JPS5846685B2 - キヤパシタンスオウドウシキケンチキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、キャパシタンス応動式検知器、特に、容量比
較器を用いるキャパシタンス応動式検知器に関する。

従来、キャパシタンス応動式検知器は、センサー又はト
ランスジューサが観察対象の物理特性に応じた容量を示
す型式の近接検知器又はレベル検知器等ｌこ広く利用さ
れている。

センサー又はトランスジューサの容量変化を検知する典
型的なものは米国特許３１９９３５０号に述べられてい
るるか、そこでは、レベル応動型のセンサーを共振回路
内に配置し、その共振回路のインピーダンスがセンサー
の容量変動に応じて変るようにしである。

そしてこの共振回路を発振器で付勢してその電圧を監視
して観察中のレベルを表示するようになっている。

上述のタイプのものは、温度変化や電圧の変化等の外因
による誤差を生じるため高精度を要求する用途には利用
し難く、その感度も低い欠陥がある。

また米国特許第３５４３０４６号にもレベル応動式モニ
ターとしてのセンサー内容量変動検知システムが示され
ているが、そこでは、センサーの容量と基準キャパシタ
の容量との間で容量比較行っており、それらセンサーと
キャパシタの両方を周期的に充電、放電して、その電流
を算術合計し上記比較器に送り、この比較器で合計電流
の大きさを検知するようになっている。

このキャパシタンス比較式のシステムでは温度変動とか
商用電圧とかの外因的要素による影響を最小にできる点
で改善なされているが、なお、その精度と感度において
不十分である。

そこで、本発明の一つの目的は、可変容量と標準容量と
についての充電速度の比較器を用いるキャパシタンス応
動式検知器を提供することにある。

本発明は、要約すると、電源で付勢するバイアス・ライ
ン装置と、一定の状態に対する状態変動に応じて変動す
る容量値を示す状態応動装置と、一定の容量値をもつ標
準キャパシタンス装置と、上記状態応動装置と直列な第
１充電抵抗を含み上記第１充電抵抗の抵抗値と上記状態
応動装置の容量値とにより決まる速度で上記状態応動装
置を充電するように上記バイアス・ライン装置に接続し
である第１充電装置と、上記標準キャパシタンス装置と
直列となった第２充電抵抗を含みこの第２充電抵抗の抵
抗値と上記標準キャパシタンス装置の一定の容量値とに
よって決まる速度で上記標準キャパシタンス装置を充電
するよう上記バイアス・ライン装置に接続した第２充電
装置と、それぞれ上記状態応動装置と標準キャパシタン
ス装置とに接続された反転入力と非反転入力との１対の
入力を有し、各充電装置の充電速度の差に応じてその差
を示す出力電圧を生じるようになった差動増幅比較装置
と、から成るキャパシタンス応動式検知器を要旨として
いる。

本発明の別の目的は、広範囲の入力キャパシタンスに応
じた広範囲の能力をもつキャパシタンス応動式検知器を
提供することにある。

本発明のまた別の目的は、モノリシック集積回路をもつ
キャパシタンス応動式検知器を提供することにある。

本発明のまた別の目的は、観察対象の物理特注に応じて
変るキャパシタンスを有する広範囲の物理状態応動トラ
ンスジューサと共に用いる検知器を提供することにある
。

本発明の更に別の目的は、単一のキャパシタンス・プロ
ーブ又はトランスジューサを用いて２個の異る物理状態
を監視することを可能とすることにある。

本発明のその他の目的、利点は、添付図面に示す実施例
の説明から明らかとなるであろう。

まず、観察対象の物理的可変量をモニターするよう配置
したプローブ・キャパシタ又はトランスジューサ１０を
用いる物理可変量検知方式を示す第１図を参照する。

ここに用いるプローブ・キャパシタ又はトランスジュー
サ１０は、物理可変量を検知しこれを近接検知器又はレ
ベル検知器のようなキャパシタンス充電信号に変えるこ
とのできるものであれば良い。

例えば、ここに説明の都合上示す方式は、自動車用ラジ
ェータ内の導電Ｐｔ冷却液のような物質のレベルを検知
するためのラジェータ内に設けたプローブ・キャパシタ
１０を備えたものである。

従って、レベルを検知せんとする対象物質が導電液体の
場合には、このプローブ・キャパシタ１０は通常、その
キャパシタの一方のプレートを該導電液体とは絶縁した
導体で構成し、他方のプレートを該液体で構成しこれを
その液体容器等に接地しである。

このプローブ・キャパシタの非接地側のプレートを汎用
型の集積回路の差動増幅器１２の反転入力ターミナル２
に接続する。

上記差動増幅器１２の非反転入力ターミナル３と接地１
６との間には標準キャパシタ１４を設けである。

このプローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４と
はそれぞれ、それらと直列の充電回路を有し、その内、
プローブ・キャパシタ１０の充電回路はバイアス・ライ
ン２０に接続した抵抗１８を有しており、標準キャパシ
タ１４の充電回路は、同じくバイアス、ライン２０に接
続した１対の直列抵抗２２．２４を含んでいる。

バイアス・ライン２０は、電流制限抵抗２６を介して電
源ターミナル２８に接続してあり、また上記電源ターミ
ナル２８は接地ライン１６と共に、直流電源（図示せず
）の正負側ターミナルをうけるようになっている。

