(57)【要約】【課題】本発明は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液位や液質を高精度で検出することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明のセンサ装置は、常に被測定液中にある第１の検出電極２２と、被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第２の検出電極２３と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極２４と、常に被測定液外にある第４の検出電極２５を設けるとともに、前記第１の検出電極２２の引出し線２７に沿って第１のキャンセル電極３２を、前記第２の検出電極の引出し線２８と第３の検出電極２４の引出し線３５との間に第２のキャンセル電極４０を、第４の検出電極２５の引出し線３６に沿って第３のキャンセル電極４２をそれぞれ配置したものである。【選択図】図１
2010203871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に立設した検出部に、下方から上方にかけて常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備え、さらに前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線とにパルスをそれぞれ入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第１の検出電極の引出し線に沿って第１のキャンセル電極を、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第２の検出電極の引出し線に沿って第２のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第３の検出電極の引出し線に沿って第３のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第４の検出電極の引出し線に沿って第４のキャンセル電極をそれぞれ配置し、前記第１のキャンセル電極、第２のキャンセル電極、第３のキャンセル電極、第４のキャンセル電極に前記パルスを反転した信号を入力することにより、前記第１の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第２の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第３の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、および前記第４の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をそれぞれキャンセルするようにしたセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に保管された液体の液位を検出するセンサ装置に関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位や液質を検出するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出するセンサ装置としては図６、図７に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図６は従来のセンサ装置の検出部の正面図を示したもので、この図６において、１は上下に延びる長方形の基板で、この基板１の下端部には櫛歯形状の第１の検出電極２が、略中央部には櫛歯形状の第２の検出電極３がそれぞれ設けられている。そして、前記第１の検出電極２は上下に所定の間隔を置いて配置された複数の線状電極４からなり、これらは基板１の両側縁に沿って上下に延びる引出し線５，６に交互に接続されている。また、前記第２の検出電極３は左右に所定の間隔を置いて上端部から下端部に延びるように配置された複数の線状電極７からなり、かつこれらの線状電極７は上端がリード線８，９に交互に接続されている。
【０００３】
液位測定時には前記検出部は被測定液中に浸漬されるもので、この時、前記第１の検出電極２は常に被測定液中に浸漬するように配置される。一方、前記第２の検出電極３は被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減することになる。
【０００４】
図７は上記検出部を用いた検出回路図を示したもので、発振回路１０と処理回路１７とよりなる。発振回路１０はインバータ１１，１２，１３と、抵抗１４とを有し、前記インバータ１２，１３間にはそれぞれアナログスイッチ１５，１６を介して前記検出部における第１、第２の検出電極２，３が接続されている。そして、マイクロコンピュータを有する処理回路１７は最初にアナログスイッチ１５を閉じ、前記抵抗１４と、第１の検出電極２の容量で決定される発振周波数から被測定液の誘電率を計算して記憶する。