(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外圧を受けて変形するダイヤフラム上に形成された移動電極と該移動電極と離間して配置された固定電極とを備え、両電極間の空隙の変化に伴う静電容量の変化により外圧を検出する圧力検出素子と、この圧力検出素子からの出力信号を処理する信号処理回路部とをハウジング内に密閉収容するとともに、前記ハウジング内に大気を導入するエアチューブを備えた水没型水圧式水位センサにおいて、
前記エアチューブのハウジング内部の開口端と、前記両電極間の空隙部に連通する接続部分とが中継チューブを介して気密的に接続されていて、
前記圧力検出素子は、外部から圧力を受けて変形する移動電極を備えたダイヤフラムと、前記移動電極と所定間隔離間して固定電極を備えた台座が配置され、前記移動電極と固定電極との間に空隙が形成され、前記台座には前記空隙と連通する通孔が設けられ、該通孔の上部に突起が設けられ、前記中継チューブとの接続部分をなしていることを特徴とする水没型水圧式水位センサ。
【請求項２】
前記圧力検出素子とハウジングとの間にパッキンが介装されていることを特徴とする請求項１記載の水没型水圧式水位センサ。
【請求項３】
前記信号処理回路部が樹脂封止してハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１記載の水没型水圧式水位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば汚水処理槽の水位等、水深を計測してポンプの可変速を行って、水深に拘わらずポンプの揚水量を一定量に制御したり、水位が一定面に達した時に警報を発生させる等の用途に使用する水没型水圧式水位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、給排水設備等の水位検出用のセンサとしては、エアーポンプを備え、圧力検出端を大気中に設置して水位を検出するようにした、いわゆるエアーパージ方式を採用した圧力センサが一般に広く用いられている（例えば、特開平７−５４３９４号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、このようなエアーパージ方式を採用した水位センサにあっては、装置が複雑化するばかりでなく、エアーパージのためのエアーポンプの寿命が比較的短いために維持管理上に問題があった。
【０００４】
このため、近年、より簡便な設備で汚水処理槽やその他一般水槽、池、河川等における水位を検出できるようにしたものとして、水没型水圧式水位センサが開発されている。
【０００５】
即ち、図３に示すように、略円筒状のハウジング１の下端面に圧力検出端としての開口部１ａが設けられ、この開口部１ａに対面させつつ圧力検出素子２がハウジング１の内部に密封収容されているとともに、この圧力検出素子２からの出力信号を増幅・処理・伝送するための信号処理回路部３もハウジング１内に密封収容されている。
【０００６】
ここに、前記圧力検出素子２には、前記開口部１ａからの圧力（水圧）を受けて変形するダイヤフラム４が備えられ、このダイヤフラム４上に移動電極５が固着されているとともに、この移動電極５と所定間隔離間して固定電極６が台座７に固着されて配置され、これによって、両電極５，６間に空隙８が形成されている。
【０００７】
なお、前記ダイヤフラム４と台座７との間には、前記各電極５，６の周囲を取り囲み前記空隙８の間隔を保持する接合ガラス９が介装され、更に、台座７には、ハウジング１の内部と空隙８とを連通させる通孔１０が設けられている。
【０００８】
更に、前記ハウジング１の上端にケーブル１１が挿通され、このケーブル１１の内部に前記信号処理回路部３からの出力信号を外部に取り出す導線１２と、ハウジング１内に大気を導入するエアチューブ１３とが収容されている。
【０００９】
そして、前記ハウジング１を水中に没するとともに、エアチューブ１３から大気を導入してハウジング１の内部、ひいては前記両電極５，６間の空隙８を大気圧と均圧化することにより、水圧が開口部１ａからダイヤフラム４の下面に、ハウジング１の内部圧力（大気圧）がダイヤフラム４の上面にそれぞれ作用し、この力の釣り合いによってダイヤフラム４が変形して、前記両電極５、６間の空隙８が変化し、水圧がこの空隙８の変化に伴う静電容量の変化として検出され、水位を検出するようになっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水没型水圧式水位センサにあっては、ハウジング内の空気の湿分が水温の低下によって結露した場合に、温度低下によるハウジング内の空気の収縮によって、エアチューブから多量の湿分を含んだ新たな外気がハウジング内に導入され、ハウジング内に結露による水分の蓄積が行われて、内部の信号処理回路部の誤作動や故障の原因となるといった問題があった。
