(57)【要約】【課題】  液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、広い温度範囲で熱暴走を生じずに高速で精度良く液面を検出すること。【解決手段】  電源１に接続されたサーミスタＴＨの自己発熱による気体中及び液体中での熱拡散係数の差を出力電圧差として取り出し、液面とサーミスタ周囲温度とを検出する装置において、電源１とサーミスタＴＨとの間に温度検出用抵抗を介して接続されサーミスタ周囲温度を検出する温度検出回路２と、電源１とサーミスタＴＨとの間に接続されサーミスタＴＨの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路３と、温度検出回路２と定電流切換回路３とを切換可能であると共に温度検出回路２の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路３を制御するコントローラＣと、を備えている。【選択図】  図１
2008309762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続されたサーミスタの自己発熱による気体中及び液体中での熱拡散係数の差を出力電圧差として取り出し、液面と前記サーミスタの周囲温度とを検出する装置において、
前記電源と前記サーミスタとの間に温度検出用抵抗を介して接続され前記サーミスタの周囲温度を検出する温度検出回路と、
前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動される前記サーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、
前記温度検出回路と前記定電流切換回路とを切換可能であると共に前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記出力電圧差が大きくなる方に前記定電流切換回路を制御するコントローラと、
を備えていることを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記温度検出回路及び前記定電流切換回路が、前記サーミスタの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤコンバータを備え、
前記コントローラが、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧よりも低い前記サーミスタの出力電圧となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記コントローラが、前記ＡＤコンバータの基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に前記出力電圧差がなるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記コントローラが、前記サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーミスタの自己発熱による気体中及び液体中での熱放散係数が異なることを利用して液体の有無を検出するとともにサーミスタの周囲温度を検出する液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の検出装置として使用するサーミスタは、気体中と液体中での熱放散係数の差が大きく、かつ使用温度範囲内で、自己発熱によって熱暴走を生じさせない必要がある。この点を解消するために、例えば特許文献１に示される液位計が開示されている。この特許文献１に示された液位計では、液位検出用サーミスタ及び温度補償用サーミスタのそれぞれに直列に抵抗体が接続され、これらの直列回路が電源に接続されるとともに、それぞれの直列回路の中点が第１オペアンプのプラス入力端子及びマイナス入力端子に接続され、液位検出用サーミスタが液中にあるときと空中にあるときに、オペアンプがオフ、オン動作するように構成される。
【０００３】
このように構成された液位計では、周囲温度が一定以下のときにその温度を検出し自動的に液位検出用サーミスタの負荷抵抗値を小さくするようにし、更に温度補償用サーミスタの抵抗値を液位検出用サーミスタの抵抗値に比べ極めて大きくする。この結果、基準電圧のオペアンプのオンオフによる変動がなくなる。またトランジスタのようなベース−エミッタ間電圧の温度変動による基準電圧の変動もなくなる。更に動作温度範囲も素子温度を抑えながら低温まで拡大できるとともに、温度補償用素子が自己発熱し難いため、より小型の素子にすることができるようになっている。
【０００４】
なお、ここで「熱暴走」について、より詳しく説明する。温度が上昇すると抵抗値が下がるＮＴＣ型サーミスタに電圧を印加すると、そのときの周囲温度に応じた抵抗値と熱放散係数で決まる温度上昇が生じる。通常、この温度上昇が無視できる程度（０．０１〜０．１℃）で温度を測定している。一方、液面の検出に用いるいわゆるパワーサーミスタでは、このサーミスタの発熱が４０〜１５０℃となるような条件で使用し、液体中と気体中での熱放散係数の違いによる発熱差、即ち到達温度の差によって検出している。ここで、サーミスタに所定の電圧を印加した際、自己発熱により抵抗値が低下して電流値が増加することにより発熱し、抵抗値が更に低下して電流値が更に増加することにより更に発熱することを繰返し、最終的に所定の温度に達する。しかし、サーミスタに印加する電圧が高すぎると、上記のループが収束する前に、サーミスタの温度がその耐熱温度以上に上昇して、サーミスタが破損（損傷）する。