続いて処理回路１７は一方のアナログスイッチ１５に代えて他方のアナログスイッチ１６を閉じ、前記抵抗１４と、第２の検出電極３の容量とで決定される発振周波数と前記被測定液の誘電率とから液位を算出するもので、被測定液の誘電率が変動した場合でも正確な液位を知ることができるものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開昭６３−７９０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来のセンサ装置においては、常に被測定液中に浸漬される第１の検出電極２間の容量で決定される発振回路１０の発振周波数より被測定液の誘電率を算出して記憶した後、被測定液面と交差し、そして、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する第２の検出電極３間の容量で決定される発振回路１０の発振周波数と前記被測定液の誘電率とから被測定液の液位を演算するようにしているため、演算装置が複雑で大がかりになってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液位や液質を高精度で検出することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、垂直方向に立設した検出部に、下方から上方にかけて常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備え、さらに前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線とにパルスをそれぞれ入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第１の検出電極の引出し線に沿って第１のキャンセル電極を、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第２の検出電極の引出し線に沿って第２のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第３の検出電極の引出し線に沿って第３のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第４の検出電極の引出し線に沿って第４のキャンセル電極をそれぞれ配置し、前記第１のキャンセル電極、第２のキャンセル電極、第３のキャンセル電極、第４のキャンセル電極に前記パルスを反転した信号を入力することにより、前記第１の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第２の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第３の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、および前記第４の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をそれぞれキャンセルするようにしたもので、この構成によれば、各検出電極の引出し線間に発生する静電容量をキャンセルすることができるため、複雑な演算装置を設けることなく液位や液質に正確に比例する電圧を出力することができ、これにより、高精度のセンサを容易に提供することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明のセンサ装置は、垂直方向に立設した検出部に、下方から上方にかけて常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備え、さらに前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線とにパルスをそれぞれ入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第１の検出電極の引出し線に沿って第１のキャンセル電極を、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第２の検出電極の引出し線に沿って第２のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第３の検出電極の引出し線に沿って第３のキャンセル電極を、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線に沿って延びる前記第４の検出電極の引出し線に沿って第４のキャンセル電極をそれぞれ配置し、前記第１のキャンセル電極、第２のキャンセル電極、第３のキャンセル電極、第４のキャンセル電極に前記パルスを反転した信号を入力することにより、前記第１の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第２の検出電極の引出し線と、前記第１の検出電極と第２の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、前記第３の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷、および前記第４の検出電極の引出し線と、前記第３の検出電極と第４の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をそれぞれキャンセルするようにしているため、各検出電極の引出し線間に発生する静電容量をキャンセルすることができ、これにより、複雑な演算装置を設けることなく液位や液質に正確に比例する電圧を出力することができるため、高精度のセンサを容易に提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図を示したもので、この図１において、２１は上下に延びる長方形のポリイミドフィルム等からなる検出部で、この検出部２１の下端部には櫛歯形状のカーボン等からなる一対の第１の検出電極２２を設けている。