(57)【要約】【課題】本発明は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても高精度で液位を検出することができる液位センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の液位センサは、常に被測定液中にある第１の検出電極２２と、被測定液の液位を測定する第２の検出電極２３と、常に被測定液外にある第３の検出電極２４を設け、前記第２の検出電極２３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コンデンサ５６を充電し、かつ前記第２の検出電極２３が被測定液外にある部分の長さに比例した時間だけコンデンサ５６の電荷を放電するという動作を繰り返すようにするとともに、前記３つの検出電極の共通引出し線２５にパルスを入力し、前記第１の検出電極２２の引出し線２６と同方向に配置したキャンセル電極３３に前記パルスの反転信号を入力するようにしたものである。【選択図】図２
2010117237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液の液位を測定する第２の検出電極と、常に被測定液外にある第３の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第２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２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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線にパルスを入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極の引出し線と同方向にキャンセル電極を配置し、こ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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をキャンセルするようにした液位センサ。
【請求項２】
パルス発生回路と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第１の抵抗の一端に接続され、常に被測定液中にある第１の検出電極と、前記第１の抵抗の他端が出力に接続され前記第１の検出電極と第１の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第１の差動増幅器と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第２の抵抗の一端に接続され、被測定液の液位を測定する第２の検出電極と、前記第２の抵抗の他端が出力に接続され前記第２の検出電極と第２の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第２の差動増幅器と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第３の抵抗の一端に接続され、常に被測定液外にある第３の検出電極と、前記第３の抵抗の他端が出力に接続され前記第３の検出電極と第３の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第３の差動増幅器と、前記第１の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第１の比較手段と、前記第２の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第２の比較手段と、前記第３の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第３の比較手段と、前記第１の比較手段と第２の比較手段と第３の比較手段の出力信号が入力される論理回路と、この論理回路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および第２のアナログスイッチと、一端が前記第１のアナログスイッチと第２のアナログスイッチの中点に接続され、かつ他端が出力端子に接続された第４の抵抗と、一端が第１の電位と接続され、かつ他端が前記第４の抵抗と出力端子との間に接続されたコンデンサとを備え、前記第２のアナログスイッチが「開」で、第１のアナログスイッチが「閉」のとき、前記コンデンサを充電し、かつ前記第２のアナログスイッチが「閉」で、第１のアナログスイッチが「開」のとき、前記コンデンサの電荷を放電するようにし、さらに前記第１の検出電極、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線にパルスを入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極の引出し線と同方向にキャンセル電極を配置し、こ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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をキャンセルするようにした液位センサ。
【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液位センサに関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出する液位センサ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液位センサとしては図８、図９に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図８は従来の液位センサの検出部の正面図を示したもので、この図８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お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お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、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９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