JPH0711440B2 - 液面センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液面センサ、特に電解液の液面変化を簡単に測
定するために好適な液面センサの改良に関する。

［従来の技術］ 液体の液面位置を検出するためにいくつかの液面センサ
が提案されており、これによって液体の貯溜量あるいは
流量を測定することが可能となる。

通常の場合、これらの液面センサは、液面に浮かせたフ
ロートの位置を光学的あるいは磁気的に検出する構造か
ら成る。

前記従来の液面センサによれば、液体の種類を問わず、
その液面を検出できるが、正確な液面位置を求めること
が比較的困難であり、また、簡易小型のセンサにて液面
検出を行うことができないという問題があった。

被測定液体が電解液である場合、前記フロートを用いる
ことなく、電解液の電気的導通を利用したセンサが用い
得る。

このような電解液としては、各種の化学処理に用いられ
る電解液が挙げられるほか、病院などで患者の体液を採
取する場合、尿等の体液が比較的良好な電気的導通度を
示す電解液であるため、このような体液採取量を測定す
るためにも好適である。

第3,4図には、従来における電解液面を検出する液面セ
ンサの一例が示されており、患者の体液採取量を測定す
るため、容器10の内部に液面センサ20が装着された状態
が示されている。

この液面センサ20はプラスチック等から成る絶縁基板22
上に一対の抵抗体被膜24a,24bが垂直方向に平行に印刷
または蒸着等によって設けられている。

このような抵抗体被膜24a,24bは例えば、カーボン抵抗
体から成り、図の従来例においては、絶縁基板22上に印
刷されている。

そして前記抵抗体被膜24a,24b上には、その長さ方向に
沿って間欠的に複数の電極26a−１〜26a−ｎ、そして26
b−１〜26b−ｍが蒸着等によって設けられている。

これらの電極26は例えば銀薄膜などから成り、一対の抵
抗体被膜24aに対してそれぞれ千鳥状に互いの設置位置
がずれるように配置されている。

実施例において、最上段の電極26a−1,26b−１がそれぞ
れリード電極28a及び28bに一体化されており、外部のコ
ネクタ端子30a及び30bによって液面検出回路と接続され
ている。

一方、抵抗体被膜24の最下端においては、共通電極32が
両抵抗体被膜24a,24bを連接している。

従って、容器10内に矢印100で示されるように測定液が
順次注入されると、そのときの液面200は注入量によっ
て順次変化し、このときに両抵抗体被膜24a,24bに設け
られている電極26を順次電解液によって導通し、リード
端子28a,28b間の抵抗値を液面の上昇と共に順次減少さ
せ、これによって液面を電気的に極めて容易に検出する
ことができる。

第５図には、従来における液面センサの等価回路が示さ
れており、センサには交流源32から測定用の交流信号が
供給され、その出力はインピーダンス変換回路34から信
号処理部36へ供給され、前記液面200が電気的に処理さ
れて演算・表示部38により表示される。

図において、液面200の上昇によって順次間欠的に左右
の電極26が導通されていくが、このときに液体の表面張
力によって液面200より上の電極が濡れてしまうことを
防ぐために、必要な電極部を残して撥水層が表面に形成
されている。

すなわち、通常の絶縁基板22、抵抗体被膜24及び電極26
は比較的液体に濡れやすく、この結果、液面200の揺
れ、あるいは液の飛散時に液面200より上の電極が導通
してしまうことがあり、このために測定誤差が生じると
いう問題がある。

前記撥水層はこのような事態を防ぐために好適であり、
図の鎖線で示した如く撥水層40を設けて各電極26の中央
部のみを液体に露出することにより撥水層ではほとんど
水を撥いてしまうために、液面200の揺れ、あるいは飛
沫が生じた場合でも電気的導通が完全に絶たれて、測定
誤差が発生することがないという利点がある。

従って、このような撥水層40を用いた液面センサ20によ
れば、第６図で示されるように液面位置すなわち水深に
よって抵抗値の出力が各電極を順次導通させる段階的な
出力となり、電極間距離を適当に設定することによって
所定の測定分解能を得ることが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来における液面センサにお
いては、電解液の深さが浅い場合には、両抵抗体被膜間
の電解液インピーダンスが抵抗体被膜のインピーダンス
よりも大きくなってしまい、この結果、電解液量が少な
い時には実際上測定値が著しく不安定になり、大きな誤
差を含んでしまうという問題があった。

すなわち、電解液の深度が十分に大きい場合には、抵抗
体被膜間には十分な導通度を有するが、その深さが浅い
領域では、電解液自体のインピーダンスが測定値に影響
を与えてしまうため、前述した不安定な測定値が生じ
る。

第７図にはこの特性が示されており、横軸に示した電解
液深さが浅い時には、電解液のインピーダンスが急激に
上昇してしまい、この結果、抵抗体被膜のインピーダン
ス変化が直線的であっても全体的なインピーダンス特性
は鎖線で示されるように、深度の浅い領域では十分な直
線性を示すことができないという問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、従来において測定不能な電解液深度が浅い
領域でも正確な液面検出を可能とする液面センサを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明においては、液面セ
ンサの絶縁基板に抵抗体被膜とほぼ平行に複数の探深電
極を互いに独立して設け、この探深電極の先端を絶縁基
板の底面から所定深度領域内でそれぞれ異なる位置に設
定したことを特徴とする。