また、前記第１の検出電極２２の上部には櫛歯形状のカーボン等からなる一対の第２の検出電極２３を設け、そして、この第２の検出電極２３の上部には同じく櫛歯形状のカーボン等からなる一対の第３の検出電極２４を設け、さらに前記第３の検出電極２４の上部には同じく櫛歯形状のカーボン等からなる一対の第４の検出電極２５を設けている。また、前記第１、第２の検出電極２２，２３は共通引出し線２６と各々の引出し線２７，２８によって端子２９，３０，３１に接続されているものである。３２は端子３３に接続され、かつ前記第１の検出電極２２の引出し線２７に沿って配置した第１のキャンセル電極で、この第１のキャンセル電極３２は前記第１の検出電極２２の上端部にわたって設けている。また、前記第３、第４の検出電極２４，２５は共通引出し線３４と各々の引出し線３５，３６によって端子３７，３８，３９に接続されているものである。４０は端子４１に接続され、かつ前記第２の検出電極２３の引出し線２８と第３の検出電極２４の引出し線３５との間に配置した第２のキャンセル電極で、この第２のキャンセル電極は前記第２の検出電極２３の上端部と第３の検出電極２４の下端部にわたって設けている。４２は端子４３に接続され、かつ前記第４の検出電極２５の引出し線３６に沿って配置した第３のキャンセル電極で、この第３のキャンセル電極４２は前記第４の検出電極２５の下端部にわたって設けている。
【００１３】
図２は図１における第２の検出電極２３のＡ−Ａ線での断面図を示したもので、この図２に示すように、第２の検出電極２３は、対向する電極４４全体を絶縁物４５を介して金属層４６で覆うことにより構成しているもので、このような構成とすることにより、対向する電極４４間に発生する電気力線は被測定液内を通過しないため、第２の検出電極２３で測定される対向する電極４４間の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けることがなくなるものである。
【００１４】
なお、前記絶縁物４５としては被測定液または被測定液を含浸させた固形物あるいは被測定液と実質的に同じ誘電率温度特性を持つ物質を選択するのが望ましい。これにより、液質測定における温度変化の影響を除去することができるものである。
【００１５】
図３は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出回路図を示したもので、この図３において、前記検出部２１の端子２９，３７にはパルス発生回路５１からのパルスを入力し、かつ前記検出部２１の端子３３，４１，４３には各々レベル調整器５２，５３，５４を介して前記パルスを反転させた信号を入力する。この検出回路ではパルス発生回路５１の最終段にあるＮＯＲゲートの入力から分岐させた信号を前記検出部２１の端子３３，４１，４３に入力している。
【００１６】
そして、前記検出部２１の端子２９，３７にパルス発生回路５１からのパルスを入力すると、前記検出部２１の端子２９，３０間には第１の検出電極２２による静電容量に蓄積される電荷と、共通引出し線２６と第１の検出電極２２の引出し線２７間の静電容量に蓄積される電荷が存在し、また、前記検出部２１の端子２９，３１間には第２の検出電極２３による静電容量に蓄積される電荷と、共通引出し線２６と第２の検出電極２３の引出し線２８間の静電容量に蓄積される電荷が存在する。これと同様に、前記検出部２１の端子３７，３８間には第３の検出電極２４による静電容量に蓄積される電荷と、共通引出し線３４と第３の検出電極２４の引出し線３５間の静電容量に蓄積される電荷が存在し、また、前記検出部２１の端子３７，３９間には第４の検出電極２５による静電容量に蓄積される電荷と、共通引出し線３４と第４の検出電極２５の引出し線３６間の静電容量に蓄積される電荷が存在することになる。
【００１７】
そしてまた、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置においては、前記第１の検出電極２２の引出し線２７に沿って第１のキャンセル電極３２を、前記第２の検出電極２３の引出し線２８と第３の検出電極２４の引出し線３５との間に第２のキャンセル電極４０を、前記第４の検出電極２５の引出し線３６に沿って第３のキャンセル電極４２をそれぞれ配置し、前記第１のキャンセル電極３２、第２のキャンセル電極４０、第３のキャンセル電極４２に各々レベル調整器５２，５３，５４を介して前記パルス発生回路５１からのパルスを反転させた信号を入力することにより、前記第１の検出電極２２の引出し線２７と、前記第１の検出電極２２と第２の検出電極２３の共通引出し線２６との間に蓄積された電荷、そして前記第２の検出電極２３の引出し線２８と、前記第１の検出電極２２と第２の検出電極２３の共通引出し線２６との間に蓄積された電荷、さらに前記第３の検出電極２４の引出し線３５と、前記第３の検出電極２４と第４の検出電極２５の共通引出し線３４との間に蓄積された電荷、そして前記第４の検出電極２５の引出し線３６と、前記第３の検出電極２４と第４の検出電極２５の共通引出し線３４との間に蓄積された電荷をそれぞれキャンセルするようにしているものである。
【００１８】