、上記した従来の液位センサにおいては、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、被測定液の誘電率や温度が変化しても高精度で液位を検出することができる液位センサ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、常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液の液位を測定する第２の検出電極と、常に被測定液外にある第３の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第２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２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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線にパルスを入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極の引出し線と同方向にキャンセル電極を配置し、こ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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をキャンセルするようにしたもので、この構成によれば、被測定液の静電容量を被測定液の液位に影響されることなく第１の検出電極によって正確に検出し、そして第２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、かつこの第２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構成としているため、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度の液位センサを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。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、パルス発生回路と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第１の抵抗の一端に接続され、常に被測定液中にある第１の検出電極と、前記第１の抵抗の他端が出力に接続され前記第１の検出電極と第１の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第１の差動増幅器と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第２の抵抗の一端に接続され、被測定液の液位を測定する第２の検出電極と、前記第２の抵抗の他端が出力に接続され前記第２の検出電極と第２の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第２の差動増幅器と、一端が前記パルス発生回路の出力と接続され他端が第３の抵抗の一端に接続され、常に被測定液外にある第３の検出電極と、前記第３の抵抗の他端が出力に接続され前記第３の検出電極と第３の抵抗との節点電位が入力されるとともにその節点電位を閾値と比較する第３の差動増幅器と、前記第１の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第１の比較手段と、前記第２の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第２の比較手段と、前記第３の差動増幅回路の出力信号が入力されるとともにその入力信号を閾値と比較する第３の比較手段と、前記第１の比較手段と第２の比較手段と第３の比較手段の出力信号が入力される論理回路と、この論理回路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および第２のアナログスイッチと、一端が前記第１のアナログスイッチと第２のアナログスイッチの中点に接続され、かつ他端が出力端子に接続された第４の抵抗と、一端が第１の電位と接続され、かつ他端が前記第４の抵抗と出力端子との間に接続されたコンデンサとを備え、前記第２のアナログスイッチが「開」で、第１のアナログスイッチが「閉」のとき、前記コンデンサを充電し、かつ前記第２のアナログスイッチが「閉」で、第１のアナログスイッチが「開」のとき、前記コンデンサの電荷を放電するようにし、さらに前記第１の検出電極、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線にパルスを入力するパルス発生回路を設けるとともに、前記第１の検出電極の引出し線と同方向にキャンセル電極を配置し、こ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、第２の検出電極、第３の検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をキャンセルするようにしたもので、この構成によれば、被測定液の静電容量を被測定液の液位に影響されることなく第１の検出電極によって正確に検出し、そして第２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コンデンサを充電し、かつこの第２の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例した時間だけコンデンサを放電するという動作を繰り返す回路構成としているため、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度の液位センサを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】
【００１１】
