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JP4795049B2 - Liquid level sensor - Google Patents
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JP4795049B2 - Liquid level sensor - Google Patents

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Description

本発明は、液体に浸漬された一対の電極間の静電容量に基づき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。   The present invention relates to a capacitive liquid level sensor that detects a liquid level based on a capacitance between a pair of electrodes immersed in a liquid.

近年、自動車等の車両の燃料タンクには、液体に浸漬された一対の電極間の静電容量により液面レベルを検出する静電容量式の液面レベルセンサが用いられている。一対の電極間の静電容量は液体の誘電率により変動し、液体の誘電率は液体の種類や温度等の条件により変動する。そこで従来、静電容量式の液面レベルセンサにおいて、液体の誘電率に応じて補正を行うようにした液面レベルセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, a capacitive liquid level sensor that detects a liquid level by using a capacitance between a pair of electrodes immersed in a liquid has been used in a fuel tank of a vehicle such as an automobile. The capacitance between the pair of electrodes varies depending on the dielectric constant of the liquid, and the dielectric constant of the liquid varies depending on conditions such as the type of liquid and temperature. In view of this, a liquid level sensor that performs correction according to the dielectric constant of a liquid in a capacitance type liquid level sensor has been known (for example, see Patent Document 1).

特許文献1に開示されたセンサは、平坦面が鉛直となるように対向配置された平板状の一対の測定用電極と、対向配置された平板状の一対の参照用電極とを備え、一対の測定用電極間の静電容量及び一対の参照用電極間の静電容量の双方に基づいて水位を検出するものである。   The sensor disclosed in Patent Document 1 includes a pair of flat plate-like measurement electrodes arranged so that the flat surface is vertical, and a pair of flat plate-like reference electrodes arranged opposite to each other. The water level is detected based on both the capacitance between the measurement electrodes and the capacitance between the pair of reference electrodes.

一対の参照用電極は液体に浸漬され、一対の参照用電極間の液中及び気中における静電容量の比から液体の誘電率が求められる。そして、一対の測定用電極間の静電容量に対し、求められた液体の誘電率を用いて補正を行い、水位を正確に検出するようにしている。   The pair of reference electrodes are immersed in the liquid, and the dielectric constant of the liquid is obtained from the ratio of capacitance between the pair of reference electrodes in liquid and in the air. Then, the capacitance between the pair of measurement electrodes is corrected using the obtained dielectric constant of the liquid, and the water level is accurately detected.

特開平11−108735号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-108735

しかし、特許文献1に開示されたセンサでは、一対の参照用電極が少しでも気中に露出すると一対の参照用電極により求められる液体の誘電率に誤差が生じ、水位の検出精度が低下する原因となる。よって、一対の参照用電極は常に液中に配置される必要があるが、このことは一対の測定用電極による水位の検出範囲を一対の参照用電極が完全に浸漬する水位よりも上方に限定することとなる。そして、一対の測定用電極による測定範囲を下方に拡大すべく一対の参照用電極を小型化すると、一対の参照用電極の出力が不安定となり、やはり液体の誘電率に誤差を生じる。   However, in the sensor disclosed in Patent Document 1, if the pair of reference electrodes are exposed to the air even a little, an error occurs in the dielectric constant of the liquid required by the pair of reference electrodes, and the detection accuracy of the water level decreases. It becomes. Therefore, the pair of reference electrodes must always be arranged in the liquid, but this limits the water level detection range by the pair of measurement electrodes above the water level at which the pair of reference electrodes are completely immersed. Will be. When the pair of reference electrodes is downsized to expand the measurement range of the pair of measurement electrodes downward, the output of the pair of reference electrodes becomes unstable, and an error is generated in the dielectric constant of the liquid.

このように、特許文献1に開示されたセンサでは、液体を収容する容器の底面までの液面レベルの測定、つまり液面レベルが低いときの液面レベルの測定は困難であった。そして、薄型の燃料タンクが求められる近年の自動車において、液面レベルセンサの測定不能な範囲がタンク底部にあることは車両性能上大きな問題であり、タンク底面まで測定可能な液面レベルセンサが求められている。   As described above, in the sensor disclosed in Patent Document 1, it is difficult to measure the liquid level up to the bottom of the container containing the liquid, that is, to measure the liquid level when the liquid level is low. In recent automobiles where a thin fuel tank is required, the fact that the liquid level sensor cannot be measured at the bottom of the tank is a serious problem in terms of vehicle performance, and a liquid level sensor capable of measuring the bottom of the tank is required. It has been.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の誘電率によらず正確に、液体容器の底部まで液面レベルを検出可能な液面レベルセンサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a liquid level sensor capable of accurately detecting the liquid level to the bottom of the liquid container regardless of the dielectric constant of the liquid. It is in.

