JP7125796B1 - Liquid level detection circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減する。【解決手段】液面検出回路10は、液槽の中の液体の液面を検出する。液面検出回路10は、直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバ12と、液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、方形波ドライバ12との間に接続されている電流制限回路13と、方形波ドライバ12が複数の電極棒に交流の方形波又は交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路14と、検出回路14が検出する電流に基づいて液体の液面の高さを判定する制御部15と、を備える。【選択図】図1An object of the present invention is to reduce the cost of detecting the level of liquid in a liquid tank. A liquid level detection circuit (10) detects the level of liquid in a liquid tank. The liquid level detection circuit 10 includes a square wave driver 12 that generates an AC square wave or an AC trapezoidal wave based on a DC voltage, and one of a plurality of electrodes arranged in the liquid tank. , a current limiting circuit 13 connected between the square wave driver 12 and a detection circuit for detecting the current flowing when the square wave driver 12 applies alternating square waves or alternating trapezoidal waves to the plurality of electrode rods. 14 and a control unit 15 that determines the level of the liquid based on the current detected by the detection circuit 14 . [Selection drawing] Fig. 1
Description
本開示は、液面検出回路に関する。 The present disclosure relates to liquid level detection circuits.
従来、受水槽のような液槽の中の液体の液面を、液槽に配置された電極棒を用いて検出する液面検出装置がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a liquid level detection device that detects the liquid level of a liquid in a liquid tank such as a receiving tank using an electrode rod arranged in the liquid tank.
電極棒を用いた液面検出装置は、直流電圧を電極棒に印加し続けると、電子が常に一定方向に流れることによって電気分解が起こり、酸化還元反応によって電極棒に発錆及び腐食が発生するという問題がある。 In liquid level detection devices using electrode rods, when a DC voltage is continuously applied to the electrode rods, the electrons always flow in a fixed direction, causing electrolysis, and the oxidation-reduction reaction causes the electrode rods to rust and corrode. There is a problem.
そこで、電極棒における発錆及び腐食の発生を防ぐため、電極棒に交流電圧を印加する液面検出装置が知られている(例えば、特許文献1)。 Therefore, in order to prevent rusting and corrosion in the electrode rods, there is known a liquid level detection device that applies an AC voltage to the electrode rods (for example, Patent Document 1).
電極棒に交流電圧を印加する場合、商用電源によって供給される高圧の交流電圧をそのまま電極棒に印加すると危険であるため、通常、トランスを用いて降圧してから、低電圧の交流電圧を電極棒に印加する。このような構成の場合トランスを用いることが必須であるが、トランスは高価であるため、液面検出装置のコストが高くなる。 When applying AC voltage to the electrodes, it is dangerous to apply the high AC voltage supplied by the commercial power supply directly to the electrodes. Apply to the bar. In such a configuration, it is essential to use a transformer, but since the transformer is expensive, the cost of the liquid level detection device increases.
また、商用電源の電圧が相違する場合に、交流を作るトランスを使用すると、降圧した電圧も相違するため、それぞれの電圧に合わせた回路定数の制御基板が必要となりコストが高くなる。 In addition, if a transformer that generates alternating current is used when the voltage of the commercial power supply is different, the stepped-down voltage will also be different, so a control board with circuit constants matching each voltage will be required, increasing the cost.
また、商用電源の電圧に影響されない直流電源からトランスを使用し必要な交流電圧を作ることも可能だが、トランスを含めた変換回路は複雑でありコストが高くなる。 It is also possible to use a transformer to generate the necessary AC voltage from a DC power supply that is not affected by the voltage of the commercial power supply, but the conversion circuit including the transformer is complicated and the cost is high.
本開示の目的は、液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減することができる液面検出回路を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a liquid level detection circuit that can reduce the cost of detecting the liquid level in a liquid tank.
本開示に係る液面検出回路は、
液槽の中の液体の液面を検出する液面検出回路であって、
直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバと、
前記液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、前記方形波ドライバとの間に接続されている電流制限回路と、
前記方形波ドライバが前記複数の電極棒に前記交流の方形波又は前記交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路と、
前記検出回路が検出する前記電流に基づいて前記液体の液面の高さを判定する制御部と、
を備える。
A liquid level detection circuit according to the present disclosure includes:
A liquid level detection circuit for detecting the liquid level of the liquid in the liquid tank,
a square wave driver that generates an alternating square wave or an alternating trapezoidal wave based on a direct voltage;
a current limiting circuit connected between any one of the plurality of electrodes arranged in the liquid tank and the square wave driver;
a detection circuit for detecting a current that flows when the square wave driver applies the alternating square wave or the alternating trapezoidal wave to the plurality of electrode rods;
a control unit that determines the level of the liquid based on the current detected by the detection circuit;
Prepare.
本開示に係る液面検出回路において、
前記制御部は、前記交流の方形波又は前記交流の台形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの前記電流に基づいて、前記液体の液面の高さを判定してもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
The control unit may determine the liquid level of the liquid based on the current when a predetermined time has elapsed after the polarity of the alternating current square wave or the alternating current trapezoidal wave is reversed. .
