものである。

《問題点を解決するための手段》 前記目的を達成するため、この考案は、支持体
に複数の抵抗体を平行配置するとともに、液体収
納容器内の仮想的に定まる液面の揺動中心から直
の直線上に位置するように前記支持体を前記揺動
中心から所定距離をおいて液体収納容器内に垂設
し、各抵抗体を加熱する為の定電流を印加すると
ともに、各抵抗体の液面レベルに対応した電圧を
検出する電圧測定部を設け、各電圧測定部の出力
および各抵抗体と揺動中心との相対位置関係に基
づき比較演算手段で演算することによつて、前記
仮想的揺動中心の液面レベルを求めるようにした
液面レベルセンサーであつて、前記電圧測定部と
比較演算手段との間に各抵抗体のレベル特性を整
合させるためのオフセツト機構を介在したことを
特徴とする。

《作用》 抵抗体の特性を揃えるのでなく、オフセツト機
構の付加により電気回路的にレベル特性を整合さ
せることによつて不揃いを修正し、検出精度を向
上できる。

《実施例》 以下、この考案の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。

第２図および第３図はこの考案のレベルセンサ
ーを装着した燃料タンクを示している。

図において、１は矩形状に形成された燃料タン
ク、２は燃料タンク１内に配設されたレベルセン
サーである。

レベルセンサー２はタンク１の上部中心、すな
わち揺動中心０から適当位置離した状態で内部に
嵌入して垂設された支持体３と、支持体３に所定
の間隔離して平行配置された一対のレベル測定用
の放熱式の抵抗体４Ａ，４Ｂとからなつている。

前記支持体３の向きは各抵抗体４Ａ，４Ｂが前
記揺動中心０からの直線上に位置するように設定
配置されている。

前記抵抗体４Ａ，４Ｂは、前述のごとくポリイ
ミドフイルム上にNiの薄膜を形成したもの、或
いはその他の放熱式抵抗素子からなるものであつ
て、各抵抗体４Ａ，４Ｂには一定電流が各々印加
されているとともに、液面WLの浸漬深さに応じ
た各抵抗体４Ａ，４Ｂの抵抗値の増減に伴なう電
位差を検出する電圧測定部６が接続されている。

各電圧測定部６の出力端は演算部７が接続さ
れ、ここでそれぞれの電圧値および配置間隔、抵
抗体４Ａ，４Ｂの長さなどの諸元に基づき前記タ
ンク１内の液面WLを演算する。

さらに演算部７の出力端にはレベル表示器８が
接続され、演算結果を表示する。

演算部７の構成は、各電圧測定部６から出力さ
れた電圧値VBeからVAeを減じた差出力に定数
Ｇを乗ずるための乗算部９と、乗算部９から出力
された値ΔVeGとセンサー４Ｂ側からの出力値
VBeを加算する加算部１０とからなつており、
この加算部１０からの出力値を表示部８で液面レ
ベルとして表示する。

なお、この実施例では、抵抗体４Ｂ側の電圧測
定部６と、乗算部９との間にはオフセツト機構１
１を介在し、抵抗体４Ａとのレベル特性の相違に
伴なう偏差を整合する目的で、測定電圧VBeに
修正用の電圧V′を加算し、この修正された値
VBe′をΔVeGに加算している。

そして、演算部７では以下の第４図に示す幾何
図形およびこれに基づいて算出される前述の定数
Ｇをフアクターとする論理演算手順を実行し、各
抵抗体４Ａ，４Ｂの液面変化に応じた抵抗値変化
を取込み、表示器８に仮想的に定めた揺動中心０
における液面WLのレベルを表示する。

図において、抵抗体４Ａ，４Ｂの長さをＬ、液
面WLから嵌入深さをＸ、抵抗体４Ａ，４Ｂ間の
距離をl₁、揺動中心０とこれに近い抵抗体４Ｂ間
の長さをl₂とする。

液面WLが水平状態にあつた場合には各抵抗体
４Ａ，４Ｂの嵌入深さＸは等しい。

また、両者にそれぞれ一定の電流が流れている
とすれば、測定される電圧、および修正電圧を加
算した値は等しく、したがつて、乗算部９から出
力される値は０であり、加算部１０からの出力は
抵抗体４Ｂ側から出力される電圧VBe′に等しい。

つまり、水平状態では抵抗体４Ｂ側からの出力
電圧VBe′のみが測定対象となり、表示器８に表
示されることになる。

タンク１が傾く、または揺れなどによつて液面
が移動し、実際に測定される液面WLが仮想する
真の液面である揺動中心０から相対的にθ°分傾く
と、抵抗体４Ａの浸漬深さは抵抗体４Ｂの浸漬深
さより深くなり、それぞれの浸漬深さを（Ｘ＋
X₁）、（Ｘ＋X₂）とすると、各抵抗体４Ａ，４Ｂ
は浸漬深さ分の抵抗値およびこれに応じた電圧値
となる。

