WO2004085975A1 - 静電容量式レベルセンサ - Google Patents

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Sadamichi Koga
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Sadamichi Koga
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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/01—Details
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes

Definitions

  • the present invention is applicable to a non-conductive (high electric resistance) liquid tank such as gasoline or heavy oil, or a conductive (low electric resistance) liquid tank such as water.
  • a non-conductive (high electric resistance) liquid tank such as gasoline or heavy oil
  • a conductive (low electric resistance) liquid tank such as water.
  • capacitive level sensors related to capacitive level sensors.
  • this type of conventional capacitive level sensor consists of a pair of opposing electrodes, that is, a metal outer cylinder (also called a common electrode) 1 and a metal arranged concentrically with it.
  • the inner cylinder 2 includes a main sensor electrode section 3 and a reference sensor electrode section 4.
  • the main sensor electrode section 3 and the reference sensor electrode section 4 are formed to have the same radius, and are each mechanically attached to the outer cylinder 1 by a support member 5 made of an insulating material. Cables 6 and 7 are pulled out from the main sensor electrode section 3 and the reference sensor electrode section 4, respectively.
  • Such a level sensor is arranged such that the reference sensor electrode section 4 is located at the bottom of the tank, and the height of the liquid level H within the range from the lower end to the upper end of the main sensor electrode section 3, that is, The liquid level h can be detected.
  • a liquid such as oil enters between the outer cylinder common electrode 1 and the inner cylinder 2, the capacitance between the main sensor electrode section 3 and the common electrode 1 changes in proportion to the liquid level h.
  • s is the relative dielectric constant of the liquid
  • C ra L (C sh — C so ) Z ⁇ C s . "-1 1) ⁇
  • C ra the capacitance when the capacitance is given by S-C r ZC fa.
  • C a are constants determined by the dimensions and structure of the main sensor electrode section 3 and the reference sensor electrode section 4, and the static of the reference sensor electrode section 4 in a state where the liquid is not filled in the tank.
  • the capacitance C ra and the capacitance Cr when the reference sensor electrode 4 is immersed in the liquid can be measured in advance to obtain S.
  • the height h of the liquid surface H can be obtained by measuring the capacitance C sh of the main sensor electrode unit 3 using a device not shown.
  • An object of the present invention is to solve these problems and to provide a capacitance-type level sensor that can be expected to operate in the same manner as the conventional one with a simple configuration.
  • first and second electrode means which are opposed to each other with an interval through which a liquid whose level is to be measured can enter, wherein the first electrode means is a main electrode.
  • a first electrode means having at least one surface facing the second electrode means at a distance from the second electrode means in a capacitive level sensor comprising a sensor electrode portion and a reference sensor electrode portion.
  • the support means and the surface of the support means are vertically separated from each other by electroless plating or printing.
  • the main sensor electrode portion and the reference sensor electrode portion that are interposed therebetween, and an insulating film that is formed on the surface covering the main sensor electrode portion and the reference sensor electrode portion.
  • both the main sensor electrode portion and the reference sensor electrode portion can be patterned, and the conventionally required cables for the sensor electrode portions 3 and 4 are not particularly required. Is easily and inexpensively provided.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of a conventional capacitance type level sensor.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing an example of the capacitance type level sensor of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a modified embodiment of FIG.
  • FIG. 4 is a partial sectional view showing another embodiment.
  • FIG. 1 An embodiment of the capacitance type level sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. Parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • a cylindrical support 10 made of an insulating material such as epoxy resin is provided with its axis vertical, and the main sensor electrode portion 3 and the reference sensor described in FIG.
  • the electrode portions 4 are attached to each other at an interval in the vertical direction (axial direction).
  • These sensor electrode portions 3 and 4 can be formed of a conductive material by a conventionally well-known electroless plating or printing method.
  • a part of the main sensor electrode part 3 is cut off in the axial direction and the notch passage 1 1 Is formed at a part of the upper edge of the reference sensor electrode portion 4 and extends upward through the notch passage 11 to become a terminal portion 4 a at the upper end of the support 10. ing.
  • a part of the upper edge of the main sensor electrode portion 3 is also extended to the upper end of the support 10 to form a terminal portion 3a.
  • An insulating film 12 is applied on the outer surface of the support 10 so as to cover the sensor electrode portions 3 and 4.
  • the green film 12 can be formed by applying a resin material by coating or painting.
  • the inner cylinder 2 is configured.
  • the main sensor electrode section 3 and the reference sensor electrode section 4 can be simultaneously attached to the surface of the support 10 made of insulating material by electroless plating or printing, and furthermore,
  • the inner cylinder 2 can be formed by simply applying the insulating film 12 thereon by painting or the like. Since the main sensor electrode portion 3 and the reference sensor electrode portion 4 constituting the inner cylinder 2 are formed on a common cylindrical support 10, such an inner cylinder 2 is attached to the outer cylinder 1. In this case, the number of the supporting members 5 can be reduced as compared with the conventional case shown in FIG. 1, and the mounting work becomes easy.
  • the main sensor electrode portion 3 and the reference sensor electrode portion 4 are formed on the outer peripheral surface of the cylindrical support 10 in the embodiment of FIG. 2, they may be formed on the inner peripheral surface. It is clear that the same effect can be obtained in this case.
  • the cylindrical common electrode 1 may be arranged inside the cylinder 2. The configuration in that case is shown in FIG. 3, but the description is omitted.
  • an insulator 13 is attached on the surface of the support 10 and the above-mentioned two sensor electrodes are placed on the insulator 13. Parts 3 and 4 are applied. In this case, the portions of the support to which the terminal portions 3a and 4a are applied are also covered with an insulating material.
  • Other configurations are the same as those shown in FIG.
  • Such an inner cylinder 2 is similarly attached to the inner side of the outer cylinder (common electrode) 1 described in FIG.
  • the common electrode and the sensor electrode are connected to the outer cylinder 1 and Although the description has been given of the case where the electrodes are constituted by the inner cylinder 2 and the inner cylinder 2, the electrodes may be flat plates facing each other.
  • the main sensor electrode portion 3 and the reference sensor electrode portion 4 of the conventional inner cylinder (sensor electrode portion) 2 are patterned.
  • a lead-out portion 4b is formed in a part of the reference sensor electrode portion 4, and this is extended to the upper end of the support 10 through the cutout passage 11 of the main sensor electrode portion 3 to extend the terminal portion 4b. Since a part of the main sensor electrode part 3 also extends to the upper end of the support 10 to form a terminal part 3a, these are the main sensor electrode parts.

