JP5045205B2

JP5045205B2 - 液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置

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Publication number: JP5045205B2
Application number: JP2007114966A
Authority: JP
Inventors: 敬治白田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2008268139A

Description

本発明は、サーミスタの自己発熱による気体中及び液体中での熱放散係数が異なることを利用して液体の有無を検出するとともにサーミスタの周囲温度を検出する装置に関するものである。

この種の検出装置として使用するサーミスタは、気体中と液体中での熱放散係数の差が大きく、かつ使用温度範囲内で、自己発熱によって熱暴走を生じさせない必要がある。この点を解消するために、例えば特許文献１に示される液位計が開示されている。この特許文献１に示された液位計では、液位検出用サーミスタ及び温度補償用サーミスタのそれぞれに直列に抵抗体が接続され、これらの直列回路が電源に接続されるとともに、それぞれの直列回路の中点が第１オペアンプのプラス入力端子及びマイナス入力端子に接続され、液位検出用サーミスタが液中にあるときと空中にあるときに、オペアンプがオフ、オン動作するように構成される。このように構成された液位計では、周囲温度が一定以下のときにその温度を検出し自動的に液位検出用サーミスタの負荷抵抗値を小さくするようにし、更に温度補償用サーミスタの抵抗値を液位検出用サーミスタの抵抗値に比べ極めて大きくする。この結果、基準電圧のオペアンプのオンオフによる変動がなくなる。またトランジスタのようなベース−エミッタ間電圧の温度変動による基準電圧の変動もなくなる。更に動作温度範囲も素子温度を抑えながら低温まで拡大できるとともに、温度補償用素子が自己発熱し難いため、より小型の素子にすることができるようになっている。
特開平１０−１７６９４４号公報（請求項１、段落［００１８］）

しかし、上記従来の特許文献１に示された液位計では、熱放散係数の小さいサーミスタを用いるため、応答時間が１８０〜４００秒と長く、あまり応答性の要求されないガソリンタンク等のエンプティ表示に用いることはできても、応答性が要求される湯沸し器等の空焚きの検出には不向きであった。サーミスタの応答性を高めるために、サーミスタを更に小型化すると、熱放散係数が大きくなり、熱暴走の観点から液位計として十分発熱させることが困難となり、加えて熱暴走を生じる電流値がセンサ周囲温度に依存し、周囲温度が低いほど、小電流で熱暴走に至ることが知られている。このため広範囲の温度領域で応答性の良い液位計を実現することは困難であった。

一方、サーミスタには通常以上の電流を流し自己発熱させて使用する。ここでサーミスタに通常以上の電流を流すと、ある電流値以上で熱暴走を生じる問題があり、この電流値はサーミスタの周囲温度が低いほど、小さな電流値となるため、サーミスタに通電する電流値は、使用する温度領域の最低温度における気体中での熱暴走を生じさせない電流値とする必要がある。このため応答性の優れた小型で熱放散係数が大きなサーミスタを用いると、液位検出時に高温域において、十分な自己発熱が生じず、液位計として十分な感度が得られない問題点があった。

