JPH10122932A

JPH10122932A - 液位検知装置

Info

Publication number: JPH10122932A
Application number: JP27313796A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tomio; 剛至富尾; Shinichi Uratani; 伸一浦谷; Yasushi Maeda; 泰史前田; Junji Maruoka; 準二丸岡
Original assignee: Harman Co Ltd
Current assignee: Harman Co Ltd
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-05-15
Anticipated expiration: 2016-10-16
Also published as: JP3116003B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液位検知装置の高性能化と信頼性の向上を図
る。【解決手段】電気抵抗値が温度によって変化する可変
抵抗素子１と、前記可変抵抗素子１の抵抗値の変化を検
出して前記可変抵抗素子１の個体温度を検出する温度検
出手段４と、前記可変抵抗素子１に自己加熱用の電力を
供給する加熱用電力供給手段２と、前記可変抵抗素子１
の個体温度を所定温度まで上昇させ、且つ、その所定温
度に維持すべく、前記温度検出手段４で検出した前記可
変抵抗素子１の個体温度に基づいて前記加熱用電力供給
手段２から前記可変抵抗素子１への電力供給を制御する
制御手段６と、前記加熱用電力供給手段２から前記可変
抵抗素子１への供給電力量または供給電力相当量で前記
可変抵抗素子１が液体中にあるか空気中にあるかの気液
判定を行う気液判定手段８とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気抵抗値が温度
によって変化する可変抵抗素子を加熱して、その可変抵
抗素子の周囲が気体か液体かに応じて放熱量が異なるこ
とを利用して気液判定を行い、その結果に基づいて液面
の位置検出を行う液位検知装置に関し、特に、その気液
判定精度の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気抵抗値が温度によって変
化する可変抵抗素子を用いた液位検知装置として、例え
ば、特開昭６０−１９４３１９号公報に開示されている
ように、電気抵抗値が温度によって変化する可変抵抗素
子として、自己加熱型のサーミスタを使用し、サーミス
タの温度によって変化する抵抗値を自己加熱用に供給さ
れる電流によってその両端に発生する電位差の変化とし
て検知し、その電位差の大小によって可変抵抗素子が液
体中にあるのか、または気体中にあるのかを判定しよう
とする液位検知装置（以下、「第１従来技術」と略称す
る）が知られている。また、同種の液位検知装置として
は、電気抵抗値が温度によって変化する可変抵抗素子と
して、傍熱型のサーミスタを使用し、該サーミスタを加
熱する加熱手段を備え、該加熱手段に間欠的に加熱用の
電力を供給し、加熱用電力供給を開始する直前と同終了
直前の該サーミスタの温度差を測定して、該温度差と予
め定まる気液判定のための基準値とを比較することによ
り、可変抵抗素子が液体中にあるのか、または気体中に
あるのかを判定しようとする液位検知装置（以下、「第
２従来技術」と略称する）が、特公昭６３−５６４８４
号公報に開示されている。

【０００３】ところで、第１従来技術では、気液判定に
係わる可変抵抗素子の抵抗値が可変抵抗素子の加熱前の
個体温度または雰囲気温度（加熱前は個体温度と雰囲気
温度は同じ）に依存するため、使用しうる環境温度範囲
に一定の制限があり、環境温度によって気液判定精度が
変化するという問題があった。また、可変抵抗素子の加
熱状態が定常状態に至っていない場合は、測定時点によ
って前記電位差が変化し、更に測定精度を悪化させると
いう問題もあった。更に、第２従来技術では、可変抵抗
素子自体の熱容量及び抵抗値やその温度特性のバラツ
キ、或いは、加熱手段の加熱用電圧等のバラツキによっ
て、気液判定の精度が悪化するという問題があった。

【０００４】上記の第１または第２従来技術に見られる
気液判定精度の問題の改善を目的になされた同種の液位
検知装置（以下、「第３従来技術」と略称する）が、例
えば、特公平７−８９０７４号公報に開示されている。

【０００５】第３従来技術は、可変抵抗素子に対する一
定時間の加熱に対して、可変抵抗素子が気体中にあるか
液体中にあるかで可変抵抗素子からの放熱量が異なるこ
とに注目して、一定時間後の可変抵抗素子の個体温度の
上昇温度差を検出することで気液判定を行う点で、第１
従来技術と類似するものであるが、第３従来技術では、
可変抵抗素子自体の熱容量等の特性のバラツキ及び可変
抵抗素子の加熱前の個体温度の影響を抑制するために、
可変抵抗素子の個体温度の上昇温度差を加熱前の個体温
度を基準とするのではなく、図２に示す可変抵抗素子の
自己加熱による個体温度上昇の過渡特性において、一般
的に可変抵抗素子として使用されるＮＴＣ（負温度係
数）サーミスタの加熱による温度経時変化曲線に一致す
るものであるが、単位時間当たりの温度変化が急であ
り、可変抵抗素子自体の熱容量等の特性のバラツキの影
響を最も受け易く、そのため温度変化のバラツキの大き
い第２温度上昇領域Ｚ₂を避けて、第２温度上昇領域Ｚ
₂を経過した後の、単位時間当たりの温度変化の緩やか
な第３温度上昇領域Ｚ₃（準飽和領域）内の二つの時点
間における温度差を測定して気液判定を行うものであ
る。

