(57)【要約】【課題】微小水位の変化を精度よく測定可能な水位センサを提供すること。【解決手段】容器内における液体の水位を検出するための静電型水位センサ１であって、少なくとも一対の電極５と、電極５を支持する支持部材６と、電極５の周囲を覆うように設けられた絶縁部材７とからなり、電極５の間における静電容量を測定して水位検出信号を出力するセンサ部２と、センサ部２と電気的に接続されており、水位検出信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された水位検出信号を出力するＡ／Ｄ変換部３と、センサ部２を収容可能に形成されるとともに、液体が内部に出入りできるように構成されており、電気的に接地されている遮蔽部材４とを備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内における液体の水位を検出するための静電型水位センサであって、
少なくとも一対の電極と、前記電極を支持する支持部材と、前記電極の周囲を覆うように設けられた絶縁部材とからなり、前記電極間における静電容量を測定して水位検出信号を出力するセンサ部と、
前記センサ部と電気的に接続されており、前記水位検出信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された水位検出信号を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記センサ部を収容可能に形成しているとともに、液体が内部に出入りできるように構成されており、電気的に接地されている遮蔽部材とを備えたことを特徴とする水位センサ。
【請求項２】
Ａ／Ｄ変換部が遮蔽部材の内部に配置されている請求項１記載の水位センサ。
【請求項３】
支持部材と絶縁部材で覆われた電極とを防水部材で覆うように構成した請求項１又は２記載の水位センサ。
【請求項４】
遮蔽部材内における支持部材の位置を固定するための位置固定部を前記遮蔽部材に設けた請求項１〜３のいずれかに記載の水位センサ。
【請求項５】
Ａ／Ｄ変換部がデジタル信号に変換した水位検出信号をリアルタイムに出力する請求項１〜４のいずれかに記載の水位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位の変化を測定するための水位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、容器等の内部に溜まった水の水位を測定する際には水位センサが利用されている。水位センサには、フロートにより水位を測定するものや、外圧と水圧との関係から水位を測定するもののように、種々の方法によって水位を測定するものがある。近年は、静電容量の変化から水位を測定する、静電容量型の水位センサが広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、低水位側から高水位側に向かう基準線に沿って所定間隔で任意に設定した各観測点に電極対を配置し、これらの電極対における各電極間における静電容量の値が所定の基準値を越えたか否かを判定して、水位がどの位置にあるかを判定する水位センサが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、少なくとも一対の電極を配置し、これら電極の間の静電容量に基づいて水位を測定する水位センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１１５６２号公報
【特許文献２】特開平１１−３１１５６１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、特許文献１に記載の水位センサは、各観測点に配置された電極対における静電容量の値から、水位の変化を離散的に測定することしかできず、観測点と観測点の間における水位の微小な変化や連続的な水位の変化を測定することができないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の水位センサは、一対の電極を用いて、ある程度の連続的な水位の変化を測定することはできる。しかし、この水位センサは、電極と電極の間のスペースにおける誘電率が外部の影響を受けて変化しやすいため、測定した値に誤差が生じやすく、微小な水位の変化を測定することが難しいという問題がある。
【０００８】
ところで、近年は、地球温暖化に伴って深刻な水不足や渇水化が進行し、様々な植物の栽培に大きな悪影響が出ることや、農作物の生産に悪影響を及ぼすことなどが懸念されている。そこで、少ない水を効果的に使用して植物を栽培することが可能な技術の確立が要請されている。このような技術としては、従来から点滴灌漑法や多孔管灌漑法等を用いて植物を栽培する技術が既に提案されており、さらに水分を植物の根の部分に直接供給する地中灌水法等を組み合わせて水の使用を極力低減させて節水を可能にしたものや、負圧差灌漑法を適用したものが知られている。
【０００９】
このような分野においては、植物が吸収する水の量を精度よく測定し、植物の吸水量に見合った量の水を供給することが望ましく、そのためには植物に供給する水を貯留しておく容器の微小な水位の変化を測定することが必要とされる。しかしながら、従来の水位センサでは、上記した理由等によって、植物が吸水したことによる、容器内における微小な水位の変化を精度よく測定することが非常に困難であった。