つまり、傾斜することによつて、抵抗体４Ｂお
よび４Ａからの測定電圧は水平状態Ｘの電圧値に
比べ減少する。

また、幾何図形から、抵抗体４Ａ，４Ｂ間の距
離l₁と、揺動中心０とこれに近い抵抗体４Ｂ間の
距離l₂の比はあらかじめ一定なので、この値を定
数Ｇとして傾きに応じたそれぞれの深さの差
（X₁−X₂）が分れば抵抗体４Ｂと揺動中心０まで
の深さの差X₁が算出できる。

そして、この定数Ｇの値は両抵抗体４Ａ，４Ｂ
の電圧傾斜特性を打ち消す項を設けることができ
るので、両者の電圧の差（VBe′−VAe）に前述
の定数Ｇを乗ずれば、補正値ΔVeGが算出でき、
これに電圧VBe′を加算すれば、補償出力を得ら
れる。

なお、図示とは反対側に液面WLが傾くと乗算
部９から出力される値は負となり、加算部１０で
は当然減算した値を出力する。

いずれにあつても仮想的に定めた揺動中心０を
基点として液面WLが傾く限りは前記補償演算に
よつて、正確な液面が表示され、液面が水平状態
から最大に傾いた状態までの両抵抗体４Ａ，４Ｂ
からの出力電圧の傾きはほぼ等しく、これによつ
て精度の良い測定値を得ることになるのである。

なお、前記定数Ｇを設定するにあたり、ポテン
シヨメータ等の付加によつて、例えば第５図ａに
示すように両出力電圧の傾きの中間点で完全に一
致するように設定すれば、全体的な出力のばらつ
きを押さえ平均的な測定精度を得ることができ
る。

また、第５図ｂに示すように、液面レベルが最
低の時点において一致させることで、タンク内の
液体がエンプテイ時に高精度の測定値を得ること
ができ、車両用の燃料計などに好適となる。

なお、仮想揺動中心０を定めるにあたつて、本
実施例では比較的形状の簡単な矩形状タンクを用
いた。

しかし、その他の形状であつても、実際に傾け
た場合の揺動中心は、作図または計算上（比較的
幾何形状が簡単なタンク）や、実験（幾何形状が
複雑なタンク）により容易に求めることができ
る。

したがつて、本考案ではタンクの形状に限定さ
れるものでなく、揺動中心が正しく特定でき、セ
ンサーと揺動中心間の位置が正しく位置決めされ
ていさえすれば、液面が傾いた場合でも精度のよ
い測定値が得られるのである。

また、前記実施例では、説明の便宜を図るた
め、演算部７の構成として、図示のごとくデイス
クリートなどの専用の演算回路として説明してい
るが、実用化にあたつては、ワンチツプマイクロ
コンピユータの如き演算手段を採用できることは
勿論である。

《効果》 以上実施例によつて詳細に説明したように、こ
の考案にあつては、液面の揺動によつて、各放熱
抵抗体間の出力に差が生じることを利用して、こ
の出力差と抵抗体間の距離および揺動中心からの
距離を諸元として実際の液面である揺動中心から
の傾きを検出電圧差として演算することによつて
実際の液面レベルを知るものにおいて、オフセツ
ト機構の付加により電気回路的にレベル特性を整
合させることによつて不揃いを修正しているの
で、抵抗体間の特性が不揃いであつても検出精度
を向上出来る。

また、以上のように抵抗体間の特性を厳密に揃
えることが必要ないので、抵コストに実施でき、
実用性に富んだ液面センサーを得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはこの考案を適用する放熱式抵抗
体の特性を示すグラフ、第２図はこの考案に係る
液面レベルセンサーを燃料タンクに固定した状態
を示す平面説明図、第３図は第２図の−線断
面において、演算処理手段を付加するために一部
模式化した説明図、第４図はセンサーと揺動中心
との関係を表す幾何図形説明図、第５図ａ，ｂは
同レベルセンサーの出力電圧特性と液面レベルと
の関係を示すグラフである。 １……燃料タンク（液体収納容器）、２……レ
ベルセンサー、３……支持体、４Ａ，４Ｂ……放
熱式抵抗体、６……電圧測定部、７……演算部、
８……レベル表示器、９……乗算部、１０……加
算部、１１……オフセツト機構、０……揺動中
心、WL……液面、l₁……抵抗体間の距離、l₂…
…揺動中心までの距離。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 支持体に複数の抵抗体を平行配置すると共に、
   液体収納容器内の仮想的に定まる液面の揺動中心
   からの直接上に位置するように前記支持体を前記
   揺動中心から所定距離をおいて液体収納容器内に
   垂設し、各抵抗体を加熱する為の定電流を印加す
   ると共に、各抵抗体の液面レベルに対応した電圧
   を検出する電圧測定部を設け、各電圧測定部の出
   力および各抵抗体と揺動中心との相対位置関係に
   基づき比較演算手段で演算することによつて、前
   記仮想的揺動中心の液面レベルを求めるようにし
   た液面レベルセンサーであつて、前記電圧測定部
   と比較演算手段との間に各抵抗体のレベル特性を
   整合させるためのオフセツト機構を介在したこと
   を特徴とする液面レベルセンサー。