上記目的は、本発明の下記(1)〜()に係る液面レベルセンサにより達成される。 The above object is achieved by the liquid level sensor according to the following (1) to ( 2 ) of the present invention.

(1) 絶縁性基体の外周に一対の電極が互いに平行に螺旋状に巻きつけられた第1センサエレメント及び第2センサエレメントを備え、
前記第1センサエレメント及び前記第2センサエレメントは、前記一対の電極の螺旋軸が鉛直で、前記第1センサエレメントの下端と前記第2センサエレメントの下端とが同一高さとなるように、それぞれ配置されており、
前記第1センサエレメントの前記一対の電極と前記第2センサエレメントの前記一対の電極とは螺旋ピッチが互いに異なっており、
前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチは下端から上端に向かうに従って徐々に密もしくは疎となるように設定され、前記第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチは、前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとは逆に、下端から上端に向かうに従って徐々に疎もしくは密となるように設定され、
液体に浸漬された際の前記第1センサエレメント及び前記第2センサエレメントの一対の電極間の静電容量に基づいて該液体の液面レベルを測定することを特徴とする液面レベルセンサ。
(1) A first sensor element and a second sensor element in which a pair of electrodes are spirally wound in parallel with each other on the outer periphery of the insulating base,
The first sensor element and the second sensor element are respectively arranged such that the spiral axis of the pair of electrodes is vertical and the lower end of the first sensor element and the lower end of the second sensor element are at the same height. Has been
The pair of electrodes of the first sensor element and the pair of electrodes of the second sensor element have different helical pitches,
The spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element is set to be gradually denser or sparse as it goes from the lower end to the upper end, and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element is the first sensor element. Contrary to the spiral pitch of the pair of electrodes, it is set to gradually become sparse or dense from the lower end toward the upper end,
A liquid level sensor that measures the liquid level of the liquid based on capacitance between a pair of electrodes of the first sensor element and the second sensor element when immersed in the liquid.

)前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチと前記第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとが、上下対称とされていることを特徴とする上記()に記載の液面レベルセンサ。 ( 2 ) The liquid according to ( 1 ), wherein the spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element are vertically symmetrical. Surface level sensor.

上記(1)の構成の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントと第2センサエレメントとでは一対の電極の螺旋ピッチが異なっており、液体に浸漬された際の出力特性、即ち、一対の電極間の静電容量の変化が互いに異なる。そして、第1センサエレメント及び第2センサエレメントが共に液体に浸漬された際の両センサエレメントの出力の比に基づいて、液体の誘電率の影響を補正して液面レベルを精度よく検出することができる。
ここで、液面レベルの検出は第1センサエレメント及び第2センサエレメント各々の一部が液体に浸漬されていれば可能であり、その測定範囲は第1センサエレメントと第2センサエレメントとの水平方向の重複部分となる。これによれば、従来のように電極対を常に液中に配置しておく必要がなく、液体容器の底部若しくはその近傍まで液面レベルを測定することができる。
According to the liquid level sensor having the above configuration (1), the first sensor element and the second sensor element have different spiral pitches of the pair of electrodes, and output characteristics when immersed in liquid, that is, a pair The capacitance changes between the electrodes are different from each other. Then, based on the ratio of the outputs of both sensor elements when the first sensor element and the second sensor element are both immersed in the liquid, the influence of the dielectric constant of the liquid is corrected and the liquid level is accurately detected. Can do.
Here, the liquid level can be detected as long as a part of each of the first sensor element and the second sensor element is immersed in the liquid, and the measurement range is horizontal between the first sensor element and the second sensor element. Overlapping direction. According to this, it is not necessary to always arrange the electrode pair in the liquid as in the prior art, and the liquid level can be measured up to the bottom of the liquid container or the vicinity thereof.

また、第1センサエレメント又は第2センサエレメントのうち、一対の電極の螺旋ピッチが下端ほど密とされた一方は、液面が下端部にあるときの液面変位に伴う静電容量の変化率が比較的大きく、他方は、一対の電極の螺旋ピッチが下端ほど疎とされ、よって液面が下端部にあるときの液面変位に伴う静電容量の変化率が比較的小さい。そのため、液面が両センサエレメントの下端部にあるときに液面変位に伴う両センサエレメントの出力の差を顕著なものとし、補正精度を向上させることができる。 In addition , one of the first sensor element or the second sensor element, in which the spiral pitch of the pair of electrodes is made closer to the lower end, the rate of change in capacitance due to the liquid level displacement when the liquid level is at the lower end. On the other hand, the spiral pitch of the pair of electrodes is made sparser at the lower end, so that the rate of change of the capacitance accompanying the liquid level displacement when the liquid level is at the lower end is relatively small. Therefore, when the liquid level is at the lower ends of both sensor elements, the difference in the outputs of both sensor elements due to the liquid level displacement becomes significant, and the correction accuracy can be improved.