【０００６】上記のように、従来の気液判定は可変抵抗
素子の自己加熱による個体温度上昇の過渡特性を利用し
ており、この過渡特性について、以下に詳述する。

【０００７】前記過渡特性は、電力の供給を受けて微小
時間ｄｔの間加熱された時の自己加熱量が、前記可変抵
抗素子が温度上昇ｄＴ分の熱量と自己加熱後の温度変化
分に比例する放熱量との和になるため、式１が成立す
る。

【０００８】

【数１】Ｉ²Ｒｄｔ＝ＨｄＴ＋Ｃ（Ｔ−Ｔａ）ｄｔ

【０００９】ここで、Ｉは前記可変抵抗素子に供給され
る電流値であり、Ｒは前記可変抵抗素子の雰囲気温度Ｔ
（℃）での抵抗値（Ω）であり、Ｔａは自己加熱開始前
の雰囲気温度（℃）であり、Ｈは前記可変抵抗素子の熱
容量（ｍＷ秒／℃）であり、Ｃは前記可変抵抗素子の熱
放散定数（ｍＷ／℃）である。尚、熱放射が無視できる
雰囲気温度Ｔａ＜２００℃では、前記熱容量Ｈ、及び、
熱放散定数Ｃは一定とみなせ、式１を解法して得られる
過渡特性は、図２に示すように、自己加熱開始から約１
秒間の初期であって、個体温度上昇の小さい第１温度上
昇領域Ｚ₁を経たのち、単位時間当たりの温度上昇の大
きい第２温度上昇領域Ｚ₂を経過し、個体温度上昇が飽
和する第３温度上昇領域Ｚ₃に達し、最終的には飽和温
度Ｔ_MAXに収束する。

【００１０】ここで、図２に示すような過渡特性の下
で、気液判定、つまりは、放熱量の差を検出するため
に、所定時間経過後の前記可変抵抗素子の個体温度差
（抵抗値の差）、または、所定の個体温度の変化（抵抗
値の変化）を検出するまでの時間差を測定する必要があ
り、前記第１温度上昇領域Ｚ₁では十分な温度差または
時間差が得られず、また、前記第２温度上昇領域Ｚ₂で
は温度変化が急激である分、特性バラツキに敏感で測定
精度の向上が期待できない。このため、気液判定の精度
を上げるためには、上述の第３従来技術のように第３温
度上昇領域Ｚ₃で温度差または時間差を測定する必要が
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第３従
来技術は、第１または第２従来技術に比して、気液判定
精度の向上は期待されるものの、そのために、上述のよ
うに、可変抵抗素子を図２に示す第３温度上昇領域Ｚ₃
まで加熱しなければならず、判定までに長時間を要する
という問題と、個体温度を加熱前の雰囲気温度から第３
温度上昇領域Ｚ₃まで加熱するため２００℃程度の過度
に大きな温度上昇になる可能性が高く、可変抵抗素子自
体の耐久性に支障が生じるという問題がある。更に、判
定に必要な温度上昇度が大きいために、判定時間自体が
長いという問題に加えて、加熱を停止して、個体温度を
加熱前の雰囲気温度に復帰させるのにも長時間を要する
ため、繰り返し測定を行ったり、可変抵抗素子を他の用
途に使用するのにも制約を受けることになる。

【００１２】このことは、第３従来技術も含め、従来の
気液判定は可変抵抗素子の自己加熱による個体温度上昇
の過渡特性を利用しているため、十分な精度が得られて
いなかったことに起因するものである。

【００１３】本発明は、かかる点に着目してなされたも
のであり、その目的は、電気抵抗値が温度によって変化
する可変抵抗素子を加熱して、その可変抵抗素子の周囲
が気体か液体かに応じて放熱量が異なることを利用して
行う気液判定の判定精度の向上と判定時間の短縮を図
り、気液判定の結果に基づいて液面の位置検出を行う液
位検知装置の高性能化と信頼性の向上を図る点にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕この目的を達成するための本発明に係わる液位
検知装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項１に記載した通り、電気抵抗値が温度によって変化
する可変抵抗素子と、前記可変抵抗素子の抵抗値の変化
を検出して前記可変抵抗素子の個体温度を検出する温度
検出手段と、前記可変抵抗素子に自己加熱用の電力を供
給する加熱用電力供給手段と、前記可変抵抗素子の個体
温度を所定温度まで上昇させ、且つ、その所定温度に維
持すべく、前記温度検出手段で検出した前記可変抵抗素
子の個体温度に基づいて前記加熱用電力供給手段から前
記可変抵抗素子への電力供給を制御する制御手段と、前
記加熱用電力供給手段から前記可変抵抗素子への供給電
力量または供給電力相当量で前記可変抵抗素子が液体中
にあるか空気中にあるかの気液判定を行う気液判定手段
とを備えてなる点にある。

【００１５】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加
えて、前記可変抵抗素子への加熱用電力供給と前記可変
抵抗素子の個体温度検出とを時分割で実行する点にあ
る。

【００１６】同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加
えて、前記可変抵抗素子への加熱用電力供給と前記可変
抵抗素子の個体温度検出とを同時に実行する点にある。

