(57)【要約】  本発明は、液体レベル（４４）を検出するためのセンサ（２）に関し、測定コンデンサ（４）と、基準コンデンサ（６）と、積分コンデンサ（１８）と、較正コンデンサ（８）と、制御手段（２６）と、増幅器（１６）と、比較器（２０）と、相補的較正コンデンサ（１０）とを含む。制御手段（２６）は、蓄積期間にわたり、所与のターゲットコンデンサ及び放電コンデンサに対して、ターゲットコンデンサ帯電ステップ（３４）と、電荷移動ステップ（３６）と、決定ステップ（３８）と、条件付放電ステップ（４０）と、戻りステップ（４２）とを実施する。各々の期間に与えられるターゲットコンデンサ及び放電コンデンサは、測定コンデンサ（４）及び較正コンデンサ（８）と、基準コンデンサ（６）及び相補的較正コンデンサ（１０）と、を含むコンデンサの対から取り入れられる。本発明は、さらに、液体レベル（４４）を推定する方法及び車両におけるセンサ（２）の使用に関する。
2008524619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク（２４）内の液体のレベル（４４）を検出するための容量センサ（２）であって、
前記タンク（２４）内に配置されることが意図される測定コンデンサ（４）と、
前記タンク（２４）内の底部分の該タンク（２４）内に配置されることが意図される基準コンデンサ（６）と、
前記測定コンデンサ（４）よりも高い静電容量を有する較正コンデンサ（８）と、
液体のレベル（４４）に対応する推定信号（３２）を送出することができる制御手段（２６）と、
演算増幅器（１６）と、
前記増幅器（１６）の反転入力部とその出力部との間に接続される積分コンデンサ（１８）と、
前記増幅器（１６）の出力電圧（２８）をしきい値電圧（３０）と比較して、比較信号（２２）を前記制御手段（２６）に送出することが意図される比較器（２０）と、
を含み、
前記基準コンデンサ（６）よりも高く、前記較正コンデンサ（８）とは異なる静電容量を有する相補的較正コンデンサ（１０）をさらに含み、
前記制御手段（２６）は連続する蓄積期間にわたって、各々の期間に対して与えられるターゲットコンデンサ及び放電コンデンサに対して、
所与の電圧をその端子に印加することにより前記ターゲットコンデンサを帯電する第１のステップ（３４）と、
前記ターゲットコンデンサから前記積分コンデンサ（１８）へ電荷を移動する第２のステップ（３６）と、
前記比較信号（２２）が負である場合には、第４のステップ（４０）を飛ばして進むことを決定する第３のステップ（３８）と、
前記積分コンデンサ（１８）の電荷の幾らかを前記放電コンデンサに放電し、次に、前記放電コンデンサを完全に放電する第４のステップ（４０）と、
前記第１のステップ（３４）に戻る第５のステップ（４２）と、
を実施することが意図されており、
各々の期間に与えられる前記ターゲット及び前記放電コンデンサが、
前記測定コンデンサ（４）及び前記較正コンデンサ（８）と、
前記基準コンデンサ（６）及び前記相補的較正コンデンサ（１０）と、
を含む、コンデンサの対の群からそれぞれ取り入れられる、
ことを特徴とする容量センサ（２）。
【請求項２】
前記相補的較正コンデンサ（１０）が前記較正コンデンサ（８）より低い静電容量を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ（２）。
【請求項３】
第１の補償コンデンサ（１２）をさらに含み、その特性が前記測定コンデンサ（４）及び基準コンデンサ（６）の支持材料と実質的に同様に温度によって変化し、前記コンデンサの対の群は、さらに、前記第１の補償コンデンサ（１２）及び関連する第１の放電コンデンサを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ（２）。
【請求項４】
前記関連する第１の放電コンデンサは前記相補的較正コンデンサ（１０）であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ（２）。
【請求項５】
第２の補償コンデンサ（１４）をさらに含み、その特性が前記測定コンデンサ（４）及び基準コンデンサ（６）のそれぞれの保護層の材料と実質的に同じ様式で温度によって変化し、前記コンデンサの対の群は、さらに、前記第２の補償コンデンサ（１４）及び関連する第２の放電コンデンサを含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のセンサ（２）。
【請求項６】
前記関連する第２の放電コンデンサが前記相補的較正コンデンサ（１０）であることを特徴とする請求項５に記載のセンサ（２）。
【請求項７】
前記制御手段は、前記基準コンデンサ（６）上で作られる液体の誘電率の最初の測定により、測定コンデンサ（４）に関連する蓄積期間に先立って、自動的に種々のコンデンサの中から前記較正コンデンサ（８）を選択することが意図されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のセンサ（２）。
【請求項８】
前記制御手段（２６）は前記タンク（２４）の内側に配置される電子回路の形態で製造されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のセンサ（２）。
【請求項９】
容量測定によってタンク（２４）内の液体のレベル（４４）を推定する方法であって、連続する蓄積期間にわたり、各々のステップに与えられるターゲットコンデンサ及び放電コンデンサに対して、
所与の電圧をその端子に印加することにより前記ターゲットコンデンサを帯電する第１のステップ（３４）と、
前記ターゲットコンデンサから、演算増幅器（１６）の反転入力部とその出力部との間に接続される積分コンデンサ（１８）に電荷を移動する第２のステップ（３６）と、
比較信号（２２）が負である場合に、第４のステップ（４０）を飛ばして進むことを決定し、比較器（２０）によって送出される前記比較信号（２２）は、前記増幅器（１６）の出力電圧（２８）をしきい値電圧（３０）と比較することが意図される、第３のステップ（３８）と、
前記積分コンデンサ（１８）の電荷の幾らかを前記放電コンデンサに放電し、次に、前記放電コンデンサを完全に放電する第４のステップ（４０）と、
前記第１のステップ（３４）に戻る第５のステップ（４２）と、
