JPH07128115A - 静電容量式レベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型タンクから小型タンクまでの広範囲のタ
ンクに適応可能な静電容量式レベル検出装置を得る。 【構成】 平行配置されてキャパシタを形成し、被測定
対象４の中に位置される一対の導電電極と、該一対の導
電電極間に派生するキャパシタの静電容量の大きさを基
にした周波数で発振する第１発振回路と、該第１発振回
路の周波数の変化範囲の内の基準となる周波数と同一の
周波数で発振する第２発振回路と、前記第１及び第２発
振回路からの出力パルスの排他的論理和をとる論理回路
と、該論理回路からの出力に基づいて、前記被測定対象
４のレベルを検出する手段と備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばタンク内に収
納された粉体、粒体等の誘電性を有する収納物（誘電性
物体）のレベルを検出する静電容量式レベル検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の静電容量式レベル検出装
置を図５及び図６に基づいて説明する。図５において、
１は円柱状の金属タンクで、その上側壁の中央部には穀
物等の誘電性を有する収納物４を投入するための投入口
２が設けられ、また底壁の中央部には収納された収納物
４を取り出すための取り出し口３が設けられている。５
は上端が前記タンク１の上側壁に固着されて取り付けら
れ、下端に重錘６が設けられた導電性ワイヤ（電極）
で、前記タンク１内に、該タンク１に対して電気的に絶
縁され、かつ垂下されて設けられている。

【０００３】また図６において、１０は発振回路で、そ
の発振周波数は外部接続されたキャパシタ１１及び１２
の静電容量によって決められる。なお、前記発振周波数
は、前記収納物４が前記タンク１内に最大に充填された
ときに発生するキャパシタ１１、１２の静電容量に対す
る周波数を初期周波数として、収納物４のレベルの変化
にともなって変化するように設定されている。

【０００４】なお、前記キャパシタ１１は、前記導電性
ワイヤ５と前記タンク１の側壁との間に形成されるキャ
パシタのうちの収納物４が充填されない上方部に形成さ
れる空間部分のキャパシタであり、またキャパシタ２２
は収納物４が充填されている下方部に形成される部分の
キャパシタである。

【０００５】１３は前記発振回路１０から供給される周
波数信号を入力して、その周波数に応じた電圧を出力す
る周波数・電圧変換回路である。１４は前記周波数・電
圧変換回路１３からの電圧信号を入力して、補正して出
力する補正回路で、外部操作によつて補正パラメータの
大きさを設定できる操作摘み（図示せず）が設けられて
いる。１５は前記補正回路１４から供給される出力信号
を表示する表示器である。

【０００６】次に、上記構成の作用説明を行う。タンク
１内に穀物等の収納物４を投入口２から投入すると、収
納物４は、タンク１の底壁から順次堆積する。

【０００７】一方、電源が投入され検出が開始される
と、導電性ワイヤ５は、タンク１の投入口２の周縁部に
取り付けられていることによって、収納物４のレベルに
応じた大きさのキャパシタが導電性ワイヤ５とタンク１
側壁との間に派生するので、そのキャパシタの大きさに
応じた周波数のパルスが発振回路１０から出力され、そ
れが周波数・電圧変換回路１３、補正回路１４を介して
信号処理されて表示器１５に供給され表示される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな静電容量式レベル検出装置にあっては、導電性ワイ
ヤ５とタンク１側壁との間に形成される静電容量を測定
することによって収納物４の残量レベルを検出する構成
になっていたために、タンク１が大型で内径が大きな形
状のものにあっては導電性ワイヤ５とタンク１の周壁面
との距離が大きくなり過ぎてしまい、検出に十分な静電
容量の大きさを取れないという問題点があった。

【０００９】また無理して検出に十分な静電容量を取ろ
うとする場合には電極間に印加する電圧を高くしなくて
はならず、それに伴って放電の危険性が発生するという
問題点があった。