本開示に係る液面検出回路において、
前記所定時間は、前記方形波ドライバと前記複数の電極棒とを接続する配線間の浮遊容量の値と、前記電流制限回路とに基づいて決定される時間であってもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
The predetermined time may be a time determined based on a value of stray capacitance between wires connecting the square wave driver and the plurality of electrode bars and the current limiting circuit.
本開示に係る液面検出回路において、
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の0.7倍以上の時間であってもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
wherein the current limiting circuit is a limiting resistor;
The predetermined time may be a time equal to or greater than 0.7 times the time constant calculated by multiplying the value of the stray capacitance and the resistance value of the limiting resistor.
本開示に係る液面検出回路において、
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の3倍以上の時間であってもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
wherein the current limiting circuit is a limiting resistor;
The predetermined time may be three or more times the time constant calculated by multiplying the value of the stray capacitance and the resistance value of the limiting resistor.
本開示に係る液面検出回路において、
前記検出回路と前記制御部との間に接続されたローパスフィルタをさらに備えていてもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
A low-pass filter connected between the detection circuit and the control unit may be further provided.
本開示に係る液面検出回路において、
前記方形波ドライバは、前記交流の方形波又は前記交流の台形波として、電圧が0Vの期間を含む交流の方形波又は交流の台形波を生成してもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
The square wave driver may generate an alternating square wave or an alternating trapezoidal wave including a voltage period of 0V as the alternating square wave or the alternating trapezoidal wave.
本開示に係る液面検出回路は、
電源から前記直流電圧を生成する電源回路をさらに備えていてもよい。
A liquid level detection circuit according to the present disclosure includes:
A power supply circuit that generates the DC voltage from a power supply may be further provided.
本開示に係る液面検出回路において、
前記電源回路は、交流電圧から前記直流電圧を生成してもよい。
In the liquid level detection circuit according to the present disclosure,
The power supply circuit may generate the DC voltage from an AC voltage.
本開示によれば、液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減することができる液面検出回路を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a liquid level detection circuit capable of reducing the cost of detecting the liquid level in the liquid tank.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本開示の第1実施形態に係る液面検出回路10を備える液面検出装置1の構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a liquid
液面検出装置1は、液面検出回路10と、電極棒20Aと、電極棒20Bと、ポンプ30とを備える。以後、電極棒20A及び電極棒20Bについては、特に区別する必要がない場合、単に電極棒20と称して説明する場合がある。
The liquid
液面検出回路10は、液槽21の中の液体22の液面を検出する回路である。
The liquid
液槽21は、液体22を収容可能な容器である。液槽21は、例えば、建物に設置された受水槽などであってよい。
The
液体22は、導電性の液体である。液体22は、例えば水であってよい。図1においては、液体22の液面が、液面23Aの状態の場合と、液面23Bの状態の場合とを示している。
Liquid 22 is a conductive liquid. Liquid 22 may be, for example, water. FIG. 1 shows a case where the liquid surface of the
電極棒20A及び電極棒20Bは、液槽21の内側に配置されている。電極棒20Aの先端と、電極棒20Bの先端とは異なる高さに配置される。図1に示す例においては、電極棒20Aの先端の位置は、電極棒20Bの先端の位置よりも低い。これは一例であって、電極棒20Aの先端の位置は、電極棒20Bの先端の位置より高くてもよい。
The
液体22の液面が液面23Aの状態の場合、電極棒20A及び電極棒20Bはいずれも液体22に浸っている。この状態で電極棒20Aと電極棒20Bとの間に電圧が印加された場合、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に液体22を介して電流が流れる。なお、電極棒20が液体22に浸っているとは、電極棒20の少なくとも一部が液体22に浸っていることを意味する。