を実施することを含み、
各々の期間に与えられる前記ターゲットコンデンサ及び前記放電コンデンサが、
前記タンク（２４）内に配置されることが意図される測定コンデンサ（４）及び前記測定コンデンサ（４）より高い静電容量を有する較正コンデンサ（８）と、
前記タンク（２４）の底部分の該タンク（２４）内に配置されることが意図される基準コンデンサ（６）、及び、前記基準コンデンサ（６）より高く、前記較正コンデンサ（８）とは異なる静電容量を有する相補的較正コンデンサ（１０）と、
を含む、コンデンサの対の群からそれぞれ取り入れられることを特徴とする方法。
【請求項１０】
異常なレベル（４４）が推定されるときに警告信号が送出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項８までのいずれか１項によるタンク（２４）内のセンサ（２）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内に配置されることが意図される測定コンデンサと、タンク内の底部に配置されることが意図される基準コンデンサと、測定コンデンサよりも高い静電容量を有する較正コンデンサと、液体のレベルに対応する推定信号を送出できる制御手段と、演算増幅器と、増幅器の反転入力部とその出力部との間に接続される積分コンデンサと、増幅器の外部電圧をしきい値電圧と比較し、比較信号を制御手段に送出することが意図される比較器と、を含む、タンク内の液体のレベルを検出するための容量センサに関する。
【０００２】
本発明は、さらに、容量測定によりタンク内の液体のレベルを推定する方法、並びに、車両内のタンクのためのこのような容量レベルセンサの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
このようなセンサは従来技術において既知である。
例えば、仏国特許出願ＦＲ２７９５８１６Ａ１号がこのようなセンサを開示する。この出願は、タンク内の液体のレベルを検出するためのレベル検出器を開示し、タンクの高さ全体にわたって配置されることが意図され、その静電容量がタンク内の液体のレベルによって変化するように設計される測定コンデンサと、タンク内の底部に配置されることが意図される基準コンデンサとを含む。
【０００４】
さらに、コンデンサは、解釈的電子回路に接続され、測定される静電容量から離散量で周期的に積分器を帯電し、次いで、回路に配置される較正コンデンサからこの積分器を放電するためのソフトウェア手段を組み込むマイクロコントローラを含み、この較正コンデンサの静電容量は、測定される全ての静電容量より高いものである。比較器は、積分器からの電荷の量をしきい値と比較し、しきい値を超えるとすぐに、信号をマイクロコントローラに伝送するのに使用される。このことは、積分器の平均電荷が事実上一定のまま残るような方法で、較正コンデンサにより積分器から電気量を除去することを伴う。比較器が所与の期間にわたって「１」である回数は、タンク内の液体のレベルを推定することを可能にする。
【０００５】
従来技術のこのようなセンサはうまく動作できるが、特に、測定コンデンサ及び基準コンデンサが非常に異なる静電容量を有するとき、又は、寄生容量と比較して非常に小さい静電容量を推定することが必要なとき、例えば、センサの大きさが小さいとき、或いは、液体の誘電率が周囲温度での水の誘電率と比較して低いときにのような幾つか適用例においては十分な正確さを提供しないことが観察されてきた。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の問題を減少させ、より具体的には、特に測定コンデンサと基準コンデンサとが大いに異なる静電容量を有する用途に対して、より正確な測定値を得ることを可能にすることである。
【０００７】
この目的のために、本発明によるセンサは、基準コンデンサより高く、較正コンデンサとは異なる静電容量を有する相補的較正コンデンサをさらに含み、制御手段が、連続する蓄積期間にわたり、各々の期間に対して与えられるターゲットコンデンサ及び放電コンデンサに対して、その端子に所与の電圧を印加することによってターゲットコンデンサを帯電する第１のステップと、ターゲットコンデンサから積分コンデンサに電荷を移動する第２のステップと、比較信号が負である場合に第４のステップを飛ばして進むことを決定する第３のステップと、積分コンデンサの電荷の幾らかを放電コンデンサに放電し、次に、放電コンデンサを完全に放電する第４のステップと、第１のステップに戻る第５のステップを実施することが意図されており、各々の期間に与えられるターゲットコンデンサ及び放電コンデンサが、測定コンデンサ及び較正コンデンサと、基準コンデンサ及び相補的補正コンデンサと、を含む、コンデンサの対の群からそれぞれ取り入れられるという点で特徴付けられる。
【０００８】
動作中、より具体的には所与の蓄積期間の間、本発明によるセンサの積分コンデンサに格納される電荷は、制御手段によって所定の回数実行される連続するステップによって変化し、この電荷は、しきい値電圧より大きい又はこれと等しい出力電圧に対応し、正の比較信号に対応して、所与の電荷の値に到達する。この数は、実質的には、所与の蓄積期間にわたるターゲットコンデンサの平均静電容量の、既知の実質的に一定の値の放電コンデンサの静電容量に対する比率に比例する。従って、この数は、制御手段が所与の蓄積期間にわたるターゲットコンデンサの平均静電容量を推定することを可能にする。
【０００９】
ターゲットコンデンサは、後で、次の蓄積期間における基準コンデンサになるために、特定の数の連続する蓄積期間における測定コンデンサとすることができる。本発明によるセンサの放電コンデンサに関しては、従来技術のセンサとは異なり、ターゲットコンデンサが測定コンデンサであろうと基準コンデンサであろうと関係なく、同じ較正コンデンサではない。各々の蓄積期間に与えられるターゲット及び放電コンデンサは、測定コンデンサ及び較正コンデンサと、基準コンデンサ及び相補的較正コンデンサと、を含む、コンデンサの対の群からそれぞれ取り入れられる。換言すると、測定コンデンサの静電容量が推定されるときには、較正コンデンサが放電コンデンサとして使用され、基準コンデンサの静電容量が推定されるときには、相補的較正コンデンサが放電コンデンサとして使用される。
【００１０】