テスト・ターミナル３０は、抵抗３２を介して充電抵抗
２２と２４との間に接続しである。

プローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４との放
電回路は、１対の抵抗３４．３６から成る分圧回路を含
むものであり、上記１対の抵抗３４．３６は、バイアス
・ライン２０から付勢されかつそれと並列に電圧制御用
ツェナーダイオード３８を有している。

ベース及びコレクタを共に接続した１対のトランジスタ
４０．４２のエミッタは、プローブ、キャパシタ１０と
標準キャパシタ１４とにそれぞれ接続してあり、またそ
れらのベースは分圧抵抗３４．３６間に接続しである。

トランジスタ４０．４２の共通に接続されたコレクタは
、抵抗３６に並列のコレクタ・エミッタ回路をもつトラ
ンジスタ４４のベースに接続しである。

差動増幅器１２は、それぞれライン４６．４８を介して
接地ライン１６と電源・ターミナル２８とに接続しであ
る１対のバイアス・ターミナル４゜７と、抵抗５２を介
してトランジスタ５０のベースに接続した出力ターミナ
ル６とを有している。

トランジスタ５０のベース・エミッタ回路には、これと
並列に抵抗５４とキャパシタ５６との並列回路を設けて
あり、またこのトランジスタ５０のエミッタ・コレクタ
回路は、抵抗５８を介して電源ターミナル２８と接地ラ
イン１６の間に接続しである。

抵抗６０を含む正帰還ラインは、トランジスタ５０のコ
レクタと抵抗５８との接続点から差動増幅器１２のター
ミナル５へと延びている。

出力１駆動トランジスタ６２のコレクタ・エミッタ回路
は、保護ダイオード６４を介して電源ターミナル２８と
接地ライン１６との間に接続してあり、他方ベースは、
トランジスタ５０のコレクタに接続しである。

出力信号ターミナル６６は、トランジスタ６２のエミッ
タと保護ダイオード６４との接続点に接続しである。

第１図に示すものでは、プローブ・キャパシタ１０を自
動車のラジェータ内の冷却液等の物質内に入れる。

そしてこの装置を自動車バッテリー等の適当な電源で付
勢するには、自動車のエンジン点火スイッチのようなス
イッチ（図示せず）を用いる。

この装置をまず付勢したときは、全てのトランジスタは
非導通状態にあり、また、プローブ・キャパシタ１０と
標準キャパシタ１４とはまだ充電されていない状態にあ
る。

プローブ・キャパシタ１０はただちに、充電抵抗１８を
介して電源ターミナル２８に接続の給電源からの充電電
流をうけ始め、同時に標準キャパシタ１４も充電抵抗２
２゜２４を介して充電し始める。

これらの両キャパシタ１０．１４は、そのいずれかの充
電電圧が分圧回路によりトランジスタ４０．４２のベー
スに印加された電圧を超える電圧レベル以上になるまで
指数的関係で充電される。

なお上述の分圧回路は、トランジスタ４０．４２の双方
又はいずれかを順方向にバイアスし導通状態とするンエ
ナーダイオード３８で制御された抵抗３４．３６を含む
ものである。

トランジスタ４０．４２のいずれかが導通ずると、トラ
ンジスタ４４も順方向にバイアスされて導電し始める。

その導通と同時に、トランジスタ４０．４２の内のまだ
非導通状態にあるトランジスタが順方向にバイアスされ
た状態となり導通し始める。

トランジスタ４０，４２．４４の上述のような導通状態
の開始は実質的に同じ様式で発生し、従って、プローブ
・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４との双方の放電
を同時に行うことができる。

この場合、プローブ・キャパシタ１０の放電回路は、ト
ランジスタ４４のコレクタ・エミッタ回路と直列なトラ
ンジスタ４０のエミッタ・ベース回路を含み、それは、
そのトランジスタ４４のベース・エミッタ回路と直列な
トランジスタ４０のエミッタ・コレクタ回路と並列とな
っている。

他方、標準キャパシタ１４の放電回路は、トランジスタ
４４のコレクタ・エミッタ回路と直列なトランジスタ４
２のエミッタ、ベース回路を含み、それは、そのトラン
ジスタ４４のベース。

エミッタ回路と直列なトランジスタ４２のエミッタ・コ
レクタ回路と並列である。

放電中において、トランジスタ４４は飽和状態で作動し
、従って、抵抗３６の電圧はトランジスタ４４のコレク
タ・エミッタ飽和電圧まで降下し、プローブ・キャパシ
タ１０と標準キャパシタ１４とをはゾ完全に放電させる
。

一旦放電し終ると、トランジスタ４０，４２゜４４の導
通は停止し、プローブ・キャパシタ１０と標準キャパシ
タ１４との充電サイクルが再開する。

放電サイクルと放電サイクルとの間の時間は、それら両
キャパシタの内の容量の小さい方のキャパシタにより決
まり、各放電回路の抵抗が等しいと仮定すると、 放電サイクル時間 上式において、Ｒは放電抵抗の抵抗値と等しい、Ｃは両
キャパシタンスの内の小さい方の容量値テあり、制御電
圧は、抵抗３４．３６の接続点の所で決める。