上記()の構成の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチと第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとが上下対称とされており、液面変位に対する両センサエレメントの出力は逆特性を示すため、補正が容易となる。 According to the liquid level sensor having the above configuration ( 2 ), the spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element are symmetric in the vertical direction. Since the outputs of both sensor elements with respect to show reverse characteristics, correction becomes easy.

本発明によれば、液体の誘電率によらず正確に液面レベルを測定可能であり、液体容器の底部まで測定可能な液面レベルセンサを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a liquid level sensor that can accurately measure the liquid level regardless of the dielectric constant of the liquid and can measure up to the bottom of the liquid container.

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る液面レベルセンサの第1実施形態の正面図、図2は図1の液面レベルセンサの第1センサエレメントの底面図、図3は図1の液面レベルセンサにおいて液面変位と第1センサエレメント及び第2センサエレメントの静電容量の変化との関係を示すグラフである。また、図4は本発明に係る液面レベルセンサの第2実施形態の正面図、図5は図4の液面レベルセンサにおいて液面変位と第1センサエレメント及び第2センサエレメントの静電容量の変化との関係を示すグラフである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a front view of a first embodiment of a liquid level sensor according to the present invention, FIG. 2 is a bottom view of a first sensor element of the liquid level sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is a liquid level sensor of FIG. It is a graph which shows the relationship between a liquid level displacement and the change of the electrostatic capacitance of a 1st sensor element and a 2nd sensor element. 4 is a front view of a second embodiment of the liquid level sensor according to the present invention, and FIG. 5 is a liquid level displacement and capacitances of the first sensor element and the second sensor element in the liquid level sensor of FIG. It is a graph which shows the relationship with a change of.

(第1実施形態)
図1及び図2に示すように、本実施形態の液面レベルセンサ10は、容器1内の液体Lに浸漬されて液体Lの液面Sのレベルを検出するものである。この液面レベルセンサ10は、絶縁性基体12の外周に一対の電極13,14が互いに平行に螺旋状に巻きつけられた第1センサエレメント11と、絶縁性基体22の外周に一対の電極23,24が互いに平行に螺旋状に巻きつけられた第2センサエレメント21とを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid level sensor 10 of the present embodiment detects the level of the liquid level S of the liquid L by being immersed in the liquid L in the container 1. The liquid level sensor 10 includes a first sensor element 11 in which a pair of electrodes 13 and 14 are spirally wound in parallel with each other on an outer periphery of an insulating base 12, and a pair of electrodes 23 on an outer periphery of an insulating base 22. , 24 are spirally wound in parallel with each other, and the second sensor element 21 is provided.

第1センサエレメント11の絶縁性基体12は、角柱状の中央部の周面から四方に放射状にリブ15が突設されて、長手方向に垂直な断面において略十字状に形成されている。絶縁性基体12の材料は特に限定されず、強度や液体(車両燃料等)に対する耐性などを考慮して、例えばポリアセタール樹脂等の合成樹脂を用いることが好ましい。第2センサエレメント21の絶縁性基体22は、第1センサエレメント11の絶縁性基体12と同一の材料で同一の形状に形成されている。   The insulating substrate 12 of the first sensor element 11 is formed in a substantially cross shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, with ribs 15 projecting radially from the circumferential surface of the central part of the prismatic shape. The material of the insulating substrate 12 is not particularly limited, and it is preferable to use, for example, a synthetic resin such as a polyacetal resin in consideration of strength and resistance to liquid (vehicle fuel and the like). The insulating substrate 22 of the second sensor element 21 is formed of the same material and the same shape as the insulating substrate 12 of the first sensor element 11.

第1センサエレメント11の電極13,14は、絶縁性基体12の4つのリブ15の外周に互いに平行に螺旋状に巻きつけられており、その螺旋ピッチは、電極13,14がそれぞれ接続される端子16,17が設けられた絶縁性基体12の長手方向の一端から、他端に向けて徐々に密となるように設定されている。   The electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 are spirally wound around the outer periphery of the four ribs 15 of the insulating base 12 in parallel with each other, and the electrodes 13 and 14 are connected to the spiral pitch, respectively. The insulating base 12 provided with the terminals 16 and 17 is set so as to become denser gradually from one end in the longitudinal direction toward the other end.

