JP3826789B2 - Moisture sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知対象物が含む水分量を静電容量又はインピーダンスによって検知する水分量センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
図29は生ゴミ処理機に用いた従来の水分量センサの構成を示しており、図示する水分量センサは検知対象物である生ゴミ1が収容されるゴミ処理槽たる金属容器2の周壁に嵌めこまれた絶縁材からなる電極ケース3の内底部に取り付けた並行する一対の検知電極4,4からなる検知電極部と、検知電極4,4を対の電極接続端に接続し、この検知電極4,4間の静電容量C0を発振周波数を決定するコンデンサとして用い、生ゴミ1が含む水分量(含水率)に応じて変化する静電容量を出力周波数の変換して出力する発振回路5と、この発振回路5の出力周波数を入力する位相比較部6と,ローパスフィルタ7と.電圧制御発振器(VCO)8からなるPLL回路により構成され、ローパスフィルタ7から出力される入力周波数に対応した直流電圧、つまり生ゴミ1の含水率に対応した上記静電容量を直流電圧に変換して出力とする容量検知回路9と、容量検知回路9の出力電圧を水分量に対応した所望の電圧に変換してセンサ出力として出力する出力回路10とで構成されている。
【0003】
このような構成の水分量センサにおいては、検知対象物(図示例では生ゴミ1)により各検出電極4と、周囲の金属容器2の周壁との間には、容量結合(検知電極4と回路グランド間の容量C)が夫々発生する。
【0004】
そのため発振回路5の発振周波数を決定する静電容量C0を接続する電極接続端と回路グランドとの間に図30に示すように容量Cを持つことになる。
【0005】
結果発振回路5の構成によっても影響度合いは変わるが、検知電極4と回路グランド間の容量Cの大きさにより発振回路5の発振周波数(MHz)と含水率(%)との関係が図31に示すような特性となる。この図31は縦軸に発振周波数(MHz)を、横軸に含水率(%)を取っており、グラフ(イ)は上記容量Cが無い場合、グラフ(ロ)は上記容量Cが2pFの場合、グラフ(ハ)は上記容量Cが7pF、グラフ(ニ)は上記容量Cが10pFの場合を夫々示す。
【0006】
また、検知対象物の組成及び水分量によっても検知電極4と回路グランド間の容量値が変化するため、水分量の変化に対する発振回路5の発振周波数変化が一定せず、水分量センサの検知特性がばらつくという問題があった。
【0007】
また図32に示すように検知電極4,4の配置構成が図29の従来例と同じであって、一定周波数で発振する発振回路5と、発振回路5の発振出力を抵抗からなるインピーダンス素子Z0を介して入力し、増幅する演算増幅器11及び増幅出力を検波する検波回路12からなり、演算増幅器11の増幅率を決定する要素として検知電極4,4間の静電容量からなるインピーダンス値Zdを用い、検知対象物である生ゴミ1の水分量による上記インピーダンス値Zdの変化を演算増幅器11の増幅率に変換し、検波回路12より増幅率に対応した直流電圧を出力するインピーダンス検知回路13と、インピーダンス検知回路13の出力電圧を水分量に対応した所望の電圧に変換してセンサ出力として出力する出力回路10とからなる水分量センサも従来提供されている。
【0008】
この従来例においては、検知電極4と回路グランド間の容量Cが、発振回路5の負荷容量及び演算増幅器11の入力容量、負荷容量となるため、発振回路5の出力の低下、演算増幅器11の発振現象につながり、結果水分量センサの検知特性ばらつきや、誤動作を起こすという問題があった。
【0009】
更に他の従来例としては図33(a)に示すように円形の中心電極41と、この中心電極41を中心として周囲を囲むように同心に配置される円環状の外周電極42とで検知電極部を構成し、図32の従来例と同様に両電極41,42の間のインピーダンス値Zdをインピーダンス検知回路13の演算増幅器11の増幅率に変換するものもあるが、この従来例も図32の従来例と同様に外周電極42と、金属容器2の接地(X)との間の容量Cが負荷容量となり演算増幅器11の動作が不安定(発振等)となるという問題があった。尚図33(b)は同図(a)の等価回路である。
【0010】
尚金属容器2の接地(X)との間の容量Cを図34(a)(b)に示すようにインピーダンス検知回路13の演算増幅器11の入力端に接続される構成の従来例もあるが、この従来例では該容量Cが演算増幅器11の入力容量となってやはり演算増幅器11の動作が不安定(発振等)となるという問題があった。
【0011】
また図35(a)に示すように発振回路5の発振出力と、演算増幅器11の入力端(反転入力端)との間に中心電極41と、外周電極42間の静電容量たるインピーダンスZdを挿入した従来例もある。この従来例ではインピーダンスZd及び外周電極42と接地(X)との間の容量Cが発振回路5の負荷容量となり、発振出力が変動するため、水分量センサの出力誤差となるという問題があった。例えば検知対象物の含水量が高水分量の時に、外周電極42と接地(X)との間の容量Cが大となって、発振回路5の負荷が低インピーダンス負荷となり、そのため駆動能力限界を超え 出力が維持できなくなるという問題があった。尚図35(b)は同図(a)の等価回路である。
【0012】
尚金属容器2の接地(X)との間の容量Cを図36(a)(b)に示すようにインピーダンス検知回路13の演算増幅器11の入力に接続される構成の従来例もあるが、この従来例では該容量Cが演算増幅器11の入力容量となってやはり演算増幅器11の動作が不安定(発振等)となるという問題があった。
【0013】
また図37に示すように中心電極41と外周電極42で検知電極部を構成し、両電極41,42間の検知対象物による静電容量Cdによって発振回路5の発振周波数を変化させる水分量センサも従来からあるが、この従来例にあっては、接地条件などが様々で安定した動作が得られ難く、更に生ゴミ処理機に使用した場合処理槽のサイズや生ゴミの量等でその安定性が変わるという問題があった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、検知電極部で形成される電界領域と、検知電極部を囲む第3の電極と周囲の金属容器で形成される電界領域とを分離し、安定したセンサ出力が得られる水分量センサを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記検知対象物による容量結合により上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端を上記第3の電極に接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の出力端と第3の電極との間を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、該第2の電極を接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0020】
請求項5の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、該第2の電極に接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間をバッファ回路を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを、同位相で駆動することを特徴とする。
【0021】
請求項6の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、該第2の電極に接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間をインバータ回路を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0022】
請求項7の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端と上記第3の電極との間をバッファ回路を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0023】
請求項8の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端と上記第3の電極との間をインバータ回路を介して接続することにより上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0024】
請求項9の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第2の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第1,第2の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端を上記第1の電極に接続し、上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0026】
請求項10の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第2の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第1,第2の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端を既知のインピーダンス要素を介して上記第2の電極に接続し、上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0027】
請求項11の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第2の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第1,第2の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端を既知のインピーダンス要素を介して上記第1の電極に接続し、上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動することを特徴とする。
【0028】
請求項12の発明では、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記発振回路の発振出力端をバッファ回路若しくはインバータ回路を介して上記第3の電極に接続していることを特徴とする。
【0029】
