JPS5954928A - 静電容量型材料レベル表示器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄積容器などにおける材料のレベルを示すため
のシステムに向けられており、更に特定するに、材料の
レベルを材料の静電容量の関数として示す型式の改良さ
れたシステムに向けられている。本発明は．又、静電容
量材料検知プローブおよびその製造方法にもか　わる。

本発明の一般的目的は、製造コストが安くそしてその動
作が長い期間にわたりしかも種々な動作環境の下におい
ても信頼できる、蓄積容器などにおける材料のレベルを
表示するためのシステムを提供するにある。

本発明の別なそして更に特定せる目的は、種々な応用お
よび環境に対してあまり慣れていない人によつても現場
において容易に校正できる型式の材料レベル表示システ
ムを提供するにある。本発明の関連せる目的は熟練され
ていないオペレータによつても現場において迅速且つ自
動的に再校正できる装置を含むシステムを提供するにあ
る。

本発明の更に別な目的は、静電容量プローブ上に被覆す
る材料の影響および／又はその検知される材料の導電性
又はその導電性における変動の影響に左右されない静電
容量型材料レベル表示システムを提供するにある。

本発明の更に別な目的は、材料レベル表示システムにお
いて利用できる改良された静電容量検知プローブおよび
か　るプローブを製造するための廉価な方法を提供する
にある。

端的に云つて、本発明は、容器内における材料のレベル
をその材料の静電容量の関数として示すた遁のジステム
を意図し、その容器内における材料のレベルの関数とし
た静電容量の変動に応動するようにその容器内に設げら
れた静電容量プロ−ブを含む共振回路と、その静電容量
プローブを含む共振回路に連結された出カを持つ発猿器
と、プローブ静電容量の関数としてその発振器出力にお
ける位相角の変動に応動する位相検出器と、その容器内
での材料の予め決められたレベルを示している基準の静
電容量を検証するための校正回路と、そしてその位相検
出器および校正回路に応動して、そのプローブにおける
静電容量と基準の静電容量との間における差の関数とし
てその容器内での材料レベルを表示するための出力回路
とから成つている。校正回路は、位相検出器に応動する
第１の入力とそして基準の静電容量を示している第２の
入力とを持つ比較器を含んでいる。システムの動作特性
は、その比較器において、好ましくは実質的に共振回路
の共振において予め決められた比較を得るべく校正動作
中に変えられる。更に好ましいことに、校正回路は、比
較器に対する基準入力上における共振回路の共振特性の
ようなシステム特性を変えて共振状態における所望の予
め決められた動作を得るために、校正動作の開始に際し
自動的に動作する。

本発明の更に別な目的、特長および利点はその特許請求
の範囲および添付図面を参照しての以下の詳細な記載か
ら一層明瞭に理解されよう。

第１図は本発明による材料レベル表示システムの好まし
き実施例を示し、そこにおいて、ＲＦ発振器１０は第１
の出力における周期的信号を位相シフト（９０°）増幅
器１２に与えている。

増幅器１２の正弦状出力は調整可能な並列ＬＣ共振回路
１４に接続されている。共振回路１４は蓄積容器２２の
側壁に取付けられているプローブ組立２０（第１および
第６図）のプローブ導体１８に接続されている。増幅器
１２の出力は、又、低い出力インピーダンスを持つ単位
利得増幅器２４を通してプローブ組立２０のガード・シ
ールド２６に接続されている。固形材料に対する蓄積箱
か文は液体蓄積タンクである容器２２の壁は接地されて
（・る。従来においても周知の如く、プローブ導体１８
と容器２２の接地された壁との間における静電容量はそ
こに蓄えられる材料２８のレベルおよびその材料の誘電
率でもつて変動する。静電容量におけるこの変動は以下
において記載される予定のシステム電子装置の残りによ
つて検知されてそして材料のレベルについて所望の表示
を与える。プローブ導体１８と実質的に同じ電圧および
位相において増幅器２４によつて励起されるガード・シ
−ルド２６は被覆された材料を通したそのプロ−ブ表面
へのプローブ・エネルギの漏れを防止し、かくして、そ
こに蓄えられている材料のレベルにより緊密に応動する
ように、プローブ放射線をその容器ボリューム内へと外
方に向けさ　　　　１せるべく機能する。

増幅器１２の正弦状出力は零交差検出器３０を通して位
相検出器３２の１つの入力に供諾されている。位相検出
器３２は、増幅器１２に向けられる発振器出力の位相と
は１８０°づれている発振器１０の第２の出力からの方
形波第２入力を受信する。それぞれの入力間における位
相関係に比例したレベルの直流信号である位相検出器３
２の第１の出力は自動校正回路３４へと供給される。入
力位相関係を示す直流信号である位相検出器３２の第２
の出力は限界（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）検出器３６の１つ
の入力に向けられている。位相検出器３２の出力は同一
であるが、後で述べられる理由のために互いに効果的に
隔絶されている。自動校正回路３４は、調整用として発
振器１０からの第２の入力を受信する調整可能なＬＣ共
振回路１４に対して制御入力を与える。

校正回路３４は、又、限界検出器３６に対して基準入力
を与える。限界検出器３６の出力は材料レベル表示回路
３８を通して容器材料レベルを所望の如く制御および／
又は表示するための外部回路へと供給される。