【００１０】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、水位の微小な変化を精度よく測定することが可能な水位センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、
（１）容器内における液体の水位を検出するための静電型水位センサであって、少なくとも一対の電極と、前記電極を支持する支持部材と、前記電極の周囲を覆うように設けられた絶縁部材とからなり、前記電極間における静電容量を測定して水位検出信号を出力するセンサ部と、前記センサ部と電気的に接続されており、前記水位検出信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された水位検出信号を出力するＡ／Ｄ変換部と、前記センサ部を収容可能に形成しているとともに、液体が内部に出入りできるように構成されており、電気的に接地されている遮蔽部材とを備えたことを特徴とする水位センサ、
（２）Ａ／Ｄ変換部が遮蔽部材の内部に配置されている上記（１）記載の水位センサ、
（３）支持部材と絶縁部材で覆われた電極とを防水部材で覆うように構成した上記（１）又は（２）記載の水位センサ、
（４）遮蔽部材内における支持部材の位置を固定するための位置固定部を前記遮蔽部材に設けた上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水位センサ、
（５）Ａ／Ｄ変換部がデジタル信号に変換した水位検出信号をリアルタイムに出力する上記（１）〜（４）のいずれかに記載の水位センサ、
を要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る水位センサは、支持部材で支持された電極で該電極間における静電容量を測定して水位検出信号を出力するセンサ部を遮蔽部材の内部に収容し、さらにこの遮蔽部材を電気的に接地するように構成されているので、遮蔽部材がセンサ部を静電遮蔽し、誘電率を変化させる外部の影響をセンサ部まで到達しないようにすることができる。そのため、微小な水位の変化に起因する誘電率の変化を精度よく測定することが可能になる。
また、本発明に係る水位センサは、水位検出信号をＡ／Ｄ変換部においてデジタル信号に変換した後にセンサ外部へ出力するので、外部の影響をより受けにくくすることができ、微小水位の変化をより精度よく測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水位センサの構成を表す斜視図であり、（ａ）は支持棒と電極の構成を表した図、（ｂ）は支持棒及び電極に防水チューブを設けた時の構成を表した図、（ｃ）は支持棒及び電極の一部を遮蔽部材本体内に収納した図、（ｄ）は遮蔽部材内に支持棒及び電極等を収納した状態を表す図である。
【図２】水位センサの断面構成を表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る水位センサの実施の形態について、図１及び図２に基づいて説明する。水位センサ１は、図示しない容器等に貯留されている水の水位を測定するためのもので、図１に示すように、センサ部２、Ａ／Ｄ変換部３、及び遮蔽部材４を備えている。センサ部２は、電極５の間における静電容量を測定して水位検出信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換部３に出力するためのもので、一対の電極５、支持部材６、絶縁部材７及び防水部材８を有している。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、電極５は、導電性を有する棒状の部材からなり、この棒状の部材から延出する引出線９を備えている。電極５は、例えば銅、鉄などのような金属、ステンレス（ＳＵＳ）などのような合金から形成されているが、これらの材料に限定されるものではなく、従来から公知の導電性を有するものを任意に選択して、適宜使用することができる。また、電極５は、少なくとも一対であればよく、一対に限定されるものではない。絶縁部材７は、電極５の周囲を覆うように設けられている絶縁性を有する部材である。絶縁部材７には、例えばポリオレフィン樹脂等を用いることができるが、これに限定されるものではなく、絶縁性を有する材料であれば従来から公知のものを適宜使用することができる。
【００１６】
支持部材６は、電極５を支持するためのもので、支持本体１０と、基板取付板１１とを備えており、これら支持本体１０と基板取付板１１とが組み合わされて構成されている。支持本体１０は、棒状に形成された支持部１２と、この支持部１２よりも大径のフランジ部１３とを備えている。支持部１２は円形の棒状に形成されており、外周面に一対の電極５が対向配置されるように形成されている。なお、この支持部１２は、電極５を対向配置することができればよく、その形状は円形に限定されるものではない。例えば四角形や六角形等のような多角形状であってもよい。また、支持部１２には、電極５が対向配置しやすいように溝を形成してもよい。
【００１７】