When the liquid surface of the
液体22の液面が液面23Bの状態の場合、電極棒20Aは液体22に浸っているが、電極棒20Bは液体22に浸っていない。この状態で電極棒20Aと電極棒20Bとの間に電圧が印加された場合、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に電流は流れない。
When the liquid surface of the
ポンプ30は、液槽21に収容されている液体22の量を調整可能なポンプである。ポンプ30は、液面検出回路10によって制御される。例えば、液面検出回路10は、液槽21に収容されている液体22の高さが所定の高さ以下である場合、ポンプ30をオンして、液槽21の中の液体22の量を増やす。また、例えば、液面検出回路10は、液槽21に収容されている液体22の高さが所定の高さより高い場合、ポンプ30をオフして、液槽21の中の液体22の量をそのままの量で維持する。
商用電源40は、液面検出回路10に交流電圧を供給する。商用電源40が供給する交流電圧は、様々な種類の交流電圧であってよい。商用電源40が供給する交流電圧は、例えば、単相100V、単相200V、三相200Vなどの交流電圧であってよい。
A
液面検出回路10は、電源回路11と、方形波ドライバ12と、電流制限回路13と、検出回路14と、制御部15とを備える。
The liquid
電源回路11は、商用電源40によって交流電圧を供給される。電源回路11は、商用電源40によって供給される交流電圧から、直流電圧を生成する。電源回路11は、供給される交流電圧の種類に関わらず、所定の電圧の直流電圧を生成する。電源回路11は、例えば、単相100V、単相200V及び三相200Vのいずれの交流電圧が供給されたかに関わらず、所定の電圧の直流電圧を生成する。電源回路11は、例えば、スイッチング電源であってよい。
The
電源回路11は、所定の電圧として大きさの異なる2つの直流電圧を生成してよい。図1においては、電源回路11が、VDDとVPPという2つの直流電圧を生成している例を示している。
The
電源回路11が生成するVDDは、制御部15などの動作用に供給される直流電圧であってよい。VDDは、例えば、5Vの直流電圧であってよい。図1に示す例においては、VDDは、制御部15にのみ供給されているが、VDDは、液面検出回路10の他の構成要素にも供給されてよい。
VDD generated by the
電源回路11が生成するVPPは、方形波ドライバ12に供給される。電源回路11が生成するVPPは、電極棒20に印加される電圧の基となる直流電圧であってよい。VPPは、例えば、15Vの直流電圧であってよい。
VPP generated by the
方形波ドライバ12は、電源回路11から供給される直流電圧に基づいて、交流の方形波を生成する。ここで、「交流の方形波」とは、正極性と負極性とを有する方形波である。また、「交流の方形波」において、正極性を有するときの直流電圧の絶対値と、負極性を有するときの直流電圧の絶対値とは等しい。
The
図2に、方形波ドライバ12が出力する、交流の方形波の一例を示す。図2に示す波形は、図1に示す方形波ドライバ12の出力ノード201Aの電圧から、方形波ドライバ12の出力ノード201Bの電圧を引いた電圧の波形である。すなわち、図2に示す波形は、方形波ドライバ12の差動出力の電圧を示す波形である。
FIG. 2 shows an example of an AC square wave output by the
図2に示すように、方形波ドライバ12が出力する交流の方形波は、正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが、交互に切り替わる電圧波形である。図2に示す例においては、交流の方形波は、正極性のときは電圧がV1の直流電圧であり、負極性のときは電圧が-V1の直流電圧である。また、図2に示す例においては、交流の方形波は、時間tpが経過するごとに正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが切り替わる。
As shown in FIG. 2, the AC square wave output by the
方形波ドライバ12は、制御部15から供給される信号に基づいて、出力ノード201A及び出力ノード201Bから出力する直流電圧の値を切り替えることにより、交流の方形波を出力してよい。
The
電流制限回路13は、電極棒20Bと方形波ドライバ12との間に、検出回路14と直列に接続されている。なお、図1においては、電流制限回路13は、電極棒20Bと方形波ドライバ12との間に接続されているが、電流制限回路13は、電極棒20Aと方形波ドライバ12との間に接続されていてもよい。
Current limiting
電流制限回路13は、例えば電極棒20Aと電極棒20Bとがショートした場合などに、方形波ドライバ12、検出回路14、電極棒20などに流れる電流を制限するための回路である。電流制限回路13は、例えば、抵抗、定電流ダイオード、定電流回路などを含む。図1においては、電流制限回路13を抵抗の記号で表し、電流制限回路13が制限抵抗である場合を示している。電流制限回路13が制限抵抗であるとは、電流制限回路13が単体の抵抗であることを意味する。
The current limiting
検出回路14は、方形波ドライバ12が電極棒20A及び電極棒20Bに交流の方形波を印加した際に、方形波ドライバ12と電極棒20Bとの間に流れる電流を検出する回路である。検出回路14は、電極棒20Bと方形波ドライバ12との間に、電流制限回路13と直列に接続されている。検出回路14は、電流を検出可能な任意の回路であってよい。
The
検出回路14は、検出した電流に対応する電圧を制御部15に出力する。
The
制御部15は、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つの専用回路、又はこれらの組み合わせを含む。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)やMCU(Micro Controller Unit)などの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、FPGA(Field-Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)である。制御部15は、液面検出回路10の各部を制御しながら、液面検出回路10の動作に関わる処理を実行する。
制御部15は、方形波ドライバ12を制御して、方形波ドライバ12に交流の方形波を出力させる。制御部15は、検出回路14が検出した電流に対応する電圧を、検出回路14から取得する。制御部15は、検出回路14が検出した電流に基づいて、液槽21の中の液体22の高さを判定する。制御部15は、液槽21の中の液体22の高さに応じて、ポンプ30のオン/オフを制御する。
The
続いて、液面検出回路10が、液槽21の中の液体22の高さを判定する動作について詳細に説明する。
Next, the operation of the liquid
方形波ドライバ12は、検出回路14及び電流制限回路13を介して、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に交流の方形波を印加する。
The
