JP3197515U - 液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】液体の性状変化や温度変化に影響されず液面レベルを極めて正確に検出することが可能な液面レベルセンサを提供する。【解決手段】液面の変位方向に沿って一対の電極基板１０、２０を平行に設置する。一方の電極基板１０に計測用の電極１１Ａをプリント配線して計測用電極層１１とし、他方の電極基板２０に励起信号用の電極２１Ａをプリント配線して励起用電極層２１とする。計測用電極層と励起用電極層とが相対向してセンシング面Ｆを構成する。各電極１１Ａ、２１Ａを、夫々電極基板の長手方向に沿って分割し、分割した各電極がそれぞれ相対向するように配置して各電極基板間の静電容量変化によって液面レベルを検知する。【選択図】図４

Description

本考案は、エンジンオイル等の液面レベルを検出する静電容量式の液面レベルセンサに関する。

当出願人は、先に特許文献１に記載の静電容量式センサを提案している。このセンサは同軸ケーブルからなる液面センサで、特に、センサ間の静電容量が位相のずれ等によって生じる外部からの誤動作を防止するために導電層を２重構造とし、その層間に絶縁層を介在させたものである。

すなわち、外側電極の内側に位置する導電層に、中心導体と同相の検出信号を印加し、センサの外部に設けた検出回路にて位相のずれを検出することにより、誤動作の発生を防止するものである。

一方、特許文献２に記載されている静電容量式の液面レベルセンサでは、液面の変位方向に延在し且つ所定の間隔をおいて対向配置された第１電極対と、液面の変位方向に延在し且つ所定の間隔をおいて第１電極対に対向配置された第２電極対とを備えた構成が記載されている。

このセンサによると、第１電極対と前記第２電極対とは、同一の構造を有し、互いの気中の静電容量及び液面の変位に対する静電容量の変化率が共に等しく、且つ、第１電極対と第２電極対とは、液面の変位方向に沿って位置ずれした状態で互いに並行に配置することで、液体の誘電率によらず液面レベルを正確に検出できるというものである。

特許第４１１６４０９号公報 特許第４６１１１４３号公報

特許文献１に記載のセンサによると、位相のずれ等から発生する誤動作を防止することは可能になっているが、液体の誘電率が温度等によって変化すると液位の検出誤差が大きくなる不都合があった。特に、液体内と空気層との性状によっても温度が異なるので、温度や性状の変化による誘電率の誤差を正確に補正することは困難であった。

一方、特許文献２に記載されているセンサは、液面の変位方向に延在する長尺な電極を使用するので、振動や熱による電極間の間隔変化や誘電率変化の誤差の影響を受ける虞がある。すなわち、長尺な電極は温度変化によって膨張や収縮の差が大きくなる。そのため、並行に配置した電極間の距離が変化したり、長手端部に撓みが生じたりするので、この電極間の距離の変化が正確な測定を妨げる虞があった。しかも、このセンサにおいても、液体の性状変化や温度変化による誘電率を正確に補正することは困難であるから、温度変化により誤差が大きくなる不都合もある。

そこで本考案は上述の課題を解決すべく創出されたもので、液体の性状変化や温度変化に影響されず液面レベルを極めて正確に検出することが可能な液面レベルセンサの提供を目的とするものである。

上述の目的を達成すべく本考案における第１の手段は、液面の変位方向に沿って配される一対の電極基板１０、２０が平行に設置され、一方の電極基板１０に計測用の電極１１Ａがプリント配線された計測用電極層１１と、
他方の電極基板２０に励起信号用の電極２１Ａがプリント配線された励起用電極層２１とが相対向する一対のセンシング面Ｆが構成され、各電極基板１０、２０間の静電容量変化によって液面レベルを検知する液面レベルセンサであって、
各センシング面Ｆの各電極１１Ａ、２１Ａは、夫々電極基板１０、２０の長手方向に沿って分割され、液面に最も近い電極１１Ａ、２１Ａによって液面レベルを検知するように構成したことにある。

第２の手段において、前記各センシング面Ｆの各電極１１Ａ、２１Ａは、分割された計測用の各電極１１Ａと、励起信号用の各電極２１Ａとがセンシング面Ｆで相対向するように配置され、該センシング面Ｆ間の液体の静電容量にて液面レベルを検出するように構成している。

第３の手段は、前記各電極基板１０、２０において、相対向する前記各センシング面Ｆの反対側に、ガード信号を発信する導電材１２Ａ、２２Ａを備えたガード信号層１２、２２を複数層重合し、ガード信号層１２、２２の導電材１２Ａ、２２Ａに、計測用の各電極１１Ａと同相の信号を印加し、センサの外部に設けた検出回路にて位相のずれを検出するように構成したものである。

第４の手段は、前記センシング面Ｆにおいて、前記電極基板１０、２０の長手両端部近傍に夫々一対の基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂを設置し、該基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂにて液体内と空気層との静電容量の変化を補正するように構成している。