【００１０】この発明は、このような問題点に着目して
なされたもので、大型タンクから小型タンクまでの広範
囲のタンクに適応可能な静電容量式レベル検出装置を得
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る静電容量
式レベル検出装置は、平行配置されてキャパシタを形成
し、被測定対象４の中に位置される一対の導電電極と、
該一対の導電電極間に派生するキャパシタの静電容量の
大きさを基にした周波数で発振する第１発振回路と、該
第１発振回路の周波数の変化範囲の内の基準となる周波
数と同一の周波数で発振する第２発振回路と、前記第１
及び第２発振回路からの出力パルスの排他的論理和をと
る論理回路と、該論理回路からの出力に基づいて、前記
被測定対象４のレベルを検出する手段と備えてなる。

【００１２】

【作用】この発明における装置は、タンク内の上下方向
に一対の導電電極を配設し、かつその電極間に形成され
るキャパシタの静電容量Ｃの大きさに応じて周波数が変
化する矩形波パルスを発生せしめ、その矩形波パルスと
基準の矩形波パルスとの排他的論理和をとり、その出力
に基づいて収納物のレベルを検出する。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１乃至図４に基づいて構成を説明するが、図５及び図
６において説明したものと同一構成のもの、または均等
なものには同一符号を付してその説明を省略する。

【００１４】図１において、２０はタンク１の上壁面か
ら底面に向けて平行に垂下されて設けられた一対の導電
電極で、電線からなり、上端が前記上壁面に固着され、
かつ下端に重錘６が取り付けられている。２０ａは前記
一対の導電電極２０、２０全体を互いに電気的に絶縁し
て被い、かつ間隔を一定Ｌに保持するためのシール兼間
隔保持部材で、熱膨張係数の小さな絶縁性テフロンなど
で形成されている。このように一対に導電電極２０、２
０をタンク１内に垂下せしめた場合、その導電電極２
０、２０の間には、静電容量Ｃの大きさのキャパシタが
発生する。

【００１５】この静電容量の大きさＣは、 Ｃ＝Ｃ0＋Ｃs＋ｋ・ｘ で与えられる。なお、ここで Ｃ0：一対の導電電極２０、２０の全長にわたって空間
に形成されるキャパシタ４０、４０の静電容量の大きさ Ｃs：シール兼間隔保持部材２０ａによって一対の導電
電極２０、２０間に形成されるキャパシタ４１の静電容
量の大きさ ｋ：定数 ｘ：収納物４内に埋設する導電電極の長さ（収納物４の
残量レベルに相当する）

【００１６】即ち、収納物４の残量レベルｘが一対の導
電電極２０、２０間に派生するキャパシタ４０、４０の
静電容量の大きさＣに比例することが示される。

【００１７】次に、残量レベルｘを静電容量の大きさＣ
に変換した後の信号処理を図３に示す回路構成に基づい
て説明する。即ち、２１はデユテイ５０％の矩形波パル
スを出力する第１発振回路で、その発振出力Ｂの周波数
は前記一対の導電電極２０、２０間に形成される静電容
量Ｃのキャパシタと可変抵抗２１ａの大きさとで決めら
れる。またこの第１発振回路２１は、タンク１側に設け
られ、ケーブルによって遠隔地に設けられた後述の第１
インターフェイス回路２２に供給される。

【００１８】２２は第１インターフェイス回路で、前記
第１発振回路２１の出力パルスＢを入力して波形成形等
をする。２３は第１発振回路２１と同様のデユテイ５０
％の第２発振回路で、外付けの可変抵抗２３ａによって
その発振出力Ａの周波数が設定される。なお、この発振
出力Ａの周波数は、タンク１内の収納物４の残量レベル
ｘが、例えば０レベルのときの前記第１発振回路２１の
発振出力Ｂの周波数に一致するように設定される。

【００１９】２４は第２インターフェイス回路で、前記
第２発振回路２３から供給される発振出力Ａ、すなわち
出力パルスを波形成形等をして出力する。２５は排他的
論理和回路で、前記第１及び第２インターフェイス回路
２２、２４のそれぞれから供給される信号の排他的論理
和をとって出力信号Ｃを出力する。すなわち、前記排他
的論理和回路２５は、入力される２つのパルス信号の周
波数の差をとるもので、その周波数の差の大きさは、前
記収納物４の残量レベルＸに比例するものである。