これにより、端子２９，３０間、端子２９，３１間、端子３７，３８間、端子３７，３９間で測定される静電容量は各々櫛歯形状の検出電極２２，２３，２４，２５部で測定される静電容量のみとなるものである。
【００１９】
５５は第１の差動増幅器で、この第１の差動増幅器５５の一端子には前記検出部２１の端子３０と第１の抵抗５６の一端との節点電圧が入力される。これと同様に、第２の差動増幅器５７、第３の差動増幅器５８、第４の差動増幅器６０の一端子の各々には前記検出部２１の端子３１と第２の抵抗５８の一端との節点電圧、前記検出部２１の端子３８と第３の抵抗５９の一端との節点電圧、前記検出部２１の端子３９と第４の抵抗６１との節点電圧が入力されるとともに＋端子には図示していない閾値発生手段からの閾値が入力される。なお、本発明の一実施の形態においては、この閾値を電源電圧の１／４としているものである。また、第１、第２、第３、第４の抵抗５６，５８，５９，６１の他端は各々第１、第２、第３、第４の差動増幅器５５，５７，５８，６０の出力側に接続する。さらに、各々の差動増幅器の入出力間にはダイオードと抵抗とが直列に接続されているものである。
【００２０】
これにより、第１の検出電極２２、第２の検出電極２３、第３の検出電極２４、第４の検出電極２５がそれぞれ第１の抵抗５６と第１の差動増幅器５５、第２の抵抗５８と第２の差動増幅器５７、第３の抵抗５９と第３の差動増幅器５８、第４の抵抗６１と第４の差動増幅器６０とに接続される。この時、第１、第３、第４の検出電極２２，２４，２５がすべて被測定液外にある状態で第１の検出電極２２の電極間容量と第１の抵抗５６とで決める時定数と、第３の検出電極２４の電極間容量と第３の抵抗５９とで決まる時定数と、第４の検出電極２５の電極間容量と第４の抵抗６１とで決まる時定数は実質的に等しくなるようにしている。そして、第１の検出電極２２と第２の検出電極２３をともに被測定液中に浸漬させた状態で、第２の検出電極２３と第２の抵抗５８とで決まる時定数は第１の検出電極２２の電極間容量と第１の抵抗５６とで決まる時定数よりも小さくなるようにしている。
【００２１】
次に、前記第１の差動増幅器５５の出力電位は第１の比較手段６２において、図示していない閾値発生手段からの閾値と比較される。これと同様に、前記第２の差動増幅器５７の出力電位、第３の差動増幅器５８の出力電位および第４の差動増幅器６０の出力電位はそれぞれコンパレータからなる第２の比較手段６３、第３の比較手段６４および第４の比較手段６５において、図示していない閾値発生手段からの閾値と比較される。なお、本発明の一実施の形態においてはこの閾値を電源電圧の１／２としているものである。
【００２２】
次に、前記第１、第３、第４の比較手段６２，６４，６５の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路６６に入力される。この論理回路６６の後段には論理回路６６の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチ６７と第２のアナログスイッチ６８とが第１の電位６９と第２の電位７０との間に設けられている。７１は一端が前記第１のアナログスイッチ６７と第２のアナログスイッチ６８との中点に接続され、かつ他端が出力端子７２に接続された第５の抵抗である。７３は一端が第１の電位６９と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗７１と出力端子７２との間に接続されたコンデンサである。
【００２３】
また、前記第１、第２の比較手段６２，６３の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路７４に入力される。この論理回路７４の後段には論理回路７４の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチ６７と第２のアナログスイッチ７６とが第１の電位６９と第２の電位７０との間に設けられている。７７は一端が前記第１のアナログスイッチ７５と第２のアナログスイッチ７６との中点に接続され、かつ他端が出力端子７８に接続された第６の抵抗である。７９は一端が第１の電位６９と接続され、かつ他端が前記第６の抵抗７７と出力端子７８との間に接続されたコンデンサである。
【００２４】
なお、前記検出部２１の各端子とパルス発生回路５１、抵抗５６，５８，５９，６１等との接続は浮遊容量を発生しないよう最小寸法で接続されているものである。
【００２５】
図４を用いて、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の回路動作を説明する。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）はこのセンサ装置の各部の電圧波形を示したものである。図１に示すセンサ装置の検出部２１を図示していないオイルパン中のエンジンオイル等の被測定液に浸漬する。この時、第１の検出電極２２と第２の検出電極２３は常に被測定液中に浸漬され、かつ第４の検出電極２５は常に被測定液外に配置される。そして、第３の検出電極２４は被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分が液位の昇降に伴って増減するものである。
【００２６】
