(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間にリーク電流が流れるという故障を診断する電極故障診断装置であって、
前記電極間に電圧を印加する印加部と、
前記電極間の電圧を検出する電圧検出部と、
検出された電圧と故障判定の電圧である閾値とを比較する比較部と、
前記比較の結果、前記電極間の電圧が前記閾値以下である場合、前記電極間にリーク電流が流れるという故障が発生していると判断する判断部と、
を備えることを特徴とする電極故障診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の電極故障診断装置であって、
前記電極間の静電容量を検出する検出回路と、
前記電極間を前記検出回路または前記印加部に接続する切替部と、を備え、
前記切替部によって前記電極間と前記検出回路が接続された場合、前記検出回路は、前記電極間の静電容量を検出し、
前記切替部によって前記電極間と前記印加部が接続された場合、前記印加部は、前記電極間に電圧を印加することを特徴とする電極故障診断装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電極故障診断装置であって、
前記電極の少なくとも一方の表面が絶縁材で覆われ、
導電性を有する液体に前記電極間が浸かっている状態で、前記印加部は前記電極間に電圧を印加することを特徴とする電極故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間の故障を診断する電極故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極間の静電容量を検出することにより、タンク内の液体の液面レベル(液位)を検出する静電容量式レベルセンサが知られている。
【０００３】
静電容量式レベルセンサは、誘電率補正電極及び接地電極間の静電容量Ｃｒから誘電率εを算出し、この誘電率εを用い、液位検出電極及び接地電極間の静電容量Ｃｐから液位Ｌを検出する（図２参照）。
【０００４】
この種の先行技術として、特許文献１には、電極間の静電容量を検出する静電容量検出回路が示されている。この静電容量検出回路は、第１センサの電極間の静電容量を周波数に変換して液位（液面レベル）を検出し、第２センサの電極間の静電容量を周波数に変換して液体の比誘電率を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の電極故障診断装置には、つぎのような問題があった。導電性を有する液体に、静電容量式レベルセンサを浸漬させて測定する場合、電極の表面を絶縁材（絶縁被覆）で覆う必要がある。この絶縁被覆により電極と液体が絶縁される。
【０００７】
しかし、数年の経時変化、製造時の傷、ピンホール等により、絶縁被覆が破損し、電極と液体とが完全に絶縁状態にならず、電極間でリーク電流が流れた場合、適正な電極間の出力が得られない。つまり、静電容量の値が小さいのは、検出対象である液体によるもののか、それとも導通（リーク電流）によるものかを判断することができず、検出される静電容量が正しいものでなくなる。
【０００８】
このため、電極間の故障を診断するために、電極部の構成を変更することも考えられるが、複雑なものとなる。
【０００９】
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、電極部の構成を変更することなく、簡単に電極間の故障診断を行うことができる電極故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係るは、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１）  電極間にリーク電流が流れるという故障を診断する電極故障診断装置であって、
前記電極間に電圧を印加する印加部と、
前記電極間の電圧を検出する電圧検出部と、
検出された電圧と故障判定の電圧である閾値とを比較する比較部と、
前記比較の結果、前記電極間の電圧が前記閾値以下である場合、前記電極間にリーク電流が流れるという故障が発生していると判断する判断部と、
を備えること。
（２）  上記（１）の構成の電極故障診断装置であって、
前記電極間の静電容量を検出する検出回路と、
前記電極間を前記検出回路または前記印加部に接続する切替部と、を備え、
前記切替部によって前記電極間と前記検出回路が接続された場合、前記検出回路は、前記電極間の静電容量を検出し、