請求項13の発明では、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記発振回路の発振出力端を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して上記第3の電極に接続していることを特徴とする。
【0030】
請求項14の発明では、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記発振回路の発振出力端と第3の電極との間を上記検知対象物の容量で結合していることを特徴とする。
【0031】
請求項15の発明では、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記第3の電極を上記発振回路の交流的に安定な電位に接続していることを特徴とする。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態により説明する。
(実施形態1)
本実施形態は、図1(a)に示すように中央に円形の第1の電極(以下中心電極と言う)41と、この中心電極41を囲むように同心に配置される円環状の第2の電極(以下外周電極と言う)42とで構成される検知電極部に加え、更に外周電極42の外側に同心状に配置される円環状の第3の電極(以下ガード電極と言う)43を備えている。
【0035】
このこれら電極41〜43は上述の従来例と同様に図2に示すように樹脂成形品からなる電極ケース3の内底部に配設され、例えば生ゴミ処理機に用いる場合には検知対象物である生ゴミを収容する生ゴミ処理槽たる金属容器2の電極ケース3の開口部に電極ケース3の外底部が金属容器2内に臨むように嵌め込んで使用される。
【0036】
ここで本実施形態では、図29の従来例と同様に中心電極41と、外周電極42との間の静電容量を、発振周波数を変化させる要素として用いた発振回路5と、この発振回路5の発振出力を入力して発振周波数に対応した直流電圧を出力する容量検知回路9と、この容量検知回路9の出力電圧を、水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路10とから構成される。容量検知回路9の構成は図29に示す従来例と同じ構成であるので、詳細な構成の説明は省略する。
【0037】
以上のように構成される本実施形態では、図1(a)に示す如く中心電極41と外周電極42との間には検知対象物によって変化する静電容量Cdが存在し、またガード電極43と周囲の金属容器2による接地(X)との間には容量CGEが存在し、更に図1(b)に示すように外周電極42とガード電極43との間には検知対象物による容量COGが存在することになる。また回路グランド(Y)と上記接地(X)間は大容量のコンデンサにより交流的に接続されているものとする。
【0038】
而して検知対象物により外周電極42とガード電極43との容量結合を確保し、上記外周電極42及びガード電極43を同位相(且つ略同じCR充放電の波形)で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。また発振回路5の負荷容量に対しては影響がない。
【0039】
(実施形態2)
上記実施形態1では、ガード電極43と外周電極42との間で検知対象物の容量結合を確保し、両電極43,42を同位相で駆動するようにしたものであるが、本実施形態は、図3(a)に示すように発振回路5の発振出力をガード電極43に接続したもので、この接続配線の追加が実施形態1と相違する。
【0040】
その他の構成は実施形態1と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0041】
而して本実施形態では、発振回路5の出力でガード電極43を、外周電極42と同位相で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。図3(b)は同図(a)の等価回路を示す。
【0042】
以上の本実施形態では、検知対象物の水分量により駆動状態は変動しない。またガード電極43と接地(X)との間の容量CGE が発振回路5の負荷容量となる。更に外周電極42の駆動波形はCR充放電の波形であるが、ガード電極43の駆動波形は発振回路5の出力波形(矩形波)となる。更にまた検知対象物による容量結合を用いないため、検知対象物の水分量により駆動状態の変動はない。
【0043】
(実施形態3)
実施形態2では発振回路5の発振出力を直接ガード電極43に接続する構成であったが、本実施形態は図4(a)に示すように発振回路5の出力を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素、図示例ではコンデンサC1を介して接続した点に特徴がある。
【0044】
その他の構成は実施形態1、2と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0045】
而して本実施形態では、発振回路5の出力でガード電極43を、外周電極42と同位相で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。図4(b)は同図(a)の等価回路を示す。
【0046】
以上のように構成された本実施形態では、ガード電極43と接地(X)との間の容量CGE とコンデンサC1の合成容量が発振回路5の負荷容量となる。更に外周電極42の駆動波形はCR充放電の波形であるが、ガード電極43の駆動波形は発振回路5の出力波形(矩形波)となる。また検知対象物による容量結合を用いないため、駆動状態は検知対象物の水分量による駆動状態の変動はない。
【0047】
ここで発振回路5の負荷容量はC1≪CGEの場合、ほぼコンデンサC1の容量によって設定できる。
【0048】
(実施形態4)
上記実施形態1では検知対象物による容量結合によりガード電極43を外周電極42と同位相で駆動しているが、本実施形態では、図5(a)に示すようにガード電極43と外周電極42に接続する発振回路5の電極接続端との間を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素、図示例ではコンデンサC2を介して接続することで、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動する点に特徴がある。
【0049】
その他の構成は実施形態1と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0050】
而して本実施形態では、発振回路5の出力でガード電極43を、外周電極42と同位相で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。図5(b)は同図(a)の等価回路を示す。
【0051】
以上の構成による本実施形態では、検知対象物による容量結合を同位相駆動に用いないため検知対象物の水分量によって駆動状態は変動しない。またC2≪CGEとすることで、接地(X)との結合容量をコンデンサC2の容量に低減することができる。更に実施形態1と同様に外周電極42とガード電極43との駆動波形はCR充放電の同じ波形となる。
【0052】
(実施形態5)
実施形態4では、外周電極42を接続する発振回路5の電極接続端ととガード電極43との間をコンデンサC2で接続しているが、本実施形態は、図6(a)に示すようにバッファ回路A1を介して接続している点で実施形態4と相違する。
【0053】
その他の構成は実施形態4と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0054】
而して本実施形態では、発振回路5の出力でガード電極43を、外周電極42と同位相で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。図6(b)は同図(a)の等価回路を示す。
【0055】
以上の構成による本実施形態では、検知対象物による容量結合を同位相駆動に用いないため検知対象物の水分量によって駆動状態は変動しない。また実施形態4のようにコンデンサを用いないため、ガード電極43と接地(X)との間の容量CGEの影響は少ない。更に実施形態4と同様に外周電極42とガード電極43との駆動波形はCR充放電の同じ波形となる。
(実施形態6)
本実施形態は、実施形態5におけるバッファ回路A1の代わりに図7(a)に示すように偶数(図示例では2個)のノットゲートからなるインバータ回路IN1,IN2の直列回路を用いたものである。図7(b)は同図(a)の等価回路である。
【0056】
その他の構成は実施形態5と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0057】
而して本実施形態も実施形態5と同様な動作を為し、同様な特長を有する。
(実施形態7)
上記の実施形態3では、発振回路5の発振出力をガード電極43にコンデンサC1を介して接続しているが、本実施形態は図8(a)に示すようにこのコンデンサC1の代わりにバッファ回路A2を接続した点に特徴がある。
【0058】
その他の構成は実施形態3と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0059】
而して本実施形態では、発振回路5の出力でガード電極43を、外周電極42と同位相で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極42とガード電極43間に電界が形成されず、中心電極41,外周電極42とで形成される電界領域と、ガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができることになる。図8(b)は同図(a)の等価回路を示す。
【0060】
以上の構成による本実施形態では、バッファ回路A2を用いることで、ガード電極43を十分に駆動することができる。また検知対象物による容量結合を同位相駆動に用いないため検知対象物の水分量によって駆動状態は変動しない。さらに実施形態3と同様に外周電極42と、ガード電極43との駆動波形は異なるが、駆動信号レベルをバッファ回路A2によって調整することが可能である。
(実施形態8)
本実施形態は、実施形態7におけるバッファ回路A2の代わりに図9(a)に示すように偶数(図示例では2個)のノットゲートからなるインバータ回路IN1,IN2の直列回路を用いたものである。図9(b)は同図(a)の等価回路である。
【0061】
その他の構成は実施形態7と同じであるので、電極部位の配置構成については図示せず、また同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0062】
而して本実施形態も実施形態7と同様な動作を為し、同様な特長を有する。
