JPS623891B2 - - Google Patents

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JPS623891B2
JPS623891B2 JP54139291A JP13929179A JPS623891B2 JP S623891 B2 JPS623891 B2 JP S623891B2 JP 54139291 A JP54139291 A JP 54139291A JP 13929179 A JP13929179 A JP 13929179A JP S623891 B2 JPS623891 B2 JP S623891B2
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JP
Japan
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output
capacitor
fuel
rectifying element
integrator
Prior art date
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JP54139291A
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Japanese (ja)
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JPS5663215A (en
Inventor
Hiroki Kudo
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YOKOKAWA DENKI KK
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YOKOKAWA DENKI KK
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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料タンク内に同心円筒状の電極を
もつ発信器を垂直に立て、電極を浸す燃料による
静電容量の変化からタンク内の燃料の体積を検出
すると共に、タンク内底部に配置された誘電率検
知用コンデンサを用いて燃料の密度信号を導き、
この密度信号と上記体積信号とを掛け合わせてタ
ンク内の燃料の重量を測定する燃量計に関し、更
に詳しくは上記重量信号を純電子的に得るように
した静電容量式燃量計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention vertically erects a transmitter having concentric cylindrical electrodes in a fuel tank, and detects the volume of fuel in the tank from changes in capacitance due to the fuel that immerses the electrodes. , derives the fuel density signal using a dielectric constant detection capacitor placed at the bottom of the tank,
This relates to a fuel meter that measures the weight of fuel in a tank by multiplying this density signal and the volume signal, and more specifically relates to a capacitive fuel meter that obtains the weight signal purely electronically. It is.

第1図は変成器ブリツジ方式による従来の燃量
計を示す回路構成図である。図において、1はト
ランスで1次巻線101には励振電圧が印加され
ている。また、中間点が接地された2次巻線10
2の両端にはそれぞれV1,V2なる端子電圧が発
生し、接地点とV2端子の途中の接続点にはV3
る電圧が発生する。なお、V3電圧端子と接地点
との間には摺動抵抗201が接続されている。3
は同心円筒状の電極を持ち、燃料タンク内に垂直
に配置された燃料の体積を検出するためのコンデ
ンサで、一方の極板は2次巻線のV1電圧端子に
接続されている。4は2次巻線102のV2電圧
端子に接続されたコンデンサで、コンデンサ3を
通して発生する電圧をキヤンセルしてバランスさ
せるための比較用コンデンサである。5は演算用
固定コンデンサ、6はコンデンサ5に並列接続さ
れた燃料の誘電率検知用コンデンサで、常にタン
ク内の燃料に浸漬された状態になつている。固定
コンデンサ5及び誘電率検知用コンデンサ6から
なる並列回路の一端は摺動子202を介して摺動
抵抗201に接続され、他端はサーボ増幅器7の
入力側に接続されている。なお、コンデンサ3,
4は共通接続され、サーボ増幅器7の入力側に接
続されている。8はサーボモータで、サーボ増幅
器7の出力によつて駆動され、サーボ増幅器7の
入力が零になるよう摺動子202を動かす。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional fuel meter using a transformer bridge system. In the figure, 1 is a transformer, and an excitation voltage is applied to a primary winding 101. In addition, the secondary winding 10 whose intermediate point is grounded
Terminal voltages V 1 and V 2 are generated at both ends of the terminal 2, respectively, and a voltage V 3 is generated at the connection point between the ground point and the V 2 terminal. Note that a sliding resistor 201 is connected between the V3 voltage terminal and the ground point. 3
is a capacitor with concentric cylindrical electrodes arranged vertically in the fuel tank to detect the volume of fuel, one plate of which is connected to the V 1 voltage terminal of the secondary winding. 4 is a capacitor connected to the V2 voltage terminal of the secondary winding 102, and is a comparison capacitor for canceling and balancing the voltage generated through the capacitor 3. 5 is a fixed capacitor for calculation, and 6 is a capacitor for detecting the dielectric constant of the fuel connected in parallel with the capacitor 5, which is always immersed in the fuel in the tank. One end of the parallel circuit consisting of the fixed capacitor 5 and the dielectric constant detection capacitor 6 is connected to the sliding resistor 201 via the slider 202, and the other end is connected to the input side of the servo amplifier 7. In addition, capacitor 3,
4 are commonly connected and connected to the input side of the servo amplifier 7. A servo motor 8 is driven by the output of the servo amplifier 7 and moves the slider 202 so that the input to the servo amplifier 7 becomes zero.

