(57)【要約】【課題】構造及び製造が簡単で低コスト化を図ることができ、また容器の形状や大きさに柔軟に対応して設置することができるレベル測定器を提供すること。【解決手段】容器１００内に収納された水（測定対象物）の上面高さ（水面）を測定するレベル測定器１である。絶縁基板１１上に複数の電極パターン１３−１〜５を形成したフレキシブル回路基板１０と、フレキシブル回路基板１０の各電極パターン１３−１〜５と対向する位置に設置される１本の共通電極３０とを有する。フレキシブル回路基板１０を、容器１００の外周面に、各電極パターン１３−１〜５の高さが異なる位置となるように貼り付ける。一方、共通電極３０を、容器１００内部の各電極パターン１３−１〜５と対向する位置に設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に収納された測定対象物の上面高さを測定するレベル測定器において、
絶縁基板上に複数の電極パターンを形成した回路基板と、
前記回路基板の各電極パターンと対向する位置に設置される共通電極と、
を有し、
前記回路基板を、前記容器の外部であって、各電極パターンの高さが異なる位置となるように設置し、
前記共通電極を、前記容器内部の前記各電極パターンと対向する位置に設置したことを特徴とするレベル測定器。
【請求項２】
請求項１に記載のレベル測定器であって、
前記共通電極は、接地されることによって接地電極を兼ねていることを特徴とするレベル測定器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレベル測定器であって、
前記共通電極は、金属製の導体のみで形成されていることを特徴とするレベル測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体等の測定対象物のレベル（上面高さ）を測定するレベル測定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水槽などの容器に貯められた液体の液位（液面）を検出するレベル測定器として、フロートの移動位置を検出するフロートタイプのものや、圧力センサによって求めた水圧から水深を測定する圧力センサタイプのものなどがある。しかしこれらレベル測定器は、構造が複雑で低コスト化が図れないという問題があった。
【０００３】
上記問題を解決するレベル測定器として、例えば、特許文献１の図４や図５などに記載のレベル測定器がある。このレベル測定器は、絶縁材料で構成された筒状構造体（３０）の外表面に、７対の電極層（Ｅ１ａ〜Ｅ７ａ，Ｅ１ｂ〜Ｅ７ｂ〔図５ではＥｘｂ〕）によって構成される７組の電極対（Ｐ１〜Ｐ７）を形成して構成されており、空洞部（３１）内に進入した液体によって変化する電極対（Ｐ１〜Ｐ７）の静電容量を検出することで、その液面レベルを測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１１５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に示すレベル測定器においても、筒状構造体（３０）が必要であるばかりか、この筒状構造体（３０）の湾曲する外周面に電極層（Ｅ１ａ〜Ｅ７ａ，Ｅ１ｂ〜Ｅ７ｂ〔図５ではＥｘｂ〕）を形成しなければならず、構造や製造が簡単とは言えなかった。また、筒状構造体（３０）は所定の外径寸法を有しているため、例えば狭い容器などにおいては、これを挿入して設置することが困難な場合もあった。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、構造及び製造が簡単で低コスト化を図ることができ、また容器の形状や大きさに柔軟に対応して設置することができるレベル測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、容器内に収納された測定対象物の上面高さを測定するレベル測定器において、絶縁基板上に複数の電極パターンを形成した回路基板と、前記回路基板の各電極パターンと対向する位置に設置される共通電極と、を有し、前記回路基板を、前記容器の外部であって、各電極パターンの高さが異なる位置となるように設置し、前記共通電極を、前記容器内部の前記各電極パターンと対向する位置に設置したことを特徴としている。
測定対象物としては、水などの液体の他、土などの液体以外のものであっても良い。
本発明によれば、電極パターンを形成した回路基板を、容器の外部に設置するので、この回路基板及び電極パターンが容器内の測定対象物に触れることはなく、このためその耐久性を向上させることができる。一方、共通電極は測定対象物内に浸漬されるが、これは共通電極であるため、電極パターンに比べて形状・構造・材質上の自由度が高く、容易にその耐久性を高く維持することができる。
また、回路基板を容器の外部に設置し、共通電極を容器内に設置するだけでよいので、その設置を容易に行うことができる。また、容器内に挿入するのは共通電極だけなので設置スペースが小さく、このため狭い容器などでも容易に設置でき、容器の形状や大きさに柔軟に対応して設置することができる。
【０００８】
また本発明は、前記特徴を有するレベル測定器であって、さらに、前記共通電極は、接地されることによって接地電極を兼ねていることを特徴としている。
【０００９】
また本発明は、前記特徴と有するレベル測定器であって、さらに、前記共通電極は、金属製の導体のみで形成されていることを特徴としている。