(実施形態9)
上記実施形態1乃至8は中心電極41と、外周電極42との間の静電容量、つまり検知対象物の含水量によって変化する静電容量を、発振回路5の発振周波数に変化させる水分量センサであるが、本実施形態は、静電容量たるインピーダンスZdに応じて出力電圧を変化させるインピーダンス検知回路13(図32参照)の演算増幅器11の反転入力端と発振回路5の出力端に挿入した図35に示す従来例に対応する水分量センサである。
【0063】
更に詳説すると、本実施形態は、上記実施形態1〜8と同様に図10(a)に示すようにガード電極43を設けている点と、外周電極42に接続している発振回路5の出力端をバッファ回路A3を介してガード電極43に接続した点で従来例と相違する。
【0064】
その他の構成は図35の従来例と同じであるので同じ構成要素に同じ符号を付し、また電極部位の配置構成については実施形態1と同じであるので、図示は省略する。またガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量を実施形態1乃至8と同様に符号CGEを付す。
【0065】
而して本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図10(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0066】
一方、バッファ回路A3を介することで容量負荷の発振回路5への影響を低減することができる。
【0067】
尚図11(a)のように複数のバッファ回路A3、A3’の並列回路又は(b)に示すようにノットゲートからなる複数のインバータ回路IN3,IN4を直列に接続した回路を用いても良い。
(実施形態10)
本実施形態は、実施形態9に用いているバッファンプA3の代わりに図12(a)に示すように一定のインピーダンス値を持つインピーダンス要素(図示例ではコンデンサC3)を用いた点で実施形態9と相違する。
【0068】
尚その他の構成は実施形態9と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0069】
而して、本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図12(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0070】
ところで上記コンデンサC3の容量C3と、ガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量CGEをC3<CGE とすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
【0071】
更に図13(a)(b)に示すようにコンデンサC3の代わりに検知対象物の容量Cdを用い、Cd<CGEとすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
(実施形態11)
本実施形態は、静電容量たるインピーダンスZdに応じて出力電圧を変化させるインピーダンス検知回路13(図32参照)の演算増幅器11の反転入力端を外周電極42に接続し、発振回路5の出力端を中心電極41に接続して発振回路5の出力端と、演算増幅器11の反転入力端との間の検知対象物の静電容量をインピーダンスZdとして挿入した図36に示す従来例に対応する水分量センサである。
【0072】
更に詳説すると、本実施形態は、実施形態9と同様に図14(a)に示すようにガード電極43を設けている点と、中心電極41に接続している発振回路5の出力端をバッファ回路A3を介してガード電極43に接続した点で従来例と相違する。
【0073】
その他の構成は図36の従来例と同じであるので同じ構成要素に同じ符号を付し、また電極部位の配置構成については実施形態1と同じであるので、図示は省略する。更にガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量をCGEとする。
【0074】
而して本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図14(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0075】
一方、バッファ回路A3を介することで容量負荷の発振回路5への影響を低減することができる。
【0076】
尚図15(a)のように複数のバッファ回路A3、A3’の並列回路又は(b)に示すようにノットゲートからなる複数のインバータ回路IN3,IN4を直列に接続した回路を用いても良い。
(実施形態12)
本実施形態は、実施形態11に用いているバッファンプA3の代わりに図16(a)に示すように一定のインピーダンス値を持つインピーダンス要素(図示例ではコンデンサC3)を用いた点で実施形態9と相違する。
【0077】
尚その他の構成は実施形態11と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0078】
而して、本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図16(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0079】
ところで上記コンデンサC3の容量C3と、ガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量CGEをC3<CGE とすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
【0080】
更に図17(a)(b)に示すようにコンデンサC3の代わりに検知対象物の容量C4を用い、C4<CGEとすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
(実施形態13)
本実施形態は、静電容量たるインピーダンスZdに応じて増幅率を変化させるインピーダンス検知回路13(図32参照)の演算増幅器11の反転入力端を外周電極42に接続し、演算増幅器11の出力端を中心電極41に接続して演算増幅器11の反転入力端と出力端との間の検知対象物の静電容量をインピーダンスZdとして挿入した図34に示す従来例に対応する水分量センサである。
【0081】
更に詳説すると、本実施形態は、実施形態9と同様に図18(a)に示すようにガード電極43を設けている点と、演算増幅器11の反転入力端に抵抗からなるインピーダンス要素Z0を介して接続している発振回路5の出力端をバッファ回路A3を介してガード電極43に接続した点で従来例と相違する。
【0082】
その他の構成は図34の従来例と同じであるので同じ構成要素に同じ符号を付し、また電極部位の配置構成については実施形態1と同じであるので、図示は省略する。更にガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量をCGEとする。
【0083】
而して本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図18(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0084】
一方、バッファ回路A3を介することで容量負荷の発振回路5への影響を低減することができる。
【0085】
尚図19(a)のように複数のバッファ回路A、A3’の並列回路又は(b)に示すようにノットゲートからなる複数のインバータ回路IN3,IN4を直列に接続した回路を用いても良い。
(実施形態14)
本実施形態は、実施形態13に用いているバッファンプA3の代わりに図20(a)に示すように一定のインピーダンス値を持つインピーダンス要素(図示例ではコンデンサC3)を用いた点で実施形態9と相違する。
【0086】
尚その他の構成は実施形態13と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0087】
而して、本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図20(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0088】
ここで上記コンデンサC3の容量C3と、ガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量CGEをC3<CGE とすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
【0089】
更に図21(a)(b)に示すようにコンデンサC3の代わりに検知対象物の容量Cdを用い、Cd<CGEとすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
(実施形態15)
本実施形態は、静電容量たるインピーダンスZdに応じて増幅率を変化させるインピーダンス検知回路13(図32参照)の演算増幅器11の反転入力端を中心電極41に接続し、演算増幅器11の出力端を外周電極42に接続して演算増幅器11の反転入力端と出力端との間の検知対象物の静電容量をインピーダンスZdとして挿入した図33に示す従来例に対応する水分量センサである。
【0090】
更に詳説すると、本実施形態は、実施形態9と同様に図22(a)に示すようにガード電極43を設けている点と、演算増幅器11の反転入力端に抵抗からなるインピーダンス要素Z0を介して接続している発振回路5の出力端をバッファ回路A3を介してガード電極43に接続した点で従来例と相違する。
【0091】
その他の構成は図33の従来例と同じであるので同じ構成要素に同じ符号を付し、また電極部位の配置構成については実施形態1と同じであるので、図示は省略する。更にガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量をCGEとする。
【0092】
而して本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図22(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0093】
一方、バッファ回路A3を介することで容量負荷の発振回路5への影響を低減することができる。
【0094】
尚図23(a)に示すように複数のバッファ回路A3、A3’の並列回路又は(b)に示すようにノットゲートからなる複数のインバータ回路IN3,IN4を直列に接続した回路を用いても良い。
(実施形態16)
本実施形態は、実施形態15に用いているバッファンプA3の代わりに図24(a)に示すように一定のインピーダンス値を持つインピーダンス要素(図示例ではコンデンサC3)を用いた点で実施形態9と相違する。