プローブ・キャパシタンス１０と標準キャパシタンス１
４との放電速度は、これを差動増幅器１２により計測・
比較する。

もしラジェータ中の冷却液のレベルが所定レベルより高
いと、プローブ・キャパシタ１０の容量値が標準キャパ
シタ１４のそれより高くなり、その結果、プローブ・キ
ャパシタ１０の充電速度が標準キャパシタンス１４のそ
れより低くなり、それに応じた正の出力信号を差動増幅
器１２が出力する。

しかしトランジスタ５０．６２は、この正の出力信号に
は応答せず、非導通状態のままであり、従って、出力信
号ターミナル６６は、ラジェータ中の液位レベルが適正
であること示すよう非付勢状態のままである。

もしラジェータ中の冷却液レベルが、所定レベルと等し
いか、又はそれより低いと、プローブ・キャパシタ１０
の容量値が標準キャパシタ１４のそれより低く、プロー
ブ・キャパシタ１０の方の充電速度が標準キャパシタ１
４のそれより早く、それに応じて、差動増幅器１２はそ
のターミナル６から負の出力信号を出力する。

この負の出力信号が抵抗５２を介してトランジスタ５０
のベースへ送られると、抵抗５４を通って電流が流れて
トランジスタ５０のエミッタ・ベース接合部を順方向に
バイアスしてそれを導通状態とする。

その結果、このトランジスタのエミッタ・コレクク回路
とこれと直列の抵抗５８とを流れる電流によって、トラ
ンジスタ６２が順方向にバイアスされて、その飽和領域
における導通状態となる。

このトランジスタ６２の導通によって、信号出力ターミ
ナル６６から、ダイオード６４両端の低液位レベル表示
出力電圧信号が出力される。

この信号の大きさは、ターミナル２８の所における給電
電圧からトランジスタ６２のコレクタ・エミッタ飽和電
圧を引いたものと等しい。

またこの出力電圧信号によって表示器を働かせるか、ま
たは制御目的を達成する。

差動増幅器１２の応動は割合ゆっくりとしているので、
そこからの負の出力信号のある程度の積分が行われる。

しかしこの積分はキャパシタ５６によって助長される。

即ち、トランジスタ５０がその負の出力信号に応じて導
通状態となると、この装置はその放電サイクルを続ける
状態にあり、トランジスタ６２の出力電圧の中にパルス
は表われない。

差動増幅器１２のターミナル６での出力電圧信号の双安
定スイッチング作用を確実に行うために、抵抗５８の両
端間の電圧の正帰還を抵抗６０で行っている。

差動増幅器１２からの負の出力電圧信号が増大ＩＪ５ｅ
け７ると、抵抗６０により差動増幅器１２の入力にアン
バランスを生じさせて、双安定作用を得る。

抵抗５８はトランジスタ６２のベースに対する低インピ
ーダンス路を提供してしゃ所動率を良くする。

第１図に示す装置の回路動作が適正状態にあるか否かの
チェックは、例えば外部スイッチ（図示せず）を介して
テスト・ターミナル３０を選択的に接地１６に短絡する
ことにより行うと良い。

短絡ターミナル３０を接地すると、標準キャパシタ１４
の充電電位が低下し、その充電速度が降下することとな
るので、プローブ・キャパシタ１０の充電速度は他方の
キャパシタのそれより速くなる。

従って差動増幅器１２によって、ターミナル６の所に負
の出力信号が生じ、トランジスタ５０゜６２が上述のよ
うに導通状態となり、適正な回路動作の表示としての低
液位レベル状態に擬した出力信号をターミナル６６の所
に発生ずる。

第２図に示す装置は、自動車の滑潤油や、石油、ガス等
の非導電物質の液位を検知することを意図したもので、
この場合には、プローブ・キャパシタ１０は、一対の相
互に隔置した導電プレートから成る普通のタイプのもの
で、これら両プレート間にレベル検知せんとする液体が
誘電体として入っている。

従って、このキャパシタ１０の全容量は、それらプレー
ト間の液位の上下に応じて変動する。

この非導電液体を用いるプローブ・キャパシタンス１０
の容量変動範囲は、導電液体を用いるものと比較して明
らかに小さい。

第２図に示す装置が第１図におけるそれと比して優れて
いる点は、その調節可能性においてまさることである。

図示のように、この第２図に示す装置では、第１図にお
けるキャパシタ放電回路と組合せた分圧抵抗３４の代り
に、ワイパ８２をもつポテンショメータ８０を用いてい
る。

またここでは、プローブ・キャパシタ１０の充電抵抗１
８を、第１図に示すように直接バイアス・ライン２０に
接続せず、ポテンショメータ８０のワイパ８２を介して
接続しである。

第２図での回路の残りの部分は、第１図のそれと同じで
ある。

第２図に示す装置の動作においては、プローブ。

キャパシタ１０を、例えば自動車の非導電性滑潤液のよ
うなその液位レベルを観察すべき物質中に入れ、ポテン
ショメータ８０のワイパ８２を、プローブ・キャパシタ
１０の放電回路全体の抵抗値を選定する位置にセットす
る。

こうすると、モニター中の液体の液位変動に応じてのそ
の小さなキヤパシタンスの変動範囲において、その液位
レベルがプローブ・キャパシタ１０の中央点の所又はそ
の近くに来た時に、この装置の動作点、即ち、差動増幅
器１２がターミナル６に負の出力信号を出す点を確立す
ることができる。