一般に、自動校正回路３４は、笑際に自動校正モード中
に存在する容器２２内における予め選ばれた材料状態を
示している基準静電容量レベルを樹立するように、そこ
に接続されているオペレータ押釦４０にて開始された校
正モード中に共振回路１４の共振特性を調整するべく機
能する。容器２２における材料のレベルは初めにプロー
ブ組立２０のレベルへと上昇〔示されていない手段によ
る〕され、その後、そのプローブ組立から隔世されるよ
うに下げられることが好ましい。もしも材料２８がその
プローブ組立をおおう型式のものであるとすると、か　
る被覆はそのプローブ上に止どまりそしてその後の校正
動作中に考慮されることになる。材料レベルが低下する
と、オペレータは釦４０を押して自動校正モードを開始
させる。そこで、回路１４の共振特性は、共振回路１４
および静電容量プローブ１８の並列組合せが位相検出器
３２への発振器基準入力に対して予め選ばれた位相関係
を持つことを位相検出器３２の出力が示すまで、校正回
路３４によつて自動的に変えられ又は調整されるので、
その位相関係は低い材料レベルを示している校正回路３
４における有効な基準静電容量レベルに対応している。

その後、正常動作モード中、位相検出器３２の出力は、
限界検出器３６において、基準静電容量レベルを示して
いる校正回路３４からの基準入力と比較され、そして限
界検出器３４は、その検知された材料の静電容量が材料
の誘電率の関数として選ばれる予め決められた量だけそ
の基準静電容量レベルな越えるときに、出力を材料レベ
ル表示回路３８へと与える。もしもプローブ２０が第１
図に示されている如（容器２２の上部に置かれるとする
と、か　る近さは通常、タンクの満杯状態を示す。他力
、もしも、プローブ２０がタンク２２の下部に配設され
るとすると、材料が通常そのプローブ組立に接近してお
りそして普通ではそのプローブ組立ケ包むので、か　る
近さの無さはタンクの空状態を示している。

第２図は自動校正回路３４および調整可能なＬＣ共振回
路１４の好ましき実施例を例示している。共振回路１４
は、増幅器１２の出力を横切つて、すなわち、増幅器出
力と接地との間においてプローブ導体１８と並列に接続
されている固定のコンデンサ４２とインダクタンス４４
とを含んでいる。インダクタンス４４は誘導子コイル巻
線間で電気的に隔置された位置に多くの接続タツプを持
つ複数の誘導子コイルすなわち巻線を含んでいる。複数
の固定のコンデンサ４６ａ〜４６ｆは各々、インダクタ
ンス・コイル４４上における対応の接続タツプと電気的
接地との間におけるそれぞれの制御される電子スイツチ
４８ａ〜４８ｆと直列に電気的に接続されている。スイ
ツチ４８ａ〜４８ｆは何等かの適当な電子スイツチを含
み、制御入力のない状態では通常開成されている。デジ
タル・カウンタ５０は発振器１０からの計数入力を受信
しそして各々がカウンタ５０に蓄えられている計数の対
応せるビツトを示している複数の並列デジタル出力を与
える。カウンタ５０の各データ・ビツト出力は、カウン
タ出力ビツトの状態の関数として共振回路１４における
対応せるコンデンサ４４ａ〜４６ｆを選択的に接続した
り又は切り離したりするために、対応せる電子スイツチ
４８ａ〜４８ｆを制御するべく接続されている。

第２図の発明において例示されている好ましき実施例の
重要な特徴によると、コンデンサ４６ａ〜４６ｆの静電
容量値およびインダクタンス４４の接続タツプを分離し
ているボイル巻回数は、各コンデンサ４Ｊａ〜４６ｆに
よやて並列ＬＣ共振回路１４に加えられる有効な静電容
量がその対応するカウンタ出力の数値桁に対応するよう
に選ばれる。すなわち、仮りに、カウンタ５０が逆順序
の桁におけるスイツチ４８ａ〜４８ｆに接続された出力
を持つ２進カウンタであるとすると、コンデンサ４６ｅ
，４６ｆの値およびその間でのインダクタンス４４にお
ける巻回数は、固定のコンデンサ４２およびプローブ２
０と並列に接続されている有効な静電容量がスイツチ４
８ｆのみが閉じられたどきに比し叱スイツチ４８ｅのみ
が閉じられたときには２倍となるように選ばれる。同様
にして、スイツチ４８ａおよびコンデンサ４６ａによつ
て加えられる有効な静電容量はコンデンサ４６ｆおよび
スイツチ４８ｆの有効値の３２倍である。

如上め記載から解るように、インダクタンス４４はその
インダクタンス・コイル間における対応の接続点の関数
として各コンデンサ４６の有効が静電容量を確立するよ
うに単巻変圧器とし℃機能している。こ匁から解るよう
に、２つ又はそれ以上のコンデンサが１つのタツプに接
続されるので、インダクタンス接続タツプの数はコンデ
ンサ４６ａ〜４６ｆの数よりも少なくなづ文いる。共通
タツプに接続されるコンデンサの値はカウンタ５０から
の制御ビツトの桁に対応して約２の倍数だけ異なつてい
る。

第２図において例示されている自動校正回路３４は、オ
ペレータ押釦４０からの入力を受けてそして自動校正モ
ード作動を開始させるべく共振回路１４におけるカウン
タ５０のリセツト入力へと出力を与えるワン・ショツト
５２を含んでいる。差動比較器５４は位相検出器３２の
出力に接続される反転入力と可変抵抗器５６のワイパー
に接続される非反転入力とを有している。抵抗器５６は
直流電位源を横切つて接続されている。比較器５４の出
力は共振回路１４におけるカウンタ５０の可能化入力へ
と接続されている。比較器５４の出力は又、抵抗器５７
を通して、電子スイツチとして機能するＮＰＮトラゾジ
メタ５８のベースに接続され、ドレンジスタ５８は、直
流電位源を横切つてＬＥＤ　６０、抵抗器６１およびオ
ペレータ・スイツチ４０と直列に接続されている１次コ
レタタおよびエミツタ電極を有している。比較器５４の
非反転入力は調整可能な抵抗器６２を通して限界検出器
３６（第１および第３図）にも接続されている。

