JPH0617811B2 - 液面レベル計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は自動車、産業用機械器具等に設けられるタン
クその他の各種容器内における、ガソリン、オイル、石
油、水その他の各種液体レベルを検出して表示するため
の液体レベル計に係り、詳しくは液面レベルの検出部に
おけるコイルの巻き線構造に関するものである。

（従来の技術） 従来、第１４図に示すアームフロート式の液面レベル計
があった。この液面レベル計について簡単に説明する
と、１０１は液体の容器に取付けるセットプレートであ
ってその下面には回転ポテンショメータ（図示しない）
を内装したボディ１０２が取付けられている。１０３は
ボディ１０２の上部に回動可能に取付けられたフロート
アームであって、その下端には発泡ゴムにて形成された
フロート１０４が取着されている。このフロートアーム
１０３の上端は、前記ポテンショメータを回動しうるよ
うに連結されている。

１０５はボディ１０２に設けられたフロートアームのス
トッパである。１０６はボディ１０２の下面から下方に
延びるシャフトであって、レベルスイッチ１０７のケー
ブル１０８が巻き付けられている。１０９は出力ケーブ
ルである。

このアームフロート式液面レベル計においては、フロ
ートアーム１０３の形状誤差、取付け精度等の点から精
度が低い、フロートアームの軸受部のフリクションに
よってフロート１０４位置の検出精度にバラツキが生じ
る、軸に対しスラスト方向の揺動に弱い回転タイプで
あるため、回転角と液面レベルとの間のリニアリティが
低い、液体の容器内に挿入しにくい、容器内におい
てフロートアーム１０３の移動する範囲が広くなりすぎ
る等という問題点があった。

また、従来、第１５〜１７図に示すリニアポテンショメ
ータ式の液面レベル計もあった。この液面レベル計につ
いても簡単に説明しておくと、１１０はセットプレー
ト、１１１はその下面に取付けられた円筒状のケースで
ある。１１２はケース１１１の下端に取着されたブッシ
ングラバーであって、その中央部にはスリット状の穴１
１３が形成され、第１７図に示すように内側へ折返され
ている。

１１４はケース内に設けられたリニアポテンショメータ
であって、第１６図に示すようにコモンライン１１５と
矩形波状の抵抗パターン１１６がコーティングされてい
る。同リニアポテンショメータ１１４の下端は前記穴１
１３に密接している。１１７はリニアポテンショメータ
１１４に外嵌されたフロートであって、前記コモンライ
ン１１５と抵抗パターン１１６とを短絡している。１１
８はエア抜き穴、１１９、１２０は液体の流通穴であ
る。

このリニアポテンショメータ式液面レベル計において
は、フロート１１７のリニアポテンショメータ１１４
に対するフリクションがフロート１１７の浮力に影響し
て、精度が低くなる、フロート１１７が大きくなる、
フロート１１７の揺動を極力避けるためのケース１１
１が必要である、リニアポテンショメータ１１４が露
出しており、かつ抵抗体１１５，１１６の凹凸があるた
め液中のごみが付着しやすい、従って接触不良やフロ
ートの引掛りの生ずるおそれがある等という問題点があ
った。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、本願発明者は最近、上記のような問題点を解消
した液面レベル計を発明しているが、この液面レベル計
において問題となったのは、どのようにしたらフロート
及び導電体リングの変位とコイルのインダクタンス変化
との間において高いリニアリティを得ることができるか
ということであった。

すなわち、コアを有するコイルの外周に、導電体リング
を内蔵したフロートを移動可能に設け、導電体リングの
移動に伴うコイルのインダクタンス変化を電圧変化に変
換して指示計を駆動するように液面レベル計を構成した
が、コイルの巻き線を均一に設けただけでは、インダク
タンスはフロート等の変位に伴い非直線的に変化するた
め、センサとして適さないという問題があった。

本発明は上記のように、フロート及び導電体リングの変
位とコイルのインダクタンス変化との間において、高い
リニアリティが得られないという問題点を解決するため
になされたものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明の液面レベル計は上記問題点を解消するため
に、コイルの全長に亘り磁性体のコアを挿通し、そのコ
イルの外周に、導電体リングを有したフロートを移動可
能に設け、導電体リングの移動に伴うコイルのインダク
タンス変化を電圧変化に変換して、指示計を駆動するよ
うに構成した液面レベル計において、前記コイルの巻き
線はコア両端部の不巻部と、前記不巻部を除いたコア中
央部に対して均一に巻き線を巻回した粗巻部と、一方の
不巻部と粗巻部の間に設けた密巻部とより構成し、かつ
粗巻部外への導電体リングの移動を規制するストッパを
設けたものである。