このように、方形波ドライバ12は、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に交流の方形波を印加しているため、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に流れる電流は周期的に切り替わる。したがって、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に一定方向の電流が流れ続けることを防ぐことができ、電極棒20に発錆及び腐食が発生することを抑制することができる。
Thus, since the
検出回路14は、方形波ドライバ12と電極棒20Bとの間に流れる電流を検出する。検出回路14は、検出した電流に対応する電圧を制御部15に出力する。
A
制御部15は、検出回路14が検出した電流に基づいて、液槽21の中の液体22の高さを判定する。制御部15は、実際には、検出回路14が検出した電流に対応する電圧に基づいて、液槽21の中の液体22の高さを判定してよい。
The
制御部15は、検出回路14が検出した電流の大きさが、所定の閾値以上であるか否かに基づいて、液槽21の中の液体22の高さを判定する。ここで、「電流の大きさ」とは、「電流の絶対値」を意味する。所定の閾値は、液体22の導電率などに基づいて予め定められた値であってよい。
The
所定の閾値をItとすると、制御部15は、方形波ドライバ12が正極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路14が検出した電流がIt以上である場合、液体22の高さが少なくとも電極棒20Bの先端の高さ以上であると判定する。また、制御部15は、方形波ドライバ12が負極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路14が検出した電流が-It以下である場合、すなわち、検出回路14が検出した電流の大きさがIt以上である場合、液体22の高さが少なくとも電極棒20Bの先端の高さ以上であると判定する。
Assuming that a predetermined threshold value is It, the
また、制御部15は、方形波ドライバ12が正極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路14が検出した電流がItより小さい場合、液体22の高さが電極棒20Bの先端の高さより低いと判定する。また、制御部15は、方形波ドライバ12が負極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路14が検出した電流が-Itより大きい場合、すなわち、検出回路14が検出した電流の大きさがItより小さい場合、液体22の高さが電極棒20Bの先端の高さより低いと判定する。
Further, when the current detected by the
すなわち、制御部15は、検出回路14が検出した電流の大きさに基づいて、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っているか否かを判定することができる。
That is, the
このように、液面検出回路10は、従来技術のように電極棒20に正弦波の交流電圧を印加するのではなく、電極棒20に交流の方形波を印加する。そのため、液面検出回路10は、商用電源40から供給される交流電圧を降圧して低電圧の交流電圧を生成する必要がないため、トランスを備えていない。したがって、液面検出回路10は、高価なトランスを備えていないことにより、液槽21の中の液体22の液面を検出する際のコストを低減することができる。また、液面検出回路10は、トランスを備えていないことにより、トランスを設置するためのスペースを低減することができる。また、液面検出回路10は、トランスを備えていないことにより、トランス分の質量を低減することができる。
Thus, the liquid
<浮遊容量>
続いて、方形波ドライバ12と電極棒20Aとを接続する配線と、方形波ドライバ12と電極棒20Bとを接続する配線との間の浮遊容量の影響について説明する。以下、方形波ドライバ12と電極棒20Aとを接続する配線と、方形波ドライバ12と電極棒20Bとを接続する配線との間の浮遊容量について、単に「浮遊容量」と称して説明する。方形波ドライバ12と電極棒20Aとを接続する配線、及び、方形波ドライバ12と電極棒20Bとを接続する配線の長さが長くなると、浮遊容量が増加し、浮遊容量の影響が大きくなる。
<Stray capacitance>
Next, the effect of stray capacitance between the wiring connecting the
浮遊容量があると、方形波ドライバ12が電極棒20に印加する交流の方形波の極性が反転した際に、浮遊容量に電流が流れる。したがって、検出回路14は、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に流れる電流に加えて、浮遊容量に流れる電流も検出する。すなわち、検出回路14は、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に流れる電流と、浮遊容量に流れる電流とを合成した電流を検出する。
If there is stray capacitance, current will flow through the stray capacitance when the polarity of the AC square wave applied to the electrode rod 20 by the
図3A及び図3Bに、浮遊容量が小さい場合に、検出回路14が検出する電流の一例を示す。図3Aは、浮遊容量が小さく、且つ、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。図3Bは、浮遊容量が小さく、且つ、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っている場合の電流の一例を示す図である。図3A及び図3Bに示す例においては、検出回路14が検出する電流は、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に流れる電流のみであり、浮遊容量に流れる電流は含まない。
3A and 3B show an example of the current detected by the
図3Aに示す例では、検出回路14が検出する電流の大きさは、所定の閾値であるItより小さい。したがって、制御部15は、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていないと判定する。
In the example shown in FIG. 3A, the magnitude of the current detected by the
図3Bに示す例では、検出回路14が検出する電流の大きさは、所定の閾値であるIt以上である。したがって、制御部15は、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていると判定する。
In the example shown in FIG. 3B, the magnitude of the current detected by the