【0095】
尚その他の構成は実施形態13と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0096】
而して、本実施形態では、ガード電極43を外周電極42と同位相で駆動することにより、外周電極42とガード電極43間には電界は形成されない。そのため、中心電極41と外周電極42とからなる検知電極部位上の電界領域とガード電極43と周囲の金属容器2とで形成される電界領域とを分離することができる。尚図24(b)は同図(b)の等価回路を示す。
【0097】
ところで上記コンデンサC3の容量C3と、ガード電極43と金属容器2の接地(X)との間の容量CGEをC3<CGE とすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
【0098】
更に図25(a)(b)に示すようにコンデンサC3の代わりに検知対象物の容量Cdを用い、Cd<CGEとすることで、ガード電極43と接地(X)との間の検知対象物による結合容量を低減することができる。
(実施形態17)
本実施形態は、図36に示す従来例に対応して接地条件などが変化しても安定的に動作させることができるようにしたもので、実施形態9と同様に図26に示すようにガード電極43を設けるとともにこのガード電極43を交流的に安定な電位、つまり大地(G)に接続した点に特徴がある。
【0099】
尚図中、2は金属容器,(X)は金属容器の接地、CXは外周電極42とガード電極43との間の容量を示す。
【0100】
而して本実施形態では、電極として交流的に安定な電位に接続されたガード電極43を配置し、検出電極を構成する外周電極42とガード電極43との結合状態によって、電極部位の周囲の金属容器2の状況(接地条件など)によらず特性を安定化させることができる。
(参照例1)
上記の各実施形態1乃至17はいずれもガード電極43を設けたものであったが、本実施形態は図27に示すように中心電極41及び外周電極42を夫々同数で複数に分割し、中心電極41の分割された電極を41a,41bの2つのグループに分けるとともに、外周電極42の分割された電極を上記分割電極41aに夫々に並行する分割電極42aと、分割電極41bに夫々並行する分割電極42bとにグループを分け、分割電極41a,42aのグループと、41b、42bのグループを夫々発振回路5の対の電極接続端の一方づつに接続する構成とし、一方のグループの外周電極42aと周囲の金属容器2の接地(X)との結合容量CY1と、他方のグループの外周電極42bと周囲の金属容器2の接地(X)との結合容量とCY2が等しくなるようにした点に特徴がある。尚図では容量検知回路、出力回路の図示を省略しているが、これら回路が設けられるのは勿論である。
【0101】
而して本参照例では、各電極41,42と周囲の金属容器2の接地(X)との結合容量のアンバランスから起こる検知誤差の発生を低減できる。
(参照例2)
本参照例は図28に示すように中心電極41と周囲の金属容器2との結合容量COEと、外周電極42と周囲の金属容器2との結合容量CCEが等しくなるように一方の電極(図示例では中心電極41)と周囲の金属容器2との同電位に対して、一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素(図示例ではコンデンサC4)を追加した点に特徴がある。尚図では容量検知回路、出力回路の図示を省略しているが、これら回路が設けられるのは勿論である。
【0102】
而して本参照例においても、参照例1と同様に各電極41,42と周囲の金属容器2との結合容量のアンバランスから起こる検知誤差の発生を低減できる。
【0103】
【発明の効果】
請求項1の発明は、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第1,第2の電極間の静電容量で発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振周波数から検知対象物の水分量に応じた電圧に変換して出力する容量検知回路と容量検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記検知対象物による容量結合により上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動するので、同位相で駆動された第2の電極と第3の電極間に電界が形成されず、そのため第1の電極,第2の電極とで形成される電界領域と、第3の電極と周囲の金属容器とで形成される電界領域とを分離することができ、結果検知電極部位と金属容器との容量結合を少なくでき、発振回路の動作特性への影響を無くし、センサ出力の誤差を低減できる上に、簡単な回路構成で実現でき、また第2の電極と第3の電極との駆動波形をほぼ同じ波形とすることができる。
【0105】
請求項2の発明は、上記発振回路の発振出力端を上記第3の電極に接続することで行うので、請求項1の発明の効果を奏する水分量センサを簡単な回路構成で実現でき、特に検知対象物の水分量によって駆動状態が変動せず、安定した動作が得られる。
【0106】
請求項3の発明は、上記発振回路の出力端と第3の電極との間を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して接続することにより行うので、請求項1の発明の効果を奏する水分量センサを簡単な回路構成で実現でき、特に検知対象物の水分量によって駆動状態が変動せず、安定した動作が得られ、またインピーダンス要素をコンデンサとすることで、発振回路の負荷容量の設定ができる。
【0107】
請求項4の発明は、上記第2の電極を接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して接続することにより行うので、請求項1の発明の効果を奏する水分量センサを簡単な回路構成で実現でき、特に検知対象物の水分量によって駆動状態が変動せず、安定した動作が得られ、またインピーダンス要素をコンデンサとすることで、第3の電極と金属容器の接地との間の結合容量を低減できる。
【0108】
請求項5の発明は、上記第2の電極に接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間をバッファ回路を介して接続することにより行うので、請求項1の発明の効果を奏する水分量センサを簡単な回路構成で実現でき、特に第3の電極を十分に駆動でき、また検知対象物の水分量によって駆動状態が変動せず、安定した動作が得られ、更に第3の電極と金属容器の接地との間の結合容量の影響が少なく、更に第2の電極と第3の電極との駆動波形をほぼ同じとすることができる。
【0109】
請求項6の発明は、上記第2の電極に接続する上記発振回路の電極接続端と上記第3の電極との間をインバータ回路を介して接続するので、請求項6の発明と同様な効果が得られる。
【0110】
請求項7の発明は、上記発振回路の発振出力端と上記第3の電極との間をバッファ回路を介して接続することにより行うので、請求項1の発明の効果を奏する水分量センサを簡単な回路構成で実現でき、特に第3の電極を十分に駆動でき、また検知対象物の水分量によって駆動状態が変動せず、安定した動作が得られ、更に第3の電極と金属容器の接地との間の結合容量の影響が少なく、また駆動のための信号レベルを調整することが可能となる。
【0111】
請求項8の発明は、上記発振回路の発振出力端と上記第3の電極との間をインバータ回路を介して接続することにより行うので、請求項7の発明と同様な効果が得られる。
【0112】
請求項9の発明は、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第1の電極及びこの第1の電極を囲むように形成した第2の電極により構成される検知電極部と、上記第2の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第1,第2の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とを備えるとともに、上記検知電極部の周囲を囲むように配置した第3の電極を備え、上記発振回路の発振出力端を上記第1の電極に接続し、上記第3の電極と上記第2の電極とを同位相で駆動するので、同位相で駆動された第2の電極と第3の電極間に電界が形成されず、そのため第1の電極,第2の電極とで形成される電界領域と、第3の電極と周囲の金属容器とで形成される電界領域とを分離することができ、結果センサ出力のばらつきを無くすことができる。
【0114】
請求項10の発明は、上記発振回路の発振出力端を既知のインピーダンス要素を介して上記第2の電極に接続しているので、請求項10の発明の効果を奏する水分量センサを実現でき、しかもインピーダンス要素をコンデンサにより構成することで、第3の電極と金属容器との間の結合容量を検知対象物による静電容量値に低減することが可能となる。
【0115】
請求項11の発明は、上記発振回路の発振出力端を既知のインピーダンス要素を介して上記第1の電極に接続しているので、請求項9の発明の効果を奏する水分量センサを実現でき、しかもインピーダンス要素をコンデンサにより構成することで、第3の電極と金属容器との間の結合容量を検知対象物による静電容量値に低減することが可能となる。
【0116】
請求項12の発明は、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記発振回路の発振出力端をバッファ回路若しくはインバータ回路を介して上記第3の電極に接続しているので、特に容量負荷の発振回路への影響を低減できる。
【0117】
請求項13の発明は、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記発振回路の発振出力端を一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素を介して上記第3の電極に接続しているので、例えばインピーダンス要素をコンデンサにより構成することで、第3の電極と金属容器との間の結合容量を検知対象物による静電容量値に低減することができ、またインピーダンス要素に抵抗を用い、抵抗と金属容器の設置と第3の電極との間の結合容量とで新たに発生する極を調整することで、インピーダンス検知回路の増幅動作を安定化させることができる。
【0118】
請求項14の発明は、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記検知対象物により第3の電極と第2の電極との間を容量結合しているので、特に第3の電極と金属容器との間の結合容量を検知対象物による静電容量値に低減することが可能となる。