（作用） 導電体リングはストッパにより粗巻部外への移動が規制
される。そして、コイルに生じた磁束分布により、導電
体リングに電磁誘導及び渦電流損が生ずると、巻き線か
ら見た場合のインダクタンスが減少する。本発明では、
導電体リングに直交する磁束密度がコイルの一端部付近
で最大になるようにコイルの巻き線はコア両端部の不巻
部と、コア中央部の粗巻部と、一方の不巻部と粗巻部と
より構成して巻き線密度を変化させているため、インダ
クタンスが最小となる導電体リングの位置はコイルの該
端部近くまで上昇し、インダクタンスはフロートが該端
部へ移動するに伴って常に直線的に減少する。

（実施例） 以下、自動車の燃料タンクに装着されガソリンや軽油等
の燃料の残量を表示する液面レベル計において、本発明
を具体化した一実施例を図面に従って説明する。

まず、第１図に従って本実施例の構成全体の概略を説明
しておくと、本実施例は棒状のコアを有するコイルの外
周に、導電体リングを内蔵したフロートが移動可能に設
けられてなる検出部Ａと、同コイルに接続されてそのイ
ンダクタンス変化を電圧変化に変換するＬ−Ｖ変換回路
Ｂと、Ｌ−Ｖ変換回路Ｂの出力電圧を指示計の特性に合
せるための出力補正回路Ｃと、液面レベルの指示計Ｄと
よりなるものである。そこで、これら各部Ａ〜Ｄの順に
詳述する。

検出部Ａ 検出部Ａにつき第２〜５図に従って説明すると、１はガ
ソリン、軽油等の燃料２を貯溜する自動車の燃料タンク
であって、上板３と底板４のみが図示されている。５は
上板３に設けられた検出部Ａの装着穴である。

６はタンク１の上板３にネジ７によって取付けられた検
出部Ａのハウジングであって、その中央部下面には貫通
孔８が設けられ、又、その中央部下面は後記フロート１
７の上動を規制するストッパとなっている。９はハウジ
ング６の上部に設けられた収納凹部であって、その上面
にはカバー１０が取着されている。１１はハウジング６
とタンク１の間に介装されたゴム製のパッキンである。

１２は上端において貫通孔８に取付けられ、底板４の直
上まで下方に鉛直に延びる棒状のコイルであって、次述
するようにコア、巻き線及びスリーブを有している。同
コイル１２のインダクタンスをＬ、直流抵抗をｒとす
る。１３は非磁性体のコアボルダ１３ａによって貫通孔
８に取付けられ、底板４の直上まで延びる棒状のコアで
あって、高透磁率及び絶縁性を有する磁性体、例えば残
留磁束密度２２００ガウス、保磁力１９００Ｏｅのフェ
ライトによって直径１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍの寸法に
よって形成されている。

１４はコア１３の外周に巻き付けられたコイル１２の巻
き線であって、直径φ０．１のポリウレタン被覆合成エ
ナメル線を使用している。これはφ０．１の銅線にポリ
ウレタンワニスを１０μｍ程度の厚さで焼付けたもので
ある。

コイル１２の巻き仕様は第３図（ａ）に示すようになっ
ている。すなわち、コア１３の最下端部から１０ｍｍの
高さまでは巻き線が施されていない不巻部１４ａが形成
されている。コア１３の下端からの距離で１０〜１４０
ｍｍの範囲には均一かつ一方向に１０００回の巻き線が
施されている粗巻部１４ｂが形成されている。粗巻部１
４ｂの巻き密度は１３０ｍｍの長さに均一に１０００回
巻かれているため、７．７回／ｍｍとなっている。

次にコア下端からの距離で１４０〜１５０ｍｍの範囲に
は一方向に２０００回の巻き線が施されている密巻部１
４ｃが形成されている。密巻部１４ｃの巻き密度は１０
ｍｍの長さに均一に２０００回巻かれているため、２０
０回／ｍｍとなっている。なお、ここで言う粗巻部と密
巻部ととは巻き線が施されている両者１４ｂ，１４ｃの
巻き密度を比較して粗及び密の状態にあるとして区別し
ている。コアの長さ１６０ｍｍの内、コアの下端からの
距離で１５０〜１６０ｍｍの範囲には巻き線が施されて
いない不巻部１４ｄが形成されている。粗巻部１４ｂと
密巻部１４ｃの巻き方向は同一であって、直列に接続さ
れている。１５は巻き線１４の外周に遊嵌され、貫通孔
８に嵌着された合成樹脂製（被磁性体）のスリーブであ
って、巻き線１４を保護するとともに、次に述べるフロ
ートの上下動をガイドするようになっている。１６はス
リーブ１５の下端に嵌着された合成樹脂製（非磁性体）
のキャップであって、燃料２のスリーブ１５内への侵入
を防いでいる。