特定の放電コンデンサとターゲットコンデンサとのこの関連、すなわち、較正コンデンサの測定コンデンサとの関連、並びに、相補的較正コンデンサの基準コンデンサとの関連は、より正確な推定を得ることを可能にすることが観察される。これは、通常の動作条件下では、較正コンデンサが測定コンデンサより高い静電容量を有し、相補的較正コンデンサが基準コンデンサより高く、較正コンデンサとは異なる静電容量を有するためである。相補的較正コンデンサの静電容量は、例えば、較正コンデンサの静電容量より低い又はかなり低い。
【００１１】
所与のターゲットコンデンサと特定の放電コンデンサとの関連は、問題になっている対が何であれ、所与の蓄積期間にわたって、十分に大きい帯電誘起しきい値を超える係数を得ることを可能にし、この場合においては、より細かい静電容量の比率及びより大きい測定の正確さが観察される。しきい値超過係数は、所与の蓄積期間におけるしきい値超過イベントの数の、帯電イベントの合計数に対する比率であり、この比率は、ターゲット静電容量の放電静電容量に対する比率に実質的に等しい。
【００１２】
換言すると、ターゲットコンデンサの値が基準コンデンサの値に、常に高い状態で、近づけば近づくほど、測定がより正確になることが観察される。
【００１３】
本発明によるセンサは、センサ自体を設計するときに、測定コンデンサ及び基準コンデンサの種類のさらに自由な選択を可能にするという付加的な利点を有する。測定される値に適合される測定値の較正は、さらに正確な結果が得られること、及び、さらに自由な設計を可能にする。
【００１４】
本発明の別の目的は、コンデンサの支持材料による温度のばらつきの寄生効果を低減することである。
【００１５】
この目的のために、１つの特定の実施形態によれば、本発明によるセンサは、さらに、第１の補償コンデンサを含み、その特性は、測定コンデンサ及び基準コンデンサの支持材料と実質的に同様に温度によって変化し、そのコンデンサの対の群は、さらに、第１の補償コンデンサ及び相補的較正コンデンサを含む。
【００１６】
第１の補償コンデンサと、対である相補的較正コンデンサを加えることは、測定コンデンサ及び基準コンデンサの支持材料の経時のばらつきに対応する、補償コンデンサの誘電体の特性におけるばらつきを測定することを可能にする。従って、制御手段は推定信号を送出するためにこれらのばらつきを考慮に入れることができる。
【００１７】
換言すると、第１の補償コンデンサは、その組成及びその形状のために、この影響を補償するように、測定コンデンサ及び基準コンデンサの支持材料の誘電成分の影響における変化を模倣することが意図される。ここでも、換言すると、本目的は、より正確な推定を提供するが、未知の、すなわち、支持材料の誘電率をシステムに加える、現実のより精密なモデルを使用することであり、本発明によって提案される解決法は、システムに、支持材料の誘電率の関数である、第１の補償コンデンサの静電容量の数式から生じる式を加えることである。
【００１８】
模倣により推定信号の正確さを改善するためのこの解決法は、一見、冗長で複雑なように思えるが、本発明によるセンサ及び連続する蓄積期間の間、制御手段によって実行されるステップは、センサの設計の柔軟な性質のために、測定されるコンデンサの静電容量の付加は、センサ及びその制御手段の実施に複雑さをほとんど加えない。
【００１９】
従来技術のシステムと比較して本発明によるセンサを明らかに理解する単なる目的のために、国際出願ＷＯ  ０１／７９７８９  Ａ２が、タンク内の材料のレベルを測定するために容量プローブと組み合わせて使用することができる測定回路を含むレベル測定システムを開示することに注目すべきである。容量プローブは、使用される特定の材料を較正するのに使用されるプローブコンデンサと基準コンデンサとを含む。例えば、温度のばらつきの結果として変化する、特に、プローブコンデンサと基準コンデンサとの間の寄生容量によりもたらされる不正確さの問題が、問題となっているシステムの回路により能動的に補償される。この回路は、測定コンデンサの端子にわたる電圧と同じレベルで基準コンデンサの端子にわたる電圧を保持するように、測定コンデンサに定電流を送出するための電流源及びスイッチを含む。これは、この寄生容量が間に現れやすい導体の端子にわたる電圧差をなくすことにより寄生容量をなくす。
【００２０】
また、従来技術のシステムにおいて、上述の国際出願に開示されるように、測定電圧が２ボルトに等しくなると、この電圧に達する時間が測定コンデンサの静電容量を推定するのに使用される。
【００２１】
これは、本発明によるレベルセンサの手法ではない。本発明によるレベルセンサは、その実施形態の１つにより、第１の補償コンデンサを加えることによって異なるように動作し、これは、特定の方法で、上述したように、支持体によるばらつきを模倣して、これらを計算に組み入れる。これは、センサのアーキテクチャが相対的に簡単な設計になることを可能にする。制御及び較正動作もまた減少される。
【００２２】
本発明の別の目的は、コンデンサの保護層の材料による温度変化の寄生効果を減少させることである。
【００２３】
この目的のために、１つの特定の実施形態によれば、本発明によるセンサは、さらに、第２の補償コンデンサを含み、その特性は、測定コンデンサ及び基準コンデンサのそれぞれの保護層の材料と実質的に同じ様式で温度によって変化し、そのコンデンサの対の群が、さらに、第２の補償コンデンサ及び相補的較正コンデンサを含む。
【００２４】
本発明のこの特定の実施形態は、保護層の材料による寄生容量を補償すること、具体的には、温度の関数としての前述の保護層のばらつきの効果を補償して考慮に入れることを可能にする。
【００２５】
このことは、例えば、プローブが、絶縁層、例えば、短絡を防ぐラッカーが加えられる瓦状のくし状部の形態のトラックをもつプリント回路である場合に適用可能である。
【００２６】
制御手段が推定信号を送出するのを可能にするのに必要な式が、単なる一例として後に示され、説明されるように、種々のコンデンサの等価回路を詳述することによって、並びに、結果として生じる式の解を制御手段に統合することによって見つけることができる。
【００２７】
本発明は、さらに、第１の補償コンデンサ及び第２の補償コンデンサが組み合わされて、支持材料の両方の影響を考慮に入れることにより、正確さを改善するセンサに関する。
【００２８】