【００１７】同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項４に記載した通り、電気抵抗値が温度によって
変化する可変抵抗素子と、前記可変抵抗素子の抵抗値の
変化を検出して前記可変抵抗素子の個体温度を検出する
温度検出手段と、前記可変抵抗素子を加熱する加熱用素
子と、前記加熱用素子に加熱用の電力を供給する加熱用
電力供給手段と、前記可変抵抗素子の個体温度を所定温
度まで上昇させ、且つ、その所定温度に維持すべく、前
記温度検出手段で検出した前記可変抵抗素子の個体温度
に基づいて前記加熱用電力供給手段から前記加熱用素子
への電力供給を制御する制御手段と、前記加熱用電力供
給手段による前記加熱用素子への供給電力量または供給
電力相当量で前記可変抵抗素子が液体中にあるか空気中
にあるかの気液判定を行う気液判定手段とを備えてなる
点にある。

【００１８】同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項５に記載した通り、上述の第一、第二、第三ま
たは第四の特徴構成に加えて、前記加熱用電力供給手段
が、間欠的に電力供給を行い、前記制御手段が、前記可
変抵抗素子の個体温度を前記所定温度に維持するよう
に、前記温度検出手段で検出した前記可変抵抗素子の個
体温度に基づいて、前記間欠供給する電力パルス波形の
デューティー比をフィードバック制御するように構成さ
れ、前記気液判定手段が前記デューティー比をもとに前
記可変抵抗素子の周囲の気液判定を行う点にある。

【００１９】同第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項６に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加
えて、前記可変抵抗素子の加熱前の個体温度に応じて、
気液判定の基準となる基準デューティー比を出力する基
準デューティー比出力手段を備えている点にある。

【００２０】同第七の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項７に記載した通り、上述の第一、第二、第三、
第四、第五または第六の特徴構成に加えて、前記可変抵
抗素子の加熱前の個体温度に応じて、前記加熱用電力供
給手段による供給電力量の気液間での差が最大となる加
熱後の到達温度を決定する加熱温度決定手段を備えてい
る点にある。

【００２１】〔作用効果〕以下に、上記各特徴構成にお
ける作用効果を説明する。第一の特徴構成によれば、電
気抵抗値が温度によって変化する可変抵抗素子への電力
の供給量を調整することで、自己加熱により個体温度が
その周囲の雰囲気中への放熱に抗して所定温度まで上昇
した後、更に自己加熱により上昇する分の熱量を、その
所定温度における周囲の雰囲気中への放熱分で相殺し
て、その所定温度が維持される熱平衡状態を得ることが
できる。具体的には、前記可変抵抗素子の個体温度を所
定温度に維持するために前記可変抵抗素子の抵抗値を温
度検出手段で電流値または電圧値として検出して個体温
度を測定し、測定した個体温度に基づいて加熱用電力供
給手段を例えばフィードバック制御することで熱平衡状
態が維持される。熱平衡状態で前記可変抵抗素子の電気
的特性を測定する場合、その静特性を測定することにな
り、従来のように過渡特性を測定する場合に比べて、特
性バラツキに対する影響を受けにくく高精度化が図れ
る。

【００２２】前記可変抵抗素子の静特性を測定して気液
判定ができる原理は、前記可変抵抗素子が液体中にある
か空気中にあるかで放熱量が異なることを利用する点で
は従来の過渡特性を測定する場合と同じであるが、静特
性の場合は、熱平衡状態にあるため、放熱量の差を自己
加熱量の差、つまり、熱平衡状態での単位時間当たりの
消費電力の差（消費電力に変動がある場合は平均値の
差）で捉えることができことにあり、図２に示す過渡特
性の第３温度上昇領域Ｚ₃まで自己加熱することなく、
第１温度上昇領域Ｚ₁または第２温度上昇領域Ｚ₂で熱
平衡状態を形成することができるため、判定時間の短
縮、可変抵抗素子自体の耐久性の問題を解消できるので
ある。

【００２３】以上の結果として、広範囲な加熱前の雰囲
気温度に対して、高精度且つ短時間で液位検知ができ、
且つ、装置自体の信頼度の高い液位検知装置を提供でき
るのである。

【００２４】第一の特徴構成において、前記可変抵抗素
子を所定温度まで一定時間で自己加熱するには、加熱用
電力供給手段が前記可変抵抗素子にある程度の高電圧を
印加する場合があり、前記温度検出手段が前記可変抵抗
素子の個体温度検出を前記可変抵抗素子両端の電位差と
して検出する場合、電位差が大きすぎて検出不可能とな
る場合等があり、不都合が生じる場合がある。かかる場
合に、第二の特徴構成によれば、個体温度検出時の印加
電圧を自己加熱時と変化させることができ、前記可変抵
抗素子両端の電位差の適正化等が図れ、測定系の電源電
圧等の変動に対して安定した動作が可能な範囲を適宜選
択でき、気液判定精度の向上が図れるのである。

【００２５】第三の特徴構成によれば、前記可変抵抗素
子の自己加熱が断続的になったり、自己加熱のための供
給電力量が断続的に変動することがないため、安定した
熱平衡状態を得ることができ、結果として、気液判定精
度の向上が図れるのである。

【００２６】第四の特徴構成によれば、第一の特徴構成
と同様に、電気抵抗値が温度によって変化する可変抵抗
素子の熱平衡状態での静特性を利用して同様の原理にて
気液判定を行うため、第一の特徴構成と同様の作用効果
が期待できる。更に、前記可変抵抗素子を加熱する加熱
用素子が別途設けられているため、自己加熱する必要が
なく、前記可変抵抗素子を専ら自己の個体温度を測定す
るための温度検出素子として使用できるため、加熱用電
力供給手段の設計と、温度検出手段の設計とが独立して
行えるため、安定した熱平衡状態を維持しながら、前記
温度検出手段の最適設計が可能となるので、測定系の電
源電圧等の変動に対して安定した動作が可能な範囲を適
宜選択でき、気液判定精度の向上が図れるのである。