更にこの装置における構成部品についての経時変化をと
もなう許容誤差とそれら部品の値のためにワイパ８２を
一定期間ごとにセットしなおすよう調整しないと、この
装置の動作点をプローブ・キャパシタ１０の中央点の所
又はその近くに保持することができないかも知れない。

この第２図に示す実施例のそのほかの動作は、はゾ第１
図のそれと同一である。

第３図には、交流電源で作動するようになった液位レベ
ル表示の時間遅延リレー制御装置をもつ装置を示しであ
る。

ここでは、プローブ、キャパシタ１０と標準キャパシタ
１４とを、第１図の実施例とは逆に、差動増幅器１２の
入力ターミナルに接続してあり、更に、プローブ・キャ
パシタ１０を直流阻止キャパシタ９０を介して差動増幅
器１２の非反転入力ターミナル３に接続し、別のキャパ
シタ９２をプローブ・キャパシタ１０と上記キャパシタ
９０とを分路するように並列に入れである。

プローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４とを差
動増幅器１２に対して上述のように配置することによっ
て、第１図及び第２図に示すような液位レベルの降下に
対するよりも上昇に応動する装置を得ることができる。

プローブ、キャパシタ１０とそれに関連するキャパシタ
９０．９２とのための放電回路は、バイアス・ライン２
０に接続した直列配置の可変抵抗９４を含むように改良
しである。

更に、第３図の装置では、変圧器９８の第１次巻線ター
ミナルの所に接続可能な交流電源（図示せず）で作動す
るようにするために、ツェナー・ダイオード３８に並列
なりツプル・フィルタキャパシタ９６を含んでいる。

なお、上記変圧器９８の第２次巻線は、陽極が共通接続
された１対のダイオード１００゜１０２の陰極へ接続し
たターミナルを有している。

また変圧器９８の第２次巻線の中心タップをライン１０
４を介し接地ライン１６に接続することにより、ダイオ
ード１００，１０２を有する全波整流器を構成する。

この整流器の出力は、リップル。フィルタ・キャパシタ
１０８を介して点１０６の所で接地ライン１６に並列接
続され、電流制限抵抗器１１０を介してバイアス・ライ
ン２０に接続されている。

トランジスタ５０のコレクタ負荷は、抵抗５８とこれと
直列でワイパ１１４をもつポテンショメータ１１２とを
含んでいる。

差動増幅器の反転入力ターミナル２とポテンショメータ
１１２のワイパ１１４との間に設けた正帰還回路は、直
列な抵抗１１６とダイオード１１８とを含んでいる。

トランジスタ５０のコレクタとトランジスタ６２のベー
スとの間に設けた時間遅延回路は、可変抵抗１２０と、
トランジスタ５０のコレクタと接地ライン１６との間の
直列キャパシタ１２２とを含み、抵抗とキャパシタとの
接続点は、差動増幅器１２４の反転入力ターミナル２に
接続しである。

更にこの時間遅延回路は、抵抗１２０と並列なダイオー
ド１２６を含み、バイアス・ライン２０と接地ライン１
６との間には、１対の直列抵抗１２８，１３０を含む分
圧回路網を配置してあり、上記両抵抗間の接続点は、差
動増幅器１２４の非反転入力ターミナル３に接続しであ
る。

アーマチャが連動して一緒に動く３個の単極双投型部分
を含む逆転スイッチ装置１３２は、ダイオード１２６と
、そのダイオード１２６とは反対方向にあるダイオード
１３４とのいずれかと選択的に接続する第１アーマチヤ
を有し、また上記スイッチ１３２の第２アーマチヤは、
抵抗１２０とキャパシタ１２２との接続点と、分圧抵抗
１２８，１３０との接続点とのいずれかを差動増幅器１
２４の反転入力ターミナル２に選択的に接続する。

またスイッチ１３２の第３アーマチヤは、分圧抵抗１２
８゜１３０間の接続点と、抵抗１２０とキャパシタ１２
２とによる接続点とのいずれかに差動増幅器１２４の非
反転入力ターミナルを選択的に接続する。

ライン１３６，１３８を介してターミナル７の所でバイ
アス電圧をうけターミナル４の所で接地しである差動増
幅器１２４は、抵抗１４０を介してトランジスタ６２の
ベースに接続した出力ターミナル６を有する。

トランジスタ６２は、そのベース、エミッタ回路に、バ
イアス抵抗１４２を有し、またそのエミッタ・コレクタ
回路は点１０６と接地ライン１６との間に接続しである
。

そして、接点１４８を有するリレーのコイル１４６と発
光ダイオード１４４とが、トランジスタ６２のコレフタ
回路中に直列に設けてあり、上記リレー、コイル１４６
は、それに接続した保護ダイオード６４を有する。

第３図に示す装置の動作において、交流電流を変圧器９
８の第１次巻線に印加すると、その電流は、ダイオード
１００，１０２で整流されキャパシタ１０８でフィルタ
される。

そしてその結果、点１０６の所に出る出力を電流制限抵
抗１１０を介してプローブ、キャパシタ１０と標準キャ
パシタ１４との充電回路に印加する。

バイアス、ライン２０と接地ライン１６との間の電圧は
、脈動電流であり、これをフィルタ・キャパシタ９６で
平滑化する。

交流電流を変圧器９６の第１次巻線６と印加すると、た
だちにプローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４
とに充電電流が流れプローブ、キャパシタ１０と関連す
る直流阻止キャパシタ９０とキャパシタ９２、主として
キャパシタ９２によって、充電電流により全容量が充電
される。