このような構成によりサーボ回路がバランスし
た場合、サーボ増幅器の入力は零になり仮想接地
電位となる。コンデンサ3の合成静電容量は乾燥
静電容量CMと比誘電率Kの燃料中への浸漬によ
る静電容量の増加分X(K−1)CMとの合計
CM+X(K−1)CM値であるので、コンデン
サ3に流れる電流はV1ω{CM+X(K−1)
CM}となる。コンデンサ5と誘電率検知用コン
デンサ6との合成静電容量はKCc+CBであり印
加される電圧はMV3であるので合成電流はMV3ω
(KCc+CB)となる。更にコンデンサ4に流れる
電流はV2ωCFである。したがつて各電圧の位相
に注意してこれ等の代数和をとると V1・ω{CM+X(K−1)CM}−M・V3・ω(K・Cc+CB)−V2・ω・CF=0 ………(1) なる関係が成立つ。ここでωは角周波数(2π
f)、Ccは誘電率検知用コンデンサ6の乾燥時静
電容量、CFは比較用コンデンサ4の容量、CBは
コンデンサ5の容量、Kは燃料の誘電率、Xはコ
ンデンサ3の浸漬比(タンク内の燃料体積に比例
する)、Mは摺動子202の回転角(指示)を
夫々示す。
When the servo circuit is balanced with such a configuration, the input to the servo amplifier becomes zero and becomes a virtual ground potential. The composite capacitance of capacitor 3 is the sum of the dry capacitance CM and the increase in capacitance due to immersion in fuel with relative dielectric constant K X(K-1) CM
Since the CM value is CM+X(K-1), the current flowing through capacitor 3 is V 1 ω{CM+X(K-1)
CM}. The combined capacitance of capacitor 5 and dielectric constant detection capacitor 6 is KC c +CB, and the applied voltage is MV 3 , so the combined current is MV 3 ω
(KC c + CB). Further, the current flowing through the capacitor 4 is V 2 ωCF. Therefore, if we take the algebraic sum of these while paying attention to the phase of each voltage, we get V 1 · ω {CM + X (K-1) CM} - M · V 3 · ω (K · Cc + CB) - V 2 · ω · CF=0 ......(1) The following relationship holds true. Here ω is the angular frequency (2π
f), Cc is the dry capacitance of the dielectric constant detection capacitor 6, CF is the capacitance of the comparison capacitor 4, CB is the capacitance of the capacitor 5, K is the dielectric constant of the fuel, and X is the immersion ratio of the capacitor 3 (tank (proportional to the fuel volume within) and M indicate the rotation angle (indication) of the slider 202, respectively.

上式(1)において、乾燥時にコンデンサ3を通し
て発生する電圧をコンデンサ4に発生する電圧で
キヤンセルし合うように予めV1CT=V2CFと定
められているとすると、上式は と書き改めることができる。
In the above equation (1), if it is determined in advance that V 1 CT = V 2 CF so that the voltage generated through capacitor 3 during drying is canceled by the voltage generated in capacitor 4, then the above equation becomes It can be rewritten as

一方、燃料の密度Dと誘電係数Kとの間には、 D=A・(K−1)/B+(K−1) ………(3) なる一般的な基礎方程式がある。ここでA、Bは
各液体毎に定まる定数である。従つて、回路定数
を適当に定めることにより上記(2)式のXの係数を
燃料の密度と同値にすることができる。また、X
はタンク内の燃料体積に比例するから、上記(2)式
のM、即ち第1図の摺動子202の回転角はタン
ク内の燃料の重量に比例する。
On the other hand, there is a general basic equation between the fuel density D and the dielectric coefficient K as follows: D=A・(K-1)/B+(K-1) (3). Here, A and B are constants determined for each liquid. Therefore, by appropriately determining the circuit constants, the coefficient of X in the above equation (2) can be made equal to the density of the fuel. Also, X
Since M is proportional to the fuel volume in the tank, M in the above equation (2), that is, the rotation angle of the slider 202 in FIG. 1, is proportional to the weight of the fuel in the tank.

