JPH10112249A - 静電容量型検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塵やホコリに強く、液漏れ以外の物体接近に
よる影響を受けることがない静電容量型検出センサを提
供する。 【解決手段】 検出電極板２０と基準電極板２１ａとを
対向させ、該検出電極板２０及び基準電極板２１ａ間の
容量Ｃ1の変化によって液体を検出する静電容量型検出
センサにおいて、液体導入側における検出電極板２０及
び基準電極板２１ａの両端部間を塞ぐようにして含液材
１２を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量型検出セン
サに関する。なかでも、液体やガス等の流体を検出する
のに適した静電容量型検出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

（第１の従来例）図１（ａ）は従来例による液漏れ検出
センサのセンサヘッド部１の構造を示す概略斜視図であ
り、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。この液漏れ検出センサにあっては、ケーブルＬによ
ってセンサヘッド部１と図示しないセンサ本体とが接続
されており、センサ本体内にはセンサヘッド部１からの
出力に基づいて液体の漏れを検知する処理回路等を備え
ている。

【０００３】センサヘッド部１は、円筒状のケース２
と、ケース２内に内装されている、検出電極板３、遮蔽
電極板４、接地電極板５ａ，５ｂとから構成されてい
る。そして、ケース２には、検出電極板３と接地電極板
５ａ間の空間を露出させるための開口６が穿設されてい
る。

【０００４】各電極板３，４，５ａ，５ｂは、図１
（ｂ）に示すように、横断面が半円状とされている金属
製湾曲板からなり、検出電極板３と接地電極板５ａを除
いてそれぞれ曲率半径が異なっていて、ケース２の中心
軸を中心として同心円筒状に配置されている。いちばん
小さい径の検出電極板３と接地電極板５ａとは、円筒状
すなわち両者の横断面が同一円をなすように対向配置さ
れ、その外側に、一対の遮蔽電極板４が円筒状に対向配
置され、さらにその外側に一対の接地電極板５ｂが円筒
状上に対向配置されている。これによって、検出電極板
３と接地電極板５ａの間に容量Ｃ1が発生し、遮蔽電極
板４と接地電極板５ｂの間に容量Ｃ2が発生するように
なっており、ケーブルＬから、容量Ｃ1と容量Ｃ2の差が
出力されるようになっている。

【０００５】図２はセンサヘッド部１の使用状態を示す
説明図である。使用するにあたってセンサヘッド部１を
配管７に取りつけるときは、液漏れを検出しようとする
配管７部分（配管７の繋ぎ目等）に開口６を対向させる
ようにしてケース２を配置し、針金８等で縛り付けてい
た。

【０００６】しかして、配管７から液体が漏れてセンサ
ヘッド部１の開口６に接近すると、検出電極板３と接地
電極板５ａの間の電界の様子が変化して検出電極板３と
接地電極板５ａの間の容量Ｃ１が変化し、その変化に伴
ってセンサヘッド部１の出力（容量差）Ｃ1−Ｃ2が変化
する。すると、センサ本体は、センサヘッド部１の出力
Ｃ1−Ｃ2の変化によって発振する信号を増幅検波して液
漏れを判断し、その結果を警報機器等に出力するように
なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液漏れ検出センサにあっては、ケース２の開口６に
接近した物質による各電極板３，４，５ａ，５ｂ間の容
量差Ｃ1−Ｃ2を検出する方式であるため、液体の漏れ以
外の物体の接近等によっても影響を受け、液体以外のも
のを誤検出する恐れがある。

【０００８】また、検出電極板３や接地電極板５ａがケ
ース２の開口６によって露出しているので、屋外使用時
や劣悪な使用環境下では、塵やホコリがケース２内に侵
入し、検出電極板３や接地電極板５ａに付着する。検出
電極板３や接地電極板５ａに塵やホコリが付着すると、
各容量Ｃ1，Ｃ2が変化して、検出精度が低下する、若し
くは誤検出してしまうといった問題点がある。

【０００９】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、塵やホコリ
に強く、検出対象物と異質な物体の接近による影響を受
けることがない静電容量型検出センサを提供することに
ある。

【００１０】

【発明の開示】請求項１に記載の静電容量型検出センサ
は、検出電極と基準電極とを対向させ、該検出電極及び
基準電極間の容量変化によって対象物を検出する静電容
量型検出センサにおいて、対象物導入側における検出電
極及び基準電極の両端部間を塞ぐようにして、対象物を
通過させるフィルタ部材を配設したことを特徴としてい
る。