スイツチ４０がオペレータによつて押されると、カウン
タ５０がクリアーすなわちリセツトされて自動校正動作
が開始される。コンデンサ４６はすべて共振回路１４か
ら切り離される。

プロ−ブ上に被覆される材料のために、回路動作は“誘
導性”側上での共振１から実質的に除かれて、そして位
相検出器３２から比較器５４への出力は高くなる。かく
して、差ｉ比較器５４は、カウンタ５０の可能化入力お
よびトランジスタ５８のベースに対して、低い出力を与
えるので、トランシスタ５８は非導通状態にバイアスさ
れてそじてＬＥＤ　６０を無励起状態にする。

カウンタ５０がリセツトされてそして可能化されると、
発振器１０からのパルス化されたカウシク入力がカウン
タ５０における計数を前進させ、それにより、各種コン
デンサ４６ａ〜４６ｆをスイツチ４８ａ〜４８ｆによつ
て制御されるように並列ＬＣ共振回蕗ぺと連続且ら選択
的に接続する。前にも示された如（、各コンデンサの接
続によつて加えられる有効な静電容量はカウンタ５０に
おける対応せるビツトの数値桁に直療関連且つ比例して
いる。

コンデシサ４６はインダクタンス４４、コンデンサ４２
およびプローブ２０と並列に加えられ、そしてその並列
組合せが発振器１０の周波数における共振に近づくにつ
れて、位相検出器３２の出力は差動比較器５４の非反転
入力における可変抵抗器５６の設定嫁よつて決定される
基準レベルに向けて減少する。抵抗器５６は、被覆がブ
ロープ２０になくそしてすべてのコンデンサ４６ａ〜４
６ｆが回路に入つた低レベルすなわち”空−容器”の公
称の静電容量に対する回路１６での共振状態に対応させ
て工場においてセツトされるのが好ましい。プローブ２
０における空−タンク静電容量は、例えば、１５ｐＦ　
で良い。位相検出器３２の出力が比較器５４へのその基
準の静電容量レベル入力に到る場合、すなわち、それが
ＬＣ共振回路の共振状態に実質的にある場合、差動増幅
器５４の出力は高い状態すなわち論理１の状態へと切換
わる。

カウンタ５０のそれ以上の動作は禁止され、そしてＬＥ
Ｄ　６０は、校正動作が完了されたことをオペレータに
表示するように、トランジスタ５８を通して照明される
。そこで、オペレータはスイツチ４０を釈放する。かく
して、その共振回路は、すべてのコンデンサ４６ａ〜４
６ｆが回路内に入つてそしてそのプローブがおおわれな
い状態において共振状態にあるように設計されている。

自動校正動作は、プローブ上における被覆、ケーブルの
静電容量、タンクの幾何学的構造、寄生の静電容量、プ
ローブ挿入長さおよび回路の動作特性の変動を補償する
ために並列共振回路から１つ又はそれ以上のコンデンサ
４６ａ〜４６ｆを除去するように機能する。

如上の（および以下に記述される〕回路はすべて商用電
源によつて励起される適当な電源から給電される。調整
可能なＬＣ共振回路１４は、電源の故障に際してそこに
おける校正計数を維持するように、カウンタ５０の電源
入力端子に対して直流電力源に並列に阻止ダイオード６
６，６８によつて接続されるバツテリ６４を更に含んで
いるのが好ましい。

さて第３図を参照するに、限界検出器３６は、位相検出
器３２（第１図）の第２の入力に接続されている反転入
力どそして調整可熊な抵抗器６２（第２図）を通して基
準−表示調整可能な抵抗器５６に接続される非反転入力
とを持つ差動比較器７０を含んでいる。比較器７０の反
転入力と接地との間には、１対のコンデンサ７２，７４
が対応するジヤンパ７６，７８を通して接続されている
。第３のコンデンサ７５は比較器７０の反転入力と接地
との間に接続されている。

コンデンサ７２，７４．７５およびジャンパ７６．７８
は、過檀状態が材科レベルの変化の誤つた表示に生をさ
せないように、限界検出器３６の動作に工場で又は現場
で選択可能な遅延を与える。位相体出器出力は前にも記
述されたように隔絶されているので、遅延用コンデンサ
７２．７４．７５は校正モードにおける動作に影響しな
い。比較器７０の非反転入力と接地との間には１対の抵
抗器８０，８２が対応のジャンパ８４．８６によつて接
続されている。第３の抵抗器８７は非反転比較器入力と
接地との間にじかに接続されている。抵抗器８０，８２
、８７とジャンパ８４．８６とは抵抗器６２（第２図）
と協同して、抵抗器５６（第２図）によつてセツトされ
る基準とそしてプローブ２０が表示しようとする材料−
近似材料レベルとの間で限暴検出器３６によつて検知さ
れる静電容量差についての工場又は現場で選択可能な調
整を与える。

更に特定するに、プローブ組立２０は第１図において例
示されている如く容器２２の上部に載置されるので、材
料が低レベルあるとした抵抗器５６の基準レベルに相当
するプローブ２０での静電容量レベルとタンクが満杯の
ときでの静電容量との間における差は、材料のレベルが
静電容量プローブに近ずいて上昇するごとによる静電容
量の増加である。抵抗器８０、８２、８７およびジャン
パ８０、８４は低および高材料レベル状態間において検
知されるべき静電容量差を効果的に選択する。セメント
のような低誘電率の材料に対して、ジャンパ８４．８６
は除外され、そして例えば、４ｐＦの靜電蓉量差に相当
するスレツシヨルド・レベルが抵抗器６２．８７によつ
て樹立される。アセトンのような中間の誘電率の材料に
対して、ジャンパ８４は、並列における抵抗器８０．８
７が、例えば、同一の高い材料レベルに対応する８ｐＦ
の高い静電容量差を樹立するように付加される。