このことζこより、この場合抵抗２２．９４を含む低抵
抗充電回路を用いることが可能となる。

なお上記抵抗９４の方は、この装置の動作点をプローブ
・キャパシタ１０の中央点の所又はその近くに置くため
に可変式となっている。

プローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４とは、
第１図の実施例とは逆に、差動増幅器１２の入力ターミ
ナルに接続されているので、ここでは、モニター中の液
位レベルが所定値より上昇する際に生じるプローブ・キ
ャパシタ１０を含むキャパシタ回路の充電速度が標準キ
ャパシタのそれより低くなるときだけターミナル６に負
の出力信号が出力されることとなる。

差動増幅器１２の負の出力電圧信号によって、トランジ
スタ５０がその飽和領域で導通し、このトランジスタの
エミッタ・コレクタ電流により抵抗５８とポテンショメ
ータ１１２との両端間に電圧を生じさせ、この電圧の一
部がワイパ１１４を介してフィードバックされ、ダイオ
ード１１８と抵抗１１６とを介して差動増幅器１２の反
転ターミナル２へと送られる。

すると、標準キャパシタ１４からの電流を阻止するダイ
オード１１８は、ポテンショメータ１１２と抵抗５８と
を介し順方向にバイアスされ、標準キャパシタのための
更に別の充電通路を形成する。

正帰還回路から標準キャパシタ１４への充電電流の貢献
度合は、不感帯、に比例する。

即ち、第３図に見て上方へのワイパ１１４の移動によっ
て生じる大きなフィードバック電圧は、不感帯を拡大し
、即ち、差動増幅器が負の出力電圧信号の出力を止める
前に、プローブ・キャパシタ１０を含むキャパシタ回路
の充電速度を大きく増大させることができる０ トランジスタ５０のコレクタでの出力電圧は、それが差
動増幅器１２からの負のパルスにより導通となった時に
、可変抵抗１２０とキャパシタ１２２とを含む時間遅延
回路に印加される。

この時、この時間遅延回路のキャパシタ１２２での出力
は、差動増幅器１２４の入力ターミナル２，３のいずれ
かに、スイッチ１３２の位置に応じて選択的に印加され
、また、差動増幅器１２からの出力であるスイッチング
パルスは、キャパシタ１２２の充電速度に応じて遅延さ
れる。

極性の反対のダイオード１２６，１３４は、一方のみへ
の時間遅延を提するようになっており、従って、アーマ
チュアが図示の位置にあるスイッチ１３２では、ダイオ
ード１２６を介してキャパシタ１２２の充電を速くまた
可変抵抗１２０を介してキャパシタ１２２の放電を遅く
行わせることが出来る。

もし、スイッチ接点が図示とは逆の位置（図示せず）に
くると、キャパシタ１２２は可変抵抗１２０を介してそ
の放電を遅く、またダイオード１３４を介してその放電
を早く行わすことが出来る。

このようなスイッチを設けであることにより、本発明の
検知器を可逆的に作動させる（即ち、プローブ・キャパ
シタの容量増大でプローブ・リレーを付勢したり消勢し
たりする）ことによって、いかなる利用分野においても
誤動作を生じない動作様式とすることができる。

差動増幅器１２４が、時間遅延回路におけるキャパシタ
１２２の電圧を抵抗１３０の電圧と比較し、キャパシタ
１２２の電圧が抵抗１３０の電圧より高い時に負の出力
信号をターミナル６の所に発生し、この出力信号によっ
て、トランジスタ６２の動作状態、従って、このトラン
ジスタ６２のコレクタ回路中のリレーコイル１４６で制
御しであるリレー接点１４８の動作状態を制御する。

トランジスタ６２のコレクタ回路中の発光ダイオード１
４４は通常、この検知器の使用中には露出しておらず、
これは、リレーコイル１４６の付勢状態を可視的に表示
することによってこの検知器の計測調整の便宜のために
設けである。

第４図には、プローブ・キャパシタとトランスジューサ
とを３線ケーブルを介して遠隔地に取付けて用いるよう
に改良したものを示しである。

この実施例では、遠隔プローブ・キャパシタ（図示せず
）を、内側導体１６０、これをつつむ絶縁内側シールド
１６２、更にこの内側シールドをつつみかつ接地ライン
１６に接続した３線ケーブルを介して検知器回路に接続
しである。

上記３線ケーブルの内側導体１６０は、保護抵抗１６６
を介してキャパシタ９０に接続してあり、内側シールド
１６２は、保護抵抗１６８を介して利得１増幅器を有す
るシールド駆動回路に接続しである。

上記利得１増幅器は、１対のコンプリメンタリ−トラン
ジスタ１７０，１７２を含み、一方のトランジスタ１７
０のベースとコレクタとは、差動増幅器１２の非反転入
力ターミナル３と接地ライン１６とにそれぞれ接続され
、またエミッタは、他方のトランジスタ１７２のベース
に接続し、それらの間の接続点を１対の直列抵抗１７４
，１７６を介してバイアス・ライン２０に接触しである
。