以上のように本発明の液位センサは、常に被測定液中にある第１の検出電極と、被測定液の液位を測定する第２の検出電極と、常に被測定液外にある第３の検出電極を検出部に設け、前記第２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コンデンサを充電し、かつこの検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例した時間だけコンデンサを放電することを繰り返す回路を備え、さらに前記３つの検出電極の共通引出し線にパルスを入力し、前記第１の検出電極の引出し線と同方向に配置した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３つの検出電極の共通引出し線との間に蓄積された電荷をキャンセルする構成としているため、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度の液位センサを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】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態における液位センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における液位センサ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、前記検出部２１の略中央には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第２の検出電極２３を設け、さらに前記検出部２１の上端部には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第３の検出電極２４を設けている。そして、前記第１，第２，第３の検出電極２２，２３，２４は上下に延びる共通引出し線２５と各々の引出し線２６，２７，２８によって端子２９，３０，３１，３２に接続されている。３３は第１の検出電極２２の引出し線２６と同方向に配置したキャンセル電極で、このキャンセル電極３３は検出部２１の略上端部から第１の検出電極２２の上端部にわたって設けている。また、前記キャンセル電極３３と第１の検出電極２２の引出し線２６との距離は共通引出し線２５と第１の検出電極の引出し線２６に実質的に等しくなるようにしている。そして、前記キャンセル電極３３は端子３４に接続しているものである。
【００１４】
図２は本発明の一実施の形態における液位センサの検出回路図を示したもので、この図２において、前記検出部２１の端子２９にはパルス発生回路３５からのパルスを入力し、前記検出部２１の端子３０は第１の抵抗３６の一端に接続する。そして、前記検出部２１の端子３４には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３５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３４に入力している。また、第１の抵抗３６の他端は第１の差動増幅回路３７の出力側に接続する。そして、第１の差動増幅器３７の−端子には端子３０と第１の抵抗３６との節点電位が入力され、かつ＋端子には抵抗３８，３９，４０，４１からなる閾値発生手段からの閾値が入力される。これと同様にして前記検出部２１の端子３１，３２はそれぞれ第２、第３の抵抗４２，４３の一端に接続する。また、第２、第３の抵抗４２，４３の他端は第２、第３の差動増幅器４４，４５の出力側に接続する。そしてまた、前記第２、第３の差動増幅器４４，４５の−端子にはそれぞれ端子３１と第２の抵抗４２との節点電位、端子３２と第３の抵抗４３との節点電位が入力され、かつ＋端子には抵抗３８，３９，４０，４１からなる閾値発生手段からの閾値が入力される。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。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。
【００１５】
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がそれぞれ第１の抵抗３６、第２の抵抗４２、第３の抵抗４３と第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器４４、第３の差動増幅器４５とに接続される。この時、第１，第２，第３の検出電極２２，２３，２４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３６とで決まる時定数と、第２の検出電極２３の電極間容量と第２の抵抗４２とで決まる時定数と、第３の検出電極２４の電極間容量と第３の抵抗４３とで決まる時定数とは実質的に等しくなるようにしているものである。
【００１６】
また、前記第１の差動増幅器３７の出力電位は第１の比較手段４６において、抵抗３８，３９，４０，４１からなる閾値発生手段と比較される。これと同様に、前記第２の差動増幅器４４の出力電位および前記第３の差動増幅器４５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４７および第３の比較手段４８において、抵抗３８，３９，４０，４１からなる閾値発生手段と比較される。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。
【００１７】
そして、前記第１，第２，第３の比較手段４６，４７，４８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４９に入力される。この論理回路４９の後段には論理回路４９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５０と第２のアナログスイッチ５１とが第１の電位５２と第２の電位５３との間に設けられている。５４は一端が前記第１のアナログスイッチ５０と第２のアナログスイッチ５１との中点に接続され、かつ他端が出力端子５５に接続された第４の抵抗である。５６は一端が第１の電位５２と接続され、かつ他端が前記第４の抵抗５４と出力端子５５との間に接続されたコンデンサである。
【００１８】
次に、本発明の一実施の形態における液位センサの回路動作を図３を用いて説明する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）はこの液位センサの各部の電圧波形を示したもので、図１で示した液位センサの検出部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は常に被測定液中に浸漬され、かつ第３の検出電極２４は常に被測定液外に配置される。そして、第２の検出電極２３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。
【００１９】