１７はコイル１２の外周に上下動可能に遊嵌されたフロ
ートであって、ゴム又は合成樹脂の発泡体（非磁性体）
によりドーナツ状に形成されており、その比重は燃料２
の比重より小さい。従って、フロート１７は燃料２上に
浮き、燃料２の液面レベルの変化によって上下動され
る。そして、フロート１７は前記ハウジング６の中央部
下面にて上動が規制される。１８はフロート１７の内周
に取着された導電体リングであって、外径φ１４．５ｍ
ｍ、内径φ１３ｍｍ、高さ１０ｍｍのアルミニウムによ
って形成されている。アルミニウムの他に銅や鉄でも良
いが、フロート１７と一体になって燃料２に浮かせる必
要があるため、比重の小さいアルミニウム製としてい
る。この導電体リング１８の下端は、前記キャップ１６
に係止されて落下が防止される。すなわち、キャップ１
６は導電体リングの下方移動を規制するストッパとなっ
ている。

１９はハウジング６の収納凹部９内に装着された基板で
あって、後述するＬ−Ｖ変換回路Ｂ及び出力補正回路Ｃ
が組込まれている。

２０は巻き線１４とスリーブ１５の間に設けられた導電
筒であって、第５図に示すように絶縁シート２０ａと導
電シート２０ｂを貼り合わせてなるシート体を、絶縁シ
ート２０ａが内側となるように巻き線１４の外周に筒状
に巻き付けることによりなっている。導電シート２０ｂ
の巻き端同士は接触していないため、導電筒２０に渦電
流損は生じない。この導電筒２０の作用効果について
は、Ｌ−Ｖ変換回路Ｂの項で詳述する。

上記コイル１２の等価回路を第４図に示す。コア１３が
絶縁体であり、かつ磁性体であるため、コア１３自体が
巻き線成分Ｓｃは解放される。また、導電体リング１８
は導電性を有するため、その巻き成分Ｓｒは短絡され
る。Ｓｍは巻き線１４の巻き線成分、Ｃｍは巻き線１４
の浮遊容量、Ｃｘはこの導電筒２０とコイル１２の間の
静電容量、Ｃｙは導電筒２０と導電体リング１８との間
の静電容量である。Ｃｘ及びＣｙは導電体リング１８の
移動にかかわらず一定である。

次に、以上のように構成された検出部Ａの作用効果につ
いて説明する。

上記コイル１２の巻き線１４に矩形波パルスを印加する
と、コア１３中に、コア１３の軸と平行な方向に磁束が
発生する。なお、矩形波パルスの印加方向については後
述のＬ−Ｖ変換回路の説明において詳述する。コア１３
中のコア１３の軸に対する磁束分布は第１８図のように
なる。この第１８図は実測値を示している。

第２図に示すように導電体リング１８はコイル１２の外
周を同軸に移動するから、ファラデー・ノイマンの法則
に従い導電体リング１８に起電力が発生し、導電体リン
グ１８の円周方向を回路とした電流が流れる。この電流
によって発生する磁束はコイル１２の磁束と反対の向き
に発生し、すなわち、導電体リング１８はコイル１２の
磁束を減じるように働く。コイル１２のインダクタンス
Ｌはコア１３の軸と平行な方向に発生している磁束に比
例するから、磁束が減少すればインダクタンスＬも減少
する。導電体リング１８に発生する磁束は導電体リング
１８が位置するところのコア１３の磁束に比例するた
め、コイル１２のインダクタンスＬの減少も導電体１８
が位置するところのコア１３の磁束に比例する。従っ
て、コア１３中に発生するコア１３の軸と平行な方向の
磁束を第１８図に示すようにコア１３の下端からの距離
に比例するようにしているから、導電体リング１８がコ
ア１３の下端から上端へ移動すれば第３図（ｂ）に示す
ようにコア１３の下端からの変位Ｘに対し、コイル１２
のインダクタンスＬが約４５０ｍＨから３００ｍＨまで
ほぼ直線的に減少し、高いリニアリティが得られてい
る。

いま仮に巻き線１４が第１９図に示すように均一に巻か
れているとする。すなわち、第３図（ａ）の密巻部１４
ｃの巻き密度を７．７回／ｍｍとし、コア１３の下端か
らの距離で１０〜１５０ｍｍの範囲において巻き密度を
均一に７．７回／ｍｍとする。不巻部１４ａと不巻部１
４ｄは第３図（ａ）と同じとすれば、第１９図に示すコ
イルはコア１３の中央線θに対し上下対称となり、コア
１３中のコア１３の軸に平行に発生している磁束分布は
第２０図のようになる、なお、第２０図は実測値を示し
ている。

すなわち、コア１３の中央部で磁束は最大となり、イン
ダクタンスＬはコア１３の中央部で極小となるため、導
電体リング１８のコイル１２に対する全変位にわたって
インダクタンスＬのリニアリティがとれない。しかし、
本実施例では第３図（ａ）に示すように、粗巻部１４ｂ
の上部に連続して密巻部１４ｃを設けて、磁束分布を非
対象にしているため、導電体リング１８のコイル１２に
対するほぼ全変位にわたってインダクタンスＬの高いリ
ニアリティを得ている。第２図に示すように、コイル１
２の密巻部１４ｃの外周にはハウジング６の下端部が円
筒状に伸びており、この円筒部がフロート１７のストッ
パとなる。従って、フロート１７が燃料２が満たされる
ことによって上昇し、ストッパに接したときには導電体
リング１８は第１８図のコア１３の下端からの距離が１
１０ｍｍのところまでしか上昇しない。燃料２がガソリ
ンデあって、タンク１が自動車のガソリンタンクである
場合、燃料２の満水状態はタンク１の上端より２０〜３
０ｍｍほど下になる。