本考案の請求項１に記載のごとく、各センシング面Ｆの各電極１１Ａ、２１Ａは、夫々電極基板１０、２０の長手方向に沿って分割され、液面に最も近い電極によって液面レベルを検知するように構成したことで、従来の長尺な電極のように、液体内の深部まで検知することで生じる誤差はなくなり、極めて正確に液面レベルを検知することが可能になった。

請求項２のように、各センシング面Ｆの各電極１１Ａ、２１Ａは、分割された計測用の各電極１１Ａと、励起信号用の各電極２１Ａとがセンシング面Ｆで相対向するように配置され、該センシング面Ｆ間の液体の静電容量にて液面レベルを検出するように構成しているので、電極が熱膨張すると電極上下の長さが変化することになり、分割された計測用の各電極１１Ａ相互の間隔や、励起信号用の各電極２１Ａ相互の間隔が変化するだけで、センシング面Ｆ相互の間隔を一定に保つことができる。

しかも、電極の長さが上下に変化しても、対向する電極が同じ材質なので同様に上下に変化するため、電極間相互の誤差も少なくなる。したがって、各電極を長尺な電極で構成したセンサのように、電極全体が熱膨張して電極間の距離の変化が大きくなったり、長手端部に撓みが生じたりするといった不都合は解消し、振動等の変化にも対応した測定ができるので、常に安定した計測が可能になった。更に、各センシング面Ｆに付着する液体の表面張力による誤差も少なくすることができる。

請求項３のように、各電極基板１０、２０は、相対向する各センシング面Ｆの反対側に、ガード信号を発信する導電材１２Ａ、２２Ａを備えたガード信号層１２、２２を複数層重合し、ガード信号層１２、２２の導電材１２Ａ、２２Ａに、計測用の各電極１１Ａと同相の信号を印加し、センサの外部に設けた検出回路にて位相のずれを検出するように構成したことで、外部からのノイズの影響を軽減し、センサ間の誤動作を防止し、より正確な測定ができる。また、各電極をプリント配線することで、コンパクトな構成にすることができる。

請求項４のごとく、センシング面Ｆにおいて、電極基板１０、２０の長手両端部近傍に夫々一対の基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂを設置し、該基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂにて液体内と空気層との静電容量の変化を補正するように構成したことによって、オイルの内部と外部との性状変化や温度変化に影響を受けずに正確な液面レベルを測定することができる。

すなわち、オイル等の誘電率の変化を空気側の基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂと、オイル内部の基準用電極１１Ｂ、２１Ｂとの差動で検出し、該電極１１Ｂ、２１Ｂから得られる計測値を誘電率の変化比率で補正することで、オイルの内部と外部との性状変化や温度変化に対応して正確な液面レベルを測定することができるものである。

このように本考案によると、液体の性状変化や温度変化に影響されず液面レベルを極めて正確に検出することが可能になるなどといった当初の目的を達成した。

本考案の一実施例を示す斜視図である。 本考案の一実施例を示す側面図である。 本考案の計測用の電極基板の一実施例を示す斜視図である。 本考案の計測用の電極基板と励起用の電極基板を示す説明図である。 本考案の電極基板の一実施例を示す平面図である。 本考案の電極基板の一実施例を示す端面図である。

本考案は、輸送機器、発電機などのエンジン内部等に設置されるもので、オイル等の液面レベルを検出する静電容量式の液面レベルセンサである。

本考案の基本構成は、液面の変位方向に沿って配される一対の電極基板１０、２０が平行に設置されたものである（図１、２参照）。そして、各電極基板１０、２０間の静電容量変化によって液面レベルを検知する。

一方の電極基板１０に、計測用の電極１１Ａをプリント配線して計測用電極層１１を構成する（図３参照）。また、他方の電極基板２０に、この計測用の電極１１Ａに対応する励起信号を発信する電極２１Ａをプリント配線して励起用電極層２１を構成している（図４参照）。いずれの電極基板１０、２０も同形状、同サイズで、各電極のサイズや位置も一致するように構成している。

更に、これらの計測用電極層１１と励起用電極層２１は、電極基板１０、２０の相対向する面に配置されており、相対向するセンシング面Ｆを構成している。そして、このセンシング面Ｆ間の静電容量変化によって液面レベルを検知する。

各センシング面Ｆの各電極１１Ａ、２１Ａは、夫々電極基板１０、２０の長手方向に沿って分割されている。図示例では各３個の電極１１Ａ、２１Ａを配置しているが、電極１１Ａ、２１Ａの数やサイズ、間隔等は任意に設定することができる。このように分割された計測用の各電極１１Ａや励起信号用の各電極２１Ａは、センシング面Ｆで相対向するように配置されている（図４参照）。