本発明の一実施の形態における液位センサは、電源投入前の初期状態（ｔ0）においては、第１、第２、第３の検出電極２２，２３，２４間に電荷が存在しないため、抵抗３６と第１の検出電極２２との節点電位、抵抗４２と第２の検出電極２３との節点電位、および抵抗４３と第３の検出電極２４との節点電位はすべて第１の電位５２（Ｖ1）にある。
【００２０】
そして、電源が投入されると（ｔ0）、図３（ａ）に示すように前記検出部２１の端子２９にはパルス発生回路３５からのパルスが入力される。このパルスにより、前記第３の差動増幅器４５の出力電位は図３（ｂ）に示すように第１の電位５２（Ｖ1）から第２の電位５３（Ｖ2）に向かって、前記第３の抵抗４３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。また、前記第２の差動増幅器４４の出力電位は図３（ｃ）に示すように第１の電位５２（Ｖ1）から第２の電位５３（Ｖ2）に向かって、前記第２の抵抗４２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、第２の検出電極２３の一部は被測定液中にあるため、前記第２の抵抗４２と第２の検出電極２３の静電容量とで決まる時定数は、前記第３の抵抗４３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、前記第１の差動増幅器３７の出力電位は図３（ｄ）に示すように第１の電位５２（Ｖ1）から第２の電位５３（Ｖ2）に向かって、前記第１の抵抗３６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３６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２の抵抗４２と第２の検出電極２３とで決まる時定数よりも大きくなる。
【００２１】
ここで、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２５と第１の検出電極２２の引出し線２６による静電容量に蓄積される電荷が存在する。そして、共通引出し線２５と第１の検出電極２２の引出し線２６による静電容量は被測定液の液位によって変化するために、見かけ上、第１の検出電極２２の静電容量が増加したかのように測定される。その結果、被測定液の液位測定に誤差が生ずることになる。
【００２２】
本発明の一実施の形態においては、キャンセル電極３３と第１の検出電極２２の引出し線２６との距離を、共通引出し線２５と第１の検出電極２２の引出し線２６との距離と実質的に等しくすることにより各々の静電容量が実質的に等しくなるようにするとともに、前記検出部２１の端子３４にパルス発生回路３５の出力信号を反転させた信号が入力されるようにしているもので、この構成によれば、前記第１の検出電極２２の引出し線２６と共通引出し線２５間に蓄積された電荷と実質的に等量で符号の逆の電荷が第１の検出電極２２の引出し線２６とキャンセル電極３３間に蓄積されるため、第１の検出電極２２の引出し線２６と共通引出し線２５間に蓄積された電荷はキャンセルされることになる。これにより、第１の検出電極２２で検出される被測定液の静電容量が被測定液の液位に影響されることはなくなるものである。
【００２３】
そして、前記第３の抵抗４３と第３の検出電極２４との節点電位が抵抗３８，３９，４０，４１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４８の出力は図３（ｅ）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２の抵抗４２と第２の検出電極２３との節点電位が抵抗３８，３９，４０，４１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４７の出力は図３（ｆ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ2）。また、前記第１の抵抗３６と前記第１の検出電極２２との節点電位が抵抗３８，３９，４０，４１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４６の出力は図３（ｇ）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３５からのパルス発生を停止させるため、前記第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器４４、第３の差動増幅器４５の出力電圧は第２の電位（Ｖ1）まで上昇する（ｔ3）。
【００２４】
その後、前記第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器４４、第３の差動増幅器４５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、そして、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５２（Ｖ1）に戻る。それと同時に、前記第１，第２，第３の比較手段４６，４７，４８の出力はそれぞれ図３（ｇ）（ｆ）（ｅ）に示すようにローからハイに遷移するとともに、図３（ａ）に示すようにパルス発生回路３５からパルスが発生して前記検出部２１の端子２９に入力される（ｔ4）。
【００２５】
さらにその後、前記第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器４４、第３の差動増幅器４５の出力電位は再び第１の電位５２（Ｖ1）から第２の電位５３（Ｖ2）に向かってそれぞれ図３（ｄ）（ｃ）（ｂ）で示すように、前記第３の抵抗４３と第３の検出電極２４の電極間容量、前記第２の抵抗４２と第２の検出電極２３の電極間容量、前記第１の抵抗３６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して、以後、ｔ0からｔ4の区間と同じ動作を繰り返す。
【００２６】
上記第１，第２，第３の比較手段４６，４７，４８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４９に入力され、そして、第１のアナログスイッチ５０には図３（ｈ）に示す信号が、また第２のアナログスイッチ５１には図３（ｇ）に示す信号が出力される。
【００２７】