しかしながら、上記従来装置では複雑なサーボ
機構を有するため装置の価格が嵩み、また、可動
部分を有するため摩耗などによる故障を起す欠点
があつた。
However, the above-mentioned conventional device has the disadvantage that it has a complicated servo mechanism, which increases the cost of the device, and that it has movable parts, which can cause failures due to wear and the like.

本発明は上記の欠点をなくした静電容量式燃量
計を提供するものであり、以下本発明を図によつ
て説明する。
The present invention provides a capacitance type fuel meter that eliminates the above-mentioned drawbacks, and the present invention will be explained below with reference to the drawings.

第2図及び第3図は本発明の一実施例を示す図
で第2図は回路構成図、第3図は動作説明図であ
る。第2図において第1図と同一記号は同一要素
を示すことにし、その説明は重複をさけるため省
略する。
2 and 3 are diagrams showing one embodiment of the present invention, in which FIG. 2 is a circuit configuration diagram and FIG. 3 is an operation explanatory diagram. In FIG. 2, the same symbols as in FIG. 1 indicate the same elements, and their explanations will be omitted to avoid duplication.

第2図において、コンデンサ3,4の他方の極
板は半波整流要素9,10を介して共通接続され
ている。また、互に並列接続された固定コンデン
サ5、誘電率検知用コンデンサ6の一方の接続点
が2次コイルのV2電圧端子に接続され、他方の
接続点が半波整流要素15を介して鋸歯状波出力
を発生する積分器12の入力側に接続されてい
る。11は変換器、13は積分器の出力を比較す
る比較器である。なお、積分器12の構成は帰環
コンデンサ12aに並列にFETスイツチング素
子12bが接続され、上記スイツチング素子が励
振電圧よりも低い一定周波数の交流電源14によ
り制御される構成となつている。
In FIG. 2, the other plates of capacitors 3 and 4 are commonly connected through half-wave rectifier elements 9 and 10. Further, one connection point of the fixed capacitor 5 and the dielectric constant detection capacitor 6 which are connected in parallel with each other is connected to the V2 voltage terminal of the secondary coil, and the other connection point is connected to the sawtooth through the half-wave rectifier element 15. It is connected to the input side of an integrator 12 which generates a waveform output. 11 is a converter, and 13 is a comparator for comparing the outputs of the integrator. The integrator 12 is configured such that a FET switching element 12b is connected in parallel to the return capacitor 12a, and the switching element is controlled by an AC power source 14 having a constant frequency lower than the excitation voltage.

次に本発明の動作を説明する。交流電源により
励振されているコンデンサ3,4からの出力電流
は半波整流要素9,10で整流され、これ等に流
れる半波整流電流I1,I2は変換器11で加算され
電圧に変換される。即ち、I1,I2は I1=−√2・V1・ω・{CM+CM・(K
−1)・X} ………(4) I2=√2・V2・ω・CF ………(5) で表わされる。ここでV1・CM=V2・CFならし
められていると Io=I1+I2 =−√2V1・ω・CM・(K−1)・X …(6) となり、変換器11のゲインを−Gとすると変換
器11の出力V4は V4=−G・Io=√2・G・V1・ω・CM・
(K−1)・X ………(7) で表わされる。
Next, the operation of the present invention will be explained. The output currents from the capacitors 3 and 4 excited by the AC power supply are rectified by half-wave rectifier elements 9 and 10, and the half-wave rectified currents I 1 and I 2 flowing through these elements are added by a converter 11 and converted into voltage. be done. That is, I 1 and I 2 are I 1 = −√2・V 1・ω・{CM+CM・(K
−1)・X} ………(4) I 2 =√2・V 2・ω・CF ………(5) It is expressed as follows. Here, if V 1・CM=V 2・CF, then Io=I 1 +I 2 =−√2V 1・ω・CM・(K−1)・X (6), and the converter 11 When the gain is -G, the output V 4 of the converter 11 is V 4 = -G・Io=√2・G・V 1・ω・CM・
It is expressed as (K-1)・X......(7).