本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は、電源投入前の初期状態（ｔ0）においては、第１、第２、第３、第４の検出電極２２，２３，２４，２５間に電荷が存在しないため、第１の抵抗５６と第１の検出電極２２との節点電位、第２の抵抗５８と第２の検出電極２３との節点電位、第３の抵抗５９と第３の検出電極２４との節点電位および第４の抵抗６１と第４の検出電極２５との節点電位はすべて第１の電位６９（Ｖ1）にある。
【００２７】
電源が投入されると（ｔ0）、図４（ａ）に示すように前記検出部２１の端子２９，３７にはパルス発生回路５１からのパルスが入力される。このパルスは前記第４の抵抗６１、第４の検出電極２５の電極間容量および第４の差動増幅器６０からなる微分回路で微分され、第４の差動増幅器６０の出力電位は、図４（ｂ）に示すように第１の電位６９（Ｖ1）から第２の電位７０（Ｖ2）に向かって、前記第４の抵抗６１と第４の検出電極２５の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。また、前記第３の抵抗５９、第３の検出電極２４の電極間容量および第３の差動増幅器５８からなる微分回路の出力電位は、図４（ｃ）に示すように第１の電位６９（Ｖ1）から第２の電位７０（Ｖ2）に向かって、前記第３の抵抗５９と第３の検出電極２４の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第３の検出電極２４の一部は被測定液中にあるため、前記第３の抵抗５９と第３の検出電極２４の静電容量とで決まる時定数は、前記第４の抵抗６１と第４の検出電極２５とで決まる時定数よりも大きくなる。そして、これと同様に、第１の抵抗５６、第１の検出電極２２の電極間容量および第１の差動増幅器５５からなる微分回路の出力電位は、図４（ｄ）に示すように第１の電位６９（Ｖ1）から第２の電位７０（Ｖ2）に向かって、前記第１の抵抗５６と第１の検出電極２２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第１の検出電極２２は常に被測定液中に浸漬されているため、前記第１の抵抗５６と第１の検出電極２２の静電容量とで決まる時定数は、前記第３の抵抗５９と第３の検出電極２４とで決まる時定数よりも大きくなる。さらに、第２の抵抗５８、第２の検出電極２３の電極間容量および第２の差動増幅器５７からなる微分回路の出力電位は、図４（ｅ）に示すように第１の電位６９（Ｖ1）から第２の電位７０（Ｖ2）に向かって、前記第２の抵抗５８と第２の検出電極２３の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、前記のように第１の検出電極２２と第２の検出電極２３をともに被測定液中に浸漬させた状態で、第２の検出電極２３と第２の抵抗５８とで決まる時定数は第１の検出電極２２の電極間容量と第１の抵抗５６とで決まる時定数よりも小さくなるようにしている。
【００２８】
前記第４の差動増幅器６０の出力電位が図示していない閾値発生手段で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第４の比較手段６５の出力は、図４（ｆ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ1）。これと同様に、前記第３の差動増幅器５８の出力電位が図示していない閾値発生手段で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第３の比較手段６４の出力は、図４（ｇ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ2）。また、前記第２の差動増幅器５７の出力電位が図示していない閾値発生手段で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第２の比較手段６３の出力は、図４（ｉ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ3）。さらに、前記第１の差動増幅器５５の出力電位が図示していない閾値発生手段で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第１の比較手段６２の出力は、図４（ｈ）に示すようにハイからローに遷移すると同時に、パルス発生回路５１からのパルス発生が停止するため、前記第１の差動増幅器５５、第２の差動増幅器５７、第３の差動増幅器５８、第４の差動増幅器６０の出力電圧は第２の電位（Ｖ1）まで上昇する（ｔ4）。
【００２９】
その後、第１の差動増幅器５５、第２の差動増幅器５７、第３の差動増幅器５８、第４の差動増幅器６０の入出力間に接続されているダイオードがオンするため、各差動増幅器の出力電圧は急速に低下して、各差動増幅器の＋入力に与えられている閾値電位に達すると、各差動増幅器の出力は第１の電位６９（Ｖ1）に戻る。それと同時に、前記第１、第２、第３、第４の比較手段６２，６３，６４，６５の出力はそれぞれ図４（ｉ）（ｈ）（ｇ）（ｆ）に示すようにローからハイに遷移するとともに、図４（ａ）に示すようにパルス発生回路５１からパルスが発生して前記検出部２１の端子３０，３８に入力される（ｔ5）。
【００３０】
