JPH0434431Y2

JPH0434431Y2 -

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Publication number: JPH0434431Y2
Application number: JP1987102904U
Authority: JP
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1987-07-03
Publication date: 1992-08-17
Also published as: JPS648634U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は水量検出装置、特に、電気ポツト内の
水量を検出するのに適した水量検出装置に関する
ものである。

（従来の技術）従来より、電気ポツト等の容器内の液量を検出
する手段として種々の型式の水量検出装置が提案
されている。例えば、特開昭59−162417号公報に
は、揚水管または水位管の外周全体をアルミニウ
ム箔などの金属箔で巻いて電極とし、容器底部の
金属管を対抗電極として用い、水位の変動に起因
する両電極間の静電容量の連続的な変化を、例え
ば、電圧変化に変換し、水位に対応する電圧変化
により水量を検出するようにした水量検出装置が
開示されている。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の水量検出装置では、揚水
管や水位管の直径、肉厚、材質および電極の面積
等のばらつきのため各水量検出装置毎に両電極間
の静電容量（即ち、容器内に水が無いときの両電
極間の静電容量Co、および水量があるときの静
電容量Cx₁，Cx₂，Cx₃、…Cxn）にばらつきを生
じるという問題がある。従つて、複数の電気ポツ
トについて、同じ水量検出装置を適用するために
は、少なくとも基準となる静電容量、例えば、水
が全く無い場合の静電容量Coについては回路上
で０点補正する必要がある。また、電気ポツト内
に同容量の水が入つている場合であつても、電気
ポツト毎に両電極間の静電容量に大きなばらつき
を生じるが、この場合でも個々の電気ポツト毎の
静電容量が同一になるように補正することができ
ないため、水量が最大の場合の静電容量Cxnを補
正する程度しかできず、しかもその補正に多大な
部品と工数を要するいう問題がある。

さらに、電気ポツトでは種々のサイズが要求さ
れるため、水量検出装置を複数の型式の電気ポツ
トに適用するためには、サイズ毎に回路側で出力
調整するか、マイクロコンピユータ側を最大サイ
ズの電気ポツトに合わせてプログラムするかのい
づれかが必要であり、前者では量産効果が期待で
きず、後者ではプログラムが複雑化すると共に、
出力端子を最大サイズの電気ポツトにあわせてお
く必要があることから、いづれの場合もコスト的
に不利であつた。また、前記のような水量検出装
置では、静電容量の変化を電圧変化に変換する回
路が必要であるため、回路構成が複雑であるとい
う問題があつた。

（問題点を解決するための手段）本考案は、前記問題点を解決する手段として、
容器に連なる絶縁性連通管内に流出入する容器内
の液体を共通電極とし、前記絶縁性連通管内の外
壁にその長手方向に相互に間隔をおいて複数の個
別電極を配設し、該個別電極にそれぞれ抵抗を介
して接続され、各個別電極と前記共通電極との間
に一定のパルス電圧を順次印加するパルス電圧供
給手段と、前記パルス電圧の印加中に該パルス電
圧を印加した時点から所定時間経過後の各個別電
極と共通電極との間の電極間電圧又は前記各抵抗
の端子間電圧を予め設定された基準電圧と比較し
て水の有無を判別する水位判別手段と、該水位判
別手段の判別結果を前記パルス電圧に同期して更
新、記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶され
た情報を水量として表示する表示手段とを設ける
ようにしたものである。

絶縁性連通管は、少なくとも下端側が容器の内
部に連通していれば良く、従つて、揚水管や水位
管のいづれかを利用しても、また、それらとは別
に設けても良い。揚水管や水位管を連通管として
利用する場合、連通管は通常ガラスで形成される
ことになるが、水量検出装置の感度を高める上で
は、アルミナその他の誘電率の大きな材料で形成
するのが好ましい。

また、個別電極は、アルミニウム、銅その他の
任意の導電性材料を使用でき、また、連通管への
取り付け方法も任意の方法を採用できる。例え
ば、アルミニウムを箔状、板状あるいは帯状にし
て連通管に巻回したり、予め成形した環状体を連
通管に外嵌合することによつて取り付けることが
できる。