一方、コンデンサ5,6からの出力電流を半波
整流要素15により整流された半波整流出力は積
分器12に加えられる。即ち、I3は I3=−√2・V2・ω・(K・Cc+CB) …(8) で表わされる。また、積分器12のゲインを−F
とすると積分器12の出力V5は V5=−F・I3・t=√2・F・V2・ω・
(K・Cc+CB)・t ………(9) で表わされる。
On the other hand, a half-wave rectified output obtained by rectifying the output currents from the capacitors 5 and 6 by a half-wave rectifying element 15 is applied to an integrator 12. That is, I 3 is expressed as I 3 =−√2·V 2 ·ω·(K·Cc+CB) (8). Also, set the gain of the integrator 12 to −F
Then, the output V 5 of the integrator 12 is V 5 = −F・I 3・t=√2・F・V 2・ω・
It is expressed as (K・Cc+CB)・t……(9).

ここで変換器11、積分器12の出力をV4
V5とするとV4,V5は第3図aで示す関係とな
り、それぞれが比較器13に印加される。この場
合、比較器13のその出力V6はV5≦V4において
電源電圧Vcを出力し、V5>V4において零出力と
なるように構成されているものとする。これによ
り第3図bで示す如くV5が零から立上つてから
V4と等しくなるまでの時間をt′とすれば、予めV5
(max)>V4(max)にされているのでt′は常にT
より小さくなる。すなわち、t=t′においてV4
V5であるから(7)、(9)式より t′=G・V・CM(K−1)・X/F・V・(K
・Cc+CB)………(10) が得られる。従つて、比較器13の出力V6は誘
電率に関連して変化する時間t′に対応したパルス
出力が得られる。
Here, the outputs of the converter 11 and the integrator 12 are V 4 ,
When V 5 is assumed, V 4 and V 5 have the relationship shown in FIG. In this case, it is assumed that the output V 6 of the comparator 13 is configured to output the power supply voltage Vc when V 5 ≦V 4 and to become a zero output when V 5 >V 4 . As a result, as shown in Figure 3b, after V 5 rises from zero,
If the time taken to become equal to V 4 is t′, then V 5
(max)>V 4 (max), so t′ is always T
become smaller. That is, at t=t′, V 4 =
Since V 5 , from equations (7) and (9), t'=G・V 1・CM(K−1)・X/F・V 2・(K
・Cc+CB)......(10) is obtained. Therefore, the output V 6 of the comparator 13 is a pulse output corresponding to the time t' that changes in relation to the dielectric constant.

比較器13の出力V6をデイジタル出力として
取出す場合は比較器13の電源電圧を第2図で示
すように+Vcと−Vcに接続される。比較器13
の出力に表われるパルス数Nは となる。よつて(11)式のK以外の値を適当に定める
ことにより、出力パルス数Nは燃料重量に比例し
たものとなる。なお、パルスの計測手段としては
公知のカウンターが使用でき、この場合のカウン
タのリセツトは鋸歯状波の立下りを検出して行な
うことができる。
When the output V 6 of the comparator 13 is taken out as a digital output, the power supply voltage of the comparator 13 is connected to +Vc and -Vc as shown in FIG. Comparator 13
The number of pulses N appearing in the output of is becomes. Therefore, by appropriately determining values other than K in equation (11), the output pulse number N can be made proportional to the fuel weight. Note that a known counter can be used as the pulse measuring means, and in this case, the counter can be reset by detecting the falling edge of the sawtooth wave.

また、比較器13の出力をアナログ出力として
取出す場合は比較器13の後段にフイルタ16を
設け、また比較器16の電源を第2図の( )内
で示すように定電圧源Vsとコモン間に接続す
る。この場合フイルタ16のゲインをαとする
と、フイルタ16により平均化された直流電圧
V6′は となる。よつて、デイジタル出力の場合と同様の
理由によりV′6は燃料重量に比例したものとな
る。
In addition, when taking out the output of the comparator 13 as an analog output, a filter 16 is provided after the comparator 13, and the power supply of the comparator 16 is connected between the constant voltage source Vs and the common as shown in parentheses in Fig. 2. Connect to. In this case, if the gain of the filter 16 is α, then the DC voltage averaged by the filter 16 is
V 6 ′ is becomes. Therefore, for the same reason as in the case of digital output, V'6 is proportional to the fuel weight.