【００１１】すなわち、請求項１に記載の静電容量型検
出センサにあっては、検出電極及び基準電極に対象物が
近づく際の両電極間の容量の変化によって対象物を検出
する静電容量型検出センサにおいて、検出しようとする
対象物を通過させるフィルタ部材が、前記検出電極及び
基準電極の両端部間を塞ぐように配設されている。ここ
で、フィルタ部材とは、検出対象物を通過させ、誤検出
する恐れのある物体を遮るものであって、例えば検出対
象物が液体やガスなどの流動体であれば、液体やガスを
通過させ、固形物や塵、ホコリ等を通過させないように
するものである。従って、対象物を検出しようとする領
域にフィルタ部材が位置するようにしておくと、対象物
はフィルタ部材を通過して侵入し、検出電極及び基準電
極間の誘電率が変化して容量が変わるので、この容量の
変化に基づいて対象物を検出できる。

【００１２】しかして、検出電極と基準電極の両端部間
はフィルタ部材によって塞がれているので、対象物と異
質な物体は検出電極と基準電極に接近することができ
ず、対象物以外の物質による誤検出を防止することがで
きる。

【００１３】また、塵やホコリもフィルタ部材に妨げら
れて検出電極や基準電極に付着することがないので、塵
やホコリが検出電極や基準電極に付着して検出精度を低
下させたり、誤検出したりするのを防止することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図３は本発明の一実施形態による液
漏れ検出センサ１０を示す斜視図である。

【００１５】この液漏れ検出センサ１０は、上面の開口
１１から含液材（フィルタ部材）１２が挿入されている
センサヘッド部１３と、ケーブルＬによってセンサヘッ
ド部１３が接続されているセンサ本体１４とからなり、
センサヘッド部１３の中央には、センサヘッド部１３を
配管の継ぎ目等に固定するための取り付け金具１５が外
嵌されている。

【００１６】取り付け金具１５は、センサヘッド部１３
の円筒状をしたケース１６の胴に外嵌されている固定リ
ング１５ａと、固定リング１５ａの上端において両側方
に突設されている一対の翼板１５ｂとからなる。固定リ
ング１５ａは、ケース１６の胴に沿って曲成され、その
両端部が折曲されて対面されており、対面する両端部を
貫通するボルト１７及びナット１８を締めることによっ
て、取り付け金具１５をケース１６に固定するとともに
ケース１６を締めつけて含液材１２がケース１６から抜
けないようにする構成になっている。さらに、両翼板１
５ｂの先端にはそれぞれ、針金を巻きつけるための孔１
５ｃが穿接されている。また、取り付け金具１５は弾性
を有する材料によって構成されており、翼板１５ｂの各
孔１５ｃに、配管の継ぎ目等に巻回された針金の両端を
通し、針金を締めつけたときに、翼板１５ｂの弾性力で
配管の継ぎ目と含液材１２が圧接されるようになってい
る。

【００１７】図４は図３のＹ−Ｙ線断面図、図５は同上
のセンサヘッド部１３の一部破断した斜視図である。ケ
ース１６内には、断面が半円状の検出電極板２０と、検
出電極板２０と同形状であってこれと同一円周上に対向
配置されている接地電極板２１ａ（基準電極）と、検出
電極板２０及び接地電極板２１ａと同軸であって両者を
内包する円筒状の遮蔽電極筒２２とが設けられている。
また、ケース１６は金属製であって、接地電極板２１ｂ
を兼ねていて接地電極板２１ａと共にグランドに導通さ
れている。ここで、検出電極板２０と接地電極板２１ａ
との間に発生している容量をＣ1とし、遮蔽電極筒２２
と接地電極板２１ｂとの間に発生している容量をＣ2と
する。そして、接地電極板２１ｂは、検出電極板２０、
接地電極板２１ａ、遮蔽電極筒２２を包みこんでいるの
で、外部からのノイズの侵入を防ぎ、ノイズによる誤動
作を防ぐようになっている。これに対し、従来例では、
断面が半円状とされた一対の接地電極板５ｂ並びに遮蔽
電極板４が円筒をなすように配置されており、その円筒
内に検出電極板３及び接地電極板５ａが配置されている
ので、断面が半円状とされた一対の検出電極板５ｂ並び
に遮蔽電極板４のなす円筒の隙間からのノイズの侵入を
防止することができない。なお、ケース１６は取り付け
金具１５の締め付け力によって胴部が多少なりとも撓む
ような弾性を有しており、検出電極板２０と接地電極板
２１とがなす円筒の外側には、弾性を有する誘電体２３
が充填されており、取り付け金具１５の締めつけ力を検
出電極板２０，接地電極板２１ａに伝達するようになっ
ている。