本発明は、さらに、容量測定によって、タンク内の液体のレベルを推定する方法に関し、連続する蓄積期間にわたり、各々のステップに与えられたターゲットコンデンサ及び放電コンデンサに対して、端子に所与の電圧を印加することによってターゲットコンデンサを帯電する第１のステップと、演算増幅器の反転入力部とその出力部との間に接続され、電荷をターゲットコンデンサから積分コンデンサへ移動する第２のステップと、比較信号が負である場合に第４のステップを飛ばして進むことを決定し、比較器により送出される比較信号は増幅器の出力電圧をしきい値電圧と比較することが意図されている、第３のステップと、積分コンデンサの電荷の幾らかを放電コンデンサに放電し、次に、放電コンデンサを完全に放電する第４のステップと、第１のステップに戻る第５のステップとを実施することを含み、各々の期間に与えられるターゲット及び放電コンデンサは、タンク内に配置されることが意図される測定コンデンサ及び測定コンデンサよりも高い静電容量を有する較正コンデンサと、タンク内の底部に配置されることが意図される基準コンデンサ及び基準コンデンサよりも高く、較正コンデンサとは異なる静電容量を有する相補的較正コンデンサと、を含むコンデンサの対の群からそれぞれ取り入れられる。
【００２９】
この方法は、実施するのに費用がかからず柔軟である一方で、タンク内の液体のレベルのより正確な推定を提供する。
【００３０】
本発明は、さらに、例えば、自動車の燃料タンクのような車両のタンク内での上述のようなセンサに使用に関する。本発明によるセンサは、費用及び正確さの制限が非常に重要である用途の分野に特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明のこれら及び他の態様は、図面を参照して、本発明の特定の実施形態の詳細な説明において明らかとなるであろう。
【００３２】
図面は尺度通りのものではない。一般に、同様の要素は図面において同様の参照番号によって示される。
【００３３】
図１は、本発明によるセンサの１つの特定の実施形態の概略図を示す。タンク２４内に配置されることが意図され、該タンク内に示される測定コンデンサ４は、端子により制御手段２６に接続される。タンク２４の底部分に配置されることが意図され、液体の誘電率におけるばらつきを補償するのに必要とされる基準コンデンサ６もまた、端子により制御手段２６に接続される。較正コンデンサ８及び相補的較正コンデンサ１０が、タンク２４の外側又は内側、例えば「解釈的電子回路」と呼ぶこともできる電子回路上に配置され、それぞれの端子により制御手段２６に接続される。
【００３４】
測定コンデンサ４の静電容量は、主として、タンク２４内の液体のレベル、すなわち、その充填レベルの関数として変化するが、問題となっている液体の誘電率の関数としても変化する。基準コンデンサ６の静電容量は、主として、問題となっている液体の誘電率の関数として変化する。動作中、基準コンデンサ６は、液体に永続的に浸漬されることが意図されることが好ましい。較正コンデンサ８及び相補的較正コンデンサ１０の静電容量は、液体のレベル４４又はその誘電率によって変化することは意図されない。これらの静電容量は、レベル４４における変化又はタンク２４内の温度が何であれ、一般的には、一定のままであることが意図される。
【００３５】
演算増幅器１６は、反転端子が制御手段２６に接続され、非反転端子が動作中に所与の電圧、例えば、アースに接続される。それは出力電圧２８を送出する。積分コンデンサ１８が、演算増幅器１６の非反転端子と出力部との間に接続される。
【００３６】
出力電圧２８又は出力信号が、比較器２０の非反転端子に送出される。動作中、しきい値電圧３０は、出力電圧２８がしきい値電圧３０より上の場合には、比較信号２２が正であるか又は例えば１に等しいように、及び、反対の場合には、負であるか又は例えば０に等しいように、比較器２０の反転端子に印加される。
【００３７】
比較信号２２が、図１の下部に示される接続により制御手段２６に送出され、これは、次いで、タンク２４内の液体のレベル４４を表す推定信号３２を送出する。
【００３８】
動作中、図１及び図４の両方を参照すると、本発明の１つの特定の実施形態によるセンサ２は、以下の様式で動作する。蓄積期間が次々に続く。本発明の範囲から離れることなく、これらは、もちろん、他の名前、例えば、静電容量を推定又は測定するための推定期間又は測定期間と呼ぶことができることに注目すべきである。各期間の目的は、可変コンデンサ、すなわち、１つの特定の実施形態によれば、測定コンデンサ４又は基準コンデンサ６のいずれかの静電容量を推定することである。
【００３９】
例えば、測定コンデンサ４に関連する蓄積期間の特定の数ｐが、基準コンデンサ６に関連する蓄積期間が発生する前に次々と続き、その後サイクルを繰り返すことができることは利点である。動作のこのモードは、タンク２４内の液体のレベル４４がその誘電特性よりさらに急速に変化する場合に好適である。
【００４０】
例えば、６００ミリ秒だけ続くとすることができる所与の蓄積期間に常に関連するのは、「ターゲット」コンデンサ（測定コンデンサ４又は基準コンデンサ６のいずれか）と呼ばれるもの、並びに、「放電」コンデンサ（較正コンデンサ８又は相補的較正コンデンサ１０いずれか、それぞれ）と呼ばれるものである。コンデンサの組又は対は、測定される静電容量の値に特有のものであり、その観点から適合され、それにより、液体のレベル４４のより正確な推定を得ることが可能である。較正コンデンサ８及び相補的較正コンデンサ１０は、異なるものであるが、測定コンデンサ４の予想される静電容量の範囲と基準コンデンサ６の予想される静電容量の範囲との間の大きい差のために選択される。
【００４１】
蓄積期間の間に、制御手段２６がクロックによってクロック制御され、以下のステップを実行する。ターゲットコンデンサ４、６が、第１のステップ３４において、特定の電圧をその端子に印加することにより電気的に帯電される。次に、第２のステップ３６において、電荷がターゲットコンデンサから積分コンデンサ１８に移動される。これは、例えば、スイッチ・キャパシタのスイッチのシステムによって実行することができる。第３のステップ３８において、比較信号２２が制御手段２６によって検査される。信号が正である場合には、第４のステップ４０が実行され、放電コンデンサ８、１０によって、積分コンデンサ１８を部分的に前述の放電コンデンサに放電すること、次に、放電コンデンサ８、１０を完全に放電することを含む。次に、第１のステップ３４及び次に続くステップが、順に再び実行され、この第１のステップ３４に戻ることが第５のステップ４２を構成する。比較信号２２が負である場合には、第１のステップ３４及び次に続くステップが、再び直接実行され、換言すると、第４のステップ４０を飛ばして進み、戻るための第５のステップが直接実行される。