各リブ15の外縁には、電極13,14の螺旋ピッチに対応して複数の保持溝がそれぞれ刻設されており、電極13,14は、これらの保持溝に差し込まれながら各リブ15の外縁に巻きつけられている。尚、電極13,14の材料には、液体(車両燃料等)に対する耐性を考慮して、SUSや洋白などを用いることが好ましい。   A plurality of holding grooves are formed on the outer edges of the ribs 15 in correspondence with the spiral pitches of the electrodes 13 and 14, and the electrodes 13 and 14 are inserted into these holding grooves while being outer edges of the ribs 15. It is wrapped around Note that it is preferable to use SUS, white or the like as the material of the electrodes 13 and 14 in consideration of resistance to liquid (vehicle fuel or the like).

第2センサエレメント21の電極23,24は、絶縁性基体22の4つのリブの外周に互いに平行に螺旋状に巻きつけられており、その螺旋ピッチは、電極23,24がそれぞれ接続される端子26,27が設けられた絶縁性基体22の長手方向の一端から他端に向けて徐々に疎、つまりは第1センサエレメント11の一対の電極13,14とは逆となるように設定されている。   The electrodes 23 and 24 of the second sensor element 21 are spirally wound around the outer periphery of the four ribs of the insulating base 22 in parallel with each other, and the helical pitch is a terminal to which the electrodes 23 and 24 are connected, respectively. The insulating base 22 provided with 26 and 27 is gradually sparse from one end to the other end in the longitudinal direction, that is, set to be opposite to the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11. Yes.

さらに、第1センサエレメント11及び第2センサエレメント21について、端子16,17又は端子26,27が設けられた側を上と仮定して、第1センサエレメント11の一対の電極13,14の螺旋ピッチと第2センサエレメント21の一対の電極23,24の螺旋ピッチとは、上下対称に設定されている。   Furthermore, the spiral of the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 assuming that the side on which the terminals 16 and 17 or the terminals 26 and 27 are provided is the upper side of the first sensor element 11 and the second sensor element 21. The pitch and the spiral pitch of the pair of electrodes 23 and 24 of the second sensor element 21 are set symmetrically.

第1センサエレメント11及び第2センサエレメント21は、ケース2に保持されて、それぞれ端子16,17又は端子26,27を上にして一対の電極13,14又は電極23,24の螺旋軸が鉛直となるように容器1内に配置されている。第1センサエレメント11及び第2センサエレメント21の下端は、いずれも容器1の底面近傍にあって同一高さに位置している。   The first sensor element 11 and the second sensor element 21 are held by the case 2 so that the spiral axes of the pair of electrodes 13 and 14 or the electrodes 23 and 24 are vertical with the terminals 16 and 17 or the terminals 26 and 27 facing upward, respectively. It arrange | positions in the container 1 so that it may become. The lower ends of the first sensor element 11 and the second sensor element 21 are both near the bottom surface of the container 1 and located at the same height.

液面Sの変位に伴い、第1センサエレメント11の一対の電極13,14において両者の間に液体が介在している部分の長さが変化し、一対の電極13,14間の静電容量が変化する。同様に、液面Sの変位に伴い、第2センサエレメント21の一対の電極23,24間の静電容量も変化する。そして、一対の電極13,14間の静電容量及び一対の電極23,24間の静電容量は、端子16,17そして端子26,27に接続している駆動回路3にて測定され、測定された2つの静電容量に基づいて所定の演算がなされ、それにより液面Sのレベルが検出される。   As the liquid level S is displaced, the length of the portion of the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 where the liquid is interposed changes, and the capacitance between the pair of electrodes 13 and 14 changes. Changes. Similarly, with the displacement of the liquid level S, the capacitance between the pair of electrodes 23 and 24 of the second sensor element 21 also changes. The capacitance between the pair of electrodes 13 and 14 and the capacitance between the pair of electrodes 23 and 24 are measured by the drive circuit 3 connected to the terminals 16 and 17 and the terminals 26 and 27 and measured. A predetermined calculation is performed based on the two capacitances thus obtained, and the level of the liquid level S is thereby detected.

図3に、容器1の底面からの液面Sの高さhに対する第1センサエレメント11の一対の電極13,14間の静電容量C及び第2センサエレメント21の一対の電極23,24間の静電容量Cの関係を示す。図中、一点差線が第1センサエレメント11の静電容量Cの特性曲線であり、二点鎖線が第2センサエレメント21の静電容量Cの特性曲線である。 3, the capacitance C 1 between the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 and the pair of electrodes 23 and 24 of the second sensor element 21 with respect to the height h of the liquid level S from the bottom surface of the container 1. It shows the relationship between the capacitance C 2 between. In the figure, the one-dot difference line is a characteristic curve of the capacitance C 1 of the first sensor element 11, and the two-dot chain line is a characteristic curve of the capacitance C 2 of the second sensor element 21.