この現象を熱暴走という。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７６９４４号公報（請求項１、段落［００１８］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来の特許文献１に示された液位計では、熱放散係数の小さいサーミスタを用いるため、応答時間が１８０〜４００秒と長く、あまり応答性の要求されないガソリンタンク等のエンプティ表示に用いることはできても、応答性が要求される湯沸し器や風呂等の空焚きの検出には不向きであった。サーミスタの応答性を高めるために、サーミスタを更に小型化すると、熱放散係数が大きくなり、熱暴走の観点から液位計として十分発熱させることが困難となり、加えて熱暴走を生じる電流値がセンサ周囲温度に依存し、周囲温度が低いほど、小電流で熱暴走に至ることが知られている。このため広範囲の温度領域で応答性の良い液位計を実現することは困難であった。
【０００７】
また、自己発熱をさせるため、サーミスタに通常以上の電流を流して使用するが、上述したように、ある電流値以上で熱暴走を生じる問題があり、この電流値はサーミスタの周囲温度が低いほど、小さな電流値となるため、サーミスタの電流値は、使用温度領域の最低温度における気体中で熱暴走を生じさせない電流値とする必要がある。このため応答性の優れた小型で熱放散係数が大きなサーミスタを用いると、特に液位検出時に高温域において、十分な自己発熱が生じず、液位計として十分な感度が得られない問題点があった。
【０００８】
また、最近のコンピュータを使用したシステムでは、センサ出力電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータの最大入力電圧が５Ｖ程度と低くなってきており、センサ出力電圧もこの範囲に設定する必要が生じている。このため精度良くレベル検出を行うことは困難となっている。すなわち、充分なレベル検出精度を得るための各温度でのセンサ出力電圧は、１Ｖ以下から１０Ｖ程度となり、ＡＤコンバータ入力電圧範囲から外れる場合があった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で熱放散係数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに、速やかにかつ精度良く液面を検出することができる液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、電源に接続されたサーミスタの自己発熱による気体中及び液体中での熱拡散係数の差を出力電圧差として取り出し、液面と前記サーミスタの周囲温度とを検出する装置において、前記電源と前記サーミスタとの間に温度検出用抵抗を介して接続され前記サーミスタの周囲温度を検出する温度検出回路と、前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動される前記サーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、前記温度検出回路と前記定電流切換回路とを切換可能であると共に前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記出力電圧差が大きくなる方に前記定電流切換回路を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、温度検出回路の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路を制御するコントローラと、を備えているので、周囲温度に応じて定電流駆動の基準電流を切り替え、熱暴走する電流値を避けつつ出力電圧差が大きくし、上記出力電圧差を液面のレベルセンサとして十分なレベルに設定して測定することができる。また、定電流駆動であるので、自己発熱による温度上昇に伴って電流値が増加しないため、サーミスタの劣化のおそれが小さく、安定動作となる電流値を大きく設定することができる。さらに、周囲温度の検出時には、温度検出用抵抗に切り替えることで、同一のサーミスタで精度良く周囲温度を検出することができる。
【００１２】
また、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記温度検出回路及び前記定電流切換回路が、前記サーミスタの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤコンバータを備え、前記コントローラが、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧よりも低い前記サーミスタの出力電圧となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、ＡＤコンバータの最大入力電圧（例えば、５Ｖ）よりも低いサーミスタの出力電圧となるように定電流切換回路が制御されるので、精度良く液面レベルの検出を行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記コントローラが、前記ＡＤコンバータの基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に前記出力電圧差がなるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、ＡＤコンバータの基準電圧（例えば、５Ｖ）及び分解能（例えば、１０ｂｉｔ）に応じて設定した最小電圧差以上に出力電圧差がなるように定電流切換回路が制御されるので、ＡＤコンバータの性能に合わせた十分な出力電圧差に切換設定され、液面レベルセンサとして十分に実用的な感度で検出することができる。