前記切替部によって前記電極間と前記印加部が接続された場合、前記印加部は、前記電極間に電圧を印加すること。
（３）  上記（１）または（２）の構成の電極故障診断装置であって、
前記電極の少なくとも一方の表面が絶縁材で覆われ、
導電性を有する液体に前記電極間が浸かっている状態で、前記印加部は前記電極間に電圧を印加すること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電圧が印加されている状態で、電極間の電圧と故障判定の電圧である閾値とを比較し、比較の結果、電極間の電圧が閾値以下である場合、電極間にリーク電流が流れるという故障が発生していると判断する。これにより、電極部の構成を変更することなく、簡単に電極間の故障診断を行うことができる。また、電極間に故障が無いことを確認してから、導電性を有する液体に浸漬させて、電極間の静電容量を測定することが可能となる。
【００１２】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態における電極故障診断装置が適用された静電容量式レベルモニタ１の検出回路１０の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、導電性を有する液体に浸漬された静電容量式レベルモニタ１による静電容量の測定を説明する図である。
【図３】図３は、電極間の電圧の時間変化を示すグラフである
【図４】図４は、電極間の故障診断手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態における電極故障診断装置について図面を用いて説明する。本実施形態の電極故障診断装置は、タンク内の液面レベル(液位)を検出する静電容量式レベルモニタに適用される。
【００１５】
この静電容量式レベルモニタは、液位センサの電極間の静電容量をコンデンサとする発振回路を有し、その発振周波数（周期）から液面レベルを検出する。また、静電容量式レベルモニタは、誘電率センサの電極間の静電容量をコンデンサとする発振回路を有し、その発振周波数（周期）から誘電率（比誘電率）を検出し、液面レベルを算出する際の補正に用いる。
【００１６】
始めに、静電容量式レベルモニタを用いた静電容量の測定について説明する。図２は導電性を有する液体に浸漬された静電容量式レベルモニタ１による静電容量の測定を説明する図である。タンク９内には、液位センサ２及び誘電率センサ６が収容されている。液位センサ２は、鉛直方向にそれぞれ延びた、液位検出電極４及び接地電極５を有し、液位検出電極４及び接地電極５間の電圧を測定することにより、その静電容量Ｃｐを検出する。液位検出電極４の表面は、絶縁被覆１１で覆われている。なお、液位検出電極４の代わりにあるいは液位検出電極４と共に、接地電極５の表面を絶縁被覆で覆うようにしてもよい。
【００１７】
また、誘電率センサ６は、タンク９内の液体に常に浸漬されるように、底側に配置され、鉛直方向にそれぞれ延びた、誘電率検出電極７及び接地電極８を有し、誘電率検出電極７及び接地電極８間の電圧を測定することにより、その静電容量Ｃｒを検出する。誘電率検出電極７の表面は、絶縁被覆１６で覆われている。なお、誘電率検出電極７の代わりにあるいは誘電率検出電極７と共に、接地電極８の表面を絶縁被覆で覆うようにしてもよい。
【００１８】
図１は実施形態における電極故障診断装置が適用された静電容量式レベルモニタ１の検出回路１０の構成を示す回路図である。検出回路１０は、液位センサ２を含む発振器２１、誘電率センサ６を含む発振器２３、ＡＮＤゲート２６、２７、カウンタ２８、２９及びマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵという）３０を有する。
【００１９】
発振器２１は、前述した液位センサ２、インバータ３２及び抵抗Ｒ１から構成されるＣＲ発振器である。この発振周波数は、液位センサ２の静電容量Ｃｐと抵抗Ｒ１の抵抗値とを乗算した時定数Ｃｐ・Ｒ１で決定される。
【００２０】
同様に、発振器２３は、前述した誘電率センサ６、インバータ３４及び抵抗Ｒ２から構成されるＣＲ発振器である。この発振周波数は、誘電率センサ６の静電容量Ｃｒと抵抗Ｒ２の抵抗値とを乗算した時定数Ｃｒ・Ｒ２で決定される。
【００２１】
また、検出回路１０は、液位センサ２の液位検出電極４と抵抗Ｒ５を介した電源電圧（直流電圧）Ｖ１との接続、及び誘電率センサ６の誘電率検出電極７と抵抗Ｒ６を介した電源電圧Ｖ１との接続を同時にオン／オフに切り替えるスイッチＳＷ１を有する。スイッチＳＷ１がオンになると、液位検出電極４はＣＰＵ３０のポートＰ６に接続され、誘電率検出電極７はポートＰ４に接続される。尚、本実施形態では、直流電圧Ｖ１が印加される場合について説明するが、電源電圧は交流電圧でもよい。