本発明の目的は、小型で熱放散係数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに、速やかにかつ精度良く液面を検出できる、液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置を提供することにある。また本発明の別の目的は、熱放散係数の大きい単一のサーミスタを用いることにより、広い温度範囲で熱暴走を生じずに速やかに液面を検出できるとともに、サーミスタの収容スペースを増大せずに済む、液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置を提供することにある。ここで、『熱暴走』について説明する。温度が上昇すると抵抗値が下がるＮＴＣ型サーミスタに電圧を印加すると、そのときの周囲温度に応じた抵抗値と熱放散係数で決まる温度上昇が生じる。通常、この温度上昇が無視できる程度（０．０１〜０．１℃）で温度を測定している。一方、液面の検出に用いるいわゆるパワーサーミスタでは、このサーミスタの発熱が４０〜１５０℃となるような条件で使用し、液体中と気体中での熱放散係数の違いによる発熱差、即ち到達温度の差によって検出している。ここで、サーミスタに所定の電圧を印加した際、自己発熱により抵抗値が低下して電流値が増加することにより発熱し、抵抗値が更に低下して電流値が更に増加することにより更に発熱することを繰返し、最終的に所定の温度に達する。しかし、サーミスタに印加する電圧が高すぎると、上記のループが収束する前に、サーミスタの温度がその耐熱温度以上に上昇して、サーミスタが破損（損傷）する。この現象を熱暴走という。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、電源１１に接続されたサーミスタ１２が自己発熱による気体中及び液体中での熱放散係数が異なることを利用して液体の液面を検出するとともにサーミスタ１２周囲温度を検出する装置の改良である。その特徴ある構成は、電源１１とサーミスタ１２との間に接続されサーミスタ１２の周囲温度に対応する出力電圧を検出する温度検出回路１３と、電源１１とサーミスタ１２との間に接続されサーミスタ１２の気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更する切換回路１４と、温度検出回路１３の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に切換回路１４を制御するコントローラ１６と、コントローラ１６に内蔵され温度検出回路１３で検出されるサーミスタ１２の出力電圧に対応する温度と、切換回路１４による基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方の変更の境界となる温度と、基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更したときの気体中及び液体中での熱放散係数の差に基づく出力電圧差と、サーミスタ１２が気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値とをマップとして記憶するメモリ１９とを備え、コントローラ１６は、温度検出回路１３により検出されたサーミスタ１２の出力電圧を、メモリ１９に記憶されたマップと比較してサーミスタ１２の周囲温度を求め、このサーミスタ１２の周囲温度に基づいて出力電圧差が大きくなる方に切換回路１３を制御し、このときのサーミスタ１２の出力電圧から、メモリ１９に記憶されたサーミスタ１２の出力電圧に対応する温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出し、この出力電圧差をメモリ１９に記憶された気体中であるか又は液体中であるかの判断境界となる出力電圧差の所定値と比較するように構成されたところにある。

この請求項１に記載された液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、温度検出回路１３がサーミスタ１２の周囲温度を検出すると、コントローラ１６はこの温度検出回路１３の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に切換回路１４を制御する。即ち、コントローラ１６は、切換回路１４の基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更することにより、サーミスタ１２の周囲温度の変化に対してサーミスタ１２の気体中及び液体中での熱放散係数の差に基づく出力電圧差が変化するので、サーミスタ１２の周囲温度によって上記出力電圧差が大きくなる方に切換回路１４を制御する。例えば、コントローラ１６が切換回路１４を制御して第１の基準電圧及び基準抵抗に変更すると、所定の温度未満で出力電圧差が小さくなり、所定の温度以上で熱暴走を生じない範囲で出力電圧差が大きくなる。一方、コントローラ１６が第２の基準電圧及び基準抵抗に設定すると、所定の温度未満で熱暴走を生じない範囲で上記出力電圧差が大きくなり、所定の温度以上で上記出力電圧差が小さくなる。そしてサーミスタ１２の周囲温度が所定の温度以上であることを温度検出回路１３が検出すると、コントローラ１６は第１の基準電圧及び基準抵抗に変更するように切換回路１４を制御する。これにより熱暴走を生じない範囲で出力電圧差が大きくなるので、精度良く液面を検出できる。一方、サーミスタ１２の周囲温度が所定の温度未満であることを温度検出回路１３が検出すると、コントローラ１６は第２の基準電圧及び基準抵抗に変更するように切換回路１４を制御する。これにより熱暴走を生じない範囲で出力電圧差が大きくなるので、精度良く液面を検出できる。従って、小型で熱放散係数の大きいサーミスタ１２を用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに精度良く液面を検出できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、サーミスタ１２が気体中で０．１〜８ｍＷ／℃の熱放散係数を有しかつ液体中で０．２〜１０ｍＷ／℃の熱放散係数を有する単一の高速応答型サーミスタであることを特徴とする。この請求項２に記載された液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、熱放散係数の大きい単一のサーミスタ１２で広い温度範囲で熱暴走を生じずに速やかにかつ精度良く液面を検出できるとともに、サーミスタ１２の収容スペースを増大せずに済む。また従来の液位計では液面検出時間が１８０〜４００秒と長かったのに対し、本発明では液面検出時間を２０〜６０秒と大幅に短縮できる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、更に図１に示すように、サーミスタ１２に、このサーミスタ１２が熱暴走を開始する電流値の９０％以下の電流を流すように構成されたことを特徴とする。この請求項３に記載された液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、サーミスタ１２の特性にバラツキを生じても、サーミスタ１２が熱暴走を生じることを確実に防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、更に図１に示すように、サーミスタ１２の液体中及び気体中での出力電圧差がＡ／Ｄコンバータ１８の出力値として５ＬＳＢ（Least Significant Bit）以上となるようにコントローラ１６が切換回路１４を制御するように構成されることを特徴とする。この請求項４に記載された液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、サーミスタ１２の液体中及び気体中での出力電圧差が大きいので、液面を確実に検出できる。