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Description

明細書
静電容量式レベルセンサ
技術分野
この発明はガソリ ンあるいは重油などの非導電性 （高電気抵抗値 ) を有する液体のタンク、 または水などの導電性 （低電気抵抗値） を有する液体のタンクなどに適用して好適な静電容量式レベルセン サに関する。
従来のこの種の静電容量式レベルセンサは図 1 に示すように、 一 対の対向する電極即ち、 金属から成る外筒 （共通電極とも呼ぶ） 1 とこれと同心的に配置された金属から成る内筒 2 とから構成され、 さ らにこの内筒 2がメイ ンセンサ電極部 3 とリ フ ァ レンスセンサ電 極部 4 とから構成されている。 メイ.ンセンサ電極部 3 とリ ファ レン スセンサ電極部 4 とは同一半径をもって形成され、 それぞれ外筒 1 に対し、 絶縁材から成る支持部材 5 により機械的に取り付けられて いる。 メイ ンセンサ電極部 3およびリ フ ァ レンスセンサ電極部 4か らそれぞれケーブル 6および 7が引き出されている。
このようなレベルセンサが、 リ フ ァ レンスセンサ電極部 4 がタ ン ク内の底部に位置するよう配置され、 メイ ンセンサ電極部 3の下端 から上端の範囲内の液面 Hの高さ、 即ち液位 hを検出することがで きる。 外筒共通電極 1 および内筒 2間に油などの液体が入ると、 液 位 hに比例してメイ ンセンサ電極部 3 と共通電極 1間の静電容量が 変化する。 メイ ンセンサ電極部 3 の軸方向 (垂直方向) の長さを L 、 液位が hの時のメイ ンセンサ電極部 3 と共通電極 1 間の静電容量 (以後、 単にメイ ンセンサ電極部の静電容量と呼ぶ） を C sh、 メイ ンセンサ電極部 3 と共通電極 1間が空気で満たされているとき （即 ち h = 0 ) の静電容量を C s。、 液の比誘電率を s とすると次式
C sh= C s。 （ L— h ) Z L + s C sah / L
が成立する。 従って液位 hは次式
h = L ( C sh— C so) Z { C s。 "一 1 ) } で与えられる。 液の比誘電率はリ ファ レンスセンサ電極部 4 と共通 電極 1間に空気が満たされたときの静電容量を C r a、 リ フ ァ レンス センサ電極 4 と共通電極 1間に液が満たされたときの静電容量を C r とすると S - C r Z C f aで与えられる。 C s。、 C r aは何れもメイ ンセンサ電極部 3及びリ フ ァ レンスセンサ電極部 4 の寸法及び構造 によって決まる定数であり、 タンクに液を入れてない状態でのリ フ ァ レンスセンサ電極部 4 の静電容量 C r aと、 リ ファ レンスセンサ電 極 4が液に没した状態での静電容量 C r を予め測定して Sを求めて おく ことができる。 このメインセンサ電極部 3の静電容量 C shを図 示しない装置により測定することによつて液面 Hの高さ hを求める ことができる。
このような静電容量式レベルセンサでは、 一方の筒状電極 2 とし て電気的に絶縁された 2個のセンサ電極部 3および 4を必要とする ので、 従来ではこれらのセンサ電極部 3およぴ 4をそれぞれ支持部 材 5を介して外筒 1 に固定する必要があり、 多数の支持部材 5を必 要とするとともに、 それらの取り付け作業に手数を要する問題点が あった。 さ らにセンサ電極部 3および 4からそれぞれケーブル 6お よび 7 を引き出さねばならない煩わしさ もあつた。
この発明の目的はこれらの問題点を解決し、 簡単な構成で従来と 同様の作用を期待できる静電容量式レベルセンサを提供することで ある。
発明の開示
上述の課題を解決するためこの発明によれば、 レベルの測定をす べき液体が侵入可能な間隔を形成して対向する第 1及び第 2電極手 段を有し、 上記第 1電極手段がメィ ンセンサ電極部とリ フ ァ レンス センサ電極部とから構成された静電容量式レベルセンサにおいて、 上記第 1電極手段は上記第 2電極手段と間隔をおいて対向する少な く とも 1つの表面を有する支持体手段と、 上記支持体手段の上記表 面に、 無電解メ ツキまたは印刷によりそれぞれ互いに上下方向に離 間して被着された上記メインセンサ電極部および上記リ ファ レンス センサ電極部と、 上記メインセンサ電極部上および上記リ ファ レン スセンサ電極部を覆って上記表面上に被着形成された絶緣膜と、 上 記メィ ンセンサ電極部の一部が上記支持体手段の上端まで延長され て形成された端子部と、 上記メィンセンサ電極部の上下方向の接欠 部を通じて上記支持体手段の上端まで延長され、 上端に端子部を形 成した上記リ ファ レンスセンサ電極部の導出.部とが設けられる。