次に、巻き線１４が第２１図に示すように不巻部１４ａ
が巻き密度７．７回／ｍｍの巻き線が施され、不巻部１
４ｄがないとする。コア１３は密巻部１４ｃの上端で切
れており、長さが１５０ｍｍである。第２１図に示すコ
イルのコア１３中のコア１３の軸に平行に発生している
磁束分布は第２２図のようになる。

不巻部１４ａが巻き密度７．７回／ｍｍの巻き線が施さ
れている場合、コア１３の下端からの距離で０〜２０ｍ
ｍの範囲において磁束分布のリニアリティがなくなる。
不巻部１４ｄがないと、コア１３の下端からの距離で９
０〜１１０ｍｍの範囲において磁束分布のリニアリティ
がなくなる。

次に、第３図（ａ）に示すコイル１２においてコア１３
がないとすると、巻き線１４の内部の巻き線１４の軸に
平行に発生している磁束分布は第２３図のようになる。
磁束分布はほとんど平坦な分布となり、導電体リング１
８が移動してもコイル１２のインダクタンスＬは変化し
ない。また、巻き線１４をコア１３の下端から上端へ巻
き数を単調に増加させるようにしても磁束の絶対量が小
さ過ぎるため、導電体リング１８によって本実施例の第
３図（ｂ）に示すような１５０ｍＨほどのコイル１２の
インダクタンスＬの変化は到底得られない。

以上のように、コイル１２をコア１３と不巻部１４ａと
粗巻部１４ｂと密巻部１４ｃと不巻部１４ｄとで構成
し、導電体リング１８を金属では導電率が比較的大き
く、比重が比較的小さいアルミニウムを使用したため
に、コイル１２とフロート１７を小さく形成することが
でき、コイル１２のインダクタンスＬをフロート１７の
変位Ｘによって直線的に変化させることができる。

従って、検出部Ａは燃料タンク１に装着しやすく、タン
ク１内において移動する範囲も小さい。また、検出部Ａ
は電気的に非接触であるため、フリクションの影響もな
くフロートの上下動がスムーズである。よって、動作不
良や精度低下が少なく、フロートの揺動も故障につなが
らない。

さらに、コイル１２の表面に従来のリニアポテナンショ
メータのような凹凸がないので、液体中のゴミが付着し
にくく、フロートの動作不良が著しく低減される。ま
た、フロートはコイルの外周を直線的に動くので、液面
の横揺れに対して精度の低下が少ない。加えて、従来の
ような揺動防止のケースを必要としない。

また、コア１３の材質を高透磁率と絶縁性を有する磁性
体としたことにより、前記の通りコア１３自体の巻き線
成分Ｓc が解放され、インダクタンスＬは導電体リング
１８のみによって変化するため、検出感度が上昇する。

Ｌ−Ｖ変換回路Ｂ 次に、検出部Ａに接続され、コイル１２のインダクタン
スＬの変化を電圧変化に変換するＬ−Ｖ変換回路Ｂにつ
き、第６〜８図に従って説明する。

Ｒ１はコイル１２の一端に接続された抵抗であって、そ
の抵抗値をＲとする。この抵抗Ｒ１はコイル１２ととも
にＬＲ直列回路を構成しており、その時定数は数十μｓ
ｅｃである。２２はコイル１２の他端に接続された発振
回路であって、１０〜１５ｋＨｚの矩形波パルスを発振
しうるようになっている。この矩形波のパルス電圧をＶ
f 、周期をＴ、周波数をｆとする。第７図（ａ）は矩形
波のパルス電圧Ｖf を示し、第７図（ｂ）はＬＲ直列回
路において抵抗Ｒ１に生ずる電圧Ｖr を示す。なお、本
Ｌ−Ｖ変換回路Ｂの電源電圧をＶddとする。

Ｒ２は基準電圧Ｖs を発生する可変抵抗である。２３は
ＬＲ直列回路に接続されてＶr とＶs を比較する電圧比
較回路であって、第７図（ｃ）に示すようにＶr がＶs
より低くなるとき、出力電圧Ｖa が一定の正電圧とな
る。２４は電圧比較回路２３と発振回路２２に接続され
たＡＮＤ論理回路であって、バッファ２４ａを有してお
り、第７図（ｄ）に示すように矩形波のパルス電圧Ｖf
と出力電圧Ｖa が共に正となるとき、その出力電圧Ｖan
d は電源電圧Ｖddに等しい値となる。この出力時間を位
相時間ｔx とする。