本発明によれば、サーミスタの周囲温度を検出する温度検出回路を電源とサーミスタとの間に接続し、サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更する切換回路を電源とサーミスタとの間に接続し、温度検出回路の検出出力に基づいてコントローラが出力電圧差が大きくなる方に切換回路を制御するように構成したので、温度検出回路がサーミスタの周囲温度を検出すると、コントローラはこの温度検出回路の検出出力に基づいて熱暴走を生じない範囲で出力電圧差が大きくなる方に切換回路を制御する。具体的には、サーミスタの周囲温度が所定の温度以上であることを温度検出回路が検出すると、コントローラは熱暴走を生じない範囲で出力電圧差の大きくなる基準電圧及び基準抵抗に切換回路を制御し、サーミスタの周囲温度が所定の温度未満であることを温度検出回路が検出すると、コントローラは熱暴走を生じない範囲で出力電圧差の大きくなる基準電圧及び基準抵抗に切換回路を制御する。この結果、小型で熱放散係数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに精度良く液面を検出できる。

またサーミスタが単一の高速応答型サーミスタであれば、熱放散係数の大きい単一のサーミスタで広い温度範囲で熱暴走を生じずに速やかに液面を検出できるとともに、サーミスタの収容スペースを増大せずに済む。またサーミスタに、このサーミスタが熱暴走を開始する電流値の９０％以下の電流を流すように構成すれば、サーミスタの特性にバラツキを生じても、サーミスタが熱暴走を生じることを確実に防止することができる。更にサーミスタの液体中及び気体中での出力電圧差がＡ／Ｄコンバータの出力値として５ＬＳＢ以上となるようにコントローラが切換回路を制御すれば、サーミスタの液体中及び気体中での出力電圧差が大きいので、液面を確実に検出できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置１０は、電源１１とサーミスタ１２との間に接続された温度検出回路１３と、電源１１とサーミスタ１２との間に接続された切換回路１４と、温度検出回路１３の検出出力に基づいて切換回路１４を制御するコントローラ１６とを備える。電源１１は、この実施の形態では直流電源である。またサーミスタ１２は、気体中で０．１〜８ｍＷ／℃、好ましくは１〜４ｍＷ／℃の熱放散係数を有し、かつ液体中で０．２〜１０ｍＷ／℃、好ましくは２〜８ｍＷ／℃の熱放散係数を有する単一の高速応答型サーミスタであり、サーミスタ１２には、このサーミスタ１２が熱暴走を開始する電流値の９０％以下、好ましくは５０％以下の電流を流すように構成される。上記気体としては、空気、水蒸気、酸素、窒素、二酸化炭素等が挙げられ、液体としては、水、アルコール、ガソリン、潤滑油等が挙げられる。ここで、サーミスタ１２の気体中での熱放散係数を０．１〜８ｍＷ／℃の範囲に限定したのは、０．１ｍＷ／℃未満では応答性が低く、８ｍＷ／℃以上では殆ど自己発熱しないからである。同様の理由によりサーミスタ１２の液体中での熱放散係数を０．２〜１０ｍＷ／℃の範囲に限定している。更にサーミスタ１２に流す電流値を、サーミスタ１２が熱暴走を開始する電流値の９０％以下に限定したのは、サーミスタ１２の特性のバラツキやサーミスタの劣化を考慮したためである。なお、サーミスタ１２の抵抗は１００Ω〜１０ｋΩ（２５℃）であることが好ましく、Ｂ定数は３０００〜４０００Ｋであることが好ましい。上記サーミスタ１２の抵抗値が上記範囲より高すぎると、自己発熱させるための電力を供給する基準電圧が高くなって実用的でなく、Ｂ定数の上記範囲は通常の周囲温度におけるサーミスタの値であり、低すぎると温度検出時の精度が低下する。