（作用）本考案に係る水量検出装置においては、個別電
極と連通管の管壁をはさんで対向する共通電極
（水）とで構成されるコンデンサの静電容量は、
連通管の材料の誘電率、管の肉厚および個別電極
と対向電極（揚水管内の水）との対向面積によつ
て一義的に定まるが、個別電極が共通電極と対向
しているか否か、換言すれば、連通管内の水が個
別電極のレベルまであるか否かによつて各個別電
極と共通電極との間の電極間の静電容量が大きく
変動するため、電極間に抵抗を介して直流電圧を
印加した場合、電極間電圧が電源電圧に達するま
でに要する時間又は抵抗の端子間電圧が０になる
までに要する時間は大きく変動する。

従つて、各個別電極と共通電極との間にパルス
電圧を印加してから両電極間の電圧が電源電圧に
達するまでの過渡期に於けるある時点での両電極
間の電圧を予め設定された基準電圧以上であるか
否かを水位判別手段で比較することによつて、又
は電極間にパルス電圧を印加してから抵抗の端子
間電圧が０に達するまでの過渡期に於けるある時
点での抵抗の端子間の電圧を予め設定された基準
電圧以下であるか否かを水位判別手段で比較する
ことによつて、共通電極が各個別電極と対向して
いるか否か、即ち、水が当該個別電極の位置まで
あるか否か判別することができ、その判別結果を
記憶手段に更新、記憶させておくことにより、水
量をデジタル的に検出することができ、静電容量
が連続的に変化する従来の水量検出装置の欠点が
排除される。

以下、本考案の水量検出装置を適用した電気ポ
ツトの一実施例を示す添付の図面を参照して本考
案を具体的に説明する。

（実施例）第１図において、１は金属製容器、３はガラス
製揚水管、７は電気ヒータで、揚水管はその下端
側を接続チユーブ２を介して容器１の下部に接続
されてその内部と連通し、その上端側は容器１の
下部から上方に向かつて垂直に伸張し、接続チユ
ーブ４を介して吐出ユニツト５が設けられてい
る。吐出ユニツト５は安全弁を内蔵している。

本考案に従い、揚水管の外周にはその長手方
向、即ち、高さ方向に所定間隔をおいて複数の個
別電極６ａ〜６ｅが配設され、各個別電極６ａ〜
６ｅはリード線８ａ〜８ｅにより制御装置を構成
するマイクロコンピユータ１０の出力ポートに抵
抗R₁〜R₅を介してそれぞれ接続されると共に、
その入力ポートにそれぞれ接続されている（第２
図参照）。容器１にはリード線１１により制御装
置のグランドが接続され、該容器１および揚水管
内の水を共通電極９とし、該共通電極９と各個別
電極６ａ〜６ｅとでコンデンサを構成している。

マイクロコンピユータ１０は、パルス電圧供給
手段、水位判別手段とを構成し、出力ポートO₁
〜O₅から位相をずらしたパルス電圧、即ち、一
定の周期で一定の電圧を出力し、抵抗を介して各
個別電極に印加し、入力ポートI₁〜I₅には各個別
電極６ａ〜６ｅと共通電極９との間の発生する電
圧が入力される。

また、水位判別手段を構成する内部コンパレー
タ１２の出力は、出力ポートO₁〜O₅の出力タイ
ミングにそれぞれ同期してラツチ回路F₁〜F₅に
更新、記憶され、そのラツチ回路の状態に応じて
出力ポートを介して表示装置１４、例えば、レベ
ルメータが駆動される。この実施例では、内部コ
ンパレータ１２の出力レベルがハイレベルのと
き、水があるとして判別してラツチ回路がハイレ
ベルに維持され、その信号により個別電極６ａ〜
６ｅに対応する表示装置１４の各表示素子又はセ
グメントを駆動して点灯させ、出力レベルがロウ
レベルのときは消燈させる。

電気ヒータ７は湯沸かしヒータ７ａと保温ヒー
タ７ｂとを有し、湯沸かしヒータ７ａは駆動用ト
ランジスタＱおよびリレーRyからなるドライバ
ー回路を介してマイクロコンピユータ１０により
オン−オフ制御され、保温ヒータ７ｂはフオトト
ライアツクカツプラPTCを介してマイクロコン
ピユータ１０によりオン−オフ制御される。図
中、Ｄは逆起電力吸収用ダイオード、R₆〜R₈は
抵抗である。