【００１４】
また、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記コントローラが、前記サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路が制御されるので、サーミスタのばらつき及び安定性を考慮して使用温度範囲における熱暴走を確実に抑制して使用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置によれば、サーミスタの出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、温度検出回路の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路を制御するコントローラと、を備えているので、周囲温度に応じて上記出力電圧差を液面レベルセンサとして十分なレベルに切換設定して測定することができる。また、温度検出用抵抗により、同一のサーミスタで精度良く周囲温度を検出することができると共に、定電流駆動により熱暴走を抑制することができる。したがって、小型で熱放散係数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに、速やかにかつ精度良く液面を検出することができる。これにより、本発明の検出装置は、低温から高温までの範囲で、高速に液面レベルを検出する必要のある給湯器や風呂等の空炊き防止用の装置として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の一実施形態を、図１から図７を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、例えば湯沸し器や風呂等の空焚き検出やガソリンタンクのエンプティ検出等に用いられるものであって、図１に示すように、電源１に接続されたサーミスタＴＨの自己発熱による気体中及び液体中での熱拡散係数の差を出力電圧差として取り出し、液面とサーミスタＴＨの周囲温度とを検出する装置である。
【００１８】
この検出装置は、電源１とサーミスタＴＨとの間に接続されサーミスタＴＨの周囲温度を検出する温度検出回路２と、電源１とサーミスタＴＨとの間に接続されサーミスタＴＨの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタＴＨの基準電流を変更する定電流切換回路３と、温度検出回路２と定電流切換回路３とを切換可能であると共に温度検出回路２の検出出力に基づいて上記出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路３を制御するコントローラＣと、を備えている。
また、上記温度検出回路２及び上記定電流切換回路３は、サーミスタ出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤコンバータ４を共有で備えている。
【００１９】
上記サーミスタＴＨは、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ(Negative Temperature Coefficient Thermistor)である。このサーミスタＴＨは、例えば、気体中で０．１〜８ｍＷ／℃、好ましくは１〜４ｍＷ／℃の熱放散係数を有し、かつ液体中で０．２〜１０ｍＷ／℃、好ましくは２〜８ｍＷ／℃の熱放散係数を有する単一の高速応答型サーミスタである。
【００２０】
上記気体としては、空気、水蒸気、酸素、窒素、二酸化炭素等が挙げられ、液体としては、水、アルコール、ガソリン、潤滑油等が挙げられる。
上記電源１は、直流電源であり、３端子レギュレータ５を介してサーミスタＴＨに接続された後に接地される。また、電源１は、３端子レギュレータ５の入力端子５ａに接続され、サーミスタＴＨは３端子レギュレータ５の出力端子５ｂに第１スイッチＳＷ１又は第３スイッチＳＷ３を介して接続される。
【００２１】
上記３端子レギュレータ５のアジャスト端子５ｃは、第２スイッチＳＷ２を介して第５抵抗器（温度検出用抵抗）Ｒ５に接続された後に接地される。なお、第５抵抗器Ｒ５は、第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４と組み合わせて、出力電圧を一定電圧に設定するための電圧設定抵抗として機能する。上記第２スイッチＳＷ２は、温度検出時（温度測定モード）には、３端子レギュレータ５と第５抵抗器Ｒ５とを接続するようにコントローラＣにより制御される。
【００２２】
一方、サーミスタＴＨと３端子レギュレータ５との間には、第３スイッチＳＷ３が設けられている。この第３スイッチＳＷ３は、温度検出時（温度測定モード）に、第６抵抗器（温度検出用抵抗）Ｒ６を介してサーミスタＴＨと３端子レギュレータ５とを接続し、液面レベル検出時（レベル検出モード）に、第１スイッチＳＷ１を介して第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４のうちいずれか一つを介してサーミスタＴＨと３端子レギュレータ５とを接続するようにコントローラＣで制御される。
【００２３】