２５はＡＮＤ論理回路２４に接続されたローパスフィル
タであって、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１のＣＲ回路より
なる。その出力電圧Ｖb を第７図（ｅ）に示す。

次に、このＬ−Ｖ変換回路Ｂの作用効果について説明す
る。この回路ＢはＬＲ直列回路に印加される矩形波パル
スに伴う過渡応答を利用するものである。

まず、矩形波形のハイレベルがＬＲ直列回路に印加され
る時、同ＬＲ直列回路は充電状態となり、Ｖr は下式の
ように変化する。

また、矩形波形のローレベル時には、ＬＲ直列回路は放
電状態となり、Ｖr は下式のように変化する。

なお、このＶr 波形においては前記検出部Ａの導電筒２
０の作用により、波形ひずみが解消されている。

すなわち、いま仮に導電筒２０がなかったとすると、コ
イル１２間の浮遊容量、コイル１２と導電体リング１８
の間の静電容量及びコイル１２のインダクタンスによっ
て共振回路が形成される。この場合、導電体リング１８
がコイル１２のある箇所に位置するとき、同コイル１２
はその点で分圧されることになり、導電体リング１８の
移動に伴って共振周波数が変化することになる。従っ
て、過度現象によって第７図（ｂ）に点線で示すよう
に、Ｖr 波形にひずみが発生する。

しかし、本実施例の検出部Ａでは、前記の通りコイル１
２の外周に導電筒２０を設け、コイル１２と導電体リン
グ１８の間を静電的に遮断している。すなわち、導電筒
２０とコイル１２の間の静電容量Ｃx 、導電筒２０と導
電体リング１８との間の静電容量Ｃy を夫々導電体リン
グ１８の移動にかかわらず一定にしているので、過渡現
象が起こらず上記ひずみが生じない。

ＡＮＤ論理回路２４の出力電圧Ｖand （第７図（ｄ））
は、ＬＲ直列回路の遅れ時間、すなわち電圧Ｖr がパル
スの立ち上がりから基準電圧Ｖs に至るまでの位相時間
ｔx を周期ごとに出している。

（１）式からＶr ＝Ｖs としてｔx を求めると、下式の
通りである。

ｔx ＝−ｌｎ（１−Ｖs ／Ｖdd）Ｌ／Ｒ （３） Ｖs ，Ｖdd及びＲは定数であるから、位相時間ｔx はイ
ンダクタンスＬに正比例する。ＡＮＤ論理回路２４の出
力電圧Ｖand はパルスであるが、その平均電圧Ｖand me
anは下式で示される。

Ｖand mean＝Ｖddｔx ／Ｔ （４） （３，４）式より、Ｖand meanはインダクタンスＬに正
比例することが分る。電圧Ｖand を平均値化するには前
記ローパスフィルタ２５を用いればよく、出力電圧Ｖb
＝Ｖand meanとなる。

以上により、本Ｌ−Ｖ変換回路Ｂの出力電圧Ｖb は下式
の通りインダクタンスＬに正比例する。

Ｖb ＝−ｌｎ（１−Ｖs ／Ｖdd）ＶddＬ／ＲＴ （５） 前記の通り、インダクタンスＬは導電体リング１８の変
位Ｘに対してもリニアリティがとれているため、出力電
圧Ｖb も変位Ｘに対してリニアリティがある。本実施例
において測定した出力電圧Ｖb と変位Ｘとの関係を第８
図に示す。これは、ｆ＝１５ｋＨｚ、Ｖｓ＝６Ｖ、Ｖdd
＝８Ｖの条件における測定値であるが、高いリニアリテ
ィが得られている。

このＬ−Ｖ変換回路Ｂが有効な理由は、コイル１２にお
いて種々の工夫を施し、そのインダクタンスＬを１０〜
１０００ｍＨという比較的大きなレベル（本実施例では
前記の通り３００〜４５０ｍＨ）で変化させることがで
きたことによる。

すなわち、出力電圧Ｖb を高めるためには周期Ｔは短か
い程、また位相時間ｔx が長い程よいが、ｔx ＜Ｔ／２
を満たす必要がある。ところで、周期Ｔは、前記ＡＮＤ
論理回路２４等に用いられる一般的な集積回路における
応答遅れが無視できる程度の長い周期とする必要があ
る。そこで、位相時間ｔx を長くするために、インダク
タンスＬの上昇が必要となるのである。

なお、発振回路２２は矩形波を発振すれば良く正確な正
弦波を必要としないので、構成も単純で安価かつ信頼度
の高いものができる。

ところで、第７図（ｂ）のＶr 波形において、矩形波パ
ルスの立上がり及び立下がり時に過度的なリンギングが
でる（ただし、前記作用に支障はない程度である）。こ
れは、コイル１２の巻き数が多い場合に、巻き線１４間
で生ずる僅かな浮遊容量が影響して、ＣＲ直列回路相当
の作用をするためである。特に、コイル１２に並列にダ
イオードを接続して、放電時の時定数を小さくする方法
は、ダイオードの大きな静電容量により大きなリンギン
グが発生するため好ましくない。巻き数が少なくなると
この過度現象も小さくなるが、理想的には消失させた方
が良い。