図4A及び図4Bに、浮遊容量が大きい場合に、検出回路14が検出する電流の一例を示す。図4Aは、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。図4Bは、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っている場合の電流の一例を示す図である。図4A及び図4Bに示す例においては、検出回路14が検出する電流は、電極棒20Aと電極棒20Bとの間に流れる電流と、浮遊容量に流れる電流とを合成した電流である。
4A and 4B show an example of the current detected by the
図4Aに示す例では、方形波ドライバ12が電極棒20に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路14は、インパルス状の電流401を検出している。このインパルス状の電流401は、浮遊容量に流れる電流である。図4Aに示す例においては、インパルス状の電流401は、所定の閾値であるIt以上の大きさの電流である。したがって、制御部15が、インパルス状の電流401がIt以上の大きさで流れているタイミングで、液槽21の中の液体22の高さを判定すると、制御部15は、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていないにも関わらず、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていると誤判定してしまう。
In the example shown in FIG. 4A, the
図4Bに示す例では、方形波ドライバ12が電極棒20に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路14は、インパルス状の電流402を検出している。このインパルス状の電流402は、浮遊容量に流れる電流である。図4Bに示す例においては、検出回路14は、インパルス状の電流402と図3Bに示した電流とが足し合わされた電流を検出する。この場合、制御部15が、インパルス状の電流402が流れているタイミングで、液槽21の中の液体22の高さを判定すると、制御部15は、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていると判定するが、この場合は、電極棒20Aと電極棒20Bは液体22に浸っているので誤判定とはならない。
In the example shown in FIG. 4B, the
図4Aに示したように、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていない場合、制御部15が液槽21の中の液体22の高さを判定するタイミングによっては、制御部15は、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていないにも関わらず、電極棒20Aと電極棒20Bが液体22に浸っていると誤判定してしまう。
As shown in FIG. 4A, when the stray capacitance is large and the
このような誤判定を防ぐため、制御部15は、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときに、検出回路14が検出した電流に基づいて、液体22の液面の高さを判定してよい。
In order to prevent such an erroneous determination, the
図5に、制御部15が、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときに、液体22の液面の高さを判定している様子を示す。
FIG. 5 shows how the
図5に示す例においては、制御部15は、符号501で示すタイミングにおいて、液体22の液面の高さを判定している。符号501で示すタイミングは、交流の方形波の極性が反転してから所定時間t1が経過したタイミングである。
In the example shown in FIG. 5 , the
所定時間t1は、浮遊容量に流れる電流が十分小さくなる時間として、予め設定された時間であってよい。浮遊容量に流れる電流が十分小さくなるまでにかかる時間は、浮遊容量の値と、電流制限回路13とに依存する。電流制限回路13が制限抵抗である場合、浮遊容量に流れる電流が十分小さくなるまでにかかる時間は、浮遊容量の値と、制限抵抗の抵抗値とに依存する。したがって、電流制限回路13が制限抵抗である場合、所定時間t1は、浮遊容量の値と、制限抵抗の抵抗値とに基づいて決定されていてよい。
The predetermined time t1 may be a time set in advance as a time for the current flowing through the stray capacitance to become sufficiently small. The time required for the current flowing through the stray capacitance to become sufficiently small depends on the value of the stray capacitance and the current limiting
以下、電流制限回路13が制限抵抗である場合を例に挙げて説明する。浮遊容量の値をC、制限抵抗の抵抗値をRとすると、浮遊容量と制限抵抗とによって決定される時定数は、浮遊容量の値と制限抵抗の抵抗値との積によって算出されるRCで表される。浮遊容量に流れる電流は、時定数RCの0.7倍の時間が経過すると半減する。また、浮遊容量に流れる電流は、時定数RCの3~4倍程度の時間が経過すると十分小さくなる。したがって、所定時間t1を、例えば、時定数RCの0.7倍以上の時間として設定すると、制御部15は、浮遊容量が大きいときであっても、液体22の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。また、所定時間t1を、例えば、時定数RCの3倍以上の時間として設定すると、制御部15は、浮遊容量が大きいときであっても、さらに安定して、液体22の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。
A case where the current limiting
このように、制御部15が液体22の液面の高さを判定するタイミングを、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときとすることによって、制御部15は、浮遊容量が大きいときであっても、液体22の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。
In this way, the
<方形波ドライバの回路例>
図6に、方形波ドライバ12の回路構成の一例を示す。図6に示す方形波ドライバ12は、フォトカプラ121と、2分周器122と、ドライバ回路123とを備える。図6において、直流電圧VDDと直流電圧VPPとを示している。図6の説明においては、VDDは5Vの直流電圧であるとし、VPPは15Vの直流電圧であるとして説明する。
<Circuit example of square wave driver>
FIG. 6 shows an example of the circuit configuration of the