更に高い静電容量差は、ジャンパ８４を除いてそじてジ
ャンパ８６をそのま〜にすることによつて樹立される。

グリセリンのような比較的高い誘電率の材料に対して、
ジャンパ８４、８６は共にそのまふにおかれるので、並
列における抵抗器８０，８２．８７は、例えば２０ｐＦ
の最大の静電容量差を樹立する。

位相検出器３２からの出力が、前に述べられた自動校正
動作の結果として樹立されるほ　空に近いタンクの共振
点から抵抗器５６，６２，８０．８２および／又は８７
によつて樹立されるレベルへと減少する場合、差動比較
器７０の出力は、低レベルすなわち論理０から高レベル
すなわち論理１へと切り換わり、ネれによりそのプロー
ブ組立への材料の接近を表示する。比較器７０の出力と
その非反転入力との間には抵抗器８８が接続さ戟ていて
、比較器動作にヒステリシスを衝立し、それに上り、境
界線近くでの材料レベル状態における比較器出力の断続
的スイツチングを回避させている。差動比較器７０の出
力は、材料レベル表示回路３８における排他的−ＯＲゲ
ート９０の１つの入力に接続されている。ゲート９０の
第２の入力は、ジヤンバ９２を通して正の電圧源とそし
て抵抗器９４を通して接地とに接続されている。ゲート
９０の出力は、抵抗器９５を通して、電子スイツチとし
て機酷するＮＰＮトタンジンク９６のペースに接続され
ていた、ゲート９０の出力が高レベルすなわち論理１を
取つた場合、抵抗器９９を通してＬＥＤ９８を照明する
と同時に、リレー・コイル１００を励磁する。リレー・
コイル１００と連動されている接点１０２は前に記述さ
れた如く外部回路への接続のために端子ブロツク１０４
の対応せる端子に接続される。

ジャンパ９２および抵抗器９４はゲート９０と協同して
、材料レベル表示回路３８の低レベルか又は高レベルか
のいづれがのフエール・セーフ動作を選択する。すなわ
ち、ジャンパ９２および抵抗器９４はゲート９０と協同
して、高レベルの状態（材料がプローブ２０に近い）か
又は低レベルの状態（材料がプローブ２０から隔置され
ている）かのいづれかにおいて、リレー・コイル１００
を無励磁にする。この様にして、その選択された高レベ
ルの状態か又は低レベルの状態が、リレー・コイル１０
０が電源の故障などにより無励磁とされるに際し、実際
の材料しベルには関係な（その外部回路装置に対して表
示される。前にも述べた如く、比較器７０の出力は、材
料２８がプローブ２０に近いとき（第１図）、高いレベ
ルすなわち論理１の状態を取る。仮りに、リレー１００
が低い材料レベルを表示するべく無励磁にされることを
意味スる低レベルのフェールセーフ動作が望まれるとす
るならば、ゲート９０の第２の入力に低レベルすなわも
論理０を置くようにシャンパ９２が除去される。この構
成において、ゲート９０の出力は、材料がその静電容量
プローブに近い場合は常に、ＬＥＤ９８を照明しそして
リレー・コイル１００を１磁し、そして材料がプローブ
から隔置されている（低レベル）ときにはそのＬＥＤお
よびリレー・コイルを無励磁にするベく比較器７０から
の第１の入力に追従する。他方、ジャンパ９２がそのま
八に止どまる高レベルでめフェ−ル・セーフ動作におい
て、ゲート９０の第２の入力には高すなわち論理１の電
圧レベルが置かれるめで、ぞのゲートの出力は比較器７
０からの第１の入力とは反対のものである。かくシて、
材料のレベルがそのセンサー・プローブから遠ぐにある
場合（低レベル）には、ＬＥＤ９８が照明されてそして
リレー・コイル１００が励磁されるが、材料がそのブｉ
−プに近い場合（高レベル）には、それらの要素は共に
無励磁状態に置かれる。

第４および第５図は、前に記述された本発明の好ましき
実施例に対するそれぞりの修正を例示している。第４邦
よび第５図にゆ、それらの修正と好ましき実施例どの間
における差のみが例示されており、以下の記述もその範
囲に限られる。第４図の修正において、好ましき実施例
での調整可能なＬＣ共振回路は、互いに且つプローブ２
０と並列に接続されている。固定のコンデンサ１０４と
固定の誘導子１０２とから感る調整できない共振回路に
よつて置き換えられている。コンデンサ１０４と誘導子
１０２とは、例えば１５ｐＦのようなプローブ２０（被
覆されていない）での空−タンク靜電容量との組合せに
おいて発振器１０の周波数で共振を呈するように選ばれ
るのが最も好ましい。カウンタ５０のビツト−並列デー
タ出力は、前に記述した本発明の好ましき実坤例での固
定の電源電圧の代りにアナログ出力軍圧を基準抵抗器５
６に与えるデジタル−アナログ変換器１０６へと供給さ
れる。差動比較器５４は、位相検出器３２および基準抵
抗器５６からの入力を受け、そして抵抗器５６によつて
比較器５４の反転入力へと供給される基準電玉がプロー
ブ２０での被覆プローブ空容器校正状態に相当する位相
検出器３２からの出力に等しいときに、その可能化入力
をカウンタ５０から除外することによつて自動校正モー
ドの動作を終止させる。カウンタ５０における対応せる
計数は保持され、その後、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力は
、前にも記述された如く、空−タンク基準電圧を限界検
出器３６に与えるように一定に止ど！る。かくして、第
４図の修正された校正回路での抵抗器５６、６２によつ
て限界検出器３６（第１および第３図）へと供給される
基準レベルは、空−タンク・プローブ靜電容量と、そし
てそのプローブ上に被覆される材料によつて生じそして
ガード・シールド２６によつて効果的に阻止されないい
づれかの付加部分との両方を示している。

