JPS62119415A - 液面レベル計 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用燃料計として用いられる液面レベル計
に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のものとしては、タンク内上部の液体内に
下端が開放された室内の圧力と大気の圧力との差圧を差
圧式圧力センサにより検出して液面レベルを電気的に検
出するものがある（例えば、実開昭５６−９６３２８号
公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものでは、大気圧と液体によ
り圧縮され矩室内の圧力との差圧をとっているが、タン
ク内の気体部の圧力は大気圧でないため、正確な液面レ
ベルの検出ができないという問題がある。

さらに、室内は小径のパイプを介して１箇所のみで液体
内に開放し、このパイプを介して室内に液体が導入され
るようにしであるので、小径のパイプ内に液体が導入さ
れた際、液体の表面張力の影響を強く受け、ヒステリシ
ス誤差が生じるという問題がある。

また、液面の傾斜や振動に対して何ら対策が施されてい
ないので、液面の傾斜や振動が生じた場合に検出誤差が
生じるという問題がある。

そこで本発明は、タンク内の気体部の圧力に応じて液面
レベルを正確に検出することができ、かつ液体の表面張
力の影響によるヒステリシス誤差や、液面の傾斜や振動
が生じた場合の検出誤差が少なく、検出レベルよりの液
面高さを高精度に検出できるようにするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明は、タンク内に配置したハウジングと、 このハウジング内に収納され前記タンク２０内の気体部
の圧力が一方の入力として印加される差圧式圧力センサ
と、 断面積が大きい圧力検出孔と、この圧力検出孔の下部を
前記タンク内の下部と連通させる前記圧力検出孔より小
計の封じ孔と、この封じ孔より上方の検出レベル位置に
おいて前記圧力検出孔を前記タンク内と連通させる前記
封じ孔よりさらに小径の検出レベル設定孔と、前記圧力
検出孔の上部においてこの圧力検出孔と連通して前記差
圧式圧力センサの他方の入力に圧力を導入するための導
圧孔とが形成された検出部とを備える液面レベル計を提
供するものである。

〔作用〕

これにより、空の状態からタンク内に液体が加えられる
と、封じ孔から圧力検出孔に液体が導入されると共に検
出レベル設定孔から圧力検出孔内の気体が抜けて行き、
検出レベル設定孔まで液面が達すると液体の表面張力に
より検出レベル設定孔が蓋をされた状態となって、圧力
検出孔および導圧孔内に気体が閉じ込められる。従って
、それ以上液面が上昇しても圧力検出孔内の気体層が密
閉されているため検出レベルは変動せず、液面レベルに
応じて圧力検出孔内の圧力が変化し、この圧力とタンク
内上部の気体部の圧力との圧着を差圧式、圧力センサに
よって検出することにり液面レベルを検出する。また、
圧力検出孔の断面積が大きいため、液体の表面張力によ
る影響を受けにくい。さらに、封じ孔により圧力検出孔
内に気体が閉じ込められ、かつ検出レベル設定孔が小径
であることによって液体の表面張力により検出レベル設
定孔が塞がれた状態になることによって、液面の傾斜や
振動が生じても圧力検出孔内の気体漏れが防止される。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

本発明の一実施例を第１図に示す。２０は車両用燃料タ
ンクであり、このタンク２０の上壁２０ａにはタンク２
０内のガソリン１１の残量を検出する残量検出器をタン
ク２０内に挿入するための挿入口１２が設けられており
、本実施例においては、この挿入口１２が液面レベル計
３０を従来のフロート式残量検出器に代えて燃料タンク
２０内に挿入固定するために使用される。９はタンク２
０内の気体部の圧力を導くための継手であり、タンク２
０の上壁２０ａにタンク２０の外より連結される。この
継手９は液面レベル計３０の上部に取付けられた継手７
と接続管８を介して連結している。