これによって、共通電極を簡単な構成の金属製導体によって構成できる。即ち、共通電極として、電極パターン等を形成する必要がなく、例えば金属棒などによって構成できるので、コストの削減が図れるばかりか、設置スペースも小さくでき、またその設置も容易に行えるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかるレベル測定器によれば、構造及び製造が簡単で低コスト化を図ることができ、また容器の形状や大きさに柔軟に対応して設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レベル測定器１を容器１００に設置した状態を示す概略構成図である。
【図２】レベル測定器１の電気的構成を示す概略図である。
【図３】フレキシブル回路基板１０の平面図である。
【図４】フレキシブル回路基板１０Ｂの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の１実施形態に係るレベル測定器１を容器１００に設置した状態を示す概略構成図、図２はその電気的構成を示す概略図、図３はレベル測定器１を構成する回路基板（以下「フレキシブル回路基板」という）１０の平面図である。図１に示すように、レベル測定器１は、絶縁基板１１上に複数の電極パターン１３−１〜５を形成したフレキシブル回路基板１０と、前記フレキシブル回路基板１０の各電極パターン１３−１〜５と対向する位置に設置される１本の共通電極３０と、を有し、前記フレキシブル回路基板１０を、容器１００の外部（外周面）であって各電極パターン１３−１〜５の高さが上下に所定間隔毎に異なる位置となるように設置し、一方、前記共通電極３０を前記容器１００内部の前記各電極パターン１３−１〜５と対向する位置に設置して構成されている。なお以下の説明において、「上」とは容器１００の水深の浅い側をいい、「下」とは容器１００の水深の深い側をいうものとする。
【００１３】
容器１００は、この例では、上面が開放された容器（水槽）であり、内部には水（液体、測定対象物）１５０が所定の水位まで貯水されている。
【００１４】
フレキシブル回路基板１０は、略矩形状で縦長の可撓性を有する合成樹脂フィルム製の絶縁基板１１の一方の表面に、複数（この例では５つ）の電極パターン１３−１〜５を、上下方向（垂直方向）に向けて所定間隔毎に１つずつ１列に形成して構成されている。前記各電極パターン１３−１〜５は、同一の矩形状であり、絶縁基板１１上に例えば導電ペーストをスクリーン印刷することによって、それぞれ同一間隔の隙間を介して形成されている。前記絶縁基板１１の外周の所定位置には、帯状の引出部２１が接続されており、引出部２１の他端側には、水位検出手段２３が接続されている。水位検出手段２３は前記絶縁基板１１と同一のフィルム上に形成しても良い。前記各電極パターン１３−１〜５には、それぞれ回路パターン１５が接続されており、これら回路パターン１５は、引出部２１を介して前記水位検出手段２３に接続されている。
【００１５】
水位検出手段２３は、各電極パターン１３−１〜５と前記共通電極３０間の電気容量を検出して容器１００内の水１５０の水位を検出する回路である。即ち、水位検出手段２３は、各電極パターン１３−１〜５と共通電極３０との間の電気容量を夫々測定し、両者間に水１５０があるときと無いとき（さらには電極パターン１３中のどの位置まで水１５０があるか）で生じる静電容量の相違から、容器１００内の水位（液面）を検出する回路である。水位検出手段２３は、図２に示すように、各電極パターン１３−１〜５から引き出した回路パターン１５を接続する容量検出部２３１−１〜５と、各容量検出部２３１−１〜５で検出した静電容量値の信号を入力して水位を検出し出力する測定水位出力部２３３と、を具備して構成されている。
【００１６】
この実施形態の場合、フレキシブル回路基板１０は、容器１００の外表面に貼り付けられているが、このフレキシブル回路基板１０は可撓性を有するので、容器１００の外表面形状が湾曲していたり、屈曲していたりしても、容易にこれに追従して湾曲・屈曲し、その外表面に密着して取り付けることができる。
【００１７】
共通電極３０は、導電性のある１本の直線状の細長い棒状体によって構成されており、具体的には鉄や真鍮などの金属棒によって構成されている。即ち、金属製の導体のみで形成されている。この共通電極３０は、少なくとも、前記フレキシブル回路基板１０の全ての電極パターン１３−１〜５に対向する長さを有している。また、共通電極３０の一端は導線３１によってアースされている。即ち、この共通電極３０は接地電極を兼ねている。なお、導線３１を、前記共通電極３０を構成する金属棒と同一の金属棒で構成し、その一端を直接アースしても良い。このように構成すれば、さらにその構造が簡素化される。この共通電極３０は、容器１００内の前記回路基板１０を取り付けた部分（各電極パターン１３−１〜５の部分）に対向する位置に設置される。このとき共通電極３０は、各電極パターン１３−１〜５に対して同じ距離離れた位置に設置される。これによって、各電極パターン１３−１〜５と共通電極３０間の静電容量は、その間の隙間を埋める媒体が同一であれば同一になる。
【００１８】
以上の構成を有するレベル測定器１において、例えば容器１００内の水位が、図１に示すレベルＬ１にあるとすると、電極パターン１３−１〜３と共通電極３０間にはその間に水１５０が介在し、電極パターン１３−４，５と共通電極３０間にはその間に空気が介在する。このため、電極パターン１３−１〜３と共通電極３０間のそれぞれの静電容量と、電極パターン１３−４，５と共通電極３０間のそれぞれの静電容量は、大きく相違する。このため、測定水位出力手段２３３は、これら各電極パターン１３−１〜５の静電容量を比較することで、容器１００内の水位を検出することができる。
【００１９】