図3に示すように、一対の電極13,14の螺旋ピッチが下端ほど密とされた第1センサエレメント11は、液面Sが下端部にあるときの液面Sの変位に伴う静電容量Cの変化率が比較的大きく、一対の電極23,24の螺旋ピッチが下端ほど疎とされた第2センサエレメント21は、液面Sが下端部にあるときの液面Sの変位に伴う静電容量Cの変化率が比較的小さくなる。より詳細には、第1センサエレメント11の一対の電極13,14の螺旋ピッチと第2センサエレメント21の一対の電極23,24の螺旋ピッチとは上下対称であるので、液面Sの変位に対する静電容量の変化は第1センサエレメント11と第2センサエレメント21とで逆特性を示す。 As shown in FIG. 3, the first sensor element 11 in which the spiral pitch of the pair of electrodes 13 and 14 is closer to the lower end has a capacitance associated with the displacement of the liquid level S when the liquid level S is at the lower end. The second sensor element 21 in which the change rate of C 1 is relatively large and the spiral pitch of the pair of electrodes 23 and 24 is made sparser toward the lower end is accompanied by the displacement of the liquid level S when the liquid level S is at the lower end. the capacitance C 2 of the change rate is relatively small. More specifically, since the spiral pitch of the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 and the spiral pitch of the pair of electrodes 23 and 24 of the second sensor element 21 are vertically symmetrical, The change in electrostatic capacitance exhibits reverse characteristics between the first sensor element 11 and the second sensor element 21.

第1センサエレメント11の静電容量C及び第2センサエレメント21の静電容量Cは、それぞれ次式で表される。

Figure 0004795049
ここで、kは定数であり、εは液体の誘電率であり、g1(h),g2(h)はそれぞれ図3に示す第1センサエレメント11の静電容量C又は第2センサエレメント21の静電容量Cの特性曲線を原点に平行移動したものであってhの関数であり、C01,C02はそれぞれ第1センサエレメント11又は第2センサエレメント21の気中(h=0)における静電容量であり、本実施形態ではC01=C02である。 The capacitance C 2 of the capacitance C 1 and the second sensor element 21 of the first sensor element 11 are indicated by the following formulas, respectively.
Figure 0004795049
Here, k is a constant, ε r is the dielectric constant of the liquid, and g 1 (h) and g 2 (h) are the capacitance C 1 or second capacitance of the first sensor element 11 shown in FIG. The characteristic curve of the capacitance C 2 of the sensor element 21 is translated from the origin and is a function of h, and C 01 and C 02 are the air in the first sensor element 11 or the second sensor element 21 ( h = 0), and in this embodiment, C 01 = C 02 .

式(1)において両辺をC01で割り、次式を得る。

Figure 0004795049
Both sides divided by C 01 in formula (1), the following equation is obtained.
Figure 0004795049

式(3)を整理して次式を得る。

Figure 0004795049
The following equation is obtained by rearranging equation (3).
Figure 0004795049

同様に式(2)において両辺をC02で割り、整理して次式を得る。

Figure 0004795049
Similarly both sides divided by C 02 in formula (2), the following expression is obtained by organizing.
Figure 0004795049

式(4)で式(5)を辺々割り、次式を得る。

Figure 0004795049
Dividing equation (5) side by side with equation (4), the following equation is obtained.
Figure 0004795049

式(6)はεを含んでおらず、即ち、式(6)より液体の誘電率によらず液面レベルが算出される。 Equation (6) does not include the epsilon r, that is, liquid level regardless the equation (6) the dielectric constant of the liquid is calculated.