制御部15は、フォトカプラ121にパルスを出力する。図7に、制御部15がフォトカプラ121に出力するパルスの波形の一例を示す。図7に示すように、制御部15が出力するパルスは、ハイレベルが5Vで、ローレベルが0Vのパルスである。制御部15が出力するパルスの周波数は、例えば100Hzであってよい。
The
フォトカプラ121は、制御部15が出力するパルスを入力すると、15Vのパルスを出力する。この際、フォトカプラ121は、VDDとVPPとが絶縁された状態で15Vのパルスを出力する。フォトカプラ121が出力するパルスは、2分周器122のCLK端子に入力される。フォトカプラ121が出力するパルスは、ハイレベルが15Vで、ローレベルが0Vのパルスである。フォトカプラ121が出力するパルスの周波数は、制御部15が出力するパルスの周波数が100Hzである場合、100Hzである。
The
2分周器122は、CLK端子の立ち上がりで、D端子の状態をQ端子に出力する。また、2分周器122は、Q端子の反転信号をQB端子に出力させる。その結果、2分周器122は、フォトカプラ121が出力するパルスをCLK信号として入力すると、CLK信号の周波数を2分周したパルスを出力する。
The 2-
図8に、2分周器122の入出力信号の一例を示す。図8は、2分周器122のCLK端子に入力される信号と、2分周器122のQ端子から出力される信号と、2分周器122のQB端子から出力される信号とを示す。
FIG. 8 shows an example of input/output signals of the 2-
2分周器122のCLK端子に入力される信号は、フォトカプラ121から入力される信号であり、ハイレベルが15Vで、ローレベルが0Vのパルスである。また、2分周器122のCLK端子に入力されるパルスの周波数は、100Hzである。
The signal input to the CLK terminal of the 2-
2分周器122のQ端子が出力する信号は、CLK端子の信号を2分周した信号であり、ハイレベルが15Vで、ローレベルが0Vのパルスである。また、2分周器122のQ端子が出力するパルスの周波数は、50Hzである。
The signal output from the Q terminal of the 2-
2分周器122のQB端子が出力する信号は、Q端子の信号を反転させた信号であり、ハイレベルが15Vで、ローレベルが0Vのパルスである。また、2分周器122のQB端子が出力するパルスの周波数は、50Hzである。2分周器122は、高い精度で、QB端子から出力する信号を、Q端子の信号を反転させた信号とすることができる。
The signal output from the QB terminal of the 2-
図7及び図8においては、制御部15が出力するパルスのデューティ比が50:50の場合、すなわち、2分周器122のCLK端子に入力されるパルスのデューティ比が50:50の場合を示しているが、2分周器122のCLK端子に入力されるパルスのデューティ比は、50:50でなくてもよい。2分周器122は、CLK端子に入力されるパルスのデューティ比が50:50でなくても、Q端子及びQB端子から、デューティ比が50:50のパルスを出力する。
7 and 8, the duty ratio of the pulse output from the
ドライバ回路123は、2分周器122のQ端子から供給されるパルスを大電流が流せるように増幅して、検出回路14に出力する。また、ドライバ回路123は、2分周器122のQB端子から供給されるパルスを大電流が流せるように増幅して、電極棒20Aに出力する。ドライバ回路123は、エミッタフォロアにより構成されていてよい。
The
ドライバ回路123が検出回路14に出力するパルスの電圧が0Vのとき、ドライバ回路123が電極棒20Aに出力するパルスの電圧は15Vである。また、ドライバ回路123が検出回路14に出力するパルスの電圧が15Vのとき、ドライバ回路123が電極棒20Aに出力するパルスの電圧は0Vである。このように、ドライバ回路123は、周期的に極性が反転する交流の方形波を出力することができる。
When the voltage of the pulse that the
<検出回路の回路例>
図9に、検出回路14の回路構成の一例を示す。図9に示す検出回路14は、フォトカプラ141を備える。
<Circuit example of detection circuit>
FIG. 9 shows an example of the circuit configuration of the
フォトカプラ141は、方形波ドライバ12と電流制限回路13との間に流れる電流を検出する。この際、フォトカプラ141は、検出した電流に対応する電圧を制御部15に出力する。
フォトカプラ141は、方形波ドライバ12の15V系の電圧と、5V系の電圧とを絶縁した状態で、検出した電流に対応する電圧を制御部15に出力する。したがって、フォトカプラ141は、ノイズを低減することができる。
The
<交流の方形波の他の例>
図10に、方形波ドライバ12が出力する交流の方形波の他の例を示す。
<Another example of AC square wave>
FIG. 10 shows another example of the AC square wave output by the
図10に示すように、方形波ドライバ12は、交流の方形波として、電圧が0Vの期間を含む交流の方形波を生成してもよい。方形波ドライバ12は、このような交流の方形波を出力することで、液面検出回路10が液体22の液面を検出する際の消費電力を低減することができる。
As shown in FIG. 10, the
方形波ドライバ12は、例えば、正極性の直流電圧を10msの間出力した後、0Vを490ms出力し、その後、負極性の直流電圧を10msの間出力した後、また、0Vを490ms出力するというようなサイクルで、交流の方形波を出力してもよい。これにより、方形波ドライバ12は、電極棒20に流れる電流を1/50程度に低減することができる。
For example, the
上述のように、本実施形態に係る液面検出回路10において、方形波ドライバ12は、直流電圧に基づいて交流の方形波を生成し、検出回路14は、方形波ドライバ12が電極棒20A及び電極棒20Bに交流の方形波を印加した際に流れる電流を検出する。そして、制御部15は、検出回路14が検出する電流に基づいて液体22の液面の高さを判定する。これにより、本実施形態に係る液面検出回路10は、高価なトランスを用いることなく、電極棒20A及び電極棒20Bに交流の方形波を印加し、液体22の液面の高さを判定することができる。したがって、本実施形態に係る液面検出回路10は、液槽21の中の液体22の液面を検出する際のコストを低減することができる。
As described above, in the liquid
また、本実施形態に係る液面検出回路10において、制御部15は、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの電流に基づいて、液体22の液面の高さを判定してよい。これにより、本実施形態に係る液面検出回路10は、浮遊容量が大きいときであっても、液体22の液面の高さを誤判定することを抑制することができる。
Further, in the liquid
(第2実施形態)