第５図は、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力によつて制御され
そしてその有効インダクタンスをカウンタ５０における
計数の関数として変えるためにコイル１０２に接続され
た直流竺流源１０８を含む修正された調整可能な共振回
路１０７を例示している。電流源１０８は、コンデンサ
１１２を通して増幅器１２（第１図）の出力に且つ抵抗
器１１４を通して正の直渾電圧源に接続されるエミツタ
を持つＰＮＰトランジスタ１１０を含んでいる。トラン
ジスタ１１０のベースは、一方ではＤ／Ａ変換器１０６
の出力に、他方では抵抗器１１６を通して電圧源に接続
されている。トランジスタ１１０のコレクタは、誘導子
１０２、コンデンサ１０４およびプローブ２０を含む並
列共振回路に接続されている。

カウンタ５０における計数が作動校正モード中に増加す
るにつれて計数がトランジスタ１１０によつてコイル１
０２へと供給される直流電流が対応的に減少し、それに
より、材料被覆に起因する増加されたプローブ静電容量
を補償するべくコイル１０２の有効交流インダクタンス
を減少させる。コンデンサ１０４、誘導子１０２および
被覆されたプローブ２０の並列組合せが実質的に共振と
なる点にまでその有効インダクタンスが減少される場合
、カウンタ５０の動作は前に述べられた態様において差
動比較器５４（第２図〕によつて終止される。抵抗器１
１６は電流源利得についての工場における調整のために
可変となつている。

第６図は本発明によるプローブ組立２０の好ましき実施
例を示し、ベース１２とそこから分離可能なカバー１２
３とを持つ閉鎖型の金属ハウジング１２０をもつて示さ
れている。前に記述したシステムとしての電子装置は、
ハウジング１２０内に設けられ、そしてそのプローブ組
立から離れた電源からの電力を受け、これ又同様にその
プローブ組立から離れて位置するスイツチ４０（第１お
よび第２図）からの校正信号を受けるために、更に、端
子ブロツク１０４（第３図）の接続のために、ベース１
２１における開口１２２を通して外部回路装置へと接続
される。

ハウジング・ベース１２１からは中空のニツプル１２４
が突き出している。ニツプル１２４のハウジングから離
れた端部は、ニツブル１２４と同軸にある内方に向う先
細りの肩部１２５まで雌ねじが切られている。ニツプル
１２４内には中空の雄ねじが切られているアダプタ１３
０が受け入れられている。アダプタ１３０の内部は第１
の直径１２８において形成され、その第１の直径１２８
は先細りの肩部１３１によつて第２のより小さい直径１
２９へとつづ（。直径１２８、１２９および肩部１３１
はニツプル１２４との組立において同軸にある。アダプ
タ１３０のハウジングから離れた端部は、プローブ棒１
８およびガード・シールド２６が第１図に示されている
如く容器の内部へと突き出すように、材料蓄積容器１４
２の側壁又は項部壁上に載置されている雌ねじを切られ
たパツキン押え１４０へとねじ込まれるように適合され
ている。

プローブ測定要素１８と、ガード・シールド２６と、そ
してその周囲且つその間に形成された絶縁材料の１片状
本体１２６とから成るプロ一プ副組立１３３はニツプル
１２４およびアダプタ１３０によつて密封状に捕捉され
ている。

更に特定するに、測定要素１８は、ハウジング１２０内
での１３４における如く調整可能な共振回路１４（第１
図）への接続のために適合された１端に雌ねじを切られ
た開口を持つステンレス鋼のような導電性寸耐食性の金
属材料から成るソリツド棒からなる。ガード・シールド
２６は、プローブ棒１８を同軸状に取り囲み且つそれか
ら半径方向に隔置されているステンレス鋼のような導電
性の金属材料から成る中空の円筒状チューゾからなる。

図での好ましき実施例におけるガード・シールド２６は
、プローブ棒１８よりも軸線寸法において実質的に短か
く、そしてその棒端の中間で隔置されている。そのガー
ド−シールドは、アダプタ１３０のハウジングから離れ
た端部の半径方向内方に位置する位置がらプロ−ブ棒１
８のハウジングから離れた端部から隔置された点へと延
在している。ガード・シールド２６には絶縁導体１３２
が半田付けされるかさもな（ば電気的に接続されていて
、その導体１３２はその棒要素から分離されている増幅
器２４（第１図）への接続のために、棒１８に沿つてハ
ウジング１２０内へと延びている。

絶縁材料１２６はガード・シールド２６の内部でプロー
ブ棒１８を包囲している第１の部分と、そしてガード・
シールド２６を外部的に包囲している第２の部分とを含
んでいる。プローブ棒１８のハウジングから離れた端部
は絶縁材料によつておおわれておらず、露出されている
。