なお、これらの取付けはすべて機密構造である。

この継手７．９と接続管８により、タンク２０内の気体
部圧力Ｐ０は液面レベル計３０の中に導かれる。

１０は液面レベル計３０内の電気回路に電気を供給した
り、液面レベルに比例した信号を外部に出力するための
ハーネスであり、この取出し部分も機密構造である。

１は液面レベル計３０の検出部ハウジングであり、液面
レベル計３０の外かくをなす円筒状ハウジング３の底部
に取付けられる。ハウジング３内にガソリンが入り込ま
ないために両ハウジング１゜３の接合部に０リング２が
装着されている。

検出部ハウジング１は大きく分けて３つの円柱状の孔に
より構成される。１ｂは検出部ハウジング１の底部中央
にタンク２０内と連通させて形成した封じ孔、１ｃは封
じ孔１ｂに連続してその上部に形成した径の大きい圧力
検出孔、１ｄは圧力検出孔ＩＣに連続してその上部に形
成した導圧孔であり、各々別々の働きをする。その作用
については後で述べる。さらに、圧力検出孔１ｃの外側
部には径方向に並びでタンク２０内と連通した径の小さ
な検出レベル設定孔１ａがあり検出レベル１ｅを設定す
る。

５は差圧式圧力センサであり、検出部ハウジングｌの上
部に固定されている。検出部ハウジング１と差圧式圧力
センサ５との間の液密性及び機密性を保つために、導圧
孔１ｄに連通ずる差圧式圧力センサ５の圧力導入バイブ
５ｂと検出部ハウジング１との間にＯリング４を装着す
る。６は差圧式圧力センサ５からの信号を温度補償及び
増幅し液面レベルＡに比例した電気信号を発生するため
の電気回路であり、ハウジング３内に固定されている。

この様な構成にすることにより、液体の圧力Ｐは導圧部
１ｄおよび圧力導入パイプ５ｂを介して差圧式圧力セン
サ５のシリコンダイヤフラム５ａの片面に、その反対の
面にはタンク２０内の気体部の圧力Ｐ。が加えられ、シ
リコンダイヤフラム５ａはＰ　−Ｐ　ｏの圧力差だけひ
ずみ、このひずみを電気量に変換する。このシリコンダ
イヤフラム５ａはｎ型シリコンの表面に４個のＰ型のゲ
ージ抵抗体が拡散またはイオン打込によって形成される
。これらのゲージはＡＩ配線によりホイートストンブリ
ッジに構成されるため、ピエゾ抵抗効果により圧力に比
例したブリ、ジ出力が得られる。

次に、上記構成においてその作動を説明する。

車両用燃料タンク２０は燃料蒸発ガスの排出を抑止する
ために燃料系を閉鎖系としている。このためタンク２０
内の気体部の圧力は±３０ｍＨｇ程度変化する。また、
タンク２０内にＡの高さまでガソリンが入っている時、
検出レベル１ｅの高さで圧力Ｐはガソリンの比重をρ、
重力加速度をｇ、？（ｌｌｉレベルＡと検出レベル１ｅ
との高度差をｈｌとすると、Ｐ　”　Ｐ　ｏ　＋ρｇｈ
ｌと表される。

差圧式圧力センサ５は第１図に示す様にＰとＰ。

の圧力差に比例した電気信号を発生する。ＰとＰ。

との圧力差を液面の高さに比例した値とするため、変動
するタンク２０内の圧力Ｐ０が継手９、接続管８、継手
７を介して液面レベル計３０の中に導かれ、Ｐａ−Ｐ＋
　とする。この様な構成にすることにより差圧式圧力セ
ンサ５はＰ−Ｐｏ＝ρｇｈ１の式で表される液面の高さ
ｈに比例した電気信号を発生する。