このように、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントと第2センサエレメントとでは一対の電極の螺旋ピッチが異なっており、液体に浸漬された際の出力特性、即ち、一対の電極間の静電容量の変化が互いに異なる。そして、第1センサエレメント及び第2センサエレメントが共に液体に浸漬された際の両センサエレメントの出力の比に基づいて、液体の誘電率の影響を補正して液面レベルを精度よく検出することができる。
ここで、液面レベルの検出は第1センサエレメント及び第2センサエレメント各々の一部が液体に浸漬されていれば可能であり、その測定範囲は第1センサエレメントと第2センサエレメントとの水平方向の重複部分となる。これによれば、従来のように電極対を常に液中に配置しておく必要がなく、液体容器の底部若しくはその近傍まで液面レベルを測定することができる。
Thus, according to the liquid level sensor of this embodiment, the spiral pitch of the pair of electrodes is different between the first sensor element and the second sensor element, and the output characteristics when immersed in the liquid, that is, Changes in capacitance between the pair of electrodes are different from each other. Then, based on the ratio of the outputs of both sensor elements when the first sensor element and the second sensor element are both immersed in the liquid, the influence of the dielectric constant of the liquid is corrected and the liquid level is accurately detected. Can do.
Here, the liquid level can be detected as long as a part of each of the first sensor element and the second sensor element is immersed in the liquid, and the measurement range is horizontal between the first sensor element and the second sensor element. Overlapping direction. According to this, it is not necessary to always arrange the electrode pair in the liquid as in the prior art, and the liquid level can be measured up to the bottom of the liquid container or the vicinity thereof.

また、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメント又は第2センサエレメントのうち、一対の電極の螺旋ピッチが下端ほど密とされた第1センサエレメントは、液面が下端部にあるときの液面変位に伴う静電容量の変化率が比較的大きく、第2センサエレメントは、一対の電極の螺旋ピッチが下端ほど疎とされ、よって液面が下端部にあるときの液面変位に伴う静電容量の変化率が比較的小さい。そのため、液面が両センサエレメントの下端部にあるときに液面変位に伴う両センサエレメントの出力の差を顕著なものとし、補正精度を向上させることができる。   Moreover, according to the liquid level sensor of this embodiment, the liquid level of the first sensor element in which the spiral pitch of the pair of electrodes is closer to the lower end of the first sensor element or the second sensor element is lower end. The second sensor element has a relatively large change rate of capacitance due to the liquid level displacement, and the spiral pitch of the pair of electrodes is made sparser toward the lower end, so that the liquid level is lower when the liquid level is at the lower end. The rate of change of capacitance due to surface displacement is relatively small. Therefore, when the liquid level is at the lower ends of both sensor elements, the difference in the outputs of both sensor elements due to the liquid level displacement becomes significant, and the correction accuracy can be improved.

また、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチと第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとが上下対称とされており、液面変位に対する両センサエレメントの出力は逆特性を示すため、補正が容易となる。   Further, according to the liquid level sensor of the present embodiment, the spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element are vertically symmetrical, Since the outputs of both sensor elements exhibit reverse characteristics, correction is easy.

また、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントの下端と第2センサエレメントの下端とが同一高さにあり、両センサエレメントの下端から液面レベルの測定が可能である。よって、液体容器の底部まで液面レベルを測定することができる。   Further, according to the liquid level sensor of the present embodiment, the lower end of the first sensor element and the lower end of the second sensor element are at the same height, and the liquid level can be measured from the lower ends of both sensor elements. . Therefore, the liquid level can be measured up to the bottom of the liquid container.

(第2実施形態)
次に、図4及び図5を参照して、本発明に係る液面レベルセンサの第2実施形態を説明する。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIG.4 and FIG.5, 2nd Embodiment of the liquid level sensor which concerns on this invention is described.

図4に示すように、本実施形態の液面レベルセンサ40は、上述した第1実施形態の液面レベルセンサ10と第2センサエレメントを異にしており、絶縁性基体42の外周に一対の電極43,44が互いに平行に螺旋状に巻きつけられた第2センサエレメント41を備え、その他の構成は第1実施形態の液面レベルセンサ10と共通する。尚、第1実施形態の液面レベルセンサ10と共通する部材については、図中同一符号を付して説明を省略する。   As shown in FIG. 4, the liquid level sensor 40 of the present embodiment is different from the liquid level sensor 10 of the first embodiment described above and the second sensor element, and a pair of outer surfaces of the insulating base 42 are arranged on the outer periphery. The electrodes 43 and 44 include a second sensor element 41 in which the electrodes 43 and 44 are spirally wound in parallel with each other, and other configurations are the same as those of the liquid level sensor 10 of the first embodiment. In addition, about the member which is common with the liquid level sensor 10 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected in a figure and description is abbreviate | omitted.

第2センサエレメント41の絶縁性基体42は、第1センサエレメント11の絶縁性基体12と同一の材料で同一の形状に形成されている。そして、第2センサエレメント41の電極43,44は、絶縁性基体42の4つのリブの外周に互いに平行に螺旋状に巻きつけられており、その螺旋ピッチは、下端から上端にわたって等間隔に設定されている。   The insulating base 42 of the second sensor element 41 is formed of the same material and the same shape as the insulating base 12 of the first sensor element 11. The electrodes 43 and 44 of the second sensor element 41 are spirally wound around the four ribs of the insulating base 42 in parallel with each other, and the helical pitch is set at equal intervals from the lower end to the upper end. Has been.