絶縁材料１２６はガード・シールド２６の軸方向に隔置
された端部を包囲し且つ半径方向に重なつており、その
端部中間に位置するガード・シールドの周辺状に連続せ
る部分は絶縁材料によつておおわれておらず、半径方向
から露出されている。特に、絶縁材料は、ガード・シー
ルド２６のハウジングから離れた端部と半径状に重なり
且つそれを密封状に捕捉するために、周辺状に連続せる
リツプ１３９として一体的−形成される。周辺状に連続
せる半桂状肩部１３６は絶縁材料１２６上に形成されて
、そしてニツプル１２４上での肩部１２５とアダプタ１
３０上での肩部１３１との間での組立内に密封状に捕捉
される先細りの軸線面を持つている。棒１Ｂ上に前以つ
て形成されでいる周辺状ノツチ１３フは、その棒を軸線
位置に保持するために、肩部１３６の半怪力向内方で絶
縁材料でもつて満たきれる。図面に例示きｉている絶縁
材料あ本体１２６はそのプローブ軸の周囲で対称である
。

プローブ稙立２０の製造において、まずガード・シール
ド２６（導体１３２が取付けられている〕とプローブ棒
１８とが適当な金型（示されていない）内に同軸力位に
おいて固定される。

その後、絶縁材料１２６が、そのガードおよびプローブ
要素の周囲およびその間へのイジジエクションモールデ
ングを通して、単一作業において、一体構造として形成
される。絶縁材料が冷えてそして収縮するにつれて、ガ
ード・シールド２６のハウジングから離れた端部に半径
状に重なつているそのリツプ１３９が緊密で耐圧性のシ
ールを形成するようにそのカード・シールドの縁部を締
め付ける。シールド２６およびプローブ棒１８の長さは
応用に依存して選ばれる。絶縁材料１２６としては何等
かの適当な耐熱および耐食性材料が使用される。例えば
、“ＲＹＴＯＮ”と云う商標名でフィリツプス・ペトロ
ールム会社から市販されている材料などが好ましい。

本発明による幾つかの実施例は、同様な型式の従来装置
に比べて多くの重要な利点を持つている。例えば、プロ
−ブ信号の振幅よりはむしろその位相角に対する材料レ
ベル検出回路装置の応動性は、湿気分などの変動に起因
した材料の導電性における変動に対してそのレベル検出
回路装置を実質的に応動しないようにさせている。すべ
ての実施例は、オペレータがスイツチ４０（第１および
第２図）を単に押しそしてＬＥＤ６０（第２図）が照明
するまでスイツチを押したまＮに保持することにより如
何なる時でも容易に再校正される。表示器は工場におい
て同一のものとして製造され、そして前以つて指定され
た工場の指示に従つて１つ又はそれ以上のジャンパ７６
．７８、８４．８６を除去することにより現場において
特定の応用に適合させるべく修正される。この特長は業
者によつてたくわえられなければならないモデルの数を
減少させる。