上記電源１１はサーミスタ１２に接続された後に接地される。また電源１１とサーミスタ１２との間には、この実施の形態では電圧可変型の３端子レギュレータ１７が接続される。電源１１は３端子レギュレータ１７の入力端子１７ａに接続され、サーミスタ１２は３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂに接続される。また３端子レギュレータ１７のアジャスト端子１７ｃには、第１スイッチ２１及び第１抵抗器３１と、第２抵抗器３２とが互いに並列に接続された後に接地される。一方、サーミスタ１２と３端子レギュレータ１７との間には、第１基準抵抗器４１と、第２スイッチ２２及び第２基準抵抗器４２とが互いに並列に接続される。サーミスタ１２は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１８の入力端子１８ａに接続され、Ａ／Ｄコンバータ１８の基準電圧端子１８ｂは３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂに接続され、このＡ／Ｄコンバータ１８の基準電圧はサーミスタ１２の基準電圧と同一に設定される。また３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂは第３抵抗器３３を介して上記第２抵抗器３２に接続され、第２抵抗器３２と第３抵抗器３３の接続部から分岐して第３スイッチ２３が接続された後に接地される。更にＡ／Ｄコンバータ１８の出力端子１８ｃはコントローラ１６の制御入力に接続され、コントローラ１６の制御出力は第１〜第３スイッチ２１〜２３に接続される。上記第１スイッチ２１は基準電圧を変更するためのスイッチであり、第２スイッチ２２は基準抵抗を変更するためのスイッチであり、第３スイッチ２３はサーミスタ１２の周囲温度を測定して基準電圧を設定するためのスイッチである。

上記温度検出回路１３は、３端子レギュレータ１７と第３スイッチ２３と第１基準抵抗器４１とサーミスタ１２とを有し、サーミスタ１２の周囲温度を検出するために設けられる。また切換回路１４は、３端子レギュレータ１７と、第１〜第３抵抗器３１〜３３と、第１及び第２スイッチ２１，２２と、第１及び第２基準抵抗器４１，４２とを有し、サーミスタ１２の気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更するように構成される。なお、コントローラ１６にはメモリ１９が内蔵される。このメモリ１９には、上記温度検出回路１３で検出されるサーミスタ１２の出力電圧に対応する温度と、切換回路１４による基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方の変更の境界となる温度と、基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更したときの気体中及び液体中での熱放散係数の差に基づく出力電圧差と、サーミスタ１２が気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値とがマップとして記憶される。

ここで、液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の一例について説明する。この例では、サーミスタ１２として、液体中での熱放散係数が０．００３２Ｗ／℃であり、気体中での熱放散係数が０．００１７Ｗ／℃であり、２５℃での抵抗が２．１８６ｋΩであり、Ｂ定数が３３８６Ｋである高速応答型サーミスタを用いる。また電源１１をＤＣ１５Ｖの直流電源とし、第１〜第３抵抗器３１〜３３の抵抗をそれぞれ６８０Ω、７５０Ω及び１２０Ωとし、第１及び第２基準抵抗器４１，４２の抵抗をそれぞれ１ｋΩ及び４３０Ωとする。この場合、第１及び第２スイッチ２１，２２を開いた状態で、温度測定用基準電圧設定スイッチである第３スイッチ２３を閉じると、３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂでの電圧が１．２５Ｖとなり、第１基準抵抗器４１の抵抗が１ｋΩ（基準抵抗）となる。また第３スイッチ２３を開いた状態で、基準電圧変更スイッチである第１スイッチ２１を閉じると３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂでの電圧が約５Ｖとなり、第１スイッチ２１を開くと３端子レギュレータ１７の出力端子１７ｂでの電圧が約９Ｖとなる。また基準抵抗変更スイッチである第２スイッチ２２を閉じると第１及び第２基準抵抗器４１，４２の合成抵抗（基準抵抗）が約０．３ｋΩとなり、第２スイッチ２３を開くと基準抵抗は第１基準抵抗器４１の抵抗である１ｋΩとなる。