第1センサエレメント11及び第2センサエレメント41は、第1実施形態の液面レベルセンサ10と同様に、ケースに保持されて、それぞれ端子16,17又は端子46,47を上にして一対の電極13,14又は電極43,44の螺旋軸が鉛直となるように容器1内に配置されている。第1センサエレメント11及び第2センサエレメント41の下端は、いずれも容器の底面近傍にあって同一高さに位置している。   Similar to the liquid level sensor 10 of the first embodiment, the first sensor element 11 and the second sensor element 41 are held by a case and are paired with terminals 16 and 17 or terminals 46 and 47, respectively. 13, 14 or the electrodes 43, 44 are arranged in the container 1 so that the spiral axes thereof are vertical. The lower ends of the first sensor element 11 and the second sensor element 41 are both near the bottom surface of the container and located at the same height.

液面の変位に伴い、第1センサエレメント11の一対の電極13,14において両者の間に液体が介在している部分の長さが変化し、一対の電極13,14間の静電容量が変化する。同様に、液面Sの変位に伴い、第2センサエレメント41の一対の電極43,44間の静電容量も変化する。そして、一対の電極13,14間の静電容量及び一対の電極43,44間の静電容量は、端子16,17そして端子46,47に接続している駆動回路にて測定され、測定された2つの静電容量に基づいて上記所定の演算がなされ、それにより液面レベルが検出される。   With the displacement of the liquid level, the length of the portion of the pair of electrodes 13 and 14 of the first sensor element 11 in which the liquid is interposed changes, and the capacitance between the pair of electrodes 13 and 14 is changed. Change. Similarly, with the displacement of the liquid level S, the capacitance between the pair of electrodes 43 and 44 of the second sensor element 41 also changes. The capacitance between the pair of electrodes 13 and 14 and the capacitance between the pair of electrodes 43 and 44 are measured and measured by a drive circuit connected to the terminals 16 and 17 and the terminals 46 and 47. The predetermined calculation is performed based on the two capacitances, thereby detecting the liquid level.

図5に、容器1の底面からの液面Sの高さhに対する第1センサエレメント11の静電容量C及び第2センサエレメント41の静電容量Cの関係を示す。図中、一点差線が第1センサエレメント11の静電容量Cの特性曲線であり、二点鎖線が第2センサエレメント41の静電容量Cの特性曲線である。 FIG. 5 shows the relationship between the capacitance C 1 of the first sensor element 11 and the capacitance C 2 of the second sensor element 41 with respect to the height h of the liquid level S from the bottom surface of the container 1. In the drawing, the one-dot difference line is a characteristic curve of the capacitance C 1 of the first sensor element 11, and the two-dot chain line is a characteristic curve of the capacitance C 2 of the second sensor element 41.

本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントと第2センサエレメントとでは一対の電極の螺旋ピッチが異なっており、液体に浸漬された際の出力特性、即ち、一対の電極間の静電容量の変化が互いに異なる。そして、第1センサエレメント及び第2センサエレメントが共に液体に浸漬された際の両センサエレメントの出力の比に基づいて、液体の誘電率の影響を補正して液面レベルを精度よく検出することができる。
ここで、液面レベルの検出は第1センサエレメント及び第2センサエレメント各々の一部が液体に浸漬されていれば可能であり、その測定範囲は第1センサエレメントと第2センサエレメントとの水平方向の重複部分となる。これによれば、従来のように電極対を常に液中に配置しておく必要がなく、液体容器の底部若しくはその近傍まで液面レベルを測定することができる。
According to the liquid level sensor of the present embodiment, the spiral pitch of the pair of electrodes is different between the first sensor element and the second sensor element, and the output characteristics when immersed in the liquid, that is, between the pair of electrodes. The changes in the electrostatic capacitances are different from each other. Then, based on the ratio of the outputs of both sensor elements when the first sensor element and the second sensor element are both immersed in the liquid, the influence of the dielectric constant of the liquid is corrected and the liquid level is accurately detected. Can do.
Here, the liquid level can be detected as long as a part of each of the first sensor element and the second sensor element is immersed in the liquid, and the measurement range is horizontal between the first sensor element and the second sensor element. Overlapping direction. According to this, it is not necessary to always arrange the electrode pair in the liquid as in the prior art, and the liquid level can be measured up to the bottom of the liquid container or the vicinity thereof.