【0119】
請求項15の発明は、請求項9乃至11の何れかの発明において、上記第3の電極を上記発振回路の交流的に安定な電位に接続しているので、周囲の金属容器の接地条件等の状況に影響を受けることなく、動作特性を安定化させることができ、センサ出力の誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の実施形態1の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図2】 同上の検知電極部の配置状態を示す要部の概略断面図である。
【図3】 (a)は本発明の実施形態2の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図4】 (a)は本発明の実施形態3の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図5】 (a)は本発明の実施形態4の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図6】 (a)は本発明の実施形態5の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図7】 (a)は本発明の実施形態6の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図8】 (a)は本発明の実施形態7の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図9】 (a)は本発明の実施形態8の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図10】 (a)は本発明の実施形態9の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図11】 (a)は同上の別の例の要部の回路構成図である。
(b)は同上の他の例の要部の回路構成図である。
【図12】 (a)は本発明の実施形態10の一例の要部の概略回路構成図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図13】 (a)は同上の他例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図14】 (a)は本発明の実施形態11の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図15】 (a)は同上の別の例の要部の回路構成図である。(b)は同上の他の例の要部の回路構成図である。
【図16】 (a)は本発明の実施形態12の一例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図17】 (a)は同上の他例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図18】 (a)は本発明の実施形態13の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図19】 (a)は同上の別の例の要部の回路構成図である。(b)は同上の他の例の要部の回路構成図である。
【図20】 (a)は本発明の実施形態14の一例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図21】 (a)は同上の他例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図22】 (a)は本発明の実施形態15の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図23】 (a)は同上の別の例の要部の回路構成図である。(b)は同上の他の例の要部の回路構成図である。
【図24】 (a)は本発明の実施形態16の一例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図25】 (a)は同上の他例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図26】 本発明の実施形態17の要部の回路構成図である。
【図27】 参照例1の要部の回路構成図である。
【図28】 参照例2の要部の回路構成図である。
【図29】 従来例の回路構成図である。
【図30】 同上の要部の等価回路図である。
【図31】 同上を用いた場合の検知対象物の含水率と、発振回路の発振周波数との関係を示すグラフである。
【図32】 別の従来例の回路構成図である。
【図33】 (a)は更なる別の従来例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図34】 (a)はその他の従来例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図35】 (a)は更なる他の従来例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図36】 (a)はまた更なる他の従来例の要部の概略回路構成図である。(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図37】 また別の従来例の要部の概略回路構成図である。
【符号の説明】
2 金属容器
41 中心電極
42 外周電極
43 ガード電極
5 発振回路
(X) 接地
(Y) 回路グランド
Cd 検知対象物による中心電極と外周電極間の静電容量
CGE ガード電極と金属容器の接地間の容量
COG 外周電極とガード電極間の結合容量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a moisture amount sensor that detects the amount of moisture contained in an object to be detected by capacitance or impedance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 29 shows the configuration of a conventional moisture sensor used in a garbage disposal machine. The moisture sensor shown in the figure is attached to the peripheral wall of a
[0003]
In the moisture amount sensor having such a configuration, a capacitive coupling (
[0004]
Therefore, as shown in FIG. 30, a capacitor C is provided between the electrode connection terminal for connecting the capacitance C0 for determining the oscillation frequency of the
[0005]
As a result, although the degree of influence varies depending on the configuration of the
[0006]
In addition, since the capacitance value between the
[0007]
32, the arrangement configuration of the
[0008]
In this conventional example, the capacitance C between the
[0009]
As another conventional example, as shown in FIG. 33 (a), a
[0010]
There is a conventional example in which the capacitance C between the
[0011]
Further, as shown in FIG. 35A, an impedance Zd, which is a capacitance between the
[0012]
Although there is a conventional example in which the capacitance C between the
[0013]
In addition, as shown in FIG. 37, the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to A stable sensor output can be obtained by separating the electric field region formed by the detection electrode portion from the third electrode surrounding the detection electrode portion and the electric field region formed by the surrounding metal container. The object is to provide a moisture sensor.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first electrode opposed to the detection object in the metal container in a form surrounded by the peripheral wall of the metal container that houses the detection object; A detection electrode unit configured by a second electrode formed so as to surround the first electrode; an oscillation circuit whose oscillation frequency varies depending on a capacitance between the first and second electrodes; and the oscillation circuit A capacitance detection circuit that converts the output frequency from the oscillation frequency into a voltage corresponding to the moisture content of the detection target and outputs the voltage, and an output circuit that converts the output voltage of the capacitance detection circuit to a desired voltage according to the moisture content and outputs the voltage. As well as A third electrode arranged to surround the detection electrode portion; The third electrode and the second electrode are driven in the same phase by capacitive coupling by the detection object. Features.