そして、この場合、第１のアナログスイッチ５０に入力される信号がハイの時、第２のアナログスイッチ５１は「閉」、ローの時、「開」となる。また、第２のアナログスイッチ５１に入力される信号がハイの時、第１のアナログスイッチ５０は「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図３の時間ｔ1〜ｔ2およびｔ5〜ｔ6においては、第１のアナログスイッチ５０が「閉」で第２のアナログスイッチ５１が「開」となるため、第２の電位５３から第４の抵抗５４を通してコンデンサ５６が充電される。そして、図３の時間ｔ2〜ｔ3およびｔ6〜ｔ7においては、第１のアナログスイッチ５０が「開」で第２のアナログスイッチ５１が「閉」となるため、コンデンサ５６に蓄積された電荷が第４の抵抗５３を通して第１の電位５２（Ｖ1）に放電される。
【００２８】
また、図３の時間ｔ0〜ｔ1およびｔ3〜ｔ5等においては、第１のアナログスイッチ５０、第２のアナログスイッチ５１がともに「開」となるため、コンデンサ５５に蓄積された電荷は保存される。このようにして、第２の検出電極２３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５０と第２のアナログスイッチ５１とを交互に開閉してコンデンサ５６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５５に出力することができるものである。
【００２９】
以上の回路動作について、数式を用いてさらに説明する。簡単に説明するため、第１，第２，第３の検出電極２２，２３，２４が被測定液外にある時の単位長さ当たりの静電容量をＣ0、第１の抵抗３６、第３の抵抗４３の抵抗値をｒ1、第２の抵抗４２の抵抗値をｒ2、第１の検出電極２２、第３の検出電極２４の長さをＡ、第２の検出電極２３の長さをＢ、被測定液の比誘電率をεrとし、第２の検出電極２３が被測定液中に浸漬されている長さをαＡ、被測定液外にある長さを（１−α）Ａとする。但し、αは０から１までの任意の正数である。また第１の電位５２（Ｖ1）を０［Ｖ］、第２の電位５３（Ｖ2）をＶdd［Ｖ］とする。この時、第１の検出電極２２と第１の抵抗３６とで決まる時定数は次の（数１）で表される。
【００３０】
【数１】
2010117237.tif 000003
【００３１】
第２の検出電極２３と抵抗４２とで決まる時定数は次の（数２）で表される。
【００３２】
【数２】
2010117237.tif 000004
【００３３】
第３の検出電極２４と抵抗４３とで決まる時定数は次の（数３）で表される。
【００３４】
【数３】
2010117237.tif 000005
【００３５】
ここでは、上記したように、第１，第２，第３の検出電極２２，２３，２４がすべて被測定液外にある状態で第１の検出電極２２の電極間容量と抵抗３６とで決まる時定数と、第２の検出電極２３の電極間容量と抵抗４２とで決まる時定数と、第３の検出電極２４の電極間容量と抵抗４３とで決まる時定数とが実質的に等しくなるようにしているため、
Ｃ0Ａｒ1＝Ｃ0Ｂｒ2
となる。この値を改めてＤとおく。電源が投入されると前記抵抗４３と前記第３の検出電極２４との節点電位Ｖは次の（数４）に示す式で表される。
【００３６】
【数４】
2010117237.tif 000006
【００３７】
この式から図３のｔ1は次の（数５）で表される。
【００３８】
【数５】
2010117237.tif 000007
【００３９】
これと同様に、前記抵抗４２と前記第２の検出電極２３との節点電位Ｖは次の（数６）で表される。
【００４０】
【数６】
2010117237.tif 000008
【００４１】
この式から図３のｔ2は次の（数７）で表される。
【００４２】
【数７】
2010117237.tif 000009
【００４３】
これによって、コンデンサ５６が充電される時間Ｔcは次の（数８）で表される。
【００４４】
【数８】
2010117237.tif 000010
【００４５】
上記と同様にして、コンデンサ５６が放電される時間Ｔdは次の（数９）で表される。
【００４６】
【数９】
2010117237.tif 000011
【００４７】
上記の（数８）と（数９）から、充電時間Ｔcは第２の検出電極２３が被測定液に浸漬されている部分の長さαＡに比例し、放電時間Ｔdは第２の検出電極２３が被測定液外にある部分の長さにより決まることが分かる。さらに、被測定液の誘電率εrが温度変化や被測定液の劣化変性等によって変化したり、温度変化に伴う被測定液の蒸気圧の変化等によりＣ0、すなわちＤで変化したりしても、ＴcおよびＴdは変化するものの、ＴcとＴdの比は変化しないことが分かる。
【００４８】
次に、出力端子５５に現れる出力電圧Ｖ0を数式で表す。図２に示す回路では図３で説明したように、ｔ0〜ｔ1、ｔ3〜ｔ6等の期間では第１，第２のアナログスイッチ５０，５１はともに「開」であるため、コンデンサ５６に蓄積された電荷は変化せず、かつ出力電圧Ｖ0も変化しない。よって、以下においては、これらの期間を無視し、充電時間Ｔc、放電時間Ｔdが繰り返された場合の出力電圧の変化を考える。電源投入直後の出力電圧は０［Ｖ］とする。第４の抵抗５４の抵抗をＲ、コンデンサ５６の容量をＣとすると、第１回目の充電後の出力電圧Ｖ1cは次の（数１０）で表される。
【００４９】
【数１０】
2010117237.tif 000012
【００５０】
第１回目の放電後の出力電圧Ｖ1cは次の（数１１）で表される。
【００５１】
【数１１】
2010117237.tif 000013
【００５２】
第２回目の充電後の出力電圧Ｖ2cは次の（数１２）で表される。
【００５３】
【数１２】
2010117237.tif 000014
【００５４】
第２回目の放電後の出力電圧Ｖ2dは次の（数１３）で表される。
【００５５】
【数１３】
2010117237.tif 000015
【００５６】
さらに第３回目の充電後の出力電圧Ｖ3c、放電後の出力電圧Ｖ3dは次の（数１４）、（数１５）で表される。
【００５７】
【数１４】
2010117237.tif 000016
【００５８】
【数１５】
2010117237.tif 000017
【００５９】
以下、上記と同様にして充電、放電後の出力電圧を求めることができる。
【００６０】
図４〜図７は第４の抵抗５４の抵抗Ｒを５００ｋΩ、コンデンサ５６の容量Ｃを１００ｐＦとした時の出力電圧Ｖ0を計算したものである。
【００６１】