以上述べたように本発明によれば従来のサーボ
機構を使用したものに比較し、機械的駆動部がな
いので摩耗による故障はなくなり、かつ、純電子
的に構成されるので経済性の良い静電容量式燃量
計が得られる。
As described above, compared to the conventional servo mechanism, the present invention eliminates failures due to wear because there is no mechanical drive part, and because it is configured purely electronically, it is economically efficient and static. A capacitive fuel gauge is obtained.

なお、本発明の実施例では誘電率検知用コンデ
ンサの値に関連して鋸歯状波出力の振幅を変化さ
せるものについて説明したが、鋸歯状波出力の振
幅を一定にして周期を変化させても同様な効果が
得られる。
In addition, in the embodiment of the present invention, the amplitude of the sawtooth wave output is changed in relation to the value of the dielectric constant detection capacitor, but it is also possible to keep the amplitude of the sawtooth wave output constant and change the period. A similar effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の静電容量式燃量計を示す構成
図、第2図は本発明の一実施例を示す構成図、第
3図は本発明の動作を説する説明図である。 1:トランス、3:体積測定用コンデンサ、
4:比較用コンデンサ、5:演算用固定コンデン
サ、6:誘電率検知用コンデンサ、9,10,1
5:半波整流要素、11:変換器、12:鋸歯状
波出力発生用積分器、13:比較器。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional capacitance type fuel meter, FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the operation of the present invention. 1: Transformer, 3: Capacitor for volume measurement,
4: Comparison capacitor, 5: Fixed capacitor for calculation, 6: Capacitor for dielectric constant detection, 9, 10, 1
5: half-wave rectifier element, 11: converter, 12: integrator for generating sawtooth wave output, 13: comparator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電源トランスの2次巻線の一端に接続され燃
料の体積を測定する体積測定用コンデンサと、前
記2次巻線の他端に接続された比較用コンデンサ
と、前記2次巻線に接続された前記燃料の誘電率
を検知する誘電率検知用コンデンサと演算用固定
コンデンサとの並列回路と、前記体積測定用コン
デンサに流れる電流を半波整流する第1整流要素
と、前記比較用コンデンサに流れる電流を半波整
流する第2整流要素と、前記第1および第2整流
要素を流れる電流を加算し電圧に変換する変換器
と、前記並列回路を流れる電流を半波整流する第
3整流要素と、前記第3整流要素の出力を入力し
鋸歯状波出力を発生する積分器と、前記変換器と
前記積分器の出力とを比較し前記積分器の出力が
前記変換器の出力に等しくなるまでの時間に対応
した出力を発生する比較器とから成ることを特徴
とする静電容量式燃量計。
1. A volume measuring capacitor connected to one end of the secondary winding of the power transformer to measure the volume of fuel, a comparison capacitor connected to the other end of the secondary winding, and a volume measuring capacitor connected to the other end of the secondary winding. a parallel circuit of a dielectric constant detection capacitor that detects the dielectric constant of the fuel and a fixed calculation capacitor; a first rectifying element that half-wave rectifies the current flowing to the volume measuring capacitor; and a first rectifying element that half-wave rectifies the current flowing to the volume measuring capacitor; a second rectifying element that performs half-wave rectification of the current; a converter that adds the currents flowing through the first and second rectifying elements and converts it into a voltage; and a third rectifying element that performs half-wave rectification of the current flowing through the parallel circuit. , an integrator that receives the output of the third rectifying element and generates a sawtooth wave output, and compares the output of the converter and the integrator until the output of the integrator becomes equal to the output of the converter. A capacitance type fuel meter comprising: a comparator that generates an output corresponding to a time of .
JP13929179A 1979-10-30 1979-10-30 Electrostatic capacity type fuel meter Granted JPS5663215A (en)

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