【００４２】
しきい値の超過イベントの数ｎthresholdは、比較信号２２が所与の蓄積期間にわたり正になる回数に対応して、実質的には、積分コンデンサ１８の放電イベントｎtotalの数が乗算されるターゲットコンデンサの静電容量Ｃtargetの、放電コンデンサＣdischargeの静電容量に対する比率に等しい。対応する式は、
2008524619.tif 000003
である。
【００４３】
より具体的には、ターゲットコンデンサの静電容量を測定コンデンサ４の静電容量Ｃmeasurementに置き換え、次に、基準コンデンサ６の静電容量Ｃreferenceに置き換え、並びに、放電コンデンサの静電容量を較正コンデンサ８の静電容量Ｃcalibration、8に置き換え、次に、相補的較正コンデンサ１０の静電容量Ｃcalibration10にそれぞれ置き換えることにより、以下の式が得られる。
2008524619.tif 000004
2008524619.tif 000005
【００４４】
さらに、「空の」しきい値超過イベントの数ｎthreshold、measurement、empty、すなわち、タンク２４内の液体レベル４４が測定コンデンサ４の下限より下にある場合には、後者が液体より上のガスによってのみ影響を受けることが、同様に表される。従って、
2008524619.tif 000006
である。
【００４５】
タンク２４内の液体の相対レベルｈは、実質的に、
2008524619.tif 000007
により与えられ、次に、
2008524619.tif 000008
により与えられる。
【００４６】
係数ｋは、測定コンデンサ４の誘電特性のばらつき（例えば、燃料のような液体の組成又は温度によるばらつき）、すなわち、主として、液体の誘電率におけるばらつきを考慮に入れた係数を表し、そのレベル４４が測定され、このレベルが基準コンデンサ６の静電容量の推定によって補償される。最後にｈが、
2008524619.tif 000009
によって与えられ、ここで、「空の」しきい値超過イベントの数は、タンク２４が充填される前に推定され、次に、例えば、制御手段２６によって格納される。
【００４７】
制御手段２６は、あらゆる短絡又は他の望ましくない影響を防ぐために、例えば、非重複クロックをもつスイッチ・キャパシタのスイッチで実施することができる。制御手段２６は、特に、蓄積期間の間、レベル推定計算及び電荷移動の両方を管理して実施する。
【００４８】
例えば、測定４及び基準６コンデンサは、物理的には、平坦な基板又はプリント回路上の一対の平行な平坦なプレート、同軸ケーブル又は瓦状のくし状部とすることができる。
【００４９】
さらに、２つの蓄積期間の間、所与の「ターゲット／放電」コンデンサの対における測定の後で、同じ対の測定が続いても、又は、別の対の測定が続いても、積分コンデンサ１８は、この２つの蓄積期間の間の間隔の間に放電してもよいし又はしなくてもよいことに注目すべきである。
【００５０】
推定信号３２は、例えば、タンク２４内の液体のレベル４４を示す又は表すため、或いは、直接又は間接的に、タンク２４を充填するための電磁弁、又は、例えば、特にタンク２４が車両上の燃料タンクであることが意図される場合に、安全性を保証する目的のためのいずれか他のアクチュエータを制御するのに使用することができる。
【００５１】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態によれば、推定信号３２を送出するために他の誘電体の影響が考慮に入れられる。これらの他の誘電体は、特に、タンク２４内の液体と接触することが意図されるセンサ２の一部のアーキテクチャに特有のもの、すなわち、測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の相対的な配置及びそれらの物理的な設計に特有のものとすることができる。
【００５２】
２つのさらに具体的な実施形態が、図２及び図３をそれぞれ参照して以下に説明される。次に、これらは、制御手段２６がこの基礎に基づいて推定信号３２を送出することができる理由の制限されない説明、並びに、前述の手段がこれを達成することができる方法の説明が後に続く。
【００５３】
図２は、推定信号３２を送出するために、他の誘電体の影響が制御手段２６によって考慮に入れられた、本発明によるセンサ２の１つの特定の実施形態の概略図を示す。より正確には、測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の支持材料の誘電率の温度の関数としてのばらつきの影響が考慮に入れられる。
【００５４】
「支持材料」という用語は、例えば、２つの平行な平坦なプレートによって実施される測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の場合には、実質的に一定の距離で離れてプレートを互いに対して平行に保つためのスペーサ及び他の支持要素を意味し、同軸ケーブルによる実施の場合には、２つの同軸電極を分離する支持要素を意味し、誘電体基板上に配置される瓦状のくし形状部による実施の場合には、基板それ自体を意味することが理解されるべきである。
【００５５】
第１の補償コンデンサ１２が図２に示される。これは、タンク２４の環境内、すなわち、タンク内又はその近く、或いは、同様の又はそれと同一の環境条件下に配置され、その端子により制御手段２６に接続される。第１の補償コンデンサ１２の誘電体の特性は、測定４及び基準６コンデンサの支持材料と実質的に同様に、その変化を模倣し、それらを考慮に入れ、推定信号３２を送出するために制御手段２６によって補償することを可能にするように、温度に伴い、場合によっては他の要因に伴い変化する。
【００５６】