この構成によればメイ ンセンサ電極部， リ フ ァ レンスセンサ電極 部ともにパターン化でき、 従来必要とされた各センサ電極部 3 , 4 のケ一プルも特に必要としないので、 この種のレベルセンサが簡単 にかつ廉価に提供される。
図面の簡単な説明
図 1 は従来の静電容量式レベルセンサの一例を示す部分切除斜視 図。
図 2 はこの発明の静電容量式レベルセンサの一例を示す部分切除 斜視図。
図 3 は図 2の変形実施例を示す斜視図。
図 4 は他の実施例を示す一部分の断面図。
発明を実施するための最良の形態
' この発明による静電容量式レベルセンサの一実施例を図 2を参照 して説明する。 なお図 1 と対応する部分には同一符号を付加してそ の説明を省略する。 この実施例ではエポキシ樹脂などの絶縁材によ り円筒状の支持体 1 0がその軸を垂直にして設けられ、 その外側の 表面に図 1で説明したメイ ンセンサ電極部 3 とリ ファ レンスセンサ 電極部 4 とが上下方向 （軸方向） に互いに間隔をおいて上下にそれ ぞれ被着される。 これらセンサ電極部 3 , 4 は導電材料をそれぞれ 従来周知の無電解メ ッキまたは印刷手法によつて形成することがで きる。
メイ ンセンサ電極部 3 の一部が軸方向に切除されて切欠通路 1 1 が形成され、 リ ファ レンスセンサ電極部 4の上縁の一部に導出部 4 bが形成され、 これが切欠通路 1 1 を通じて上方に延長されて支持 体 1 0 の上端で端子部 4 a とされている。 またメイ ンセンサ電極部 3の上端周縁の一部も支持体 1 0の上端まで延長されて端子部 3 a とされている。 この両センサ電極部 3 , 4を覆って支持体 1 0の外 表面上には絶縁膜 1 2が被着される。 この絶緑膜 1 2 は樹脂材のコ —ティ ングまたは塗装などにより付着させることにより構成できる 。 このよ うにして内筒 2が構成される。
この図 2 に示す構成によれば、 絶緣材から成る支持体 1 0 の表面 に無電解メ ッキまたは印刷によりメイ ンセンサ電極部 3 , リ ファ レ ンスセンサ電極部 4を同時に被着でき、 さらにその上に絶縁膜 1 2 を単に塗装などにより被着させれば内筒 2を構成できる。 内筒 2を 構成するメイ ンセンサ電極部 3 と リ フ ァ レンスセンサ電極部 4 は共 通の円筒状支持体 1 0上に形成されているので、 このような内筒 2 を外筒 1 に取り付ける際に図 1 の従来の場合に比べてその支持部材 5 の数も減らすことができ、 取り付け作業が容易となる。
図 2 の実施例においてメイ ンセンサ電極部 3及びリ フ ァ レンスセ ンサ電極部 4 は円筒状支持体 1 0 の外周面に形成した場合を示した が、 内周面に形成してもよく、 その場合も同様の効果が得られるこ とは明かである。 或いは図 2 の実施例において、 円筒共通電極 1 を 円筒 2の内側に配置してもよい。 その場合の構成を図 3 に示すが、 説明は省略する。
支持体 1 0が金属板などの導電材料で形成されている場合は図 4 に示すように、 この支持体 1 0 の表面に絶縁体 1 3を被着し、 この 上に上述した両センサ電極部 3， 4を被着する。 この場合支持体の 端子部 3 a , 4 aを被着する部分も絶縁材で被覆される。 その他の 構成は図 2 に示す場合と同様である。 このような内筒 2 は図 1で説 明した外筒 （共通電極） 1 の内側に同様に支持部材により取り付け られる。 なお、 上述においては共通電極とセンサ電極部を外筒 1 お よび内筒 2で構成した場合について説明したが、 それぞれの電極が 互いに対向する平板状のものであってもよい。
以上説明したように、 この発明の静電容量式レベルセンサによれ ば、 従来の内筒 （センサ電極部） 2のメインセンサ電極部 3 , リ フ ァ レンスセンサ電極部 4をパターン化してあるので、 この内筒 2を 容易に製造することができる渤果がある。 また、 リ フ ァ レンスセン サ電極部 4 の一部には導出部 4 bを形成し、 これをメイ ンセンサ電 極部 3 の切欠通路 1 1 を通じて支持体 1 0 の上端まで延長して端子 部 4 a と し、 メイ ンセンサ電極部 3 の一部も支持体 1 0 の上端まで 延長して端子部 3 a と しているので、 これらはメイ ンセンサ電極部
3 , リ フ ァ レンスセンサ電極部 4 の被着形成時に同時に形成できる 効果があり、 特にケーブルを導出する必要がなく、 装置全体を廉価 に提供できる効果がある。 さ らにこれらのパターン (センサ電極部
3 , 4 ) 上を絶緣膜 1 2で覆ってあるので、 測定すべき液体が導電 性であるか否かを問わず、 使用できる効果もある。