【００１１】
しかも、圧力検出素子として、外圧を受け変形するダイアフラム上に形成された移動電極と該移動電極と空隙を有して相対する固定電極で構成され、外圧をこれら両電極間の空隙変化による静電容量の変化として検出する、いわゆる静電容量型素子を用いた場合においては、両電極間に結露が発生すると誘電率に変化が生じ、検出感度が異常となり誤作動の発生原因となってしまう。
【００１２】
即ち、ハウジング内の空気温度が低い水温に伴って低下した場合、下記式（１）に示すようにハウジング内の空気が収縮し、エアチューブを通じて新たな空気がハウジング内に導入されることになる。新たな空気は湿分の供給源でもあるから、ハウジング内の結露は増大し、これが圧力検出素子内部及び信号処理回路部での出力異常を引き起こす原因となっていた。
ｐｖ＝ｎＲＴ  ・・・（１）
ここに、ｐ：圧力、ｖ：容積、ｎ：モル数、Ｒ：定数、Ｔ：絶対温度
【００１３】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、例え外気温度が高く水温の低い環境下の使用においても、結露によって誤作動や故障してしまうことがなく、しかも安価に製作できるようにした水没型水圧式水位センサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の水没型水圧式水位センサは、外圧を受けて変形するダイヤフラム上に形成された移動電極と該移動電極と離間して配置された固定電極とを備え、両電極間の空隙の変化に伴う静電容量の変化により外圧を検出する圧力検出素子と、この圧力検出素子からの出力信号を処理する信号処理回路部とをハウジング内に密閉収容するとともに、前記ハウジング内に大気を導入するエアチューブを備えた水没型水圧式水位センサにおいて、前記エアチューブのハウジング内部の開口端と、前記両電極間の空隙部に連通する接続部分とが中継チューブを介して気密的に接続されていて、前記圧力検出素子は、外部から圧力を受けて変形する移動電極を備えたダイヤフラムと、前記移動電極と所定間隔離間して固定電極を備えた台座が配置され、前記移動電極と固定電極との間に空隙が形成され、前記台座には前記空隙と連通する通孔が設けられ、該通孔の上部に突起が設けられ、前記中継チューブとの接続部分をなしていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成した本発明によれば、エアチューブからハウジング内に導入される大気が中継チューブから圧力検出素子のダイヤフラムに直接作用し、比較的大きな容積を持つハウジングの全域に充満することがない。このため、例え低い水温により空気温度が低下しても、結露の絶対量を少なくするとともに、空気の呼吸作用を著しく軽減させて多量の湿分の供給をなくすことができ、これによって、結露による誤作動や故障を防止することができる。
【００１７】
また、前記ダイヤフラムとハウジングとの間にパッキンを介装するとともに、前記圧力検出素子、信号処理回路部及び中継チューブの圧力検出素子との接続部分を樹脂封止してハウジング内に収容することを特徴とする。
【００１８】
これにより、ハウジングの下部からの水の侵入をパッキンと封止した樹脂で二重に防備して水密性を向上させ、また、ハウジングの内部空間に存在する湿分が結露したり、ハウジングのケーブル引出し部でリークを生じたような場合においても、封止した樹脂で圧力検出素子及び信号処理回路部を保護することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図３に示す従来例と同一又は相当部分には同一符号を付して説明する。
【００２０】
同図に示すように、下端面に開口部１ａが設けられ、例えば耐蝕性に優れた低価格の樹脂からなるハウジング１の内部に、圧力検出素子２と、この圧力検出素子２からの出力信号を増幅・信号処理するとともに、保護回路等を搭載した信号処理回路部３とが密封収容されている。更に、前記ハウジング１の上端に、内部に前記信号処理回路部３からの出力信号を外部に取り出す導線１２と、ハウジング１内に大気を導入するエアチューブ１３とを収容したケーブル１１が挿通されている。
【００２１】
そして、前記エアチューブ１３の開放端には、中継チューブ２０の一端が気密的に接続され、この中継チューブ２０の他端は、圧力検出素子２の両電極５，６間の空隙８の内部に気密的に連通されている。
【００２２】