第１の補償コンデンサ１２の静電容量は、例えば、相補的較正コンデンサ１０のような放電コンデンサとの関連により、所与の蓄積期間の間、周期的に推定される。この静電容量は、推定信号３２を送出するために制御手段２６によって使用される。
【００５７】
この特定の実施形態によれば、例えば、強化熱硬化性樹脂或いは非強化熱硬化性樹脂、又は、例えば、熱可塑性樹脂から作られる、支持体を形成する絶縁体の誘電率におけるばらつきの影響を考慮に入れることができる。これは、このような材料の誘電率が、特に温度によって実質的に変化し、この補償なしでは、エラーを推定値に導入することがあるためである。
【００５８】
図３は、支持材料及び測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の保護された層の材料の誘電率の温度の関数として、ばらつきの影響を考慮に入れる、本発明によるセンサ２の特定の実施形態の概略図を示す。
【００５９】
「保護層」という用語は、種々の理由のために有利に用いることができる、例えば、ポリマー又はラッカーベースの絶縁体を意味し、又は、例えば、制御された酸化による導体の表面処理によって特に得られるいずれか他の層を意味することが理解されるべきである。１つの理由は、特に、電極上の液体の毛管効果を避けるためとすることができるが、この毛管効果は、特に、コンデンサの実施が平坦な基板上の瓦状のくし形状部によって形成される種類である場合に、表面と接触するタンク内の液体レベルの実際の高さを変更することにより（増加させるか又は減少させることにより）、エラーを推定値に導入することがあるためである。すでに述べたように、別の理由は、電気的に導電性の不純物が間に挿入される場合にコンデンサの電極間の短絡を避けることができるためである。
【００６０】
この保護層は測定の正確さを低下させるが、これを考慮に入れることによって正確さが改善される。
【００６１】
一般化により、液体レベル４４の推定を、他の寄生容量を考慮に入れるために、例えば、センサ２の物理的な部分の環境における異なる媒体の数に対応する、いずれかの数の付加的な補償コンデンサをセンサ２に加えることによって行うことができる。電気的接続の影響を、例えば、このような補償によって考慮に入れることもできる。
【００６２】
制御手段２６は、この基本に基づいて、これらの理由及び以下に説明される実施方法によって、補償された推定信号３２を送出することができる。
【００６３】
コンデンサの静電容量Ｃは、一般に、
2008524619.tif 000010
として表され、各々のεiは電極の近くにある各々の材料の誘電率を表し、
2008524619.tif 000011
ここで、Ｓi、ε0及びｅiは、電極の領域、液体の上にある空気又はガスの誘電率、及びこの絶縁体ｉに対応する深さをそれぞれ表す。
【００６４】
一般の静電モデルにより、ガウスの法則、電界の循環、及び静電容量の定義から始めると、電位Ａ及びＢにおいてｎ個の誘電体で２つの導体により形成されるコンデンサの静電容量は、その中では誘電率が一定であるサブドメイン（例えば、単一の誘電体からなるドメイン）へ分解することにより、次のとおりとなる。
2008524619.tif 000012
【００６５】
この一般の公式は、導体によって形成されるコンデンサの幾何学的形状が特定の条件にかなう場合に、時には、単純化することができる。
【００６６】
例えば、一様な電圧差を受ける一定の間隙をもつ２つの無限の平坦な（並列に取り付けられる）コンデンサにおいては、静電容量Ｃが、
2008524619.tif 000013
によって与えられる。
【００６７】
直列の無限の長さの２つの円筒形のコンデンサにおいては、静電容量が、
2008524619.tif 000014
によって与えられ、ここでＲei及びＲiiは、誘電体ｉによって形成されるコンデンサｉの内側半径及び外側半径である。
【００６８】
より一般的には、いずれの実際のコンデンサも、一様な誘電体からなる多数の基本的なコンデンサに分解することができ、いずれの幾何学的形状のプレートにおいても、静電容量は以下のように示すことができる。
2008524619.tif 000015
従って、積分の各々を項の制限された展開として表すことができ、その数は、望まれる正確さによって調整することができる。
【００６９】
積分における第１の近似値に対して、例えば、フィールドＥが相対的に可変である場合には、
2008524619.tif 000016
及び、
2008524619.tif 000017
それゆえに、
2008524619.tif 000018
並びに、
Ｃi＝εiＧ（Ｓ、１／ｄ）である。
【００７０】
さらに、第２のモデルに応じて、実際のコンデンサが種々の基本のコンデンサから再構成される場合には、基本のコンデンサが直列及び／又は並列に配置される代表的な回路が得られる。この種の問題を、キルヒホッフの法則、すなわち、直列接続した分岐に対するメッシュの法則及び並列接続した分岐に対するノードの法則を使用して、解決することができる。
【００７１】
例えば、例示として、図５は本発明によるセンサ２の１つの特定の実施形態において使用される測定コンデンサ４を示し、図６は図５に示される測定コンデンサ４の等価回路の実施例を示す。この等価回路は、本発明による制御手段２６を設計及び／又はプログラムするのに使用することができる。測定コンデンサ４は、図６に示されるその回路モデル又は等価回路であるので、図５においては単純化された概略的な様式で表される。
【００７２】
図５及び図６は、以下でより詳細に説明される。図５は、測定コンデンサ４の２つの電極４６を示す。それらは距離ｄだけ分離される。支持材料又は基板が領域４８に配置され、支持材料４８の領域と呼ばれる。この領域は領域Ｓmを覆い（断面において）、この領域を充填する材料が比誘電率εmを有する。保護層が領域５０に配置され、保護層領域５０と呼ばれる。この領域はＳcpを覆い、この領域を充填する材料が比誘電率εcpを有する。
【００７３】
可変静電容量領域５６と呼ばれる領域５６は、液体レベル４４によって変化する静電容量と、動作中、この液体レベル４４に応じてガスと液体との間で共有される領域Ｓuとを有する。可変静電容量領域５６は、２つの部分、すなわち、Ｈが相対的高さで、比誘電率εiである、液体によって浸されるＳuＨの領域５４と、比誘電率が実質的に１に等しい、ガス又は空気によって浸されるＳu（１−Ｈ）の領域５２とに分離される。