そして、その後、第１の差動増幅器５５、第２の差動増幅器５７、第３の差動増幅器５８、第４の差動増幅器６０の出力電位は、再び第１の電位６９（ｔ1）から第２の電位７０（ｔ2）に向かって、それぞれ図４（ｄ）（ｅ）（ｃ）（ｂ）に示すように、前記第１の抵抗５６と第１の検出電極２２の電極間容量、前記第２の抵抗５８と第２の検出電極２３の電極間容量、前記第３の抵抗５９と第３の検出電極２４の電極間容量、前記第４の抵抗６１と第４の検出電極２５の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇して、以後、ｔ0からｔ5の区間と同じ動作を繰り返す。
【００３１】
また、上記第１、第３、第４の比較手段６２，６４，６５の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路６６に入力されて、第１のアナログスイッチ６７には図４（ｊ）に示すように、図４（ｆ）に示すパルスの立ち下がりから図４（ｇ）に示すパルスの立ち下がりまでのパルス幅を持つパルス信号が、また第２のアナログスイッチ６８には図４（ｋ）に示すように、図４（ｇ）に示すパルスの立ち下がりから図４（ｈ）に示すパルスの立ち下がりまでのパルス幅を持つパルス信号が出力される。
【００３２】
そして、この場合、第１のアナログスイッチ６７に入力される信号がハイの時、第１のアナログスイッチ６７は「閉」、ローの時、「開」となる。また、第２のアナログスイッチ６８に入力される信号がハイの時、第２のアナログスイッチ６８は「閉」、ローの時「開」となる。これにより、図４の時間ｔ1〜ｔ2およびｔ6〜ｔ7においては、第１のアナログスイッチ６７が「閉」で第２のアナログスイッチ６８が「開」となるため、第２の電位７０から第５の抵抗７１を通してコンデンサ７３が充電される。そして、図４の時間ｔ2〜ｔ4およびｔ7〜ｔ9においては、第１のアナログスイッチ６７が「開」で第２のアナログスイッチ６８が「閉」となるため、コンデンサ７３に蓄積された電荷が第５の抵抗７１を通して第１の電位６９（Ｖ1）に放電される。
【００３３】
また、図４の時間ｔ0〜ｔ1およびｔ4〜ｔ5等においては、第１のアナログスイッチ６７、第２のアナログスイッチ６８がともに「開」となるため、コンデンサ７３に蓄積された電荷は保存される。このようにして、第３の検出電極２４が被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さにより決まる時間だけ第１のアナログスイッチ６７と第２のアナログスイッチ６８とを交互に開閉してコンデンサ７３を充放電することにより、被測定液の液位をアナログ電圧として出力端子７２に出力することができる。
【００３４】
図５は第５の抵抗７１の抵抗Ｒを５００ｋΩ、コンデンサ７３の容量Ｃを１００ｐＦとした時、充電時間Ｔｃを１μ秒とし、かつ放電時間Ｔｄを４μ秒とした場合、すなわちＴｃとＴｄの比、つまり、第３の検出電極２４の被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さとの比が１：４の場合にコンデンサ７３の両端に出力されるアナログ電圧Ｖ0をシミュレーションしたものである。
【００３５】
この図５から明らかなように、約５００μ秒経過後、１［Ｖ］の直流成分にほぼ±０．０４［Ｖ］振幅のリップルが重畳された出力電圧Ｖ0が得られることが分かる。このリップルはローパスフィルタにより除去されるため、電源を投入してから一定時間経過後には被測定液の液位を表す直流電圧が出力端子７２に出力されることになる。
【００３６】
また、上記第１、第２の比較手段６２，６３の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路７４に入力されて、第１のアナログスイッチ７５には図４（ｌ）に示すように、図４（ｉ）に示すパルスの立ち下がりから図４（ｈ）に示すパルスの立ち下がりまでのパルス幅を持つパルス信号が、また第２のアナログスイッチ７６には図４（ｍ）に示すように、図４（ｈ）に示すパルスの立ち上がりから図４（ｉ）に示すパルスの立ち下がりまでのパルス幅を持つパルス信号が出力される。
【００３７】
そして、この場合、各アナログスイッチに入力される信号がハイの時、アナログスイッチは「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図４の時間ｔ3〜ｔ4およびｔ8〜ｔ9においては、第１のアナログスイッチ７５が「閉」で第２のアナログスイッチ７６が「開」となるため、第２の電位７０から第６の抵抗７７を通してコンデンサ７９が充電される。そして、図４の時間ｔ0〜ｔ3およびｔ5〜ｔ8においては、第１のアナログスイッチ７５が「開」で第２のアナログスイッチ７６が「閉」となるため、コンデンサ７９に蓄積された電荷が第６の抵抗７７を通して第１の電位６９（Ｖ1）に放電される。
【００３８】
このようにして、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受ける前記第１の検出電極２２で測定される静電容量と、被測定液が有する誘電率の影響を受けることのない前記第２の検出電極２３で測定される静電容量との差に比例する時間だけ前記コンデンサ７９を充電し、かつ前記第１の検出電極２２で測定される静電容量に比例する時間だけ前記コンデンサ７９に充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより、被測定液の液質に比例する電圧を第１の出力端子７８に出力することができるものである。
【００３９】
次に、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置に設けたキャンセル電極の役割について、さらに説明する。