上記第１及び第２スイッチ２１，２２を閉じるとともに、第３スイッチ２３を開いて、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約５Ｖ及び約０．３ｋΩに変更した状態で、サーミスタ１２を気体中及び液体中にそれぞれ入れて周囲温度の変化に対するサーミスタ１２の出力電圧の変化と、上記第１スイッチ２１、第２スイッチ２３及び第３スイッチ２３の全てを開いて、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約９Ｖ及び１ｋΩに変更した状態で、サーミスタ１２を気体中及び液体中にそれぞれ入れて周囲温度の変化に対するサーミスタ１２の出力電圧の変化とを、コンピュータを用いたシミュレーションにより計算すると、それぞれ図２に示す曲線となる。図２から明らかなように、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約５Ｖ及び約０．３ｋΩに変更した場合、周囲温度が低いとき気体中及び液体中の出力電圧差は小さいけれども、周囲温度が高くなると気体中及び液体中の出力電圧差は大きくなることが分かる。一方、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約９Ｖ及び１ｋΩに変更した場合、周囲温度が低いとき気体中及び液体中の出力電圧差は大きいけれども、周囲温度が高くなると気体中及び液体中の出力電圧差は小さくなることが分かる。このことは図３の出力電圧差を示すグラフより更に明確になる。また図３から明らかなように、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約５Ｖ及び約０．３ｋΩに変更した状態の電圧出力差を示す曲線と、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ約９Ｖ及び１ｋΩに変更した状態の電圧出力差を示す曲線とは、周囲温度が約５０℃で交差しているため、周囲温度が５０℃未満であるとき基準電圧及び基準抵抗がそれぞれ約５Ｖ及び約０．３ｋΩである電圧出力差の曲線に変更し、周囲温度５０℃以上のとき基準電圧及び基準抵抗がそれぞれ約９Ｖ及び１ｋΩである電圧出力差の曲線に変更すると、小型で熱放散係数の大きいサーミスタ１２を用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに速やかに液面を検出できる。なお、サーミスタ１２の液体中及び気体中での出力電圧差はＡ／Ｄコンバータ１８のデジタル出力値として５ＬＳＢ以上、好ましくはＡ／Ｄコンバータ１８のデジタル出力値として１０ＬＳＢ以上となるようにコントローラ１６が切換回路１４を制御するように構成される。これによりサーミスタ１２の液体中及び気体中での出力電圧差が大きいので、液面を確実に検出できる。また本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置１０は、給湯器や風呂等の空焚き防止用に用いられ、液面がサーミスタ１２の設置位置より低下した場合には、コントローラ１６が警報を発したり、或いは給湯器等の電源をオフにすることが好ましい。

次の上記液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置１０の動作を図４に基づいて説明する。先ずコントローラ１６は第１及び第２スイッチ２１，２２を開いた状態で第３スイッチ２３を閉じる。これにより基準電圧及び基準抵抗がそれぞれ１．２５Ｖ及び１ｋΩとなり、温度検出回路１３によりサーミスタ１２の周囲温度が検出される。具体的には、サーミスタ１２の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ１８を介してコントローラ１６に入力され、コントローラ１６はこの出力電圧をメモリ１９に記憶されたマップと比較して周囲温度を求める。次いでコントローラ１６は上記温度検出回路１３の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に切換回路１４を制御する。例えば、サーミスタ１２の温度が５０℃以上、例えば６０℃である場合には、コントローラ１６は、第１及び第２スイッチ２１，２２を閉じて第３スイッチ２３を開き、基準電圧及び基準抵抗がそれぞれ５Ｖ及び０．３ｋΩとなる方に変更する。これによりサーミスタ１２の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ１８を介してコントローラ１６に入力されるので、コントローラ１６はこの出力電圧から、メモリ１９に記憶された液体中であって６０℃における出力電圧を引いて出力電圧差を算出する。一方、サーミスタ１２の温度が５０℃未満、例えば４０℃である場合には、コントローラ１６は、第１〜第３スイッチ２１〜２３を開いて、基準電圧及び基準抵抗がそれぞれ９Ｖ及び１ｋΩとなる方に変更する。これによりサーミスタ１２の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ１８を介してコントローラ１６に入力されるので、コントローラ１６はこの出力電圧から、メモリ１９に記憶された液体中であって４０℃における出力電圧を引いて出力電圧差を算出する。

次にコントローラ１６は上記出力電圧差をメモリ１９に記憶された所定の出力電圧差（例えば、Ａ／Ｄコンバータ１８のデジタル出力値として５ＬＳＢ以上）と比較してＡ／Ｄコンバータ１８のデジタル出力値として５ＬＳＢ未満であると、サーミスタ１２は液体中にあると判断し、所定時間経過後に再び上記動作を繰返す。一方、コントローラ１６は上記出力電圧差をメモリ１９に記憶された所定の出力電圧差と比較してＡ／Ｄコンバータ１８のデジタル出力値として５ＬＳＢ以上であると、サーミスタ１２は気体中にあると判断して警報を発する。このように熱暴走を生じない範囲で出力電圧差が大きくなるので、速やかに液面を検出できる。従って、小型で熱放散係数の大きいサーミスタ１２を用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに速やかに液面を検出できる。また基準電圧及び基準抵抗が通常のサーミスタ１２の温度測定と同等であるので、単一のサーミスタ１２でこのサーミスタ１２の周囲温度を検出することができ、省スペースかつ同一箇所で複数の機能を発揮できる。更に従来の液面検出時間が１８０〜４００秒と長かったのに対し、本発明では、液面検出時間を２０〜６０秒と大幅に短縮できる。