上記Ｌ−Ｖ変換回路Ｂ以外の変換手段としては、発振
回路中にコイルを組込み、このインダクタンスによる発
振周波数の変化を検出する方法もあるが、発振回路を構
成する部品が多くなり、夫々の特性が安定している必要
がある。逆の見方をすれば、部品個々の特性の安定性に
はコストの点から限度があるので、回路特性のバラツキ
が大きく、精度が低くなる。この精度を向上させようと
すれば、更に付加回路が必要となり、コストアップや信
頼性の低下等を生ずる。また、発振周波数を電圧に変換
するのに必要なｆ−Ｖ変換回路の部分点数が増え、コス
トや信頼性において不利である。

さらに、他の変換手段として、ＬＲ直列回路における
位相差から検出する方法がある。これは発振波形を正弦
波とし、ＬＲ直列回路における電流の位相遅れを検出す
る方法である。しかし良好な正弦波の発振が必要であ
る。精度の良い位相の検出が必要である、位相差信号を
インダクタンスに比例した電圧に変換する回路が必要で
ある、かつその回路はｔａｎ演算をするものとなるとい
う問題点がある。

また、同じく正弦波を印加するが、そのインピーダンス
による分圧電圧を検出する変換手段もある。しかし、
この方法も部品点数、精度、コスト等において不利であ
る。

しかし、問題点さえ考慮すれば、上記各変換手段〜
を本発明レベル計に採用することも可能である。

出力補正回路Ｃ及び指示計Ｄ 次に、指示形計と、Ｌ−Ｖ変換回路Ｂの出力電圧Ｖb を
この指示計Ｄの特性に合せるための出力補正回路Ｃにつ
き、第９〜１３図に従って説明する。

まず、第９図に示す指示計Ｄについて説明すると、３１
は指示計Ｄの指針を積極的に振らせるための駆動電磁コ
イルである。３２は指針を制御しながら逆方向に制動す
るための制動電磁コイルであって、駆動電磁コイル３１
に対して直列に接続されている。

本実施例で採用した指示計Ｄを、ホールドタイプとい
う。このタイプは駆動電磁コイル３１に電流によって生
ずる電磁力と、制動電磁コイル３２とによって生ずる電
磁力とがバランスするような位置に指針が振れるように
動作する。また、ゼンマイバネを持たないことから、自
動車の電源をＯＦＦした場合でも、その時の指示をその
まま保持することができる。すなわち、燃料の残量を知
る機会は従来より増え、従って、燃料補給を怠り走行途
中で燃料切れを起すという不注意を著しく低減できる。
また、構造もシンプルで安価である。

従来、このタイプの指示計Ｄと駆動する回路として、第
１０図に示すものがあった。すなわち、抵抗Ｒa ，Ｒb
を駆動電磁コイル３１に接続するとともに、前述した従
来技術における回転ポテンショメータまたはリニアポテ
ンショメータＲx を制動動電磁コイル３２に接続したも
のである。しかし、たとえポテンショメータＲx にリニ
アリティがあったとしても、その抵抗値Ｒx と指示値ｍ
の関係は第１１図に示すようにノンリニアなものであっ
た。このノンリニア特性のうち特に問題なのは、指示計
本来の役割が燃料補給タイミングを正確に知らせるとい
う点にあるにもかかわらず、Ｅｍｐレベルにおいてリニ
アリティが悪いということである。

本実施例では、前述のとおり検出部Ａのリニアリティを
向上させているが、指示計においてこれを低下させてし
まっては、意味がない。そこで、前記第１１図の特性が
第１０図における回路構成におけるものか、指示計Ｄ自
体の特性によるものであるかを調べる必要がある。

そこで、まず、指示計Ｄ自体のリニアリティについて調
べた結果を第１２図に示す。これは、駆動電磁コイル３
１に流れる駆動電流ｉd を一定にしておき、制動電磁コ
イル３２に流れる制動電流ｉb のみを変化させて測定し
たものである。同図によれば、ｉd を一定に保てば、指
示値ｍの０〜７５％において極めて良好なリニアリティ
があることが分った。０％とはＥｍｐレベルを意味して
いるので、指示計Ｄ自体ではむしろＥｍｐレベルでの燃
料の残量表示に適するのである。

このことから、第１１図の特性が指示計Ｄ自体でなく回
路構成に起因することが予想される。すなわち、両コイ
ル３１，３２が直列に接続されているため、前記従来回
路ではポテンショメータＲx の抵抗値の変化によって、
制動電流ｉb ばかりでなく、駆動電流ｉd も変化するこ
とによるものと考えられる。