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
Claim 7 In the invention of A first electrode opposed to the detection object in the metal container and a second electrode formed so as to surround the first electrode so as to be surrounded by a peripheral wall of the metal container that houses the detection object A detection electrode unit configured, an oscillation circuit whose oscillation frequency varies depending on the capacitance between the first and second electrodes, and converting the oscillation frequency of the oscillation circuit into a voltage corresponding to the amount of moisture in the object to be detected And a capacitance detection circuit that outputs the voltage and an output circuit that converts the output voltage of the capacitance detection circuit into a desired voltage corresponding to the amount of moisture and outputs the voltage, and is arranged to surround the detection electrode portion. Electrode By connecting the oscillation output terminal of the oscillation circuit and the third electrode through a buffer circuit The third electrode and the second electrode are driven in the same phase. It is characterized by that.
[0023]
[0024]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
Claim 14 In the invention of
[0031]
Claim 15 In the invention of
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to embodiments.
(Embodiment 1)
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, a circular first electrode 41 (hereinafter referred to as a center electrode) 41 and an annular second electrode disposed concentrically so as to surround the
[0035]
These
[0036]
Here, in this embodiment, as in the conventional example of FIG. 29, the
[0037]
In the present embodiment configured as described above, there is a capacitance Cd that varies depending on the detection object between the
[0038]
Thus, the capacitive coupling between the outer
[0039]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the capacitive coupling of the object to be detected is ensured between the
[0040]
Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0041]
Thus, in the present embodiment, the
[0042]
In the above embodiment, the driving state does not vary depending on the moisture content of the detection target. Further, the capacitance C between the
[0043]
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the oscillation output of the
[0044]
Since other configurations are the same as those in the first and second embodiments, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0045]
Thus, in the present embodiment, the
[0046]
In the present embodiment configured as described above, the capacitance C between the
[0047]
Here, the load capacity of the
[0048]
(Embodiment 4)
In the first embodiment, the
[0049]
Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0050]
Thus, in the present embodiment, the
[0051]
In the present embodiment having the above configuration, since the capacitive coupling by the detection target is not used for in-phase driving, the driving state does not vary depending on the amount of moisture of the detection target. Also C2 << C GE By doing so, the coupling capacitance with the ground (X) can be reduced to the capacitance of the capacitor C2. Further, similarly to the first embodiment, the drive waveforms of the outer
[0052]
(Embodiment 5)
In the fourth embodiment, the electrode connection end of the
[0053]
Since the other configuration is the same as that of the fourth embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0054]
Thus, in the present embodiment, the
[0055]
In the present embodiment having the above configuration, since the capacitive coupling by the detection target is not used for in-phase driving, the driving state does not vary depending on the amount of moisture of the detection target. Further, since no capacitor is used as in the fourth embodiment, the capacitance C between the
(Embodiment 6)
In this embodiment, instead of the buffer circuit A1 in the fifth embodiment, as shown in FIG. 7A, a series circuit of inverter circuits IN1 and IN2 composed of an even number (two in the illustrated example) of knot gates is used. is there. FIG. 7B is an equivalent circuit of FIG.