【００２２】
また、検出回路１０は、液位センサ２の液位検出電極４とインバータ３２の入力端子との接続、及び誘電率センサ６の誘電率検出電極７とインバータ３４の入力端子との接続を同時にオン／オフに切り替えるスイッチＳＷ２を有する。スイッチＳＷ２がオンになると、液位検出電極４はインバータ３２に接続され、誘電率検出電極７はインバータ３４に接続される。
【００２３】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ＣＰＵ３０からポートＰ３を介して出力される駆動信号によって排他的にオン／オフになる。
【００２４】
発振器２１の出力は、ＡＮＤゲート２６の一方の入力端子に入力され、発振器２３の出力は、ＡＮＤゲート２７の一方の入力端子に入力される。また、ＡＮＤゲート２６、２７他方の入力端子には、ＣＰＵ３０のポートＰ２から出力される基準パルスが入力される。
【００２５】
ＡＮＤゲート２６の出力端子は、カウンタ２８の入力端子に接続され、カウンタ２８の出力端子は、ＣＰＵ３０のポートＰ５に接続される。同様に、ＡＮＤゲート２７の出力端子は、カウンタ２９の入力端子に接続され、カウンタ２９の出力端子は、ＣＰＵ３０のポートＰ１に接続される。
【００２６】
ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３７、タイマ３８等を内蔵する汎用のマイクロコンピュータである。ＲＯＭ３６には、後述する制御プログラム、閾値Ｖ２（図３参照）、テーブル３６ａ等が格納されている。テーブル３６ａには、液面レベル（液位）に対応する液位センサ２の静電容量Ｃｐの値が、液体の比誘電率εごとに登録されている。
【００２７】
また、ＣＰＵ３０は、メータ等のシステム４０と信号のやりとりを行う。
【００２８】
上記構成を有する静電容量式レベルモニタ１の動作を示す。始めに、電極間の電圧を測定する際の診断方法について説明する。図３は電極間の電圧の時間変化を示すグラフである。スイッチＳＷ１をオンにし、液位センサ２の液位検出電極４に電源電圧Ｖ１が印加されると、液位センサ２の電極間のコンデンサ容量が増加し、その電圧Ｖｐは、曲線ａに示すように、時間の経過につれて上昇し、電源電圧Ｖ１の近くにまで達して飽和した一定電圧となる。
【００２９】
しかし、絶縁被覆１１の破損等、電極間の故障が発生した場合、導電性を有する液体中では、液位検出電極４と接地電極５の間にリーク電流が流れ、電極間の電圧降下が発生する。
【００３０】
このため、液位センサ２の電圧Ｖｐは、電源電圧Ｖ１の近くに達することなく、曲線ｂに示すように、それより手前の閾値Ｖ２より低い飽和した一定電圧に留まる。ここで、閾値Ｖ２は、電極間の故障を診断可能な値であり、電源電圧Ｖ１に応じた、つまり電源電圧Ｖ１より低い任意の値に設定される。これにより、液位センサ２に電極間の故障が発生したとの診断が可能となる。なお、このことは、誘電率センサ６の電圧Ｖｒを測定する場合にも同様である。また、飽和に達するまでの時間は、センサの構造、液体の種類、浸漬度合い等により変わるが、故障判定の電圧測定を行う時間は、仕様に合わせた十分な時間であればよい。
【００３１】
図４は電極間の故障診断手順を示すフローチャートである。この動作プログラムは、ＣＰＵ３０内のＲＯＭ３６に格納されており、ＣＰＵ３０によって定期的に実行される。
【００３２】
ＣＰＵ３０は、まず、ポートＰ３から駆動信号を出力し、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにする（ステップＳ１）。これにより、誘電率センサ６及び液位センサ２にそれぞれ抵抗Ｒ６、Ｒ５を介して電源電圧Ｖ１が印加される。ステップＳ１の処理は印加部に相当する。そして、ＣＰＵ３０は、ポートＰ４から入力される誘電率センサ６の電圧Ｖｒを測定し、また、ポートＰ６から入力される液位センサ２の電圧Ｖｐを測定する（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理は電圧検出部に相当する。
【００３３】
ＣＰＵ３０は、測定された電圧Ｖｒ、Ｖｐが数式（１）を満たすか否か、つまり、電圧Ｖｒ、Ｖｐのいずれもが閾値Ｖ２より大きいか否かを判別する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は比較部に相当する。
Ｖｐ＞Ｖ２  かつＶｒ＞Ｖ２  ……（１）