以上の説明から明らかな如く、本発明は今迄詳細に記述
されたものに加えて、幾多の変更および修正が可能であ
る。例えば、第２．第４および第５図の実施例による校
正動作は自動的に行われるものと示されているけれども
、本発明のその広い観点では手動による校正でも良く、
か〜る手動校正は手動で調整可能な静電容量および／又
はインダクタンスをその並列共振回路に与えるか、又は
第４図の自動調整配列に類似の方法において基準抵抗器
５６について手動調整を与えることによつて達成される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による静電容量型材料レベル表示システ
ムの好ましき実施例の機能ブロツク図であり； 第２および第３図は、第１図での機能的形式において例
示されているシステムのそれぞれの部分の電気的概略図
であり； 第４および第５図は、第２図におりて詳細に例示されて
いる如き好ましき実施例に対するそれぞれの代替可能な
実施例や電気的概略図であり；そして 第６図は本発明の好ましき実施例による静電容量検知プ
ローブの部分的に破断する立面図である。 １０：ＲＦ発振器　　　　１２：増幅器１４：ＬＣ共振
回路　　　１８：プローブ導体２０：プローブ組立　　
　２２：蓄積容器２６：ガード・シールド　２８：材料 ３０：零交差検出器　　　３２：位相検出器３４：自動
校正回路 ３６；限界検出器 ３８：材料レベル表示回路 ４０：押釦　　　　　　　４４：インダクタンス４６：
コンデンサ　　　　４８：スイツチ５０：カウンタ　　
　　　５２：ワン・シヨツト５４：差動比較器　　　　
５６：可変抵抗器５８：トランジスタ　　　６０：ＬＥ
Ｄ６４：バツテリ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　容器（２２）における材料（２８）のレベルの関数
   として静電容量の変動ｍ応動するように前記容器内に設
   けられそいる靜電容量プローブ（２０）を含む共振１路
   （１４、２Ｏ）と、前記静電容量ブローブを含む前記共
   振回路に連結されている発振器手段（１０）と、そして
   プロ−ブ静電容量の関数として前記発振器手段での位相
   角の変動に応動する位相検出手段（３２）とからなる、
   材料での静電容量の関数として容器（２２）における材
   料（２８）のレベルを表示するためのシステムにおいて
   、前記容器における材料の予め決められたレベルを示し
   ている基準の静電容量を検証するための校正手段（３４
   ）と、そして前記位相検出手段および前記校正手段ニ一
   応動じて、前記プローブにおける静電容量と前記基準の
   静電容量との間における差の関数として前記蓉器におけ
   る材料レベルを一示するための手段（３６．３８）とか
   ら成ることを特徴とするシステム。 ２　前記校正手段（３４）は、前記位相検出手段（３２
   ）に応動する第１の入力、第２の入力および前記第１お
   よび第２の入力間における比較に応ｉする出力を持つ比
   較手段（５４〕と、前記第２の入力に接続されていてそ
   して前記基準の静電容器を示している基準手段（５６）
   と、そしそ前記第１および第２め入力間に予め決めら五
   た比較を得るために前記システムの動作特性を変えるた
   めの１段（４４〜５０又は５０、１０６又は５０、１０
   ６〜　　′１１１４）とを含んでいることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のシステム。 ３　前記最後に指定した手段は、前記共振回路の共振に
   おける前記予め決められた比較を実質的に得るために前
   記システムの動作特性を変えることを特徴とする特許請
   求の範圃第２項に記載のシステム。 ４　前記校正手段は、校正動作を始動するための手段（
   ４０）を含む自動校正手段と、前記始動手段に応動して
   前記システムの前記動作特性を連続的に変えるための手
   段（５０）と、そして前記比較手段の前記出力に応動し
   、該出力が前記位相検出手段からの前記第１の入力とそ
   して前記基準手段からの前記第２の入力との間における
   前記予め決められた比較を示すときに前記校正動作を終
   止させるための手段とを含んでいることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載のシステム。 ５　前記自動校正手段は、前記始動手段（４０）に応動
   してそれ自体をリセツトするための手段（５２）を含む
   カウンタ手段（５０）と、前記比較手段に応動し、前記
   校正動作中に前記カウンタ手段の動作を可能ならしめる
   ための手段と、前記校正動作中に前記カウンタ手段にお
   ける計数を変えるための手段（１０）と、そして前記カ
   ウンタ手段における計数に応動して前記システム特性を
   変えるための手段（４４〜４８又は１０６又は１０６〜
   １１４）とを含んでいることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載のシステム。 ６　前記計数−応動手段は前記共振回路の共振特性を前
   記計数の関数として変えるための手段（４４〜４８又は
   １０６〜１１４）を含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項に記載のシステム。 ７　前記共振回路は前記静電容量プローブ（２０）と並
   列に接続されている静電容量手段（４６ａ〜４６ｆ）お
   よびインダクタンス手段（４４）を含み、そして前記計
   数応動手段は前記静電容量手段の静電容量を変えるため
   の手段（４８ａ〜４８ｆ〕を含んでいることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載のシステム。 ８　前記静電容量手段は複数のコンデンサ（４６ａ〜４
   ６ｆ）を含み、そして前記計数−応動手段は前記カウン
   タ手段（５０）に応動して前記複数のコンデンサを前記
   共振回路へと選択的に接続するためのスイツチ手段（４
   ８ａ〜４８ｆ）を含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項に記載のシステム。 ９　前記インダクタンス手段（４４）は複数のコイル巻
   回数を持つ誘導子コイルを含み、前記複数のコンデンサ
   （４６ａ〜４６ｆ）は、前記静電容量手段の静電容量が
   前記コンデンサの公称静電容量および前記複数のコイル
   巻回数間における前記コンデンサの接続の連帯せる関数
   として前記スイツチ手段、（４８ａ〜４８ｆ）に応答し
   て変わるように前記複数のコイル巻回数間における電気
   的に隔置せる場所に接続されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載のシステム。 １０　前記カウンタ手段（５０）は数値桁のオーダにお
   ける対応の計数ビツトを示している複数の出力を持つデ
   ジタルカウンタを含み、前記スイツチ手段（４８ａ〜４
   ８ｆ）は各々が対応せる前記カウンタ出力によつて選択
   的に制御される複数の成子スイツチを含み、そして前記
   複数のコンデンサ（４６ａ〜４６ｆ）は、その対応せる
   カウンタ出力の数値桁の直接的関数として前記静電容量
   を変えるように前記スイツチに対して且つ前記隔置され
   た場所に対して接続されていることを特徴とする特許請
   求の範些第９項に記載のシステム。 １１　前記共振回路手段は前記静電容量プローブ（２０
   ）と並列に接続されている静電容量手段（１０４）およ
   びインダクタンス手段（１０２）を含み、そして前記計
   数−応動手段は前記インダククンス手段におけるインダ
   クタンスを変えるための手段（１０６〜１１４）を含ん
   でいることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   システム。 １２　前記計数−応動手段は、可変の直流電流を前記計
   数の関数として前記インダクタンス手段へと供給するた
   めの手段（１０６〜１１４）を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第１１項に記載のシステム、。 １３　前記カウンタ手段（５０）はデジタルカウンタを