【００１８】含液材１２は、検出電極板２０と接地電極
板２１ａとからなる円筒とほぼ等しい径を有する円筒状
の弾性体であり、ケース１６の開口１１から検出電極板
２０と接地電極板２１ａとの間に深く嵌入され、ケース
１６の開口１１（液体導入側）を塞いでケース１６上面
から若干突出している。そして、含液材１２は接触した
液体を吸収し、保持することができるものである。例え
ば、毛細管現象によって液体を吸収することができ、さ
らに弾力性を有しているフェルト材が好適である。ある
いは、スポンジ、布などでもよい。このように、開口１
１は含液材１２で塞がれているので、液体以外のものが
ケース１６内に侵入することがなく、液体以外の物質を
誤検出する恐れがない。特に、塵やホコリが侵入しない
ので検出精度が低下したり誤検出したりすることが防止
できるようになっている。

【００１９】また、検出電極板２０及び接地電極板２１
ａは、図５に示すように、その内面に、突起２４が多数
突設されており、これによって、取り付け金具１５のナ
ット１８を締めたときケース１６の胴が締めつけられ、
含液材１２に突起２４が没入して、含液材１２がケース
１６から抜けないように固定されるようになっている。

【００２０】図６は同上の液漏れ検出センサ１０におけ
るセンサ本体１４の信号処理回路３０を示す回路図であ
る。信号処理回路３０は、発振回路３１で発生した信号
の振幅を検出する検波回路３２と、検波回路３２で測定
した振幅がしきい値を越えたか否かを判定する処理回路
３３と、振幅がしきい値を越えた場合に出力端子ＯＵＴ
に＋５Ｖを出力し、それ以外の時は０Ｖを維持する出力
回路３４と、前記各回路３１，３２，３３，３４に電力
を供給する電源回路３５とから構成されている。

【００２１】発振回路３１は、検出電極板２０及び接地
電極板２１ａの間の静電容量Ｃ1と、遮蔽電極筒２２及
び接地電極板２１ｂの間の静電容量Ｃ2の変化によって
発振する静電容量型のＣＲ発振回路であり、発振用のnp
n形トランジスタＴＲ1と、発振した信号を増幅するため
のpnp形トランジスタＴＲ2と、トランジスタＴＲ2の増
幅率を調節する調整抵抗Ｒ1と、発振条件等に応じて配
分された抵抗Ｒ群と、発振信号をＴＲ2にバイパスする
ためのバイパスコンデンサＣから構成されている。な
お、含液材１２の含水していないときの誘電率に応じて
抵抗Ｒ群の各抵抗値を適宜設計することで含液材１２が
含水しない場合は発振しないようになっている。

【００２２】図７（ａ）〜（ｃ）はトランジスタＴＲ1
の電圧波形（ベース電圧Ｖ1）を示す図であり、図８
（ａ）〜（ｃ）はトランジスタＴＲ2の電圧波形（エミ
ッタ電圧Ｖ２）を示す図である。通常、トランジスタＴ
Ｒ1のベース電圧Ｖ1及びトランジスタＴＲ2のエミッタ
電圧Ｖ2は、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、
発振しておらず、定電圧Ｖ₁₀，Ｖ₂₀となっているが、含
液材に液体が滲み込んできたら、容量差（Ｃ1−Ｃ2）の
変化が起こって、図７（ｂ）に示すように、トランジス
タＴＲ1において発振が開始する。このとき、トランジ
スタＴＲ2では図８（ｂ）に示すように、発振の振幅が
増幅されている。そして、容量差Ｃ1−Ｃ2の変化が大き
くなると、ＣＲ発振の振幅も次第に増大する。この増幅
されたトランジスタＴＲ2の振幅を検波回路３２で積分
し、処理回路３３のコンパレータでトランジスタＴＲ2
の振幅がしきい値を越えたか否かを判定し、図７（ｃ）
に示すように、トランジスタＴＲ1の発振振幅が一定値
に達し、図８（ｃ）に示すように、トランジスタＴＲ2
の発振振幅がしきい値を越えた場合、出力回路３４が出
力端子から外部警報器等に＋５Ｖを出力し、しきい値を
越えないときは０Ｖを維持するようになっている。これ
によって、液漏れが検出されるようになっている。

【００２３】図９は同上の液漏れ検出センサ１０の使用
状態説明図である。センサヘッド部１３は、平らな含液
材１２の上面を配管４０のフランジ４１間に挟まれたリ
ング４１ａの曲面に押しあて、フランジ４１に巻回した
針金４２の両端を翼板１５ｂの孔１５ｃに縛りつけ、リ
ング４１ａの外周の突出部分に設けられたネジ孔に螺合
する巻取ネジ４３で針金４２を巻き取ることによって、
継ぎ目４１ａに固定されている。なお、上記のように、
含液材１２及び取り付け金具１５は弾力性を有している
ので、センサヘッド部１３は配管４０の継ぎ目に弾性的
に圧着するようになっており、これによって、締め付け
力が向上し、液漏れ検出センサ１０の取り付けが緩むこ
とがなくなる。また、含液材１２は弾性変形して配管４
０の継ぎ目に密着するので、液漏れした継ぎ目にもぴっ
たりと密着し、確実に液漏れを検出する。