【００２７】第五の特徴構成によれば、前記制御手段が
前記温度検出手段が検出した前記可変抵抗素子の個体温
度情報に基づいて、前記可変抵抗素子の個体温度を所定
温度に維持すべく、前記加熱用電力供給手段からパルス
状に供給される電力のデューティー比を制御しながら供
給電力量、つまりは、自己加熱量または前記加熱用素子
による加熱量を調節することで、前記可変抵抗素子の熱
平衡状態にすることができる。また、そのデューティー
比が熱平衡状態での供給電力量に比例する供給電力量相
当量であり、前記可変抵抗素子の周囲の雰囲気が気体か
液体かによって変化するので、供給電力量または供給電
力量相当量を測定する手段を別途設ける必要がないた
め、前記気液判定手段が前記デューティー比によって、
直接気液判定でき、且つ、前記気液判定手段の回路構成
も非常に簡単化できるのである。また、前記熱平衡状態
を維持するための供給電力量の制御と、熱平衡状態での
供給電力相当量の測定が同時に行えるので、前記可変抵
抗素子が熱平衡状態になると同時に気液判定ができるた
め、液位検知の検知時間の大幅な短縮が可能となる。更
に、第三の特徴構成に本特徴構成を適用した場合、前記
可変抵抗素子への電力供給が中断している期間に、前記
温度検出手段による前記可変抵抗素子の個体温度の検出
ができるため、前記制御手段による電力制御を中断する
ことがないため、前記可変抵抗素子の熱平衡状態を安定
維持できる、結果として、液位判定の精度の向上が図れ
るのである。

【００２８】第六の特徴構成によれば、前記可変抵抗素
子の熱平衡状態における前記デューティー比は、上述し
たように、前記可変抵抗素子の周囲の雰囲気が気体か液
体かによって変化するため、その変化の中間にある前記
デューティー比を気液判定の基準となる基準デューティ
ー比として、前記可変抵抗素子の熱平衡状態における前
記デューティー比と比較することで、気液判定を行う。
しかしながら、前記基準デューティー比は加熱前の雰囲
気温度、及び、加熱後の前記可変抵抗素子の個体温度、
前記可変抵抗素子自体の特性に依存して変動するが、前
記加熱後の前記可変抵抗素子の個体温度は前記加熱前の
雰囲気温度から一義的に決定することで事前に決定さ
れ、前記可変抵抗素子自体の特性も予め決定しているの
で、前記基準デューティー比出力手段は前記可変抵抗素
子の加熱前の個体温度に応じてのみ、前記基準デューテ
ィー比を出力する。この結果、前記加熱前の雰囲気温度
の広範囲にわたって、高精度な気液判定が可能となる。

【００２９】第七の特徴構成によれば、前記制御手段
が、前記加熱温度決定手段が決定する加熱後の到達温度
と、前記温度検出手段で検出した前記可変抵抗素子の個
体温度との差分を小さくするように、供給電力量を調整
して、前記可変抵抗素子の熱平衡状態を得ることで、気
液判定に使用する供給電力量または供給電力相当量に対
するノイズマージンを最大限に確保できるため、前記加
熱前の雰囲気温度の変動、及び、前記気液判定手段ある
いは前記加熱用電力供給手段に係わる電圧変動等に対し
て、安定した気液判定動作が得られるのである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に本発明に係わる液位検知装
置の第一の特徴構成に基づく電気回路構成（以下、第１
実施形態という）を示す。図１に示すように、電気抵抗
値が温度によって変化する可変抵抗素子１としてＮＴＣ
（負温度係数）サーミスタ１ａ（２４ｋ〜４ｋΩ：０〜
４０℃、Ｂ定数＝３４５０Ｋ）を使用し、直流１８Ｖ乃
至２４Ｖの一定電圧を出力する加熱用電力供給手段２か
らスイッチング回路３を介して電力供給される。前記サ
ーミスタ１ａの前記スイッチング回路３との接続点が温
度検出時にその抵抗値の変化を電圧変化として取り出す
出力端子Ｎ１で、前記サーミスタ１ａの他方側の端子は
接地されている。前記出力端子Ｎ１は温度検出用の外付
け回路４ａを介してマイクロコンピュータ１１と接続し
ている。