また、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第2センサエレメントについては一対の電極の螺旋ピッチが等間隔とされており、第2センサエレメントは共用として種々に螺旋ピッチを変えた第1センサエレメントとの組み合わせで、誘電率の異なる種々の液体に対応することができ、汎用性に優れる。   Further, according to the liquid level sensor of the present embodiment, the second sensor element has a pair of electrodes with an equal pitch of the spiral, and the second sensor element is shared and the spiral pitch is variously changed. In combination with the sensor element, it can cope with various liquids having different dielectric constants, and is excellent in versatility.

また、本実施形態の液面レベルセンサによれば、第1センサエレメントの下端と第2センサエレメントの下端とが同一高さにあり、両センサエレメントの下端から液面レベルの測定が可能である。よって、液体容器の底部まで液面レベルを測定することができる。   Further, according to the liquid level sensor of the present embodiment, the lower end of the first sensor element and the lower end of the second sensor element are at the same height, and the liquid level can be measured from the lower ends of both sensor elements. . Therefore, the liquid level can be measured up to the bottom of the liquid container.

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and not limited as long as the present invention can be achieved.

本発明に係る液面レベルセンサの第1実施形態の正面図である。It is a front view of 1st Embodiment of the liquid level sensor which concerns on this invention. 図1の液面レベルセンサの第1センサエレメントの底面図である。It is a bottom view of the 1st sensor element of the liquid level sensor of FIG. 図1の液面レベルセンサにおいて液面変位と第1センサエレメント及び第2センサエレメントの静電容量の変化との関係を示すグラフである。2 is a graph showing a relationship between a liquid level displacement and changes in electrostatic capacitances of a first sensor element and a second sensor element in the liquid level sensor of FIG. 1. 本発明に係る液面レベルセンサの第2実施形態の正面図である。It is a front view of 2nd Embodiment of the liquid level sensor which concerns on this invention. 図4の液面レベルセンサにおいて液面変位と第1センサエレメント及び第2センサエレメントの静電容量の変化との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the liquid level displacement and the change in capacitance of the first sensor element and the second sensor element in the liquid level sensor of FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 容器
10 液面レベルセンサ
11 第1センサエレメント
12 絶縁性基体
13,14 電極
21 第2センサエレメント
22 絶縁性基体
23,24 電極
L 液体
S 液面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 10 Liquid level sensor 11 1st sensor element 12 Insulating base | substrate 13,14 Electrode 21 2nd sensor element 22 Insulating base | substrate 23,24 Electrode L Liquid S Liquid surface

Claims (2)

絶縁性基体の外周に一対の電極が互いに平行に螺旋状に巻きつけられた第1センサエレメント及び第2センサエレメントを備え、
前記第1センサエレメント及び前記第2センサエレメントは、前記一対の電極の螺旋軸が鉛直で、前記第1センサエレメントの下端と前記第2センサエレメントの下端とが同一高さとなるように、それぞれ配置されており、
前記第1センサエレメントの前記一対の電極と前記第2センサエレメントの前記一対の電極とは螺旋ピッチが互いに異なっており、
前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチは下端から上端に向かうに従って徐々に密もしくは疎となるように設定され、前記第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチは、前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとは逆に、下端から上端に向かうに従って徐々に疎もしくは密となるように設定され、
液体に浸漬された際の前記第1センサエレメント及び前記第2センサエレメントの一対の電極間の静電容量に基づいて該液体の液面レベルを測定することを特徴とする液面レベルセンサ。
A first sensor element and a second sensor element in which a pair of electrodes are spirally wound in parallel to each other on the outer periphery of the insulating substrate;
The first sensor element and the second sensor element are respectively arranged such that the spiral axis of the pair of electrodes is vertical and the lower end of the first sensor element and the lower end of the second sensor element are at the same height. Has been
The pair of electrodes of the first sensor element and the pair of electrodes of the second sensor element have different helical pitches,
The spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element is set to be gradually denser or sparse as it goes from the lower end to the upper end, and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element is the first sensor element. Contrary to the spiral pitch of the pair of electrodes, it is set to gradually become sparse or dense from the lower end toward the upper end,
A liquid level sensor that measures the liquid level of the liquid based on capacitance between a pair of electrodes of the first sensor element and the second sensor element when immersed in the liquid.
前記第1センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチと前記第2センサエレメントの一対の電極の螺旋ピッチとが、上下対称とされていることを特徴とする請求項に記載の液面レベルセンサ。 2. The liquid level sensor according to claim 1 , wherein the spiral pitch of the pair of electrodes of the first sensor element and the spiral pitch of the pair of electrodes of the second sensor element are vertically symmetrical.
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