【００４０】
図１に示す本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出部において、第１のキャンセル電極３２を配置しない場合には、被測定液の液面における第３の検出電極２４と交差する位置（液位）が変化するとともに、被測定液の液面における共通引出し線２８と第１の検出電極２２の引出し線２７とが交差する位置も変化するために、共通引出し線２８と第１の検出電極２２の引出し線２７との間に発生する静電容量が変化する。これにより、図４（ｈ）に示すパルスの立ち下がりが変化して、液位を表す出力電圧値に誤差が生ずることになる。
【００４１】
また、第２のキャンセル電極４０を配置しない場合には、被測定液の液面における第３の検出電極２４と交差する位置（液位）が変化するとともに、被測定液の液面における共通引出し線２６と第２の検出電極２３の引出し線２８とが交差する位置も変化するために、共通引出し線２６と第２の検出電極２３の引出し線２８との間に発生する静電容量が変化する。これにより、図４（ｊ）に示すパルスの立ち下がりが変化して、液質を測定するための基準が変動するために液質を表す出力電圧値に誤差が生ずることになる。これと同時に、被測定液の液面における第３の検出電極２４と交差する位置（液位）が変化するとともに、被測定液の液面における共通引出し線３４と第３の検出電極２４の引出し線３５とが交差する位置も変化するために、共通引出し線３４と第３の検出電極２４の引出し線３５との間に発生する静電容量が変化する。これにより、図４（ｊ）に示すパルスの立ち下がりと図４（ｇ）に示すパルスの立ち下がりが変化して液位を表す出力電圧値に誤差が生ずることになる。
【００４２】
これと同様に、第３のキャンセル電極４２を配置しない場合には、被測定液の液面における第３の検出電極２４と交差する位置（液位）が変化するとともに、被測定液の液面における共通引出し線３４と第４の検出電極２５の引出し線３６とが交差する位置も変化するために、共通引出し線３４と第４の検出電極２５の引出し線３６との間に発生する静電容量が変化する。これにより、図４（ｆ）に示すパルスの立ち下がりが変化して、液位を表す出力電圧値に誤差が生ずることになる。
【００４３】
これに対し、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置においては、第１の検出電極２２の引出し線２７に沿って第１のキャンセル電極３２を、第２の検出電極２３の引出し線２８と第３の検出電極２４の引出し線３５との間に第２のキャンセル電極４０を、第４の検出電極２５の引出し線３６に沿って第３のキャンセル電極４２をそれぞれ配置し、各々レベル調整器５２，５３，５４を介して前記パルス発生回路５１からのパルスを反転させた信号を入力することにより、各検出電極の引出し線と共通引出し線との間に蓄積される電荷をキャンセルするようにして、端子２９，３０間、端子２９，３１間、端子３７，３８間、端子３７，３９間で測定される静電容量を各々櫛歯形状の検出電極２２，２３，２４，２５で測定される静電容量のみとしているものである。これにより、各検出電極で検出される被測定液の静電容量は被測定液の液位に影響されなくなり、その結果、液位や液質を正確に表す出力電圧値が得られることになる。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく液位や液質に正確に比例する電圧を出力することができるため、高精度のセンサを容易に提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係るセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく液位や液質に正確に比例する電圧を出力することができ、これにより、高精度のセンサを容易に提供することができるという効果を有するものであり、特に、自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出するセンサ装置として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図
【図２】図１における第２の検出電極のＡ−Ａ線での断面図
【図３】同センサ装置の検出回路図
【図４】（ａ）〜（ｍ）同センサ装置の回路動作を説明するための波形図
【図５】同センサ装置における第２の検出電極の被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さとの比が１：４の場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示す特性図
【図６】従来のセンサ装置の検出部の正面図
【図７】同センサ装置の検出回路図
【符号の説明】
【００４７】
２１  検出部
２２  第１の検出電極
２３  第２の検出電極
２４  第３の検出電極
２５  第４の検出電極
２６，３４  共通引出し線
２７，２８，３５，３６  引出し線
３２  第１のキャンセル電極
４０  第２のキャンセル電極
４２  第３のキャンセル電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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