以上説明したように、上記レベル測定器１によれば、電極パターン１３−１〜５を形成したフレキシブル回路基板１０を、容器１００の外部に設置するので、このフレキシブル回路基板１０及び電極パターン１３−１〜５が容器１００内の水（溶液、媒体、測定対象物）１５０に触れることはなく、このためその耐久性を向上させることができる。即ち、電極パターン１３−１〜５の劣化（腐食やイオン交換など）が生じない。また電極パターン１３−１〜５が水１５０に浸からないので、測定値が安定する。一方、共通電極３０は水１５０内に浸漬されるが、これは共通電極３０であるため、電極パターン１３−１〜５に比べて形状・構造・材質上の自由度が高く、容易にその耐久性を高く維持することができる。
【００２０】
また、フレキシブル回路基板１０を容器１００の外部に設置し、共通電極３０を容器１００内に設置するだけでよいので、その設置を容易に行うことができる。また、容器１００内に挿入するのは共通電極３０だけなので設置スペースが小さく、このため狭い容器１００などでも容易に設置でき、容器１００の形状や大きさに柔軟に対応して設置することができる。
【００２１】
ところで、上記説明では、容器１００内の水位の検出は、各電極パターン１３−１〜５を単位に、その電極パターン１３が水面よりも上にあるか下にあるかをデジタル的に検出するようにした例を示したが、さらに、何れか１つの電極パターン１３においての静電容量の変化を検出することで、水位の検出をアナログ的に行うこともできる。即ち、例えば、容器１００内の水面が、図１に示すレベルＬ２にある場合、即ち電極パターン１３−２の途中にある場合、その静電容量は、全てに水１５０が介在している電極パターン１３―１の静電容量や、全てに空気が介在している電極パターン１３−３〜５の静電容量と異なり、それらの中間の静電容量となる。しかも水面の変動に応じてその静電容量が変化していく。このため、水面が途中にある電極パターン１３−２内での水面の位置を、アナログ的に検出することもできる。
【００２２】
図４は、本発明の他の実施形態に係るフレキシブル回路基板１０Ｂの平面図である。同図に示すフレキシブル回路基板１０Ｂにおいて、前記図１〜図３に示す実施形態にかかるフレキシブル回路基板１０と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し、各符号には添え字「Ｂ」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図３に示す実施形態と同じである。
【００２３】
このフレキシブル回路基板１０Ｂにおいて、上記フレキシブル回路基板１０と相違する点は、各電極パターン１３Ｂ−１〜５の形状である。即ち、電極パターン１３Ｂ−１〜５は、何れも同一形状であって、その上辺と下辺が水面に対して斜めに傾斜する平行四辺形に形成されている。そして、上下に隣り合う電極パターン１３Ｂ間においては、両者の対向する辺（即ち、下側の電極パターン１３Ｂの上辺と、上側の電極パターン１３Ｂの下辺）が、同一水平面に対して交差する位置となるように構成されている。
【００２４】
このように構成すれば、上下に隣り合う電極パターン１３Ｂ間の離間部分に水面が位置している場合でも、その上下の電極パターン１３Ｂの静電容量は、その水面の移動によって何れも変化していくので、全ての水位の位置を、アナログ的に検出することができる。
【００２５】
なお上記実施形態では、共通電極３０として金属棒を用いたが、本発明はこれに限られず、例えば帯状の硬質又は可撓性を有する絶縁基板上にアースパターンを形成したようなものであっても良く、要は、フレキシブル回路基板１０の各電極パターン１３−１〜５と対向する位置に設置される共通電極（電気が通るもの）であれば、どのような構成のものであっても良い。もちろん、共通電極３０を金属製の導体のみ、即ち例えば金属棒などによって形成した場合は、絶縁基板に電極パターン等を形成する構成に比べて、大幅なコストの削減が図れるばかりか、設置スペースも細い棒状体とすることで容易に小さくでき、また剛性もあるのでその設置も容易に行うことができる。
【００２６】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態では、回路基板としてフレキシブル回路基板を用いたが、場合によっては、硬質の回路基板を用いても良い。また上記実施形態では、測定対象物を水としたが、水以外の各種溶液でも良く、さらに溶液以外に土などでも良い。要は、静電容量を検出できる測定対象物であればどのような測定対象物であっても良い。
【００２７】
また、本発明に用いる容器としては、小さな各種容器でも良いし、貯水池のような大きな容器でも良い。また上記実施形態では、各電極パターンを上下方向に垂直に位置するように構成したが、本発明はこれに限られず、斜め方向に高さが異なるように設置しても良い。また複数の電極パターンを設けるそれぞれの間隔は、同一にする必要もなく、異なる離間距離で複数の電極パターンを配置しても良い。要は、各電極パターンの高さが異なる位置となるように設置すれば、どのように配置しても良い。
【００２８】
また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２９】
１  レベル測定器
１０  フレキシブル回路基板（回路基板）
１１  絶縁基板
１３−１〜５  電極パターン
３０  共通電極
１００  容器
１５０  水（測定対象物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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