前記構成において、容器１内の水位がL₂のレ
ベルまで入つているとして説明すると、各個別電
極６ａ〜６ｅには、第３図に示すように、マイク
ロコンピユータ１０の出力ポートO₁〜O₅から位
相をずらしたパルス電圧が抵抗Ｒ１〜Ｒ５を介し
て印加される。このため各個別電極６ａ〜６ｅと
共通電極９とで構成される各コンデンサに充電が
開始されるが、揚水管３内には容器１内のレベル
L₂と等しいレベルまで水があるため、個別電極
６ａ，６ｂと共通電極９との間の静電容量はそれ
ぞれ揚水管３の誘電率、厚さおよび個別電極と水
との対向面積によつて決まる値C₁となるが、水
位レベルL₂より上に位置する他の個別電極６ｃ，
６ｄ，６ｅと共通電極との間の静電容量は、前記
C₁と空気が介在した場合の静電容量C₀とが直列
接続されることになり、C₀≪C₁であるから、C₀
とほぼ等しい値となつている。このため、充電時
の個別電極６ａ〜６ｅと共通電極との間の電圧波
形は、第３図に示されるように、その立ち上がり
速度が水のある場合の方が水の無い場合よりも遅
くなり、電極間電圧がパルス電圧を印加した時点
t₀から一定値（電源電圧）に達するまでの過渡期
に於けるある電圧を基準電圧V₀とすると、電極
間電圧が基準電圧に達するまでの時間は、第４図
に実線で示される個別電極と水が対向している場
合と同図に破線で示される個別電極と水が対向し
ていない場合とでは、△τだけ異なることにな
る。

従つて、電極間電圧の過渡期において、電極間
にパルス電圧を印加した時点t₀から所定時間経過
した時点t₁で、図では1/2・△τのところで、入
力ポートI₁〜I₅から各個別電極６ａ〜６ｅと共通
電極との間の電極間電圧Va〜Veが順次読み込ま
れ、水位判別手段を構成するマイクロコンピユー
タ１０の内部のコンパレータ１２に入力され、各
電圧Va〜Veとメモリ（ROM）もしくは外部基
準電圧設定手段により予め設定された基準電圧
V₀とが比較される。

この例では、容器１内の水位はL₂のレベルに
までしか無いため、入力ポートI₁〜I₅に入力され
た各電圧を読み込んで比較する際、個別電極６
ｃ，６ｄ，６ｅから入力ポートI₁〜I₃に入力され
る電圧Vc〜Veは、すでに基準電圧V₀を超えてい
るため、コンパレータの出力レベルはロウとなる
が、入力ポートI₄〜I₅に個別電極６ａ，６ｂから
入力される各電極間電圧Va，Vbは、第４図に実
線で示されるように、基準電圧V₀を下回つてい
るため、内部コンパレータ１２の出力レベルはハ
イレベルとなる。これらの出力は、ラツチ回路
F₁〜F₅にそれぞれ記憶され、その信号を受けて
個別電極６ｃ，６ｄ，６ｅに対応する表示装置１
４の各表示素子又はセグメントは消燈状態に維持
され、個別電極６ａ，６ｂに対応する表示装置の
表示素子又はセグメントは点灯状態に維持され
る。従つて、表示装置１４は全体として水位レベ
ルL₂に対応する位置までの表示素子又はセグメ
ントのみが点灯し、それより上にある表示素子又
はセグメントは消燈状態に維持されるので水量を
判断することができる。なお、前記ラツチ回路
F₁〜F₅は、出力ポートO₁〜O₅の出力タイミング
にそれぞれ同期して一定間隔毎に更新、記憶され
る。

前記実施例では、抵抗R₁〜R₅を介して印加さ
れるパルス電圧により個別電極と共通電極との間
に生起する電圧を検出して水の有無を判断してい
るが、抵抗の端子間の電圧を検出することによつ
ても水の有無を判別することができる。この場
合、抵抗の端子間電圧は、個別電極と共通電極と
の間の電極間電圧とは逆に、電源電圧に等しい電
圧値からOVに低下する。