[0056]
Since the other configuration is the same as that of the fifth embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0057]
Thus, this embodiment also performs the same operation as that of the fifth embodiment and has the same features.
(Embodiment 7)
In the third embodiment, the oscillation output of the
[0058]
Since the other configuration is the same as that of the third embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0059]
Thus, in the present embodiment, the
[0060]
In the present embodiment having the above configuration, the
(Embodiment 8)
In this embodiment, instead of the buffer circuit A2 in the seventh embodiment, as shown in FIG. 9A, a series circuit of inverter circuits IN1 and IN2 composed of an even number (two in the illustrated example) of knot gates is used. is there. FIG. 9B is an equivalent circuit of FIG.
[0061]
Since the other configuration is the same as that of the seventh embodiment, the arrangement configuration of the electrode parts is not shown, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0062]
Thus, the present embodiment also performs the same operation as that of the seventh embodiment and has the same features.
(Embodiment 9)
In the first to eighth embodiments, the moisture amount sensor that changes the capacitance between the
[0063]
More specifically, in the present embodiment, the
[0064]
Other configurations are the same as those of the conventional example of FIG. 35, and thus the same components are denoted by the same reference numerals, and the arrangement of electrode portions is the same as that of the first embodiment, and is not shown. Further, the capacitance between the
[0065]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0066]
On the other hand, the influence of the capacitive load on the
[0067]
A parallel circuit of a plurality of buffer circuits A3 and A3 ′ as shown in FIG. 11 (a) or a circuit in which a plurality of inverter circuits IN3 and IN4 formed of knot gates are connected in series as shown in FIG. 11 (b) may be used. .
(Embodiment 10)
This embodiment is different from the ninth embodiment in that an impedance element having a constant impedance value (capacitor C3 in the illustrated example) is used instead of the buffer A3 used in the ninth embodiment, as shown in FIG. Is different.
[0068]
In addition, since the other structure is the same as
[0069]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0070]
Incidentally, the capacitance C3 of the capacitor C3 and the capacitance C between the
[0071]
Further, as shown in FIGS. 13A and 13B, the capacitance Cd of the detection object is used instead of the capacitor C3, and Cd <C GE By doing so, it is possible to reduce the coupling capacity due to the detection object between the
(Embodiment 11)
In the present embodiment, the inverting input terminal of the
[0072]
More specifically, in the present embodiment, similarly to the ninth embodiment, the
[0073]
Since the other configuration is the same as that of the conventional example of FIG. 36, the same components are denoted by the same reference numerals, and the arrangement of electrode portions is the same as that of the first embodiment, and is not shown. Further, the capacitance between the
[0074]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0075]
On the other hand, the influence of the capacitive load on the
[0076]
A parallel circuit of a plurality of buffer circuits A3 and A3 ′ as shown in FIG. 15A or a circuit in which a plurality of inverter circuits IN3 and IN4 made up of knot gates are connected in series as shown in FIG. 15B may be used. .
This embodiment is different from the ninth embodiment in that an impedance element (capacitor C3 in the illustrated example) having a constant impedance value is used instead of the buffer A3 used in the eleventh embodiment as shown in FIG. Is different.
[0077]
Since other configurations are the same as those of the eleventh embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0078]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0079]
Incidentally, the capacitance C3 of the capacitor C3 and the capacitance C between the
[0080]
Further, as shown in FIGS. 17A and 17B, the capacitance C4 of the detection object is used instead of the capacitor C3, and C4 <C GE By doing so, it is possible to reduce the coupling capacity due to the detection object between the
(Embodiment 13)
In the present embodiment, the inverting input terminal of the
[0081]
More specifically, this embodiment is similar to the ninth embodiment in that a
[0082]
Since the other configuration is the same as that of the conventional example of FIG. 34, the same components are denoted by the same reference numerals, and the arrangement of electrode portions is the same as that of the first embodiment, and is not shown. Further, the capacitance between the
[0083]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0084]
On the other hand, the influence of the capacitive load on the
[0085]
A parallel circuit of a plurality of buffer circuits A and A3 ′ as shown in FIG. 19A or a circuit in which a plurality of inverter circuits IN3 and IN4 each consisting of a knot gate are connected in series as shown in FIG. 19B may be used. .
(Embodiment 14)
This embodiment is different from the ninth embodiment in that an impedance element (capacitor C3 in the illustrated example) having a constant impedance value is used instead of the buffer A3 used in the thirteenth embodiment as shown in FIG. Is different.
[0086]
Since other configurations are the same as those of the thirteenth embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0087]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0088]
Here, the capacitance C3 of the capacitor C3 and the capacitance C between the
[0089]
Further, as shown in FIGS. 21A and 21B, the capacitance Cd of the detection object is used instead of the capacitor C3, and Cd <C GE By doing so, it is possible to reduce the coupling capacity due to the detection object between the
(Embodiment 15)
In the present embodiment, the inverting input terminal of the
[0090]
More specifically, this embodiment is similar to the ninth embodiment in that a
[0091]
Since the other configuration is the same as that of the conventional example of FIG. 33, the same components are denoted by the same reference numerals, and the arrangement of the electrode parts is the same as that of the first embodiment, and is not shown. Further, the capacitance between the
[0092]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0093]
On the other hand, the influence of the capacitive load on the
[0094]
Note that a parallel circuit of a plurality of buffer circuits A3 and A3 ′ as shown in FIG. 23 (a) or a circuit in which a plurality of inverter circuits IN3 and IN4 composed of knot gates are connected in series as shown in FIG. 23 (b) may be used. good.
(Embodiment 16)
This embodiment is different from the ninth embodiment in that an impedance element having a constant impedance value (capacitor C3 in the illustrated example) is used instead of the buffer A3 used in the fifteenth embodiment as shown in FIG. Is different.