本実施例では、第１２図に示す指示計Ｄの特性をそのま
ま生かすため、Ｌ−Ｖ変換回路Ｂと指示計Ｄとの間に出
力補正回路Ｃを設けたのである。

まず、この出力補正回路Ｃの基本原理を説明すると、駆
動電磁コイル３１を定電流制御し、リニアリティのある
前記Ｌ−Ｖ変換特性と第１２図に示す指示計Ｄの特性を
調整する。すなわち、変位Ｘ＝Ｆにおいて指示値ｍ＝１
００％、Ｘ＝０において指示値ｍ＝０％となるような条
件を作り、この範囲でリニアリティを得るように調整す
るものである。

すなわち、第９図において、３３は前記Ｌ−Ｖ変換回路
Ｂの出力電圧Ｖb を増幅する増幅器であって、その正入
力端子には入力抵抗Ｒ４，Ｒ５が設けられている。３４
は増幅器３３のバッファ回路であって、その出力は両電
磁コイル３１，３２の接続端子に接続されるとともに、
増幅器３３の負入力端子に帰還される。同バッファ回路
３４の出力電圧をＶout とする。Ｒ６，Ｒ７はオフセッ
ト電圧Ｖoffset発生用の抵抗であって、増幅器３３の負
入力端子に接続されている。３５は駆動電磁コイル３１
に接続された定電流制御回路であって、抵抗Ｒ８とツェ
ナーダイオードＤ１とよりなっている。すなわち、駆動
電磁コイル３１への印加電圧が一定となり、駆動電磁コ
イル３１は常に定電流駆動（ｉd 一定）される。

なお、駆動電磁コイル３１の内部抵抗をｒ１、制動電磁
コイル３２の内部抵抗をｒ２、増幅器３３の増幅率をＫ
とする。

次に、この出力補正回路Ｃと指示計Ｄの作用効果につい
て説明する。

出力補正回路Ｃにおいては下式が成立する。

Ｖout ＝Ｋ（Ｖb −Ｖoffset） （６） Ｖout ＝ｉb ｒ２ （７） また、ＦｕｌｌレベルにおけるＶb をＶfullとし、Ｅｍ
ｐレベルにおけるＶb をＶemp とすると、Ｖb は下式で
表わすことができる。

Ｖb ＝−（Ｖemp −Ｖfull）Ｘ／Ｆ＋Ｖemp （８） （６〜８）式から、ｉb について整理すると下式とな
る。

ｉb ＝Ｋ（−（Ｖemp −Ｖfull）Ｘ／Ｆ＋Ｖemp −Ｖoffset））／ｒ２
（９） また、第１２図よりｍを下式で表わすことができる。

ｍ＝１３８．８ｉb ／ｉd ＋１００ （１０） （９，１０）式によりｍについて下式が成立する。

ｍ＝１３８．８ＫＸ（Ｖemp −Ｖfull）／ｉd ｒ２Ｆ＋１００−１３８．８Ｋ
（Ｖemp −Ｖoffset）／ｉd ｒ２ （１１） ここで、Ｘ＝Ｆのときｍ＝１００％、Ｘ＝０のときｍ＝
０％の条件から、下式が成立するように調節する必要が
ある。

Ｖfull＝Ｖoffset （１２） １３８．８Ｋ（Ｖemp −Ｖoffset）／ｉd ｒ２＝１００
（１３） ここで、ｉd をある値に定めれば、増幅率Ｋが決まる。
すなわち、下式が成立して指示値ｍは変位Ｘに正比例す
る。

ｍ＝１００Ｘ／Ｆ （１４） 本実施例において測定した、指示値ｍと変位Ｘとの関係
を第１３図に示す。これは、ｉd ＝５０ｍＡにおける測
定値であるが、高いリニアリティが得られており、指示
精度も高い。

なお、前記実施例におちて次のような変更を行うことも
できる。

（１）コア１３の材質は前記フェライトに限定されず、
高透磁率及び絶縁性を有する磁性体であれば、どのよう
なものでもよい。

（２）導電体リング１８の材質は前記アルミニウム以外
にカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）、導電性ポリ塩化
ピニル（ＰＶＣ）、導電性ゴム、導電性発泡ゴム等、比
重が小さく導電性を有する高分子材料であればどのよう
なものでも使用できる。なお、これらの材料の液体に対
する耐蝕性が低い場合には、導電体リング１８の内周に
保護材を設ければよい。

また、若干の重量増加はあるが、導電体リング１８を銅
や鉄の金属で形成し、フロート１７の内周に一体形成し
ても勿論よい。

（３）Ｌ−Ｖ変換回路Ｂにおいて、発振回路２２の周波
数ｆ、ＬＲ直列回路の時定数等を変更してもよい。

（４）出力補正回路Ｃは駆動電磁コイル３１を定電流駆
動するものであり、前記指示計Ｄの特性とＬ−Ｖ変換回
路Ｂの特性とを調整するものであれば、他の回路でもよ
い。また、それほど高い精度を要求しない場合には出力
補正回路Ｃを省略したり、駆動電磁コイルイ３１を定電
流駆動するものである限りにおいて簡略化することもで
きる。