【００３１】温度検出用の前記外付け回路４ａは、温度
検出時に前記サーミスタ１ａの抵抗値の変化を検出する
ための電流を前記加熱用電力供給手段２より低電圧の５
Ｖ電源から供給するための負荷抵抗４ｂ（４ｋΩ）と、
前記外付け回路４ａとの接続点である前記マイクロコン
ピュータ１１の入力端子Ｎ２を前記加熱用電力供給手段
２の高電圧から保護するための保護抵抗４ｃと保護ダイ
オード４ｄで構成されている。前記保護抵抗４ｃ（１１
ｋΩ）は前記入力端子Ｎ２と前記出力端子Ｎ１の間に設
けられ、前記保護ダイオード４ｄは前記入力端子Ｎ２と
前記５Ｖ電源との間に、陽極を前記入力端子Ｎ２側にし
て設けられている。前記スイッチング回路３がオンして
いる期間は、前記サーミスタ１ａに加熱用の電力が供給
されると同時に、前記出力端子Ｎ１に高電圧が印加さ
れ、前記５Ｖ電源との間に、前記負荷抵抗４ｂを経由す
るものと、前記保護抵抗４ｃと保護ダイオード４ｄを経
由する二つの電流経路が形成される。前記保護ダイオー
ド４ｄの順方向の抵抗値が前記保護抵抗４ｃに比べて十
分低く、且つ、接触電位の低いショットキーバリアダイ
オードを使用しているので、前記入力端子Ｎ２の電圧レ
ベルは約５Ｖまで電圧降下して保護回路として機能す
る。一方、前記スイッチング回路３がオフしている期間
は、温度検出期間で、前記負荷抵抗４ｂと前記サーミス
タ１ａで分圧された出力電圧が前記出力端子Ｎ１に出力
されるが、出力電圧は５Ｖ以下であるため、前記保護ダ
イオード４ｄは逆バイアス状態で前記保護抵抗４ｃには
前記マイクロコンピュータ１１の前記入力端子Ｎ２の入
力リーク電流相当の微小電流が流れるだけで、前記入力
端子Ｎ２と前記出力端子Ｎ１の電圧レベルは略等しくな
る。

【００３２】前記マイクロコンピュータ１１は五つの機
能ブロックを備えている。第１の機能ブロックは、温度
検出時に前記入力端子Ｎ２の電圧値をアナログ・ディジ
タル（Ａ／Ｄ）変換して、変換後の電圧値に基づいて前
記サーミスタ１ａの個体温度を演算する温度検出部５で
ある。この温度検出部５と前記前記外付け回路４ａで前
記サーミスタ１ａの抵抗値の変化を検出して前記サーミ
スタ１ａの個体温度を検出する温度検出手段４を形成す
る。

【００３３】第２の機能ブロックは、前記温度検出部５
が検出した加熱前の前記サーミスタ１ａの周囲の雰囲気
温度である初期温度情報１５に応じて、初期温度毎に予
め設定された加熱後の到達温度を加熱温度情報１６とし
て、前記制御部７へ出力する加熱温度決定手段９であ
る。

【００３４】第３の機能ブロックは、前記スイッチング
回路３を断続的にオン・オフさせる一定周期の制御パル
ス信号１３を出力し、前記加熱用電力供給手段２から前
記サーミスタ１ａへの電力供給量を調整する制御部７で
ある。この制御部７と前記スイッチング回路３で、前記
サーミスタ１ａを前記加熱温度決定手段９からの前記加
熱温度情報１６の示す所定温度まで加熱し、その所定温
度に維持して熱平衡状態を得るために、前記加熱用電力
供給手段２から前記サーミスタ１ａへの電力供給を制御
する制御手段６を形成する。前記制御部７は、前記温度
検出部５が検出した個体温度情報１２に基づいて、前記
制御パルス信号１３のデューティ比をフィードバック制
御することで、熱平衡状態を得るために必要な前記加熱
用電力供給手段２から前記サーミスタ１ａへの電力供給
量を調整する。

【００３５】第４の機能ブロックは、前記加熱用電力供
給手段２から前記サーミスタ１ａへの供給電力相当量で
前記サーミスタ１ａが液体中にあるか空気中にあるかの
気液判定を行う気液判定手段８である。前記加熱用電力
供給手段２の電源電圧が一定であり、熱平衡状態では前
記サーミスタ１ａは前記所定温度に維持されており一定
の抵抗値を有するため、前記デューティ比は前記サーミ
スタ１ａへの電力供給量と比例する供給電力相当量であ
り、前記気液判定手段８は、前記制御部７からの前記制
御パルス信号１３の前記デューティ比を示すデューティ
比信号１４に基づいて、前記気液判定を行う。

【００３６】第５の機能ブロックは、前記温度検出部５
が出力する前記初期温度情報１５に応じて、初期温度毎
に予め設定された気液判定の基準となる基準デューティ
ー比を基準デューティー比情報１７として、前記気液判
定手段８へ出力する基準デューティー比出力手段１０で
ある。具体的には、前記気液判定手段８は、前記制御部
７からの前記デューティ比信号１４が示すデューティ比
と前記基準デューティー比出力手段１０からの前記基準
デューティー比情報１７が示す前記基準デューティー比
を大小比較して気液判定を行う。

【００３７】尚、前記マイクロコンピュータ１１の前記
五つの各機能ブロックは、具体的には、前記マイクロコ
ンピュータ１１の演算装置部と一時記憶領域を共有し、
データ記憶領域に格納されたプログラムに基づいて各部
の処理を実行するように構成されている。また、前記デ
ータ記憶領域は各機能ブロックの処理に使用するデータ
や処理結果のデータを格納するためにも使用され、各機
能ブロックの一部の構成要素である。また、前記演算装
置部、前記一時記憶領域、前記データ記憶領域は夫々、
内部相互間、または、外部とのインターフェース用回路
を含む。例えば、上記のように、前記温度検出手段４に
係わる前記演算装置部はＡ／Ｄ変換インターフェースを
有している。