トランジスタ１７２のエミッタとコレクタとは駆動トラ
ンジスタ１７８のコレクタとベースとに接続し、上記駆
動トランジスタ１７８は、そのベース、エミッタ回路に
バイアス抵抗１８０を有し、バイアス・ライン２０に接
続しである。

利得１増幅器の出力１８２は、接地ライン１６への負荷
を有し、この負荷は、並列の抵抗１８４とキャパシタ１
８６とを含むものである。

なお上記出力１８２は、保護抵抗１６８を介して３線ケ
ーブルの内側シールド１６２に接続しである。

スイッチング・トランジスタ１８８のベースとコレクタ
とは、それぞれトランジスタ４４のコレクタとベースに
接続され、またエミッタは利得１増幅器の出力１８２に
直接接続されている。

標準キャパシタ１４とプローブ・キャパシタ（図示せず
）及びそれに付属するキャパシタ９０゜９２のための放
電回路は、第３図の場合と同様にトランジスタ４０，４
２．４４を含み、更に、分圧器を横取する抵抗１７６．
１９２及び３６を含んでおり、トランジスタ４０と４２
のベース間の接続点は、キャパシタ１９０に接続してあ
り、そして、このキャパシタ１９０は、抵抗１７６゜１
９２．３６からなる上記の分圧器の中の抵抗１９２と並
列にある。

キャパシタ１４並びに９０．９４は、それぞれ抵抗１８
並びに９４と２２を介して充電され、ゼロボルトから供
電電圧へ向って指数的に上昇してゆく。

しかし、最も容量の小さなキャパシタが最も早く充電さ
れ、その電圧が、抵抗１７６．１９２゜３６からなる分
圧器の分圧電圧と、その最も容量の小さなキャパシタに
接続されたトランジスタ（４０又は４２のいずれか一方
）のベース・エミッタ電圧との和に達したとき、そのト
ランジスタがオンしてトランジスタ４４ヘベース電流を
供給し、その結果、トランジスタ４４がオンしてトラン
ジスタ４０及び４２の両方へベース電流を流す。

かくして、トランジスタ４０，４２．４４の全てが同時
にオン状態になり、キャパシタ１４，９０゜９２は同時
に旦つ急速に放電する。

第３図に示す電圧調整ツェナーダイオード３８の代りに
、全波整流器の出力点１０６とバイアス。

ライン２０との間にコレクタ・エミッタ回路を接続した
トランジスタ１９６を含む直列電圧調整器を用いである
。

このトランジスタ１９６のベースは、点１０６に接続の
バイアス抵抗１９８を有し、更にツェナーダイオード２
００に接地しである。

第４図に示す装置の動作においては、まず交流を変圧器
９８の第１次巻線に印加してプローブ・キャパシタと標
準キャパシタ１４との充電を開始すると、トランジスタ
１８８は最初非導通状態にあり、また、利得１増幅器の
トランジスタ１７０゜１７２．１７８は最初導通状態に
ある。

この利得１増幅器は、低インピーダンス出力１８２を有
し、従って、差動増幅器１２に関連するキャパシタの充
電によりその差動増幅器１２の非反転ターミナル３の所
に表われる増大信号と大きさ及び位相において等しい信
号がこの低インピーダンス出力１８２の所に表われる。

利得１増幅器の出力は保護抵抗１６８を介して、遠隔プ
ローブ・キャパシタ（図示せず）と接続した３線ケーブ
ルの内側シールド１６２に印加される。

負荷抵抗１８４とキャパシタ１８６とは、利得１増幅器
が常に負荷を有するようにその増幅器の出力回路に設け
である。

トランジスタ４０，４２．４４を放電サイクルを開始す
るように導通状態になると、トランジスタ４０．４２の
ベースの接続点が、トランジスタ４４の飽和状態での動
作のために電圧ゼロとなり、また、抵抗１７６、１９２
の間の接続点は、キャパシタ１９０のために高電圧とな
る。

従って、トランジスタ１７０，１７２が順方向バイアス
でなくなり、利得１増幅器はオフとなる。

トランジスタ４０，４２，４４の導通開始と同時に、ト
ランジスタ１８８は、トランジスタ４４の導通に応じて
導通状態となり、内側シールド１６２と接地外側シール
ド１６４との間のキャパシタンスによって利得１増幅器
の出力１８２に維持されている電圧のための放電路を形
成する。

トランジスタ１８８が導通した時に利得１増幅器がオフ
となることにより、トランジスタ１７８゜１８８のベー
ス、エミッタ回路とトランジスタ４４のベース・エミッ
タ回路とを介しての短絡が防止される。

上述のように、この第４図に示すものでは、第３図に示
す電圧調整ツェナーダイオード３８の代りに、トランジ
スタ１９６とツェナーダイオード２００を含む直列電圧
調整装置を利用している。

なお上記のツェナーダイオード２００は、トランジスタ
１９６のベース・エミッタ接合点での電圧が常に順方向
にバイアスされた状態でありかつ一定値（このベース・
エミッタ接合点での順方向バイアス電圧は一般的に０．
６ボルト程度である）にあることにより、バイアス・ラ
イン２０と接地との間の電圧を調節し、ツェナーダイオ
ードでの電圧と組合せた時に、全調整電圧を提供する。