フランジ部１３は、後述する防水チューブ８で被覆した時の外径が、後述する遮蔽部材４の内径と同じか、又は若干小さくなるように形成されている。また、フランジ部１３には、支持本体１０が形成されている側と基板取付板１１が取付固定される側との間を貫通する貫通孔１４が２つ開口形成されている。これらの貫通孔１４は、電極５から延出する引出線９を基板取付板１１が取付固定される側へ案内するためのものである。
【００１８】
基板取付板１１は、後述するＡ／Ｄ変換部３としての機能を有する回路基板を取り付けるためのものである。これら支持本体１０及び基板取付板１１としては、例えばアクリル樹脂を用いることができるが、これ以外のものを任意に選択して用いてもよい。なお、本実施の形態では、支持本体１０と基板取付板１１とを別部材で形成しているが、これらは一体成型してもよい。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、防水部材８は、電極５及び支持本体１０を防水するためのものである。図２に示すように、防水部材８は、電極５、電極５の周囲を覆うように設けられている絶縁部材７、支持部１２及びフランジ部１３を全体的に覆うように設けられている。この防水部材８は、電極５及び支持本体１０を防水できるものであれば、従来から公知のものを任意に選択して使用することができるが、防水性能の観点からは、ポリオレフィン樹脂等により形成されていることが好ましい。なお、本実施の形態では、防水部材８は必須の構成ではなく、支持部１２と電極５とを防水部材で覆わない構成であってもよい。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部３は、センサ部２と電気的に接続されており、該センサ部２から出力された水位検出信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された水位検出信号を後述する制御部２１に出力するためのものである。図２に示すように、Ａ／Ｄ変換部３には、引出線９が接続されて水位検出信号（アナログ信号）が入力するように構成されるとともに、デジタル信号に変換された水位検出信号を後述する制御部２１へ出力するための信号線３ａ、及び制御部２１を介して該Ａ／Ｄ変換部３を接地するためのアース線３ｂが接続されるように構成されている。なお、信号線３ａとアース線３ｂは、ツイストペアケーブルや同軸ケーブル等の任意の種類のケーブルを適宜選択して用いることができるが、外部からの影響を受けにくくする観点からは、信号線の周囲にアース線が配置された同軸ケーブルを用いることが好ましい。このＡ／Ｄ変換部３を構成する回路基板は、基板取付板１１に取付固定されている。なお、Ａ／Ｄ変換するための回路は、従来から公知のものを任意に選択して使用してよい。なお、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換部３において水位検出信号をデジタル信号に変換するようにしているが、水位検出信号から貯留容器内における水の水位を算出し、この算出した水位をデジタル信号に変換するように構成してもよい。
【００２１】
図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、遮蔽部材４は、センサ部２及びＡ／Ｄ変換部３を内部に収容することができる大きさに形成されるとともに、電気的に接地されるように構成されている部材であり、遮蔽部材本体１６、第１蓋部１７及び第２蓋部１８を備えている。遮蔽部材本体１６は、外部での誘電率の変化やノイズ等の影響を受けなくするためのものである。この遮蔽部材本体１６は、円筒状に形成された筒状の部材であり、第１蓋部１７が取り付けられる一方の端部には雄ネジのネジ山（図示せず）が形成され、第２蓋部１８が取り付けられる他方の端部には雌ネジのネジ山（図示せず）が形成されている。
【００２２】
また、遮蔽部材本体１６は、電極５を取り付けた支持本体１０を覆うことができるように形成されており、その内径は、支持本体１０のフランジ部１３の外径と略同じか、又は若干大きくなるように形成されており、支持部材６を遮蔽部材本体１６内に挿入した時に、フランジ部１３を遮蔽部材本体１６に嵌合させることで、支持部材６の支持本体１０に取り付けられた電極５の位置決めができるように構成されている。
【００２３】
また、遮蔽部材本体１６には、一端部側面の４箇所に円孔１６ａが開口形成されており、他端部側面の４箇所に円孔１６ｂが開口形成されている。円孔１６ａは、遮蔽部材本体１６の内部に水を流入又は流出させるために設けられており、円孔１６ｂは、遮蔽部材本体１６の内部において水の水位が変動した場合に空気を流入若しくは流出させたり、又は水の水位が上昇した時に該水をオーバーフローさせたりすることができるように設けられている。なお、円孔１６ａ、１６ｂの数は４箇所に限定されるものではなく、任意の数を設けてもよい。
【００２４】
第１蓋部１７は、遮蔽部材本体１６の一方側に取付固定することができるように構成されており、遮蔽部材本体１６と取り付けられる側の端部には雌ネジのネジ山（図示せず）が形成されている。この第１蓋部１７は、遮蔽部材本体１６と同一径の筒状部材により形成されており、遮蔽部材本体１６に取り付けられた場合には、Ａ／Ｄ変換部３の周囲を覆う位置に配置される。また、第１蓋部１７には、アース線を接続するための端子１９が設けられており、電気的に接地することができるように構成されている。なお、端子１９に接続されるアース線１９ａは、外部からの影響を受けなくする観点から、Ａ／Ｄ変換部３に接続されているアース線９ａに接続することが好ましい。