【００３８】図１に示す液位検知装置の各部の動作につ
いて、図３に示す液位検知流れ図に基づいて説明する。
液位検知の流れは、初期温度検出ステップ２０と、加熱
・熱平衡状態ステップ３０と、気液判定ステップ４０
と、終了ステップ５０が順次実行される。

【００３９】前記初期温度検出ステップ２０では、ステ
ップ２１において、前記温度検出手段４が既に加熱前の
前記サーミスタ１ａの周囲の雰囲気温度である初期温度
Ｔ₀を検出して前記初期温度情報１５を出力しているか
を判定する。前記初期温度情報１５を出力している場合
は、前記加熱・熱平衡状態ステップ３０へ進む。そうで
ない場合は、ステップ２２へ進み、前記温度検出手段４
を作動させて前記サーミスタ１ａの個体温度Ｔ_nを測定
して前記初期温度Ｔ₀として前記初期温度情報１５を出
力する。続いて、ステップ２３において、前記初期温度
情報１５に基づいて、前記基準デューティー比出力手段
１０が初期温度Ｔ₀に対応する基準デューティー比Ｄ_S
を算出して前記基準デューティー比情報１７を出力す
る。更に、ステップ２３において、初期温度Ｔ₀毎に予
め設定された加熱後の到達温度の中から前記初期温度情
報１５に基づいて、加熱後到達温度Ｔ_Sを決定して、前
記加熱温度情報１６として出力する。

【００４０】前記加熱・熱平衡状態ステップ３０では、
前記制御部７が、ステップ３１において、前記温度検出
部５が検出する実時間の前記サーミスタ１ａの個体温度
Ｔ_nと前記加熱後到達温度Ｔ_Sの偏差Ｅ_Nを求め、ステ
ップ３２において、その偏差Ｅ_Nより必要な自己加熱電
力Ｐを算出し、ステップ３３において、その自己加熱電
力Ｐより前記制御パルス信号１３のデューティ比Ｄを求
め、ステップ３４において、そのデューティ比Ｄの前記
制御パルス信号１３を出力して前記サーミスタ１ａに自
己加熱用の電力供給を行う。更に、ステップ３５におい
て、前記偏差Ｅ _Nをモニターし、前記偏差Ｅ_Nが３℃以
下になるまで、前記ステップ３１から前記ステップ３５
を繰り返す。尚、前記ステップ３１から前記ステップ３
５の一連の処理は前記制御パルス信号１３の一周期内で
実行される。前記偏差Ｅ_Nが３℃以下になると、前記サ
ーミスタ１ａが熱平衡状態に達したと判断して、前記気
液判定ステップ４０へ進む。

【００４１】前記気液判定ステップ４０では、前記気液
判定手段８が、前記気液判定ステップ４０へ進んだ時点
でのデューティ比Ｄと前記基準デューティー比Ｄ_Sを大
小比較して、前記デューティ比Ｄが前記基準デューティ
ー比Ｄ_Sより大きい場合は、前記サーミスタ１ａが水中
にあると判定し、逆の場合は空気中に有ると判定する。

【００４２】引き続き、前記終了ステップ５０へ進み、
前記制御パルス信号１３の出力を停止し、前記前記スイ
ッチング回路３をオフし、自己加熱を停止する。

【００４３】次に、前記加熱温度決定手段９において、
加熱前の前記サーミスタ１ａの周囲の雰囲気温度に応じ
て、前記サーミスタ１ａの加熱後の到達温度を導出する
根拠について説明する。尚、説明を簡単化するために図
４に示す回路図について考察する。

【００４４】図４に示す回路図において、電源Ｅは電圧
可変（電圧値Ｅ）で、サーミスタＳ（抵抗値Ｒ）はＮＴ
Ｃサーミスタで、抵抗Ｒ_S（抵抗値Ｒ_S）は電流制限用
である。サーミスタＳの各定数はＣが熱放散定数（ｍＷ
／℃）、ＢがＢ定数（Ｋ）、Ｒ₀が０℃の抵抗値（Ω）
である。

【００４５】サーミスタＳの個体温度を１℃上昇させる
のに必要な電力が熱放散定数Ｃであるから、加熱前の雰
囲気温度Ｔ_aにあるサーミスタＳの個体温度をＴ_a＋Δ
Ｔ（℃）に維持するには、式２で与えられる電力Ｐを供
給しつづける必要がある。

【００４６】

【数２】Ｐ＝Ｃ×ΔＴ（ｍＷ）

【００４７】式２を変形して式３が得られ、式４に示す
ＮＴＣサーミスタの抵抗値の温度特性式を式３に代入す
れば、自己加熱到達温度（Ｔ_a＋ΔＴ）で熱平衡状態を
維持するための電源Ｅの電圧値Ｅが求まる。Ｒ_S＝０Ω
とした場合の計算結果を図５に示す。