【００２４】しかして、センサヘッド部１３の開口１１
から突出する含液材１２の上面を、配管４０の継ぎ目と
なっているリング４１ａを覆うようにその曲面に押しあ
て、リング４１ａに巻回した針金４２の両端を翼板１５
ｂの孔１５ｃに縛りつけ、リング４１ａに設けられた巻
取ネジ４３を締め、針金４２を巻き取り、配管４０の継
ぎ目に固定する。このとき、含液材１２及び取り付け金
具１５は弾力性を有しているので、含液材１２の上面が
配管４０の継ぎ目部分の曲面形状に合わせて弾性変形
し、含液材１２の上面が配管４０の継ぎ目に密着する。
このように、センサヘッド部１３の開口６が含液材１２
によって塞がれているので、液体以外の塵やホコリが、
ケース１６内に侵入して内部の検出電極板２０や接地電
極板２１ａに付着することはない。また、液体以外の物
体が検出電極板２０と接地電極板２１ａの近傍の検知領
域に接近することができない。これによって、液漏れ検
出センサ１０の検出精度が低下したり誤検出したりする
ことを防止している。

【００２５】その後、計測を開始して、配管４０の継ぎ
目から液漏れが発生して含液材１２に液体が滲み込む
と、検出電極板２０と接地電極板２１ａの間に発生する
容量Ｃ1と接地電極板２１ｂと遮蔽電極筒２２間に発生
する容量Ｃ2の容量差（Ｃ1−Ｃ2）が変化する。この変
化によって発振回路３１に生じる発振の振幅がしきい値
を越えると、処理回路３３が液漏れと判断し、出力回路
３４が液漏れを知らせる出力信号を出力する。なお、含
液材１２が濡れたり、破損、汚れ等が生じた場合には、
取り付け金具１５の締め付けをゆるめることによって容
易にケース１６から取り外して交換することができる。

【００２６】（第２の実施形態）図１０は本発明の別な
実施形態によるセンサヘッド部５０の断面図である。こ
の液漏れ検出センサにあっては、含液材５１が検出電極
板２０と接地電極板２１ａの液体導入側の端部に接触す
るように設けてある。このような構成であっても、開口
１１から塵やホコリが侵入することはなく、液漏れ以外
の物体の接近等によって誤動作することなく、液漏れを
検出することが可能である。

【００２７】従って、含液材５１を検出電極板２０と接
地電極板２１ａの間に挿入せずに両電極板２０，２１ａ
の端部に接触せさて両端部間を塞いでいるだけなので、
含液材５１の交換が容易であり、第１の実施形態の液漏
れ検出センサ１０に比べて含液材５１が小さいので、よ
りコストを低減することができるようになっている。

【００２８】なお、本発明の構造は、液体に限らず、ガ
スを検出する用途の静電容量型検出センサにも用いるこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来の液漏れ検出センサのセンサヘッ
ド部の構造を示す概略斜視図であり、（ｂ）は図１
（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】同上のセンサヘッド部の使用状態を示す説明図
である。

【図３】本発明の一実施形態による液漏れ検出センサを
示す斜視図である。

【図４】図３のＹ−Ｙ線断面図である。

【図５】同上のセンサヘッド部の一部破断した斜視図で
ある。

【図６】同上の液漏れ検出センサにおけるセンサ本体の
信号処理回路を示す回路図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）はトランジスタＴＲ1の電圧波
形を示す図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）はトランジスタＴＲ2の電圧波
形を示す図である。

【図９】同上の液漏れ検出センサの使用状態説明図であ
る。

【図１０】本発明の別な実施形態によるセンサヘッド部
の一部破断した側面図である。

【符号の説明】

１１ 開口 １２，５１ 含液材 １５ 取り付け金具 １６ ケース ２０ 検出電極板 ２１ａ，２１ｂ 接地電極板（基準電極） ２２ 遮蔽電極筒 ４２ 針金

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出電極と基準電極とを対向させ、該検
   出電極及び基準電極間の容量変化によって対象物を検出
   する静電容量型検出センサにおいて、 対象物導入側における検出電極及び基準電極の両端部間
   を塞ぐようにして、対象物を通過させるフィルタ部材を
   配設したことを特徴とする静電容量型検出センサ。