【００３４】
数式（１）を満たす場合、ＣＰＵ３０は、液位センサ２及び誘電率センサ６に電極間の故障が発生していないと判断し、ステップＳ４以降の静電容量方式による液面レベル（液位）の検出処理に進む。
【００３５】
ＣＰＵ３０は、ポートＰ３から駆動信号を出力し、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにする（ステップＳ４）。ステップＳ１、Ｓ４の処理切替部に相当する。
【００３６】
ＣＰＵ３０は、ポートＰ２からＯＮ時間（０．１秒）の基準パルスを出力し、ＡＮＤゲート２６、２７の他方の入力端子に入力する（ステップＳ５）。ＡＮＤゲート２６は、発振器２１からのパルス信号とＯＮ時間の基準パルスとの論理積演算を行い、ＯＮ時間つまりゲート時間（例えば０．１ 秒）のみ通過したパルス信号を出力し、カウンタ２８に供給する。
【００３７】
同様に、ＡＮＤゲート２７は、発振器２３からのパルス信号とＯＮ時間の基準パルスとの論理積演算を行い、ＯＮ時間つまりゲート時間（例えば０．１ 秒）のみ通過したパルス信号を出力し、カウンタ２９に供給する。
【００３８】
ＣＰＵ３０は、カウンタ２９のカウント動作を開始させ、カウンタ２９に入力されたパルス信号の、ＯＮ時間（０．１秒）分のパルス数を入力する（ステップＳ６）。
【００３９】
ＣＰＵ３０は、入力したパルス数のカウント値に対応する静電容量Ｃｒの値を求め、液体の比誘電率εを算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
ＣＰＵ３０は、カウンタ２８のカウント動作を開始させ、カウンタ２８に入力されたパルス信号の、ＯＮ時間（０．１秒）分のパルス数を入力する（ステップＳ８）。
【００４１】
ＣＰＵ３０は、入力したパルス数のカウント値に対応する静電容量Ｃｐの値を求め、テーブル３６ａを参照し、液体の液面レベルを算出する（ステップＳ９）。
【００４２】
ＣＰＵ３０は、カウンタ２８、２９をリセットし（ステップＳ１０）、ステップＳ１の処理に戻る。
【００４３】
一方、ステップＳ３で数式（１）を満たさない場合、つまり電圧Ｖｒ、Ｖｐの少なくとも一方が閾値Ｖ２以下である場合、ＣＰＵ３０は、液位センサ２、誘電率センサ６の少なくとも一方に、絶縁被覆の破損等、電極間の故障が発生していると判断する。そして、ＣＰＵ３０は、エラー信号をシステム４０に出力する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理は判断部に相当する。この後、ＣＰＵ３０は本動作を終了する。
【００４４】
本実施形態の電極故障診断装置によれば、直流電圧Ｖ１が印加されている状態で、電極間の電圧と閾値Ｖ２とを比較し、比較の結果、電極間の電圧が閾値Ｖ２以下である場合、電極間が故障していると判断する。これにより、電極部の構成を変更することなく、簡単に電極間の故障診断を行うことができる。従って、液体レベルモニタとしての品質を維持することができる。また、この診断は、液体レベルモニタの製造時に行うことが可能であるので、製品の出荷検査にも利用できる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、本実施形態の構成が持つ機能を達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、静電容量を周波数変換により求めたが、スイッチトキャパシタやインピーダンスを計測することにより求めてもよい。
【００４７】
本発明は、電極間の故障を診断する際、電極部の構成を変更することなく、簡単に電極間の故障診断を行うことができ、有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  静電容量式レベルモニタ
２  液位センサ
４  液位検出電極
７  誘電率検出電極
５、８  接地電極
６  誘電率センサ
９  タンク
１０  検出回路
１１、１６  絶縁被覆
２１、２３  発振器
２６、２７  ＡＮＤゲート
２８、２９  カウンタ
３０  マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
３２、３４  インバータ
３６  ＲＯＭ
３６ａ  テーブル
３７  ＲＡＭ
３８  タイマ
４０  システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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