また、前記実施例では、時間を定数とし、電極
間電圧を変数としてとらえて水位を検出してい
る。即ち、電極間電圧の過渡期において、電極間
にパルス電圧を印加した時点t₀から所定時間経過
した時点t₁での電圧を検出し、それを基準電圧と
比較することにより水位を検出しているが、第４
図から明らかなように、電圧を定数とし、時間を
変数としてとらえ、電極間にパルス電圧を印加し
てから電極間電圧が基準電圧に達するまでに要す
る時間を検出することによつて、水量を検出する
ことも可能である。即ち、個別電極が共通電極
（水）と対向しているときに電極間電圧が基準電
圧V₀に達するのに要する時間は、個別電極が共
通電極と対向していないときに電極間電圧が基準
電圧に達するまでのに要する時間よりも長いた
め、それらの中間の時点t₁を基準時間とし、この
基準時点t₁とパルス電圧を印加してから電極間電
圧が基準電圧に達するまでに要する時間ｔとを比
較することによつて、水が当該個別電極の位置ま
で有るか否か判別することができる。

また、水量をレベルメータで表示させるだけで
なく、水量検出装置からの信号を利用してブザー
を鳴らして使用者に警告を発するようにすること
もできる。

例えば、水量が水位レベルL₀以下の場合、レ
ベルメータを上から下へ、あるいは下から上へ順
次点滅させるか、最下位のLEDだけを点滅させ
るようにすると共に、ブザーで報知し、湯沸かし
ヒータ７ａおよび保温ヒータ７ｂへの通電および
タイマーの動作を停止させるようにし、また、水
量が水位レベルL₁以下のときは、湯沸かしヒー
タ７ａへの通電およびタイマーの動作を禁止さ
せ、沸騰動作あるいは再沸騰動作させるスイツチ
がオンされたときにレベルメータやブザーで警告
させるようにすることもできる。また、水位レベ
ルL₄を超える水量であると判断されたときには、
湯沸かしは行うが、沸騰しない程度の温度、例え
ば、90℃までで湯沸かし動作を停止させるように
することもできる。

（効果）以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば、水量の変化を連続的に変化する静電容量によ
つてアナグロ的に検出する代わりに、個別電極と
共通電極、即ち、水が対向しているか否かによつ
て、各個別電極と共通電極との間に静電容量が変
化し、それに起因して電極間電圧又は抵抗の端子
間電圧がパルス電圧を印加した時点から一定値に
達するまでの過渡現象が異なることに着目し、そ
の過渡期におけるある時点での電極間電圧又は抵
抗の端子間電圧が一定値以上か否かで水の有無を
検出するため、誤差を生じることがなく、しか
も、デジタル的に検出するため、従来のように静
電容量−電圧変換回路が不要となり、部品点数を
少なくし簡単な回路で水量検出装置を構成でき、
製造コストを低減することができる。また、個別
電極の位置を変えるだけで検出水位を変更できる
ので、電気ポツト等の容器のサイズが異なつてい
ても容易に適合させることができるなど優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る水量検出装置を適用した
電気ポツトの説明図、第２図はその制御装置の回
路図、第３図はその水量検出装置の入出力電圧波
形を示す図、第４図はその部分拡大説明図、第５
図は本考案に係る他の実施例を示す制御装置の回
路図、第６図はその入出力検出装置の入出力電圧
波形を示す説明図である。１……金属製容器、３……揚水管（連通管）、
７……電気ヒータ、６ａ〜６ｅ……個別電極、９
……共通電極、１０……マイクロコンピユータ
（パルス電圧供給手段、水位判別手段）、１２……
コンパレータ（水位判別手段）、１４……表示装
置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

容器に連なる絶縁性連通管内に流出入する容器
内の液体を共通電極とし、前記絶縁性連通管内の
外壁にその長手方向に間隔をおいて配設された複
数の個別電極と、該個別電極にそれぞれ抵抗を介
して接続され該個別電極と前記共通電極との間に
一定のパルス電圧を印加するパルス電圧供給手段
と、前記パルス電圧の印加中に該パルス電圧を印
加した時点から所定時間経過後の各個別電極と共
通電極との間の各電極間電圧又は前記各抵抗の端
子間電圧を検出し、その検出電圧を予め設定され
た基準電圧とを比較して水の有無を判別する水位
判別手段と、該水位判別手段の判別結果を更新、
記憶する記憶手段と、該記憶手段からの情報によ
り水量を表示する表示手段とからなる水量検出装
置。