[0095]
Since other configurations are the same as those of the thirteenth embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0096]
Thus, in this embodiment, by driving the
[0097]
Incidentally, the capacitance C3 of the capacitor C3 and the capacitance C between the
[0098]
Further, as shown in FIGS. 25A and 25B, the capacitance Cd of the detection object is used instead of the capacitor C3, and Cd <C GE By doing so, it is possible to reduce the coupling capacity due to the detection object between the
(Embodiment 17)
In the present embodiment, the operation can be stably performed even if the grounding condition is changed corresponding to the conventional example shown in FIG. 36. As in the ninth embodiment, as shown in FIG. A feature is that the
[0099]
In the figure, 2 is a metal container, (X) is the ground of the metal container, C X Indicates the capacitance between the outer
[0100]
Thus, in the present embodiment, the
( Reference example 1 )
In each of the above embodiments 1 to 17, the
[0101]
Book Reference example Then, the generation | occurrence | production of the detection error which arises from imbalance of the coupling capacity | capacitance with each
( Reference example 2 )
Book Reference example As shown in FIG. 28, one electrode (in the illustrated example, the center of the coupling capacitance COE between the
[0102]
Thus This reference example Also in Reference example 1 Similarly to the above, it is possible to reduce the occurrence of detection errors caused by imbalance in the coupling capacity between the
[0103]
【The invention's effect】
In the first aspect of the present invention, the first electrode opposed to the detection target in the metal container and the first electrode are surrounded by the peripheral wall of the metal container storing the detection target. A detection electrode portion constituted by the formed second electrode, an oscillation circuit whose oscillation frequency changes due to the capacitance between the first and second electrodes, and moisture of the object to be detected from the oscillation frequency of the oscillation circuit A capacitance detection circuit that converts and outputs a voltage according to the amount of output, and an output circuit that converts the output voltage of the capacitance detection circuit to a desired voltage according to the amount of moisture and outputs the voltage As well as A third electrode arranged to surround the detection electrode portion; The third electrode and the second electrode are driven in the same phase by capacitive coupling by the detection object. Therefore, an electric field is not formed between the second electrode and the third electrode driven in the same phase, so that the electric field region formed by the first electrode and the second electrode, the third electrode and the surroundings The electric field region formed by the metal container can be separated, and as a result, capacitive coupling between the detection electrode portion and the metal container is reduced. The This eliminates the effect on the operating characteristics of the oscillation circuit and reduces sensor output errors. In addition, it can be realized with a simple circuit configuration, and the driving waveforms of the second electrode and the third electrode can be made substantially the same waveform. .
[0105]
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110]
Claim 7 Since the invention according to the present invention is performed by connecting the oscillation output terminal of the oscillation circuit and the third electrode via a buffer circuit, the moisture amount sensor that exhibits the effect of the invention according to claim 1 has a simple circuit configuration. In particular, the third electrode can be driven sufficiently, the driving state does not fluctuate depending on the moisture content of the object to be detected, and a stable operation can be obtained. Further, the third electrode and the metal container are grounded. It is possible to adjust the signal level for driving.
[0111]
[0112]
Claim 9 According to the present invention, a first electrode opposed to the detection object in the metal container and surrounding the first electrode in a form in which the periphery is surrounded by the peripheral wall of the metal container that houses the detection object, A detection electrode unit composed of two electrodes, an oscillation circuit for connecting an oscillation output of a constant frequency between the second electrode and ground, and an impedance between the first and second electrodes as an amplification factor An impedance detection circuit that converts and outputs a voltage corresponding to the moisture content of the detection target, and an output circuit that converts the output voltage of the impedance detection circuit into a desired voltage corresponding to the moisture content and outputs the voltage Prepare and above A third electrode arranged so as to surround the detection electrode portion; The oscillation output terminal of the oscillation circuit is connected to the first electrode, Since the third electrode and the second electrode are driven in the same phase, an electric field is not formed between the second electrode and the third electrode driven in the same phase, so that the first electrode, the second electrode The electric field region formed by the first electrode and the electric field region formed by the third electrode and the surrounding metal container can be separated, and as a result, variations in sensor output can be eliminated.
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
Claim 14 The invention of
[0119]
Claim 15 The invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic circuit diagram of a main part of Embodiment 1 of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part showing an arrangement state of the detection electrode part.
FIG. 3A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 4A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 5A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 6A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of a fifth embodiment of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 7A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of a sixth embodiment of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 8A is a schematic circuit diagram of a main part of a seventh embodiment of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 9A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of an eighth embodiment of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 10A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of a ninth embodiment of the present invention.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 11A is a circuit configuration diagram of the main part of another example of the above.
(B) is the circuit block diagram of the principal part of the other example same as the above.
FIG. 12A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of an example of
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 13A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 14A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of an eleventh embodiment of the present invention. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 15A is a circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the circuit block diagram of the principal part of the other example same as the above.
FIG. 16A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of an example of
FIG. 17A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 18 (a) is a schematic circuit configuration diagram of an essential part of
FIG. 19A is a circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the circuit block diagram of the principal part of the other example same as the above.
FIG. 20 (a) is a schematic circuit configuration diagram of an essential part of an example of Embodiment 14 of the present invention. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 21 (a) is a schematic circuit diagram of a main part of another example of the above. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 22 (a) is a schematic circuit diagram of a main part of Embodiment 15 of the present invention. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 23A is a circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the circuit block diagram of the principal part of the other example same as the above.
FIG. 24A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of an example of Embodiment 16 of the present invention. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 25A is a schematic circuit configuration diagram of a main part of another example of the above. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 26 is a circuit configuration diagram of the main parts of Embodiment 17 of the present invention.
FIG. 27 Reference example 1 It is a circuit block diagram of the principal part.
FIG. 28 Reference example 2 It is a circuit block diagram of the principal part.
FIG. 29 is a circuit configuration diagram of a conventional example.
FIG. 30 is an equivalent circuit diagram of the main part of the above.
FIG. 31 is a graph showing the relationship between the moisture content of the detection target and the oscillation frequency of the oscillation circuit when the above is used.
FIG. 32 is a circuit configuration diagram of another conventional example.
FIG. 33 (a) is a schematic circuit diagram of the main part of still another conventional example. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 34 (a) is a schematic circuit diagram of a main part of another conventional example. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 35 (a) is a schematic circuit diagram of a main part of still another conventional example. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 36 (a) is a schematic circuit diagram of the main part of still another conventional example. (B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 37 is a schematic circuit diagram of the main part of another conventional example.
[Explanation of symbols]
2 Metal container
41 Center electrode
42 Perimeter electrode
43 Guard electrode
5 Oscillator circuit
(X) Grounding
(Y) Circuit ground
Cd Capacitance between the center electrode and the outer electrode due to the object to be detected
C GE Capacitance between guard electrode and metal container ground
C OG Coupling capacity between outer electrode and guard electrode
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