【００２５】
第２蓋部１８は、遮蔽部材本体１６の他方側に取付固定することができるように構成されており、遮蔽部材本体１６の径と略同一径の大径部１８ａと、大径部１８ａよりも小径の小径部１８ｂとを有する階段状に形成されている。小径部１８ｂには外周に雄ネジのネジ山（図示せず）が形成されるとともに、支持部１２の先端が挿入することが可能な大きさの穴部１８ｃが設けられている。この穴部１８ｃは第２蓋部１８を遮蔽部材本体１６に取り付けて支持部材６が挿入された時に、該支持部材６の支持部１２が遮蔽部材４内の中心部に位置するように位置決めできるようにするためのものである。なお、上記において、遮蔽部材本体１６、第１蓋部１７及び第２蓋部１８を組み立てるためにネジ山を形成しているが、遮蔽部材本体１６、第１蓋部１７及び第２蓋部１８を組み立てることができれば、他の方法であってもよい。また、ネジ山を形成する場合には、雄ネジと雌ネジとの関係が上記したものと逆の関係であってもよい。
【００２６】
このように構成された水位センサ１は、水位を測定する容器等の内部に配置されると、容器内部に貯留されているか、又は新たに容器内に流入した水Ｗが遮蔽部材４の遮蔽部材本体１６に形成された円孔１６ａから該遮蔽部材４の内部に流入する。また、容器内における水Ｗが減少した場合には、遮蔽部材４の遮蔽部材本体１６に形成された円孔１６ａから水Ｗが流出する。このように、容器内における水Ｗの増減に伴って、一対の電極５では水Ｗの水位が変動することにより、これら電極５の間における誘電率が変化するとともに静電容量も変化する。センサ部２は、この静電容量を水位検出信号としてＡ／Ｄ変換部３に出力する。Ａ／Ｄ変換部３では、水位検出信号の入力を受けると、デジタル信号に変換して、Ａ／Ｄ変換部３と電気的に接続された制御部２１に出力する。制御部２１では、デジタル信号に変換された水位検出信号の入力を受けると、該水位検出信号から水位の変化量を演算し、パソコン等の表示装置２２に演算結果を表示させる。なお、制御部２１及び表示装置２２は、従来から公知のものを任意に選択して適宜使用してよい。
【００２７】
このように、本発明に係る実施の形態の水位センサによれば、電極を遮蔽部材の内部に収容し、さらにこの遮蔽部材を電気的に接地するように構成されているので、遮蔽部材の内部が静電遮蔽され、誘電率を変化させるような外部の影響を電極まで到達しないようにすることができる。そのため、電極では、微小な水位の変化に起因する誘電率の変化のみが検出され、この誘電率の変化による静電容量の数ｆＦ（フェムトファラド）の変化を精度よく測定することが可能になる。
【００２８】
また、本発明に係る水位センサによれば、電極が支持部材に支持されているので、各電極の間隔を常に一定に保つことができる。そのため、誘電率の変化の測定精度をより向上させることも可能になる。さらに、本発明に係る水位センサによれば、支持部材の先端を第２蓋部の孔部と嵌合させるように構成し、支持部材が遮蔽部材内の中心部に位置するように位置決めするとともに、この位置を確実に保持することができる。そのため、水位の変化等の要因による支持部材や電極の遮蔽部材内におけるグラつきを確実に防止することができ、誘電率の変化の測定精度をさらにより向上させることも可能になる。
【００２９】
また、本発明に係る水位センサによれば、Ａ／Ｄ変換部を遮蔽部材の内部に配置しているので、電極からアナログ信号で出力された水位検出信号を遮蔽部材内にてデジタル信号に変換することができる。そのため、水位センサ外部での影響を受けてアナログの水位検出信号が水位センサ外部での影響を受けて変化してしまうことを確実に防止することができる。また、Ａ／Ｄ変換部を遮蔽部材の内部に配置することで、水位センサの外部に出力されるのを外部の影響を受けないデジタル信号のみにすることができる。したがって、この点でも水位センサの測定精度を大きく向上させることが可能になる。また、本発明に係る水位センサによれば、Ａ／Ｄ変換部からデジタルの水位検出信号をリアルタイムに出力することができるので、水位センサによる水位の変化をリアルタイムに捉えることができ、測定の効率化を図ることも可能になる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形体に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上記した通り、本発明は、数ｆＦ（フェムトファラド）の静電容量の変化をも検出し、水位の変化を精度よく測定することが可能であり、特に、微小の水位差を測定することが必要な植物に対する灌水の供給量を制御する場合に有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  水位センサ
２  センサ部
３  Ａ／Ｄ変換部
４  遮蔽部材
５  電極
６  支持部材
７  絶縁部材
８  防水部材
９  引出線
３ａ  信号線
３ｂ，１９ａ  アース線
１０  支持本体
１１  基板取付板
１２  支持部
１３  フランジ部
１４  貫通孔
１５  制御部
１６  遮蔽部材本体
１７  第１蓋部
１８  第２蓋部
１８ａ  大径部
１８ｂ  小径部
１８ｃ  穴部
１９  端子
２１  制御部
２２  表示装置
【図１】
2011215144.tif 000003
【図２】
2011215144.tif 000004