次に、本発明の要部である検出部の構造について説明す
る。

検出部の構造で重要なことは ■検出レベル１ｅが変動しないこと。

■検出レベル１ｅの圧力を正確に導入孔１ｄに伝えるこ
と。

の以上２点である。

まず、上記■について説明する。検出レベル１ｅ点の圧
力Ｐを伝達するには、通常ダイヤフラム等が用いられる
が、ダイヤフラムなどの物理的な膜を用いるとオフセッ
ト、ヒステリシス等の誤差が大きくなり高精度に検出で
きない。また経年変化による誤差も大きく信軌性が問題
となる。このためダイヤフラム等の膜を使わず空気層で
圧力伝達を行なう構造とした。ここで問題となるのが表
面張力である。一般に液面は表面張力のためあたかも弾
性膜をもっておおわれたように、常に収縮しようとする
結果、表面内外は圧力差を生ずる、液面上にｄｓ、、ｄ
ｓ、を辺とする微小面積ＡＢＣＤをとり、第２図に示す
ようにそこにおける主曲率半径をＲ＋　、Ｒｚにとれば
、これらはその表面の最小および最大曲率半径となる。

液面の表面張力σによる表面内外の圧力差をΔＰとすれ
ば、これらの間には　　゛ なる関係がある。とくにＲ，＝Ｒ，＝Ｒなる場合は Ｒ となる。

ここで、σは表面張力であり液体の種類、壁（ここでは
圧力検出部の壁）の材質、表面の状態、温度、湿度等に
よって変化する値である。検出誤差の原因となる表面張
力による圧力差ΔＰを小さくするには曲率半径Ｒを太き
（する必要がある。

この様な理由で圧力検出部となる圧力検出孔ＩＣの径を
大きくしてその断面積を大きくする。

ここで圧力検出部の面積が小さく表面張力の影響を強く
受はヒステリシスが生じた比較例を示す。

第３図（ａｌがその例で直径２璽ｌの小さな円で空気と
液体が接しているので、曲率半径が小さく、そのために
ヒステリシスが生じ誤差が大きい。その特性図が第３図
（ｂｌである。このため第１図に示す様に圧力検出孔Ｉ
Ｃの断面積を大きく　（ここではφ２０ｆｉ）すると、
空気と液体との接触部分の円周部分では・表面張力によ
る力を受けるが、全体の曲率半径が大きいため表面張力
による影響を実質上受けず、第４図に示す様に液面高さ
ｈに対しリニアなセンサ出力電圧特性が得られる。

次に、前記■について説明する。検出レベル１ｅが変動
しないためには （ａ）温度変化などによる空気量の変動に対して検出レ
ベル１ｅの変動が少ない。

（ｂ）空気が漏れることによって検出レベル１ｅが変動
しない。

以上の点が必要である。上記（ａ）のため、空気層の体
積をできるだけ小さくし温度変化による空気量の変動を
小さくする。この時導圧孔１ｄの断面積はガソリンがこ
の部分にかかっても表面張力による膜ができない大きさ
くガソリンであると直径５ｎ以上）に設定しないと前記
■で述べた様に膜による誤差が生じる。また、空気量の
変動に対して検出レベルｌｅの変動を少なくするには、
圧力検出孔ＩＣの断面積を大きくする必要がある。

次に、前記（ｂｌのために封じ孔１ｂにより空気を閉じ
込め、液面が傾斜、振動しても空気が漏れない様にする
。また検出レベル設定孔１ａが非常に小さい孔（直径２
１■）であるため、表面張力による力が働くため傾斜、
振動してもこの孔からは空気が漏れない。なお、封じ孔
１ｂはガソリン流入が容易にできるように導圧孔１ｄと
ほぼ同じ径に設定しである。