図４は充電時間Ｔcを１μ秒とし、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２の検出電極２３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の時間変化を示したものである。この図４においては、ほぼ５００μ秒経過後、１［Ｖ］の直流成分に振幅がほぼ±０．０４［Ｖ］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。このリップルは適当なローパスフィルタを使用することにより除去することができる。
【００６２】
図５は充電時間Ｔcを２．５μ秒とし、放電時間Ｔdを２．５μ秒とした場合、すなわちＴcとＴdの比、つまり、第２の検出電極２３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１：１の場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示したものである。この図５においては、ほぼ５００μ秒経過後、２．５［Ｖ］の直流成分に振幅がほぼ±０．０６［Ｖ］のリップルが重畳され出力電圧Ｖ0が得られることが分かる。
【００６３】
図６は充電時間Ｔcを４μ秒とし、放電時間Ｔdを１μ秒とした場合、すなわちＴcとＴdの比、つまり、第２の検出電極２３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４：１の場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示したものである。この図６においては、ほぼ５００μ秒経過後、４[Ｖ]の直流成分に振幅がほぼ±０．０４[Ｖ]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。このように、出力端子５５には第２の検出電極２３が被測定液中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の比に比例した出力電圧Ｖ0が発生することになる。
【００６４】
図７は充電時間Ｔcを４．８μ秒とし、放電時間Ｔdを１．２μ秒とした場合、すなわちＴcとＴdが図６の場合よりそれぞれ２０％長くなった場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示したものである。この図７においては、ほぼ５００μ秒経過後、４[Ｖ]の直流成分に振幅がほぼ±０．０５[Ｖ]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。すなわち、被測定液の誘電率εrが温度変化や被測定液の劣化変性等によって変化したり、温度変化に伴い被測定液の蒸気圧の変化等によりＣ0、すなわちＤが変化したりして、ＴcおよびＴdが変化しても、ＴcとＴdの比、つまり、第２の検出電極２３が被測定液中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の比が一定であれば出力電圧Ｖ0の直流成分は変化しないことが分かる。
【００６５】
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液位センサは、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても自動的に常に被測定液の液位に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度の液位センサを提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る液位センサは、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても自動的に常に液位に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度の液位センサを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として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施の形態における液位センサの検出部の正面図
【図２】同液位センサの検出回路図
【図３】（ａ）〜（ｉ）同液位センサの回路動作を説明するための波形図
【図４】同液位センサにおける第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５】同液位センサにおける第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１：１の場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示す特性図
【図６】同液位センサにおける第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４：１の場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示す特性図
【図７】同液位センサにおける第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で、充電時間と放電時間が２０％長くなった場合の出力電圧Ｖ0の時間変化を示す特性図
【図８】従来の液位センサの検出部の正面図
【図９】従来の液位センサの検出回路図
【符号の説明】
【００６８】
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
３５  パルス発生回路
３６  第１の抵抗
３７  第１の差動増幅器
４２  第２の抵抗
４３  第３の抵抗
４４  第２の差動増幅器
４５  第３の差動増幅器
４６  第１の比較手段
４７  第２の比較手段
４８  第３の比較手段
４９  論理回路
５０  第１のアナログスイッチ
５１  第２のアナログスイッチ
５２  第１の電位
５３  第２の電位
５４  第４の抵抗
５５  出力端子
５６  コンデンサ
【図１】
2010117237.tif 000018
【図２】
2010117237.tif 000019
【図３】
2010117237.tif 000020
【図４】
2010117237.tif 000021
【図５】
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【図６】
2010117237.tif 000023
【図７】
2010117237.tif 000024
【図８】
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【図９】
2010117237.tif 000026