   含み、前記計数一応動手段は前記インダクタンス手段（
   １０２）を直流電位源に作用的に接続している１次電極
   を持つトランジスタ（１１０）を有する可変の直流源と
   、制御電極と、そして前記カウンタを前記制御電極に接
   続しているデジタル−アナログ変換器手段（１０６）と
   を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   に記載のシステム。 １４　前記１次電極を通して前記発振器手段（１０）を
   前記共振回路に接続するための手段（１２，１１２）を
   更に含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１３
   項に記載のシステム。 １５　前記計数一応動手段は、前記比較手段（５４）の
   前記第２の入力に接続されている前記基準手段（５６）
   を前記計数の関数として変えるための手段（１０６）を
   含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
   載のシステム。 １６　前記比較手段（５４）は前記位相検出手段（３２
   ）からの前記第１の入力と前記基準手段（５６）からの
   前記第２の入力との間における電圧差に応動する手段を
   含み、そして前記計数一応動手段（１０６）は前記基準
   手段によつて前記第２の入力に印加される基準電圧を変
   えるための手段を含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第１５項に記載のシステム。 １７　前記カウンタ手段（５０）はデジタル・カウンタ
   を含み、そして前記計数一応動手段（１０６）は、アナ
   ログ電圧を前記計数の関数として前記第２の入力に印加
   するためのデジタル−アナログ変換器手段を含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載のシス
   テム。 １８　前記カウンタ手段（５０）に連結されていて、電
   源の故障に際し前記カウンタ手段における前記校正計数
   を維持するためのバツテリ（６４）を持つ手段を更に含
   んでいることを特徴とする前述の特許請求の範囲第５〜
   第１８項のいづれかに記載のシステム。 １９　校正動作を始動するための前記手段（４Ｏ）はオ
   ペレータ一応動手動押釦を含んでいることを特徴とする
   前述の特許請求の範囲のいづれかに記載のシステム。 ２０　表示器手段（６０〕と、そして校正動作の期間を
   表示するために前記表示器手段を前記比較手段（５４）
   の前記出力に接続する手段（５８）とを更に含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載のシス
   テム。 ２１　前記表示器手段を接続する前記手段（５８）は１
   次電極と、そして前記比較手段の前記出力に接続されて
   いる制御電極とを持つ固体スイツチを含んでおり、そし
   て前記表示器手段（６０）は、直流源を横切つて前記１
   次電極および前記押釦（４０）に直列に接続されている
   ＬＥＤを含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２０項に記載のシステム。 ２２　前記位相検出手段（３２）および前記校正手段（
   ３４）に応動する前記手段（３６、３８）は、前記位相
   検出手段に接続されていする第１の入力と、前記校正手
   段に接続されている第２の入力と、そして前記第１およ
   び第２の入力間におけるスレツショルド差の関数として
   第１および第２のデジタル状態間で変わる出力とを持つ
   比較手段（７０）を含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第１〜２２項のいづれかに記載のシステム。 ２３　前記スレツショルド差を選択的に変えるための手
   段（６２，８０〜８６）を特徴とする特許請求の範囲第
   ２２項に記載のシステム。 ２４　前記最後に指定した手段は少なくとも１つの抵抗
   器（８０、８２）と、そして前記第２の入力を横切つて
   前記少なくとも１つの抵抗器を選択的に接続するための
   手段（８４，８６）とを含んでいることを特徴とする特
   許請求の範囲第２３項に記載のシステム。 ２５　前記位相検出手段（３２）と前記比較手段（７０
   ）との間に接続されていて、前配位相検出手段に応答し
   て選ばれた遅延時間だげ前記比較手段の動作を遅延させ
   るための手段（７５）を更に含んでいることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２２項に記載のシステム。 ２６　前記遅延時間を選択的に変えるための手段（７２
   ，７４，７５，７８）を更に含んでいることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２５項に記載のシステム。 ２７　前記最後に指定した手段は少なくとも１つのコン
   デンサ（７２，７４）と、そして前記少なくとも１つの
   コンデンサを前記比較手段（７０）の前記第１の入力に
   選択的に接続するための手段（７６，７８〕とを含んで
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２６項に記載の
   システム。 ２８　システムの故障に際して、実際の材料レベルには
   無関係に予め選ばれたレベル状態を表示するためのフェ
   ール・セーフ手段（９０〜９４）を更に含んでいること
   を特徴とする特許請求の範囲第２２〜第２７項のいづれ
   かに記載のシステム。 ２９　前記フェール・セーフ手段は、前記比較手段（７
   ０）の前記出力に接続されている第１の入力および第２
   の入力を持つ排他的−論理和（ＯＲ）手段（９０）ど、
   そして高レベル又は低レベル・デジタル信号のいづれか
   に前記第２の入力を選択的に接続するための手段（９２
   ，９４）とを含んでいることを特徴とする特許請求の範
   囲第２８項に記載のシステム。 ３０　前記排他的−論理和手段（９０）の前記出力に接
   続されていて、材料レベルを示すためのリレ一手段（１
   ００，１０２）を更に含んでいることを特徴とする特許
   請求の範囲第２９項に記載のシステム。 ３１　材料レベルの検知などにおいて使用するための静
   電容量プローブ（２０）において、中央軸を持つ細長い
   プローブ要素（１８）と、前記プローブ要素を同軸状に
   包囲し且つそこから半径方向に隔置されている管状のガ
   ード（２６）とを有し、前記プローブ要素は前記ガード
   よりも大きい軸線寸法を持ちそして前記ガ−ドの１端か
   ら突き出しており、更に、前記プローブ要素を包囲し且
   つ前記ガードを包囲しそしてそれから半径方向に重複し
   て軸線状に隔置されている１片の単体状に形成された絶
   縁手段（１２６）を有し、前記端部の中間にある前記カ
   ードの１部分とそして前記プローブ要素の端部とは前記
   １片の絶縁手段を通して露出されており、更に、前記絶
   縁手段を捕捉しそして前記プローブを材料容器（１４０
   ，１４２）に取付けるための手段（２４，１３０）を有
   し、そこにおいて前記ガードおよびプローブ要素の前記
   露出された部分は前記容器に内部的に配設されているこ
   とを特徴とする静電容量プローブ。 ３２　レベル表示システムのための静電容量プローブの
   組立て方法において、（ａ）ソリツド・プローブ棒を与
   え、（ｂ）前記プローブ棒を伸縮自在に包囲し且つそこ
   から半径方向に隔置しそして前記プローブ棒の少なくと
   も１端から軸線状に隔置して中空の管状ガードを据付け
   、（ｃ）前記プローブ棒と前記ガ−ドとの間において前
   記プローブ棒を包囲し且つ前記ガードの軸線状に隔置さ
   れた端部を半径方向に包囲し、そして前記プローブ棒の
   前記１端とそして前記隔置された端部の中間に位置する
   前記ガードの１部分とが前記絶縁材料を通して半径方向
   に露出するように絶縁材料をインジエクション・モール
   デングし、そして（ｄ）材料容器へと組立てられるよう
   に適合されたニツプル内にそのモールドされた組立体を
   載置する諸ステツプから成ることを特徴とする前記方法
   。