［作用］ 従って、本発明によれば、電解液深度が浅い状態では、
液面検出は探深電極により行われ、深さの異なる探深電
極の導通を電解液の液面にて検出し、この小深度領域を
過ぎた後には通常の液面センサと同様に抵抗体被膜の導
通にて液面検出を行うことを特徴とする。

このように、本発明によれば、電解液深度に応じて最適
な液面検出が可能となるので、全ての電解液深度に対し
て常に正確な液面検出が可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。

第１図には、本発明に係る液面センサの好適な実施例が
示されており、前述した第３図の従来の液面センサと同
一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図から明らかなように、２本の平行な抵抗体被膜24a,24
bそしてこれらに間欠的に配置された電極26a,26bは従来
と同様である。

本発明において特徴的なことは、前記平行な抵抗体被膜
24とほぼ平行に前記絶縁基板22上には複数の探深電極50
−１〜50−11が印刷あるいは蒸着等によって設けられて
いることである。

これらの電極は、例えば銀電極等によって良好な電気的
導通度を提供しており、本発明において、その先端、す
なわち絶縁基板22の底面22a側の端部がそれぞれ異なる
深さまで伸長しており、これが前記底面22aから所定深
度内に均等に配置されている。

実施例において、例えば電解液インピーダンスが大きく
て測定が不安定となる領域が、例えば5mm程度である場
合、この深度領域内で前記各探深電極50の先端がそれぞ
れ異なる深度に位置決めされている。

前記各探深電極50の上端側にはそれぞれリード電極52−
１〜52−11が連接されており、前記従来の抵抗体被膜の
リード電極28と同様に図示していないコネクタにて外部
の処理回路と接続されている。

電解液を順次各探深電極50の先端と節度をもって接触さ
せるため、各探深電極50の下端は撥水層40の窓と対応
し、これによって、電解液の深度が増大するに従って、
順次探深電極50が１つずつ電解液と接触することとな
る。

実施例において、探深電極50−１は基準電極を形成し、
他の探深電極50−２〜50−11が前記基準探深電極50−１
との導通にて所定の液面検出信号を出力する。

第２図には本実施例の処理回路の一例が示されており、
CPU演算回路60は、従来と同様に端子62,64から供給され
る抵抗体被膜からの液面検出信号と共に、エンコーダ66
からの小深度検出信号を受け入れ、両者を切替えて出力
端子68,70に検出結果を出力する。

前記探深電極は第２図において、基準探深電極50−１が
接地側の電極を形成し、他の電極50−２〜50−11は等価
的なスイッチSW1〜SW10の他の端子を形成している。

従って、電解液の深度が順次増加するに従って、SW1か
ら順次SW2……SW10と順次スイッチが導通することと等
価になり、これらの導通信号がアンプ70−１〜70−10に
て増幅されてエンコーダ66に供給される。

エンコーダ66は10本の入力端子を４本のデジット信号に
変換してCPU演算回路60へ出力する。

従って、このような探深電極50による液面検出によれ
ば、電解液のインピーダンスが不安定あるいは大きい場
合においても、エンコーダ66は確実に基準探深電極50−
１と他の探深電極との接続を電気的に検出して出力可能
である。

CPU演算回路60はエンコーダ66からの出力が所定値、例
えば所定の深度領域最上部まで電解液の深さが増大した
ときに信号入力をそれまでのエンコーダ66から従来と同
様の端子62,64からの検出信号に切替え、以降は従来と
同様な液面検出作用を行う。

以上のようにして、本実施例によれば、例えば電解液の
深度が5mmに達するまでの領域で等間隔に10個の異なる
深度の液面として検出し、これによって0.5mm毎に正確
な測定信号を得ることができ、それ以上の十分な電解液
深度がある状態では従来と同様の抵抗体被膜による液面
検出が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、電解液の導通を
利用して液面を検出するセンサにおいて、電解液深度が
小さい場合においても、正確な液面検出を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液面センサの好適な実施例を示す
平面図、 第２図は本発明に係る液面センサに好適な処理回路の一
部を示す回路図、 第３図は従来における液面センサの構成を示す説明図、 第４図は第３図のIV−IV断面図、 第５図は従来における抵抗体液面センサの等価回路図、 第６図は従来における間欠電極を持った液面センサの特
性図、 第７図は従来における電解液深度とインピーダンスの特
性図である。 20……絶縁基板 24a,24b……抵抗体被膜 26a,26b……電極 50……探深電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に一対の抵抗体被膜を平行に設
   け、該抵抗体被膜上にその長さ方向に沿って間欠的に電
   極を設け、前記抵抗体被膜の長さ方向を垂直に被測定電
   解液中に浸漬させ、電解液によって平行配置された抵抗
   体被膜が両電極を介して導通することにより抵抗値が変
   化し、液面を検出する液面センサにおいて、 前記絶縁基板上に前記抵抗体被膜とほぼ平行に複数の探
   深電極を互いに独立して設け、 前記探深電極はその先端が絶縁基板の底面から所定距離
   まで順次異なる深度に設定され、 基板底面側の液面は探深電極の導通によって検出される
   ことを特徴とする液面センサ。