図11は、本開示の第2実施形態に係る液面検出回路10Aを備える液面検出装置1Aの構成を示す図である。
(Second embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a liquid level detection device 1A including a liquid
液面検出装置1Aは、液面検出回路10Aと、電極棒20Aと、電極棒20Bと、ポンプ30とを備える。
The liquid level detection device 1A includes a liquid
液面検出回路10Aは、電源回路11と、方形波ドライバ12と、電流制限回路13と、検出回路14と、制御部15と、ローパスフィルタ16とを備える。
The liquid
第2実施形態に係る液面検出回路10Aは、ローパスフィルタ16を備えるという点で、第1実施形態に係る液面検出回路10と相違する。第2実施形態に係る液面検出回路10Aの説明においては、第1実施形態に係る液面検出回路10と相違する点について主に説明し、第1実施形態に係る液面検出回路10と共通及び類似する点については適宜説明を省略する。
A liquid
ローパスフィルタ16は、検出回路14と制御部15との間に接続されている。ローパスフィルタ16は、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタであってよい。
A low-
図4A及び図4Bに示したように、浮遊容量が大きい場合、方形波ドライバ12が電極棒20に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路14は、インパルス状の電流を検出する。
As shown in FIGS. 4A and 4B, when the stray capacitance is large, the
第2実施形態に係る液面検出回路10Aは、検出回路14の後段にローパスフィルタ16が接続されているため、検出回路14がインパルス状の電流を検出した時に、後段に出力する短時間のON信号をローパスフィルタ16が取り除く。
In the liquid
そのため、制御部15は、交流の方形波の極性が反転した直後に液体22の液面の高さを判定しても、浮遊容量に起因するインパルス状の信号の影響を受けずに液体22の液面の高さを判定することができる。すなわち、制御部15は、交流の方形波の極性が反転した後、任意のタイミングで液体22の液面の高さを判定しても、浮遊容量に起因するインパルス状の信号の影響を受けずに、液体22の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。
Therefore, even if the
本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックを統合してもよいし、又は1つのブロックを分割してもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。 The disclosure is not limited to the embodiments described above. For example, multiple blocks depicted in the block diagrams may be integrated or one block may be divided. Other modifications are possible without departing from the scope of the present disclosure.
例えば、上述した実施形態において、液面検出回路10は、電極棒20に交流の方形波を印加するものとして説明したが、液面検出回路10が電極棒20に印加する波形は、交流の台形波であってもよい。交流の台形波は、交流の方形波が瞬時に極性が反転するのに対し、波形の立ち上がり及び立ち下がりにおいて傾きを有する波形である。
For example, in the above-described embodiment, the liquid
例えば、図6において、方形波ドライバ12の回路構成の一例として、2分周器122を備える構成を示したが、方形波ドライバ12は、2分周器122を備えない構成であってもよい。2分周器122を備えない構成とする場合、例えば、2分周器122は、ドライバ回路123の一方に極性を反転させた信号を生成するインバータの構成であってもよい。この際、インバータは、例えば、シュミットトリガ機能が付加されたものや、AND機能やOR機能が付加されたものであってよい。
For example, in FIG. 6, as an example of the circuit configuration of the
例えば、上述した実施形態において、電極棒20A及び電極棒20Bの2本の電極棒20が液槽21の内側に配置されている例を説明したが、液槽21の内側には、3本以上の電極棒20が配置されていてもよい。電極棒20の数を増やすと、液面検出回路10は、液槽21の中の液体22の高さを、より詳細に検出することができる。
For example, in the above-described embodiment, two
例えば、上述した実施形態において、VDDが5Vの直流電圧の場合を説明したが、VDDは5V以外の直流電圧であってもよい。また、例えば、上述した実施形態において、VPPが15Vの直流電圧の場合を説明したが、VPPは例えば8Vのような15Vよりも小さい直流電圧であってもよい。VPPを小さい直流電圧とすると、液面検出回路10の消費電力を低減することができる。
For example, in the above-described embodiments, VDD is a DC voltage of 5V, but VDD may be a DC voltage other than 5V. Further, for example, in the above-described embodiment, VPP is a DC voltage of 15V, but VPP may be a DC voltage lower than 15V, such as 8V. By setting VPP to a small DC voltage, the power consumption of the liquid
例えば、上述した実施形態において、電源回路11が交流電圧から所定の直流電圧を生成するものとして説明したが、電源回路11は、直流電圧から所定の直流電圧を生成してもよい。すなわち、電源回路11は、交流電圧又は直流電圧のいずれかの電源から、所定の直流電圧を生成してよい。
For example, in the above-described embodiment, the
例えば、液面検出回路10は、電源回路11を備えていなくてもよい。この場合、他の装置が備えている電源回路が出力する直流電圧が、液面検出回路10に供給されてもよい。
For example, the liquid
本開示の液面検出回路は、液槽の中の液体の液面を検出する用途に好適なものである。 The liquid level detection circuit of the present disclosure is suitable for use in detecting the level of liquid in a liquid tank.