なお、上記実施の形態では、図１に示す回路を用い、この回路中のそれぞれの素子に具体的に数値を入れてシミュレーションによりサーミスタの出力電圧差を計算したが、本発明は図１に示す回路や各素子の数値に限定されるものではない。また図５から明らかなように、基準電圧や基準抵抗を変更すると、サーミスタの出力電圧差のピークを変えられることが分かる。このことから周囲温度に応じて基準電圧を変化させることにより、より安定にかつ確実に液面を検出できる。図５において破線の円で囲んだポイントはサーミスタが熱暴走を生じる電流値の５０％を越えているポイントである。よって、破線の円で囲んだポイントを含まないように切換回路を制御することが好ましい。また、上記実施の形態では、切換回路によるサーミスタの周囲温度の切換温度を５０℃としたが、これに限定されるものではなく、４９℃未満でも或いは５１℃以上でもよく、また切換温度を５０℃の１ポイントではなく、例えば３０℃及び６０℃の２ポイントに設定してもよく、或いは３ポイント以上に設定してもよい。

本発明実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の回路構成図である。基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ９Ｖ及び１ｋΩとしたときと、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ５Ｖ及び０．３ｋΩとしたときとの、シミュレーションによるサーミスタの周囲温度の変化に対する気体中及び液体中でのサーミスタの出力電圧の変化と、をそれぞれ示す図である。基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ９Ｖ及び１ｋΩとしたときと、基準電圧及び基準抵抗をそれぞれ５Ｖ及び０．３ｋΩとしたときとの、シミュレーションによるサーミスタの周囲温度の変化に対する気体中及び液体中でのサーミスタの出力電圧差の変化を示す図である。本発明実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の動作を示すフローチャートである。基準電圧及び基準抵抗をいろいろ変更したときの、シミュレーションによるサーミスタの周囲温度の変化に対する気体中及び液体中でのサーミスタの出力電圧差の変化を示す図である。

符号の説明

１０液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置
１１電源
１２サーミスタ
１３温度検出回路
１４切換回路
１６コントローラ
１８Ａ／Ｄコンバータ

Claims

電源に接続されたサーミスタが自己発熱による気体中及び液体中での熱放散係数が異なることを利用して前記液体の液面を検出するとともに前記サーミスタの周囲温度を検出する装置において、
前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの周囲温度に対応する出力電圧を検出する温度検出回路と、
前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更する切換回路と、
前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記出力電圧差が大きくなる方に前記切換回路を制御するコントローラと、
前記コントローラに内蔵され前記温度検出回路で検出される前記サーミスタの出力電圧に対応する温度と、前記切換回路による基準電圧又は基準抵抗のいずれか一方又は双方の変更の境界となる温度と、前記基準電圧又は前記基準抵抗のいずれか一方又は双方を変更したときの気体中及び液体中での熱放散係数の差に基づく出力電圧差と、前記サーミスタが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値とをマップとして記憶するメモリと
を備え、
前記コントローラは、前記温度検出回路により検出された前記サーミスタの出力電圧を、前記メモリに記憶されたマップと比較して前記サーミスタの周囲温度を求め、このサーミスタの周囲温度に基づいて出力電圧差が大きくなる方に前記切換回路を制御し、このときの前記サーミスタの出力電圧から、前記メモリに記憶されたサーミスタの出力電圧に対応する温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出し、この出力電圧差を前記メモリに記憶された気体中であるか又は液体中であるかの判断境界となる出力電圧差の所定値と比較するように構成されたことを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
サーミスタとして、気体中で０．１〜８ｍＷ／℃の熱放散係数を有しかつ液体中で０．２〜１０ｍＷ／℃の熱放散係数を有する単一の高速応答型サーミスタを用いる請求項１記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
サーミスタに、このサーミスタが熱暴走を開始する電流値の９０％以下の電流を流すように構成された請求項１又は２記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
サーミスタの液体中及び気体中での出力電圧差がＡ／Ｄコンバータの出力値として５ＬＳＢ以上となるようにコントローラが切換回路を制御するように構成された請求項１ないし３いずれか１項に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。