【００７４】
測定コンデンサ４の静電容量、すなわち、図５に示される電極４６間の静電容量、或いは、図６に示される等価回路の端子ＡとＢとの間の静電容量は、並列の４つの静電容量に対応して、コンデンサ及びその静電容量を４つの部分に分解することによって計算することができ、以下の値を有する。
2008524619.tif 000019
2008524619.tif 000020
2008524619.tif 000021
2008524619.tif 000022
【００７５】
従って、さらに、測定コンデンサ４の静電容量Ｃ12に対する数式、すなわち、
2008524619.tif 000023
が得られる。
【００７６】
液体の相対的高さＨと測定コンデンサ４の静電容量Ｃ12を結ぶ式は、εr、さらに、使用される材料によりセンサ２の実際的な構造から生じる２つの他のパラメータεm及びεcpにより液体の状態に依存する。同様に、基準コンデンサ６の静電容量Ｃ11は、下付き数字「ｒ」を加えることにより、
2008524619.tif 000024
として表される。
【００７７】
プレートを賢明に配置することにより、或いは、いずれか他の手段により配置することにより、第１の補償コンデンサ１２が製造されて測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の環境に加えられる。この第１の補償コンデンサ１２は、その誘電体の特性及び形状により、場合によっては、比例定数、又は、以前の測定、例えば、静電容量Ｃ1の温度に伴う変化によって予め確立された関連関数により模倣し、同一の製造プロセスから生じる同じ厚さ及び同一の材料でコンデンサをシミュレートする。第１の補償コンデンサ１２の端子にわたり測定される静電容量が、
2008524619.tif 000025
により実質的に与えられる。
【００７８】
同様に、第２の補償コンデンサ１４の端子にわたり測定される静電容量が、
2008524619.tif 000026
により実質的に与えられる。
【００７９】
最後に、以前の測定によって、タンク２４が完全に空であるときの測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６の静電容量は、それぞれ、
2008524619.tif 000027
2008524619.tif 000028
に実質的に等しく、以下の式、すなわち、
2008524619.tif 000029
及び、
2008524619.tif 000030
が得られる。
【００８０】
このように、４つの不明のもの、すなわち、Ｈ、εcp、εr及びεmにおける４つの一次方程式（式１から式４）のシステムが得られ、それらを解くための方法が周知になる。これらの式は、制御手段２６に積分できるという利点がある。
【００８１】
いずれの形状のコンデンサも次の一般的公式、Ｃi＝εiＧ（Ｓ、１／ｄ）、すなわち、媒体の誘電率でのこのコンデンサの静電容量の一次従属を使用して、単一の誘電体によって特徴付けられる種々のドメインの効果を重ねることによりモデル化することができるので、この推論を一般化することができる。
【００８２】
それゆえに、種々の賢明に選択された静電容量を測定することによって、一次方程式の可解のシステムを有することが可能である。それゆえに、このシステムを解くことによって、その数に関係なく、レベルセンサの構成誘電体の特性と独立して、液体の高さの正確な推定を計算することが可能である。
【００８３】
本発明によるセンサ２の１つの特定の実施形態においては、センサ２が、特に制御手段２６に実施するように、センサ２の上部分に配置される電子回路を含み、さらに、基準コンデンサ６を電子回路に接続するための接続トラックを含む。さらに、この実施形態においては、接続トラックの存在によってもたらされる寄生容量の影響が液体レベル４４を推定するために考慮に入れられる。
【００８４】
この接続トラックは、測定コンデンサ４に沿って配置されるトラック又はケーブルによって形成され、このコンデンサの高さ全体にわたって延び、基準コンデンサ６の静電容量の測定値が回路に伝送されることを可能にする。この接続トラックは、基準コンデンサ６の静電容量に加えられる付加的な静電容量としての役割を果たす。この寄生容量は、トラックが可変静電容量領域５６に配置されるので、液体レベル４４によって変化する。
【００８５】
上で開発されたものと類似した推論によって、直列の３つの静電容量を備える等価回路を開発し、基準コンデンサ６の測定静電容量への接続トラックの影響を分析し、制御手段２６における存在を補償することができる。上記を考慮すると、相対的な液体レベル４４を、特にセンサ２の現実の構成及び材料の誘電率の影響に対応する、幾つかの静電容量の関数により、センサ２の現実の部分の構造中に存在する様々な誘電体に対応するか、あるいはセンサ２の近くにあって解くべき式に現れる、追加の未知数の各々に対する補償コンデンサを加えることにより推定できることが、当業者には明らかであろう。
【００８６】
このセンサ２は、改善される液体レベル４４を正確に推定することを可能にする。
【００８７】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態においては、誘電体又は特定の構造的な誘電体の影響は、補償コンデンサの付加によって補償されることはないが、以前の較正によって考慮に入れられる。
【００８８】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態においては、蓄積期間の間、放電コンデンサとして役割を果たし、ターゲットコンデンサに関連する較正コンデンサ８は、その静電容量は推測的に未知であるが、基準コンデンサ６によって、液体の誘電率の最初の測定に従って事前に自動的に選択される。これは、例えば、測定コンデンサ４のようなターゲットコンデンサの測定静電容量の正確さを改善する。
【００８９】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態においては、基準コンデンサ６を用いて、変化するレベル４４の高さについて液体のレベル４４を測定する。
【００９０】