1、1A 液面検出装置
10、10A 液面検出回路
11 電源回路
12 方形波ドライバ
13 電流制限回路
14 検出回路
15 制御部
16 ローパスフィルタ
20、20A、20B 電極棒
21 液槽
22 液体
23A、23B 液面
30 ポンプ
40 商用電源
121 フォトカプラ
122 2分周器
123 ドライバ回路
141 フォトカプラ
Claims (9)
直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバと、
前記液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、前記方形波ドライバとの間に接続されている電流制限回路と、
前記方形波ドライバが前記複数の電極棒に前記交流の方形波又は前記交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路と、
前記検出回路が検出する前記電流に基づいて前記液体の液面の高さを判定する制御部と、
を備え、
前記交流の方形波又は前記交流の台形波は、正極性を有するときの直流電圧の絶対値と、負極性を有するときの直流電圧の絶対値とが等しい、液面検出回路。 A liquid level detection circuit for detecting the liquid level of the liquid in the liquid tank,
a square wave driver that generates an alternating square wave or an alternating trapezoidal wave based on a direct voltage;
a current limiting circuit connected between any one of the plurality of electrodes arranged in the liquid tank and the square wave driver;
a detection circuit for detecting a current that flows when the square wave driver applies the alternating square wave or the alternating trapezoidal wave to the plurality of electrode rods;
a control unit that determines the level of the liquid based on the current detected by the detection circuit;
with
The liquid level detection circuit , wherein the AC square wave or the AC trapezoidal wave has the same absolute value of the DC voltage when it has positive polarity and the absolute value of DC voltage when it has negative polarity .
前記制御部は、前記交流の方形波又は前記交流の台形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの前記電流に基づいて、前記液体の液面の高さを判定する、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 1,
The control unit determines the height of the liquid level of the liquid based on the current when a predetermined time has elapsed since the polarity of the alternating current square wave or the alternating current trapezoidal wave was reversed. detection circuit.
前記所定時間は、前記方形波ドライバと前記複数の電極棒とを接続する配線間の浮遊容量の値と、前記電流制限回路とに基づいて決定される時間である、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 2,
The liquid level detection circuit, wherein the predetermined time is a time determined based on a value of stray capacitance between wires connecting the square wave driver and the plurality of electrode bars, and the current limiting circuit.
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の0.7倍以上の時間である、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 3,
wherein the current limiting circuit is a limiting resistor;
The liquid level detection circuit, wherein the predetermined time is 0.7 times or more of a time constant calculated by multiplying the value of the stray capacitance and the resistance value of the limiting resistor.
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の3倍以上の時間である、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 3,
wherein the current limiting circuit is a limiting resistor;
The liquid level detection circuit, wherein the predetermined time is three times or more a time constant calculated by multiplying the value of the stray capacitance and the resistance value of the limiting resistor.
前記検出回路と前記制御部との間に接続されたローパスフィルタをさらに備える、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 1,
A liquid level detection circuit, further comprising a low-pass filter connected between the detection circuit and the controller.
前記方形波ドライバは、前記交流の方形波又は前記交流の台形波として、電圧が0Vの期間を含む交流の方形波又は交流の台形波を生成する、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to any one of claims 1 to 6,
The square wave driver generates, as the alternating square wave or the alternating trapezoidal wave, an alternating square wave or an alternating trapezoidal wave including a voltage period of 0V.
電源から前記直流電圧を生成する電源回路をさらに備える、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to any one of claims 1 to 7,
A liquid level detection circuit, further comprising a power supply circuit that generates the DC voltage from a power supply.
前記電源回路は、交流電圧から前記直流電圧を生成する、液面検出回路。 In the liquid level detection circuit according to claim 8,
The liquid level detection circuit, wherein the power supply circuit generates the DC voltage from an AC voltage.
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