以上の条件を考慮し第１図に示す検出部の構造にする。

この様な検出部の構造にすることにより、圧力検出レベ
ル１ｅが変動することなく、つまりオフセットなく、ヒ
ステリシスのないリニアなセンサ出力が得られる。

以上の構成において、燃料タンク２０が空の状態からタ
ンク２０内にガソリンを徐々に加えていくと、ガソリン
のレベルが徐々に上がり、検出レベル設定孔１ａがら空
気が逃げていくことによりガソリンは封じ孔１ｂより圧
力検出孔ＩＣに導入される。さらにガソリンを加え続け
、そのレベルが検出レベル１ｅまで達すると、検出レベ
ル設定孔１ａにガソリンが入り込み、その表面張力によ
り蓋をされるため、もはやこの孔１ａからは空気は漏れ
ない。さらに、ガソリンを加えると、液面レベルはＢへ
さらにＡへと上昇するが、圧力検出孔ｌｃ内の空気層が
密閉されているため、検出レベルｌｅは変動しないで、
Ｐ＝Ｐ、＋ρｇｈで表される圧力が空気層に加えられる
。圧力センサ５ではこのＰとＰｏとの差圧（ＰＰｏ＝ρ
ｇｈ）つまり液面レベルｈに比例した圧力を受け、その
圧力に相当する電気信号を発生するため液面レベルに比
例した電気信号を得ることができる。検出レベル設定孔
１ａはフューエルポンプのガソリン吸入口と同レベルに
設定する。

なお、上述した実施例では差圧式圧力センサ５としてシ
リコンダイヤフラム５ａにゲージ抵抗を形成してブリッ
ジに構成したものを用いているが、１つのシリコンダイ
ヤフラム上に増幅器と温度補償回路及び電圧−周波数変
換器を集積したＩＣ圧力センサを用いれば、別に設けら
れるべき電気回路６が不要となり、小型化も可能である
。また、圧力センサとしては半導体圧力センサでなくて
も可変リアクタンス式等の圧力センサでも良い。

また、上述した実施例では、液面レベル計３０をタンク
２０の上部に取付ける構成としたが、タンク２０の底部
にある水抜き穴のドレインコックを利用して取付ける構
造にしても良い。

また、上述した実施例では燃料タンクにおける液面レベ
ル計を示したが、他の液体の液面レベル計にも応用でき
る。ただし、その際、液体の種類により表面張力が異な
るので、検出部の構造を多少変更する必要がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、タンク内の気体部
の圧力を差圧式圧力センサの一方の入力とすることによ
り液面レベルを正確に検出することができるのみならず
、液体の表面張力の悪影響を受けにくいため、ヒステリ
シス誤差を少なくすることができると共に、液面の傾斜
や振動が生じても検出レベルの変化が少ないため、検出
誤差を少なくすることができて、検出レベルよりの液面
高さを高精度に検出することができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レベル計の一実施例を示す縦断面図、第
２図は液体の表面張力の状態を示す特性図、第３図（ａ
ｌは比較例の構成を模式的に示す構成図、第３図（ｂ）
は上記比較例における液面高さ一センサ出力電圧特性図
、第４図は第１図図示の本発明レベル計における液面高
さ一センサ出力電圧特性図である。 ！・・・検出部ハウジング、ｌａ・・・検出レベル設定
孔、ｌｂ・・・封じ孔、ｌｃ・・・圧力検出孔、ｌｄ・
・・導圧孔、３・・・ハウジング、５・・・差圧式圧力
センサ。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 ｐハ址旧Ｒセ？国　七

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 タンク内に配置したハウジングと、 このハウジング内に収納され前記タンク内上部の気体部
   の圧力が一方の入力として印加される差圧式圧力センサ
   と、 断面積が大きい圧力検出孔と、この圧力検出孔の下部を
   前記タンク内の下部と連通させる前記圧力検出孔より小
   計の封じ孔と、この封じ孔より上方の検出レベル位置に
   おいて前記圧力検出孔を前記タンク内と連通させる前記
   封じ孔よりさらに小径の検出レベル設定孔と、前記圧力
   検出孔の上部においてこの圧力検出孔と連通して前記差
   圧式圧力センサの他方の入力に圧力を導入するための導
   圧孔とが形成された検出部とを備える液面レベル計。