第５図には、プローブ・キャパシタの容量の変化に比例
する直流電圧出力アナログ信号を発生するように、第１
図及び第２図に示す装置を改良したものである。

図示のように、プローブ・キャパシタ１０と標準キャパ
シタ１４とはそれぞれ差動増幅器１２の入力ターミナル
３，２に接続されており、液位レベルの上昇にも応動す
ることができる。

プローブ・キャパシタ１０と標準キャパシタ１４との放
電回路は、第１図及び第２図に示した通りであるので、
ここでは説明しない。

差動増幅器１２の出力は、抵抗５２を介しトランジスタ
５０のベースに接続されている。

なお、上記トランジスタ５０のエミッタ・コレクタ回路
は、負荷抵抗５８を介してベースライン２０と接地ライ
ン１６との間に接続され、出力信号ターミナル６は、ト
ランジスタ５０のコレクタと抵抗５８との間の接続点に
接続しである。

直流電源（図示せず）は、バイアス、ライン２０とター
ミナル２８との間の電流制限抵抗２５０を介してバイア
ス、ライン２０と接地ライン１６とに接続しである。

トランジスタ５０のベース・コレクタ回路は、それに並
列なキャパシタ２５２を有し、このトランジスタ５０の
コレクタと差動増幅器１２の非反転入力ターミナル３と
の間の負帰還回路は、抵抗２５４を含んでいる。

第５図に示す装置の動作においては、プローブ・キャパ
シタ１０の容量が増大する（それによりその充電速度が
低下する）と、差動増幅器１２の出力が減少し、このプ
ローブ・キャパシタ１０の充電速度が標準キャパシタの
それより低くなるのに従って上記出力が減少し負となっ
た時にトランジスタ５０は導通ずる。

トランジスタ５０が導通すると、抵抗５８の電圧は、ト
ランジスタ５０のコレクタのために増大し続け、該トラ
ンジスタ５０が飽和近くなるとバイアス・ライン２０の
電圧となる。

抵抗５０の増大電圧は、フィードバック抵抗２５４を介
して差動増幅器１２の入力ターミナル３ヘフイードバツ
クして負帰還を行い、プローブ・キャパシタ１０のため
の付加的充電源として作用させる。

その結果、出力信号ターミナル６の所に平担な直流出力
電圧が表われる。

キャパシタ２５２は、その出力信号の脈動を最小とする
ものである。

第６図に示すものでは、モノシリツク集積回路を利用で
きるように第１図及び第２図に示す方式を改良しである
。

この実施例では、プローブ・キャパシタ１０と標準キャ
パシタ１４との放電路内に抵抗３００を含んでおり、こ
の抵抗３００のために、回路からツェナーダイオード３
８とキャパシタ５６（第１，２図参照）を省くことがで
きるので、コストとスペースを節約することができる。

この第６図に示す実施例においては、プローブ・キャパ
シタ１０と標準キャパシタ１４との充電、放電は第１図
に示す回路の場合と同じようにして起るが、ただ、その
両キャパシタ１０，１４は抵抗４０，４２，４４を介し
て接地ライン１６に向は行われるので、放電電流はかな
らず、放電回路と接地ライン１６との間の抵抗３００を
通して行われる。

またこの抵抗３００のあることによりプローブ・キャパ
シタ１０と標準キャパシタ１４とは完全に放電されず、
従って、それらの低電圧は、差動増幅器１２の動作しき
い値レベル、即ち、差動増幅器１２を線形動作領域に保
持しておくことのできるレベルに非常に近くなっている
。

その結果、第１図に示すツェナーダイオード３８によっ
て行うような電圧調整は必要でなく、従って第６図に示
すものではこのツェナーダイオードを省くことができる
ので本実施例のようにモノシリツク集積回路を用いれば
極めて簡単となる。

更に、差動増幅器１２は、この場合、（第１図に示す実
施例での動作とは逆に）非常に高い効率サイクルで動作
しており、その出力は、極めて脈動の少ない出力波形と
なる。

このため、キャパシタ５６（第１図参照）は必要なく、
モノシリツク集積回路においてはそれだけ簡単となる。

第７図には、第３図と第６図に示す特徴を単一の回路に
組合せた二重レベル検知器を示しである。

この場合における装置は、プローブ・キャパシタ１０は
差動増幅器１２の入力ターミナル２にまたキャパシタ９
０を介して差動増幅器１２’の入力ターミナル３に接続
しである。

またプローブ・キャパシタ１０とキャパシタ９０とには
並列にキャパシタ９２を設けである。

このようなキャパシタ回路は、充電抵抗１８を介してバ
イアス・ライン２０と接地ラインとに接続しである。

また、バイアス、ライン２０と接地ライン１６との間に
は充電回路を介して１対の標準キャパシタ１４、１４’
を接続してあり、上記充電回路は、一方のキャパシタ１
４のための抵抗２２と可変抵抗９４、他のキャパシタ１
４’のための抵抗２２／と可変抵抗９４’とを含むもの
であり、また放電回路は、第６図に示すようなトランジ
スタ４０，４２．４４と、バイアス抵抗３４，３６，３
００並びにこの抵抗３００と並列なキャパシタ３１０と
を含んでいる。

更に、トランジスタ４２／を設けて、このベースとコレ
クタとをトランジスタ４４のコレクタとベースに、また
エミッタを標準キャパシタ１４′とその放電回路との接
続点及び差動増幅器１２’の入力ターミナルに接続しで
ある。