計測用の各電極１１Ａは、それぞれのサイズの範囲で液面のレベルを測定すると共に、隣接する電極１１Ａの測定値と連携することで、計算液位を算出する。すなわち、短尺の計測用の電極１１Ａの満水及び渇水と、隣接する上下の電極１１Ａの満水及び渇水を判断し、これらを連結することで高精度の測定をするものである。この際、分割数を増やすことにより、より高精度な測定が可能になる。

各電極基板１０、２０のセンシング面Ｆの裏側には、それぞれ複数層のガード信号層１２、２２を重合している（図４参照）。このガード信号層１２、２２は、絶縁層１２Ｂにガード信号を発信する導電材１２Ａ、２２Ａをプリント配線したもので、この導電材１２Ａ、２２Ａに、計測用の各電極１１Ａと同相の検出信号を印加し、センサの外部に設けた検出回路にて位相のずれを検出することで、センサ間の誤動作を防止する。

このとき、計測用電極層１１を設けた電極基板１０のガード信号層１２の一部を励起信号用として使用することが可能である。また、励起用電極層２１を設けた電極基板２０のガード信号層２２の一部を励起信号用又はアース電極（ＧＮＤ）用として使用することも可能である。導線１３、２３は、計測用の電極１１Ａや励起信号用の電極２１Ａの信号を送受信するもので、導電材１２Ａ、２２Ａに接触しないように励起用電極層２１を貫通してセンシング面Ｆの計測用電極層１１や励起用電極層２１に通電している（図６参照）。

一方、各センシング面Ｆにおいて、電極基板１０、２０の長手両端部近傍に夫々一対の基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂを設置している（図４参照）。これら基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂは、センシング面Ｆで相対向するように設置している。そして、電極１１Ｂ、２１Ｂの一方をオイルの内部に浸漬し、他方をオイルの外に位置するように電極基板１０、２０を設置する。そして、オイルの内部に浸漬した基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂでオイル等の誘電率の変化を計測し、オイルの外に配置した基準用の電極１１Ｂ、２１Ｂで液位より上の空気層の誘電率の変化を計測する。そして、これらの計測値を変化比率で補正することにより、オイル等の性状変化や温度変化に対応した誘電率から正確な液面レベルを測定する。

次に、本考案のセンサで測定した場合と、従来のセンサで測定した場合の試験結果を示す。この試験は、エンジンオイルの液面を０mmから７０mmまで変化させ、その実液位と各センサにて測定した計算液位とを表示すると共に、その誤差を示したものである。

表１は、従来の単層電極基板のセンサを対面配置して測定したレベル出力結果を示すデータである。このデータによると、実液位Ａに対し、センサで測定した計算液位Ｂに大きな誤差Ｃが生じていることが分かる。

表２は、本考案のセンサで測定したレベル出力結果を示すデータである。このデータでは、実液位Ａに対し、センサで測定した計算液位Ｂに生じる誤差Ｃが小さく、出力も安定していることが分かる。

尚、本考案において、図示の構成に限定されるものではなく、本考案の要旨を変更しない範囲での設計変更は自由に行える。また、本考案の使用例も限定されるものではない。

１０ 電極基板
１１ 計測用電極層
１１Ａ 電極
１１Ｂ 電極
１２ ガード信号層
１２Ａ 導電材
１２Ｂ 絶縁層
１３ 導線
２０ 電極基板
２１ 励起用電極層
２１Ａ 電極
２１Ｂ 電極
２２ ガード信号層
２２Ａ 導電材
２２Ｂ 導電材
２３ 導線

Claims (4)

1. 液面の変位方向に沿って配される一対の電極基板が平行に設置され、一方の電極基板に計測用の電極がプリント配線された計測用電極層と、他方の電極基板に励起信号用の電極がプリント配線された励起用電極層とが相対向する一対のセンシング面が構成され、各電極基板間の静電容量変化によって液面レベルを検知する液面レベルセンサであって、各センシング面の各電極は、夫々電極基板の長手方向に沿って分割され、液面に最も近い電極によって液面レベルを検知するように構成したことを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記各センシング面の各電極は、分割された計測用の各電極と、励起信号用の各電極とがセンシング面で相対向するように配置され、該センシング面間の液体の静電容量にて液面レベルを検出するように構成した請求項１記載の液面レベルセンサ。
3. 前記各電極基板において、相対向する前記各センシング面の反対側に、ガード信号を発信する導電材を備えたガード信号層を複数層重合し、ガード信号層の導電材に、計測用の各電極と同相の検出信号を印加し、センサの外部に設けた検出回路にて位相のずれを検出するように構成した請求項１記載の液面レベルセンサ。
4. 前記センシング面において、前記電極基板の長手両端部近傍に夫々一対の基準用の電極を設置し、該基準用の電極にて液体の内部と外部との静電容量の変化を補正するように構成した請求項１記載の液面レベルセンサ。

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