【００４８】

【数３】Ｅ＝（Ｒ＋Ｒ_S）×（Ｃ×ΔＴ／Ｒ）^0.5

【００４９】

【数４】Ｒ＝Ｒ₀ｅｘｐ（Ｂ×（１／（Ｔ_a＋ΔＴ＋２
７３）＋１／２７３））

【００５０】サーミスタＳの熱放散定数Ｃはサーミスタ
Ｓの周囲の雰囲気媒質（空気または水）によって異なる
ので、同じ温度上昇ΔＴでも水中と空気中では、自己加
熱到達温度（Ｔ_a＋ΔＴ）で熱平衡状態を維持するため
の電源Ｅの電圧値Ｅに違いが生じる。図５に示すよう
に、水中の場合の電圧値Ｅ_Wと空気中の電圧値Ｅ_Aの差
が温度上昇ΔＴで変化し、電圧差が最大となる、つま
り、加熱前の雰囲気温度Ｔ_aに応じた気液判定マージン
の最大となる温度上昇ΔＴが存在することが分かる。Ｔ
_a＝５０℃、ΔＴ＝４０℃で電圧差が最大となり、閾値
としてその条件下での水中及び空気中の電圧値Ｅ_W、Ｅ
_Aの中間値を選ぶことで、気液判定マージンの大きい判
定ができることになる。尚、気液判定マージンの最大と
なる温度上昇ΔＴが加熱前の雰囲気温度Ｔ_aに依存する
ことは、式４がＴ_aを変数として有していることから判
断できる。

【００５１】図５に示すように、上記計算結果の水中及
び空気中の電圧値Ｅ_W、Ｅ_Aは夫々供給電力量に換算で
きることから、本実施形態におけるデューティー比に更
に換算できる。前記加熱用電力供給手段２の電源電圧が
２４Ｖの場合の換算値を図の縦軸右側に記す。尚、実際
に前記基準デューティー比を決定するに当たっては、水
中及び空気中の電圧値Ｅ_W、Ｅ_Aについて式３を解法す
る際に、サーミスタＳを含む回路部品のバラツキや電源
電圧変動等の誤差を考慮した計算を行い、電圧値Ｅ_W、
Ｅ_Aが重ならない領域の電圧差が最大となる温度上昇Δ
Ｔとその中間電圧値Ｅを求め、その中間電圧値Ｅから前
記基準デューティー比を決定する。

【００５２】（別実施形態）以下に他の実施形態を説明
する。

【００５３】（１）上記の実施形態では、前記制御部７
が前記スイッチング回路３を断続的にオン・オフさせる
一定周期の制御パルス信号１３を出力し、前記加熱用電
力供給手段２から前記サーミスタ１ａへの電力供給量を
調整しているが、前記制御部７が直接に前記加熱用電力
供給手段２の出力電圧値または電流量を制御するのも好
ましい実施の形態である。例えば、図６に示すように、
前記加熱用電力供給手段２がマイクロコンピュータ１１
で出力電圧値を制御される定電圧電源であり、サーミス
タ１ａと抵抗Ｒ₁が直列接続し、抵抗Ｒ₂と抵抗Ｒ₃が
直列接続し、夫々が並列に前記加熱用電力供給手段２か
ら電流を供給されるように構成され、前記サーミスタ１
ａと抵抗Ｒ ₁の中点Ｎ₃と前記抵抗Ｒ₂と抵抗Ｒ₃の中
点Ｎ₄の各電圧値を前記マイクロコンピュータ１１が読
み取る構成としている。中点Ｎ₄の電圧値より前記加熱
用電力供給手段２の電源電圧値が前記抵抗Ｒ₂と抵抗Ｒ
₃の分圧比より検出でき、中点Ｎ₃の電圧値と抵抗Ｒ₁
の抵抗値より前記サーミスタ１ａに供給される電流値、
及び、中点Ｎ₃の電圧値と前記検出された前記加熱用電
力供給手段２の電源電圧値より前記サーミスタ１ａ両端
の電位差が検出でき、前記サーミスタ１ａに供給される
電力量と抵抗値つまりは個体温度が同時に検出できる。

【００５４】前記サーミスタ１ａの個体温度を検出しな
がら、前記加熱用電力供給手段２の電源電圧値をフィー
ドバック制御することで、熱平衡状態を達成し、その時
の供給電力量から気液判定を行う。尚、加熱後の到達温
度の設定及び気液判定の基準とする基準供給電力量の決
定は上記の実施形態の手法と本質的に同じである。

【００５５】（２）上記の各実施形態における電気抵抗
値が温度によって変化する可変抵抗素子１であるＮＴＣ
サーミスタ１ａを自己加熱する代わりに、前記加熱用電
力供給手段２から電力供給される加熱素子Ｈを設け、前
記サーミスタ１ａが加熱素子Ｈで加熱されるのも好まし
い実施の形態である。図７は、図１に示す実施形態に適
用した場合の回路構成図である。

【００５６】図７に示すように、前記加熱素子Ｈは前記
加熱用電力供給手段２からスイッチング回路３を介して
電力供給される。熱平衡状態にあるかどうかを自己の個
体温度の検出で判定するために、前記サーミスタ１ａは
自己の抵抗値の変化を検出するための電流を前記加熱用
電力供給手段２とは別の低電圧の５Ｖ電源から負荷抵抗
４ｂを介して供給され、その出力電圧を保護抵抗４ｃを
介してマイクロコンピュータ１１の温度検出部５に入力
される。前記マイクロコンピュータ１１の制御部７は、
前記温度検出部５が検出した個体温度情報１２に基づい
て、前記制御パルス信号１３のデューティ比をフィード
バック制御することで、前記サーミスタ１ａの熱平衡状
態を得るために必要な前記加熱用電力供給手段２から前
記加熱素子Ｈへの電力供給量を調整する。その他の構成
については、図１に示す実施形態と同様であり、説明を
省略する。尚、この実施形態では、前記サーミスタ１ａ
の加熱と温度検出が同時に実行できるため、前記電力供
給量の調整手段に対する設計自由度が高く、前記スイッ
チング回路３を使用したデューティー制御以外の制御手
段を用いても構わない。