従来、基準コンデンサ６の目的は、タンク２４内に存在する液体の誘電率におけるばらつきを温度及び液体の組成の関数として測定することである。この基準コンデンサ６のまさしくその存在が、このレベルが非常に低いときに、液体レベル４４が測定されることを防ぐ。しかし、タンク２４を最初に充填するときに、「空の」静電容量をメモリ内に格納することによって、明らかにより低い正確さで、液体レベル４４の値を得ることがある。
【００９１】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態においては、制御手段２６は、タンク２４が充填されるとき及び液体がタンク２４内に落ちるときに、異なるように動作する。特に自動車の用途において、例えば、タンク２４が燃料タンクであるときには、レベル４４が落ちる際の液体レベル４４の変化は、タンク２４が充填されるときより、かなり遅い。検査されるプロセスの種類の関数として、一連の蓄積期間及びその持続時間（液体レベル４４の降下又は上昇）を適合させる手段を統合し、制御手段２６に組み込むことには、利点がある。
【００９２】
本発明によるセンサ２の１つの実施形態においては、制御手段２６が電子的形態で製造され、液相又は気相のいずれかにおいて、基準６及び測定４のコンデンサのプレートのすぐ近くで、対応する電子部品がタンク２４の内部に配置される。このことは、プレートと電子回路との間の接続の長さによる寄生容量を低減し、温度の影響を低減し、制御手段２６及びタンク２４内の測定コンデンサ４及び基準コンデンサ６を製造するためにプリント回路を使用する実施の場合には、単一のプリント回路を製造して製造を簡素化し、費用を削減することを可能にする。
【００９３】
本発明によるセンサ２を、車両、例えば、自動車の例えばタンク２４に使用することができ、液体は、例えば、ディーゼル油、ガソリン又は液化石油ガスといった燃料とすることができることが当業者には明らかであろう。
【００９４】
本発明の内容において、「タンク２４内に配置される」という表現は、タンク２４内だけではなく、関係するコンデンサの静電容量がかなり及び適度にタンク２４内部の誘電体の変化によって影響を受ける限りは、タンク２４の上の両方を意味する。
【００９５】
「タンク２４の底部分に配置される」という表現は、場合によっては接続の影響によるものを除き、好ましくは動作中は常に浸漬される、レベル４４に依存しない基準測定を一般に送出することができるようにタンク２４内の十分に下方に配置されることを意味する。基準コンデンサ６は、例えば、タンク２４の放電ラインに配置することもできる。
【００９６】
また、本発明の内容において、「測定コンデンサ４よりも高い静電容量」という表現は、通常の使用条件下、すなわち、液体が、例えば１と８０の間又は約８０の誘電率を有するときの測定コンデンサ４の静電容量より高いことを意味する。
【００９７】
制御手段２６は、例えば１つ又はそれ以上の電子回路或いは１つ又はそれ以上のマイクロプロセッサの形態で製造される、具体的には、電気的、電子的又はコンピューティング手段とすることができることが当業者には明らかであろう。
【００９８】
液体レベル４４に対応する推定信号３２は、本発明の原則から離れることなく、アナログ信号又はデジタル信号のいずれかとすることができることもまた当業者には明らかであろう。制御手段２６がタンク２４内に配置される電子回路の形態で製造される場合には、本発明の１つの実施形態により、外部インターフェースの影響を大きく受けないアナログ信号又はデジタル信号のいずれかが、タンク内のレベルに対応する推定信号を伝送するのに好ましい。
【００９９】
演算増幅器１６及び比較器２０は、その構造、品質、入力及び出力インピーダンス又はそれらの理想的な性質に関係なく、いずれの種類であってもよいことが当業者には明らかであろう。
【０１００】
電荷移動は、例えば、上述したように、いずれの短絡及び他の妨害物も避けるために、重ならないサイクルを有するスイッチ・キャパシタンスシステムによって実施することができる。
【０１０１】
蓄積期間の持続時間は、例えば、６００ミリ秒とすることができる。一般に、期間が長ければ長いほど、測定はより正確になる。しかし、十分に定期的に測定値を得る必要が多いため、ある程度、蓄積期間の持続時間を制限することは避けられない。
【０１０２】
定常状態に入る前の、ゼロの値からしきい値電圧３０までの積分コンデンサ１８を帯電することを含む遷移期間の持続時間は、ターゲットコンデンサの静電容量によって、並びに、積分コンデンサ１８の静電容量によって変化することができる。この持続時間は、例えば、５０から２００ミリ秒とすることができる。しきい値電圧３０自体は、例えば２．５ボルトとすることができる。
【０１０３】
本発明による方法を実施するための１つの特定のモードにおいては、異常なレベル４４が推定されるときには警告信号が送出されて、例えば、タンク２４内の水のような望ましくない液体の存在を車両制御システムに通信することができる。
【０１０４】
本発明は、具体的に図面に示されるものによって、並びに、具体的に上述されるものによって制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明によるセンサの１つの特定の実施形態の概略図を示す。
【図２】本発明によるセンサの他の特定の実施形態の概略図を示す。
【図３】本発明によるセンサの他の特定の実施形態の概略図を示す。
【図４】所与の蓄積期間にわたり、本発明によるセンサの１つの特定の実施形態の制御手段によって実行されるステップの概略図を示す。
【図５】本発明によるセンサの１つの特定の実施形態によって使用される測定コンデンサを示す。
【図６】本発明による制御手段を設計又はプログラムするのに使用することのできる等価回路の実施例を示す。
【図１】
2008524619.tif 000031
【図２】
2008524619.tif 000032
【図３】
2008524619.tif 000033
【図４】
2008524619.tif 000034
【図５】
2008524619.tif 000035
【図６】
2008524619.tif 000036
【国際調査報告】
2008524619.tif 000037
2008524619.tif 000038
2008524619.tif 000039
2008524619.tif 000040
2008524619.tif 000041
2008524619.tif 000042