Claims

請求の範囲
1 . レベルの測定をすべき液体が侵入可能な間隔を形成して対向す る第 1及び第 2電極手段を有し、 上記第 1電極手段がメイ ンセンサ 電極部とリ フ ァ レンスセンサ電極部とから構成された静電容量式レ ベルセンサにおいて、
上記第 1電極手段は
上記第 2電極手段と間隔をおいて対向する少なく とも 1 つの表 面を有する支持体手段と、
上記支持体手段の上記表面に、 無電解メ ツキまたは印刷により それぞれ互いに上下方向に離間して被着された上記メ イ ンセンサ電 極部および上記リ フ ァ レンスセンサ電極部と、
上記メィンセンサ電極部上および上記リ ファ レンスセンサ電極 部を覆って上記表面上に被着形成された絶縁膜と、
上記メ ィ ンセンサ電極部の一部が上記支持体手段の上端まで延 長されて形成された端子部と、
上記メィ ンセンサ電極部の上下方向の接欠部を通じて上記支持 体手段の上端まで延長され、 上端に端子部を形成した上記リ フ ァ レ ンスセンサ電極部の導出部と、
を合む静電容量式レベルセンサ。
2 . 請求項 1 に記載の静電容量式レベルセンサにおいて、 上記第 1 及び第 2電極手段は円筒状であり、 前者が後者の内側に配置されて いる
3 . 請求項 1 に記載の静電容量式レベルセンサにおいて、 上記第 1 及び第 2電極手段は円筒状であり、 前者が後者の外側に配置されて いる。
4 . 請求項 1、 2または 3 に記載の静電容量式レベルセンサにおい て、 上記支持体手段は絶緣材料で形成されている。
5 . 請求項 1、 2または 3 に記載の静電容量式レベルセンサにおい て、 上記支持体手段は金属材料で形成されている。
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