即ち、前記圧力検出素子２には、図２に詳細に示すように、前記開口部１ａからの圧力を受けて変形するダイヤフラム４が備えられ、このダイヤフラム４上に移動電極５が形成されているとともに、この移動電極５と所定間隔離間して固定電極６が台座７に固着されて配置され、これによって、両電極５，６間に空隙８が形成されているのであるが、前記台座７の上面には、円筒状の突起２１が設けられ、この突起２１に前記中継チューブ２０の他端が気密的に接続され、前記突起２１の内部に通孔２２が設けられている。なお、ダイヤフラム４と台座７との間には、間隔を保持するための接合ガラス９が介装されている。
【００２３】
このように構成することにより、エアチューブ１３から導入された大気が中継チューブ２０から両電極５，６間の空隙８内に供給されて、ダイヤフラム４に作用する外圧（水圧）を検出することができ、しかも、この空気が比較的大きな容積を持つハウジング１の全域に充満することがなく、これによって、例え水温が低下しても、結露の絶対量を少なくするとともに、空気の呼吸作用を著しく軽減させて多量の湿分の供給をなくすことができる。
【００２４】
即ち、エアチューブ１３から中継チューブ２０を通して両電極５，６間の空隙８内に大気が導入されるのであるが、これらの容積は、ハウジング１の内部容積よりかなり小さく、これによって、結露の絶対量を少なくするとともに、空気の収縮による新たな空気の導入を減少させることができる。
【００２５】
更に、前記圧力検出素子２、信号処理回路部３及び中継チューブ２０の下端は、前記ダイヤフラム４の図中の下側表面を外部に露出させた状態で、例えば絶縁性に優れた円柱ブロック状の封止樹脂２３によって一体に樹脂封止されている。この封止樹脂２３の下面はハウジング１の下端部内周面に固定されている。また、ハウジング１の開口部１ａの周囲を取り囲み、ハウジング１とダイヤフラム４との間には、パッキンとしてのＯリング２４が介装されている。
【００２６】
これにより、ハウジング１の開口部１ａからの水の侵入をＯリング２４と封止樹脂２３で二重に防備して水密性を向上させている。また、ハウジング１の内部空間に存在する湿分が結露したり、ハウジング１のケーブル１１の引出し部でリークを生じたような場合においても、封止樹脂２３で圧力検出素子２及び信号処理回路部３を保護できるようになっている。
【００２７】
係る水位センサの製造方法の概要は次の通りである。まず、上下に２つ割りしたハウジング１を準備する。次に圧力検出素子２をパッキン（Ｏリング）２４を介してハウジング１の下端部内周面にカシメ加工により固定する。次に中継チューブ２０を台座７上の突起２１に嵌着固定することで空隙部に連通した通孔２２に接続する。また、信号処理回路部３の回路基板を台座７に装填して、必要な回路配線接続を行う。
【００２８】
次に、圧力検出素子２、信号処理回路部３及び中継チューブ２０の下端側接続部分を図示しない円筒状部材内に収納して、液体状の樹脂を流し込み加温することによって、樹脂封止体２３を形成する。そして、中継チューブ２０の上端をケーブルのエアチューブ１３の開放端に接続固定すると共に、ケーブル１１と信号処理部３との配線接続を行う。最後に２つ割りしたハウジング１の上側部と下側部とを超音波溶接等により固定して、図１に示す水位センサが完成する。
【００２９】
尚、上記実施の形態ではエアチューブと電極間空隙部への大気導入のための通孔とを中継チューブを用いて接続したが、エアチューブを直接電極間空隙部の通孔に接続するようにしてもよい。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の実施形態の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例え外気温が高く水温の低い環境下であっても、ハウジング内の結露の絶対量及び空気の供給量を減少させて、結露作用に基づく圧力検出素子及び信号処理回路部の誤作動や故障を防止することができる。更に、パッキンによる水密的な保護と共に、圧力検出素子、信号処理回路部等を一体に樹脂封止することにより、ハウジングの内部空間に存在する湿分が結露したり、ハウジングのケーブル引出し部でリークを生じたような場合においても、圧力検出素子及び信号処理回路部を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図。
【図２】同じく、圧力検出素子の拡大図。
【図３】従来例を示す断面図。
【符号の説明】
１    ハウジング
２    圧力検出素子
３    信号処理回路部
４    ダイヤフラム
５    移動電極
６    固定電極
８    空隙
１１    ケーブル
１３    エアチューブ
２０    中継チューブ
２２    通孔
２３    封止樹脂
２４    Ｏリング（パッキン）
【図１】
0003641533.tif 000002
【図２】
0003641533.tif 000003
【図３】
0003641533.tif 000004