【００２０】２６はバンドパスフィルタ（フィルタ回
路）で、前記排他的論理和回路２５からの出力信号Ｃの
第１高調波成分を抽出して正弦波信号Ｄを出力する。２
７は波形成形回路で、前記バンドパスフィルタ２６から
供給される正弦波信号を、しきい値Ｖ0を基準にしてパ
ルス信号Ｅに変換して出力する。２８は前記波形成形回
路２７から出力されるパルス信号Ｅを単位時間毎に計数
して表示部２９に供給して表示せしめる。

【００２１】次に、上記構成の作用を説明する。まず、
調整方法から説明する。すなわちタンク１内に収納物４
を万タン状態に充填してから回路の電源を投入して、第
１発振回路２１の可変抵抗２１ａを調整することによっ
て、第１発振回路２１の発振出力Ｂの周波数を第２発振
回路２３の発振出力Ａの周波数と同一に設定する。

【００２２】次に、回路全体の作用を説明する。回路全
体の電源が投入されると、第２発振回路２３が所定の周
波数で、かつデユテイ５０％の矩形波パルス（図４Ａ）
を出力し、その矩形波パルスが第２インターフェイス回
路２４を介して排他的論理和回路２５に供給される。

【００２３】一方、第１発振回路２１は収納物４の残量
レベルｘに応じた周波数で、例えば図４Ｂに示すように
残量レベルｘが低下するにつれて発振周波数が高くなる
ように発振を開始し、その矩形波パルスＢを第１インタ
ーフェイス回路２２を介して前記排他的論理和回路２５
に供給される。

【００２４】排他的論理和回路２５では、双方のインタ
ーフェイス回路２２、２３から供給された矩形波パスル
（図４Ａ，Ｂ）の排他的論理和をとり（図４Ｃ）、それ
らの周波数の差を求め、その差を示す信号をバンドパス
フィルタ２６に供給する。バンドパスフィルタ２６では
供給された矩形波パルス（図４Ｃ）を形成する周波数成
分の内から第１高調波成分を抽出し、図４Ｄに示す正弦
波信号に変換して波形成形回路２７に供給し、再度、矩
形波パルスに変換して（図４Ｆ）、カウンタ２８で計数
して表示部２９に表示する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、測定原理、装置が非常に簡単で、かつ小型タンク
から大型タンクまで広範囲の形状のタンクに共通に用い
ることができるという効果が発揮される。すなわち、図
１に実線で示すような内径の小さなタンクであっても、
また一点鎖線で示すような内径の大きなタンクであって
も派生するキャパシタの静電容量の大きさには、一対の
導電電極２０とタンク１の内壁面との間の距離は関係せ
ず、タンク１の内径と検出部分とを切り離すことができ
るという効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による静電容量式レベル検出装置を異
なる径のタンク１に取り付けた状態を示す説明図であ
る。

【図２】この発明の構成する一対の導電電極２０の断
面、及び派生する静電容量を説明する説明図である。

【図３】この発明による実施例の回路ブロック図であ
る。

【図４】図３に示す回路ブロック図の各部の波形説明図
である。

【図５】従来例の装置の問題点を説明するための説明図
である。

【図６】図５に示す導電性ワイヤ５に接続される電気回
路ブロック図である。

【符号の説明】 １ タンク ２ 投入口 ３ 取り出し口 ４ 収納物 ５ 導電性ワイヤ ６ 重錘 １０、２１、２３ 発振回路 １３ 周波数・電圧変換回路 １４ 補正回路 １５ 表示器 ２０ 導電電極 ２５ 排他的論理和回路 ２６ バンドパスフィルタ ２８ カウンタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行配置されてキャパシタを形成し、被
   測定対象４の中に位置される一対の導電電極（２０、２
   ０）と、該一対の導電電極間に派生するキャパシタの静
   電容量の大きさを基にした周波数で発振する第１発振回
   路（２１）と、該第１発振回路の周波数の変化範囲の内
   の基準となる周波数と同一の周波数で発振する第２発振
   回路（２３）と、前記第１及び第２発振回路（２１）、
   （２３）からの出力パルスの排他的論理和をとる論理回
   路（２５）と、該論理回路からの出力に基づいて、前記
   被測定対象４のレベルを検出する手段（２６、２７、２
   ８）と備えてなることを特徴とする静電容量式レベル検
   出装置。