両差動増幅器１２、１２’は、それぞれ抵抗５２，５２
’を介しトランジスタ５０のベースに接続しである。

トランジスタ５０、５０’は点１０６と接地ライン１６
との間に接続したエミッタ・コレクタ回路を有し、この
コレクタ回路はそれぞれ、発光ダイオード１４４，１４
４／と、並列接続したダイオード６４．６４’をもつリ
レーコイル１４６゜１４６１を有している。

またリレーコイル１４６゜１４６１は、スイッチング装
置１４８，１４８’を有している。

この装置は、交流電源（図示せず）に接続した第１次巻
線と、中心ラップをライン１０４を介して接地ラインに
接続しである第２次巻線とをもつ変圧器９８を含んだ第
３図に示す交流供給装置で付勢する。

ダイオード１００，１０２とキャパシタ１０８とで第３
図に示すような整流回路を構成する。

第３図、第４図及び第１図では、それを交流電源に接続
した変圧器で動作させるようになっているけれども、こ
れらは、変圧器９８やダイオード１０２を省いてダイオ
ード１００と接地ライン１６との間で直流電源につない
で直流で動作するようにしても良い。

更に、上述の実施例では、負の側を接地しであるが、勿
論これらの負側接地の回路におけるとは別に各構成要素
を適宜変更使用することにより正の側を接地しても良い
。

第７図には、プローブ・キャパシタ１０を含むキャパシ
タ回路の充電速度と標準キャパシタ１４゜１４／のそれ
とを比較する回路が示しである。

ここでは余分の標準キャパシタ１４’を用いであること
により、それらキャパシタの放電回路がトランジスタ４
２と同じように作用するトランジスタ４２／を含んでい
るので、トランジスタ４０゜４２．４２’のいずれかが
導通し始めるとトランジスタ４４をも含めた全てのトラ
ンジスタが導通し、上記キャパシタは、抵抗３００とキ
ャパシタ３１０とを介して接地ライン１６に放電する。

また、キャパシタ３１０があることにより、トランジス
タ４４のエミッタ電圧は、放電回路の導通中における最
初のスパイク電流の存在のために高い初期値に上昇する
ことはない。

差動増幅器１２．１２’は、それぞれその差動増幅器の
入力ターミナル２，３に接続したプローブ・キャパシタ
１０を含むキャパシタ回路を有しているので、差動増幅
器１２は、液位レベルがある点まで降下するとそれに応
じて出力信号を出力し、また逆に、差動増幅器１２’は
、液位レベルがある点板上に上昇するとそれに応じて出
力を出す。

差動増幅器１２、１２’のいずれかの出力り−ミナル６
の所に出力信号が出ると、その出力信号の位置に応じた
トランジスタ５０，５０７が導通し、スイッチ接点１４
８，１４８’をもつリレー１４６又は１４６１のコイル
を付勢する。

抵抗６０．６０’介して正帰還バックを行えば、差動増
幅器１２、１２’からの出力電圧信号に双安定スイッチ
ング作用を得ることができる。

以上の説明から明らかなように、キャパシタの広い容量
変動にわたって高感度で精度が高く、また適当なセンサ
やトランスジューサを用いる場合に種々の物理的状態を
モニターできる汎用性をもつ利点のある装置が提供され
る。

ここに述べた実施例は本発明の要旨を限定するものでは
なく、種々の設計変更を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の回路図、第２図は、動作
点可調式の実施例の回路図、第３図は、交流付勢及び時
間遅延回路網を用いた実施例の回路図、第４図は、状態
感知プローブが離れた所に取付けである以外第３図の場
合と同じ実施例の回路図、第５図は、キャパシタンスの
入力点での変化に比例した出力電圧を作る場合の実施例
の回路図、第６図は、モノシリツク集積回路を用いるに
適した実施例の回路図、第７図は、単一のプローブを用
い、かつ２個の個々別々の状態応動表示を提供する実施
例の回路図、である。 １０・・・・・・状態応動装置（プローブ・キャパシタ
）、１２・・・・・・差動増幅比較装置、１４・・・・
・・標準キャパシタ装置、１８，２２・・・・・・充電
抵抗、２０・・・・・・バイアス、ライン、２・・・・
・・反転入力ターミナル、３・・・・・・非反転入力タ
ーミナル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源で付勢するバイアス・ライン装置と、一定の状
   態に対する状態変動に応じて変動する容量値を示す状態
   応動装置と、 一定の容量値をもつ標準キャパシタンス装置と、上記状
   態応動装置と直列な第１充電抵抗体を含み上記第１充電
   抵抗の抵抗値と上記状態応動装置の容量値とにより決ま
   る速度で上記状態応動装置を充電するように上記バイア
   ス・ライン装置に接続しである第１充電装置と、 上記標準キャパシタンス装置と直列となった第２充電抵
   抗を含み、この第２充電抵抗の抵抗値と上記標準キャパ
   シタンス装置の一定の容量値とによって決まる速度で上
   記標準キャパシタンス装置を充電するよう上記バイアス
   ・ライン装置に接続した第２充電装置と、 それぞれ上記状態応動装置と標準キャパシタンス装置と
   に接続された反転入力と非反転入力とを含む一対の入力
   を有し、各充電装置の充電速度の差に応じてその差を示
   す出力電圧を生じるようになった差動増幅比較装置と を具備するキャパシタンス応動式検知器。