（５）指示計Ｄに別のタイプのものを使用してもよい。
特に、駆動電磁コイル３１と制動電磁コイル３２との接
続を外して独立させれば、出力補正回路Ｃを省略しう
る。

（６）自動車の燃料タンクにおける液面レベル計以外
に、オイルタンク、貯水タンク、石油タンク、電解液タ
ンク等、種々の容器内における液面のレベル計として具
体化することもできる。

なお、この発明は前記実施例の構成に限定されるもので
はなく、コイル１２の巻き線は、導電体リング１８に直
交する磁束密度がコイル１２の上端部付近で最大になう
ように巻き線密度が変化するものであれば、どのような
構成でもよい。例えば、前記実施例において平巻部１４
ｂと密巻部１４ｃの配分を変更したりする等、任意に変
更しうる。

発明の効果 以上詳述したように、この発明はコイルの全長に亘り磁
性体のコアを挿通し、そのコイルの外周に、導電体リン
グを有したフロートを移動可能に設け、導電体リングの
移動に伴うコイルのインダクタンス変化を電圧変化に変
換して、指示計を駆動するように構成した液面レベル計
において、前記コイルの巻き線はコア両端部の不巻部
と、コア中央部の粗巻部と、一方の不巻部と粗巻部の間
の密巻部とより構成したことにより、磁束密度がコイル
の一端部付近で最大となるため、インダクタンスが最小
となる導電体リングの位置はコイルの該端部近くまで上
昇し、インダクタンスはフロートが該端部へ移動するに
伴って常に直線的に減少する。

また、この発明はコイルの全長に亘り磁性体のコアを使
用するため、磁性体を使用しない場合に比較して大きな
インダクタンス変化を得ることができ、このため、液面
レベルのセンサとして適し、高い測定精度が得られると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を自動車の燃料タンクにおける液面レ
ベル計において具体化した実施例の全体を示す概略図、
第２〜５図はこの実施例の検出部を示し、第２図は検出
部全体の断面図、第３図（ａ）はコイルを示す正面図、
第３図（ｂ）は同コイルのインダクタンスのフロート変
位に対する変化を示す特性例図、第４図は同コイルの磁
気等価回路を示す回路図、第５図はコイル外周の導電筒
を示す斜視図、第６〜８図はＬ−Ｖ変換回路を示し、第
６図はその回路図、第７図は回路の作動説明図、第７図
（ａ）は電圧Ｖｆ、同図（ｂ）は電圧Ｖｒ、同図（ｃ）
は電圧Ｖa 、同図（ｄ）は電圧Ｖand 、同図（ｅ）は電
圧Ｖb の変化を示す作動説明図、第８図はＬ−Ｖ変換回
路の出力電圧とフロートの変位との関係を示す特性例
図、第９図は出力補正回路と指示計の回路図、第１０図
は従来の指示計駆動方法を示す回路図、第１１図は従来
の指示値とポテンショメータの関係を示す特性例図、第
１２図は本実施例の指示値と制動電磁コイルに流れる電
流との関係を示す特性例図、第１３図は同じく指示値と
フロートの変位との関係を示す特性例図、第１４図は従
来のアームフロート式液面レベル計を示す斜視図、第１
５図は従来のリニアポテンショメータ式液面レベル計を
示す斜視図、第１６図はそのリニアポテンショメータを
示す部分拡大図、第１７図は同リニアポテンショメータ
の取付状態を示す断面図、第１８図は本実施例における
コア１３の下端からの距離における各磁束を示す特性
図、第１９図は比較例のコイルを示す正面図、第２０図
は第１９図のコイルにおけるコア１３の下端からの距離
における磁束を示す特性図、第２１図は他の比較例のコ
イルを示す正面図、第２２図は、第２１図のコイルにお
けるコア１３の下端からの距離における磁束を示す特性
図、第２３図はさらに他の比較例のコイルにおけるコア
１３の下端からの距離における磁束を示す特性図であ
る。 検出部……Ａ、Ｌ−Ｖ変換回路……Ｂ、出力補正回路…
…Ｃ、指示計……Ｄ、コイル……１２、コア……１３、
巻き線……１４、フロート……１７、導電体リング……
１８、発振回路……２２。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 幹雄 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−29165（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−158328（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−27269（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−27271（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭43−24145（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルの全長に亘り磁性体のコアを挿通
   し、そのコイルの外周に、導電体リングを有したフロー
   トを移動可能に設け、導電体リングの移動に伴うコイル
   のインダクタンス変化を電圧変化に変換して、指示計を
   駆動するように構成した液面レベル計において、前記コ
   イルの巻き線はコア両端部の不巻部と、前記不巻部を除
   いたコア中央部に対して均一に巻き線を巻回した粗巻部
   と、一方の不巻部と粗巻部の間に設けた密巻部とより構
   成し、かつ粗巻部外への導電体リングの移動を規制する
   ストッパを設けたことを特徴とする液面レベル計。