【００５７】（３）図３の液位検知流れ図に示す動作に
関し、前記加熱・熱平衡状態ステップ３０において、前
記偏差Ｅ_Nが３℃以下になると、前記サーミスタ１ａが
熱平衡状態に達したと判断するところを、直ぐに前記気
液判定ステップ４０へ進まずに、前記ステップ３１から
前記ステップ３５の一連の処理を所定時間または所定回
数繰り返し、その時の各デューティ比Ｄの平均値で気液
判定するのも好ましい実施の形態である。

【００５８】（４）前記加熱温度決定手段９は加熱後の
到達温度を出力しても、その上昇温度を出力しても構わ
ない。また、予めその出力値を計算または実験等で求め
て、テーブル等の形態で記憶領域に格納しておいてもよ
いし、初期温度と出力値との関係式の予め設定してお
き、その関係式に基づいて、最初に検出した初期温度か
ら出力値を演算しても構わない。前記基準デューティー
比出力手段１０に関しても、前記加熱温度決定手段９と
同様である。

【００５９】（５）前記五つの機能ブロックはマイクロ
コンピュータ以外に論理回路及び記憶回路等の組み合わ
せで構成されていても構わない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気抵抗値が温度によって変化する可変抵抗素子を加熱
して、その可変抵抗素子の周囲が気体か液体かに応じて
放熱量が異なることを利用して行う気液判定の判定精度
の向上と判定時間の短縮を図り、気液判定の結果に基づ
いて液面の位置検出を行う液位検知装置の高性能化と信
頼性の向上を図ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる液位検知装置の回路構成図

【図２】可変抵抗素子の温度上昇過渡特性図

【図３】液位検知流れ図

【図４】動作原理説明のための回路図

【図５】熱平衡状態における上昇温度と供給電力量の関
係図

【図６】本発明に係わる液位検知装置の別実施形態の回
路構成図

【図７】本発明に係わる液位検知装置の別実施形態の回
路構成図

【符号の説明】

１可変抵抗素子２加熱用電力供給手段４温度検出手段６制御手段８気液判定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸岡準二大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号株式会社ハーマン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気抵抗値が温度によって変化する可変
抵抗素子と、前記可変抵抗素子の抵抗値の変化を検出し
て前記可変抵抗素子の個体温度を検出する温度検出手段
と、前記可変抵抗素子に自己加熱用の電力を供給する加
熱用電力供給手段と、前記可変抵抗素子の個体温度を所
定温度まで上昇させ、且つ、その所定温度に維持すべ
く、前記温度検出手段で検出した前記可変抵抗素子の個
体温度に基づいて前記加熱用電力供給手段から前記可変
抵抗素子への電力供給を制御する制御手段と、前記加熱
用電力供給手段から前記可変抵抗素子への供給電力量ま
たは供給電力相当量で前記可変抵抗素子が液体中にある
か空気中にあるかの気液判定を行う気液判定手段とを備
えてなる液位検知装置。
【請求項２】前記可変抵抗素子への加熱用電力供給と
前記可変抵抗素子の個体温度検出とを時分割で実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の液位検知装置。
【請求項３】前記可変抵抗素子への加熱用電力供給と
前記可変抵抗素子の個体温度検出とを同時に実行するこ
とを特徴とする請求項１に記載の液位検知装置。
【請求項４】電気抵抗値が温度によって変化する可変
抵抗素子と、前記可変抵抗素子の抵抗値の変化を検出し
て前記可変抵抗素子の個体温度を検出する温度検出手段
と、前記可変抵抗素子を加熱する加熱用素子と、前記加
熱用素子に加熱用の電力を供給する加熱用電力供給手段
と、前記可変抵抗素子の個体温度を所定温度まで上昇さ
せ、且つ、その所定温度に維持すべく、前記温度検出手
段で検出した前記可変抵抗素子の個体温度に基づいて前
記加熱用電力供給手段から前記加熱用素子への電力供給
を制御する制御手段と、前記加熱用電力供給手段による
前記加熱用素子への供給電力量または供給電力相当量で
前記可変抵抗素子が液体中にあるか空気中にあるかの気
液判定を行う気液判定手段とを備えてなる液位検知装
置。
【請求項５】前記加熱用電力供給手段は、間欠的に電
力供給を行い、前記制御手段は、前記可変抵抗素子の個体温度を前記所
定温度に維持するように、前記温度検出手段で検出した
前記可変抵抗素子の個体温度に基づいて、前記間欠供給
する電力パルス波形のデューティー比をフィードバック
制御するように構成され、前記気液判定手段は前記デューティー比をもとに前記可
変抵抗素子の周囲の気液判定を行う請求項１、２、３ま
たは４に記載の液位検知装置。
【請求項６】前記可変抵抗素子の加熱前の個体温度に
応じて、気液判定の基準となる基準デューティー比を出
力する基準デューティー比出力手段を備えた請求項５に
記載の液位検知装置。
【請求項７】前記可変抵抗素子の加熱前の個体温度に
応じて、前記加熱用電力供給手段による供給電力量の気
液間での差が最大となる加熱後の到達温度を決定する加
熱温度決定手段を備えた請求項１、２、３、４、５また
は６に記載の液位検知装置。