上記サーミスタＴＨは、ＡＤコンバータ４の入力端子に接続され、ＡＤコンバータ４の基準電圧はサーミスタＴＨの基準電圧と同一に設定される。また、ＡＤコンバータ４の出力端子は、コントローラＣの制御入力（Ｉ／Ｏポート）に接続され、コントローラＣの制御出力は第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３に接続されている。
【００２４】
上記第１スイッチＳＷ１は、定電流駆動されるサーミスタＴＨの基準電流を変更するために接続抵抗を第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４までのいずれか一つに切り替える電流値変更スイッチである。例えば、第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４に切換接続されることで、それぞれ１０ｍＡ，５ｍＡ，２ｍＡ，１ｍＡの基準電流に切換可能とされる。したがって、定電流切換回路３は、３端子レギュレータ５、第１スイッチＳＷ１、第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４及びＡＤコンバータ４で構成されている。
【００２５】
また、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３は、上述したようにサーミスタＴＨの周囲温度を測定して上記基準電流を設定するためのスイッチである。したがって、温度検出回路２は、３端子レギュレータ５、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第５抵抗器Ｒ５、第６抵抗器Ｒ６及びＡＤコンバータ４で構成されている。
【００２６】
上記コントローラＣは、ＡＤコンバータ４の最大入力電圧よりも低いサーミスタ出力電圧となるように定電流切換回路３を制御する機能を有する。
さらに、上記コントローラＣは、ＡＤコンバータ４の基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に上記出力電圧差がなるように定電流切換回路３を制御する機能を有する。
また、上記コントローラＣは、サーミスタＴＨが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路３を制御する機能を有する。
【００２７】
コントローラＣには、図示しないメモリが内蔵され、該メモリには、温度検出回路２で検出されたサーミスタ出力電圧に対応する温度と、定電流切換回路３による基準電流の変更の境界となる温度と、各基準電流に対応した気体中及び液体中での熱拡散係数の差に基づく出力電圧差と、サーミスタＴＨが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値と、がマップとして記憶されている。
【００２８】
次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置による液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法について説明する。
【００２９】
まず、図２のフローチャートに示すように、コントローラＣは、温度検出回路２を構成するため、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３を温度検出側（Ｔｅｍｐ側）に切り替えると共に、第１スイッチＳＷ１を予め基準電流が１０ｍＡとなる第１抵抗器Ｒ１への接続位置に設定する（ステップＳ１）。次に、サーミスタＴＨの周囲温度を検出する（ステップＳ２）。すなわち、サーミスタ出力電圧をＡＤコンバータ４に入力し、ＡＤコンバータ４はその入力電圧をデジタル信号に変換してコントローラＣの制御入力を通して、そのデジタル信号をコントローラＣに取り込む。そして、コントローラＣは、メモリに記憶されたマップと比較して周囲温度を求める。
【００３０】
次に、コントローラＣは、メモリ内のマップに基づいて、温度検出回路２の検出出力に基づいて検出した周囲温度が６０℃以上か否かを判断し（ステップＳ３）、６０℃未満の際、周囲温度と定電流切換回路３による基準電流の変更の境界となる温度とから、検出した周囲温度に対応する基準電流を選択する（ステップＳ４）。この際、コントローラＣは、気体中及び液体中での温度に対するサーミスタ出力電圧差が大きくなる方に基準電流を選択する。また、コントローラＣは、周囲温度が６０℃以上であるとき、第１スイッチＳＷ１を第１抵抗器Ｒ１に接続されたままとする（ステップＳ５）。
【００３１】
このように、選択した基準電流に対応する抵抗値を第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４の中から選択して、対応する抵抗器に第１スイッチＳＷ１を制御して接続する。例えば、基準電流の変更の境界となる温度を、２０℃、４０℃、６０℃に設定し、２０℃未満では第４抵抗器Ｒ４、２０℃以上４０℃未満では第３抵抗器Ｒ３、４０℃以上６０℃未満では第２抵抗器Ｒ２、６０℃以上では第１抵抗器Ｒ１に第１スイッチＳＷ１を接続することで、異なる基準電流に変更する。なお、これら設定は、ＡＤコンバータ４の基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に上記出力電圧差がなるようになっている。また、サーミスタＴＨが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように設定されている。
【００３２】
次に、コントローラＣは、温度検出回路２から定電流切換回路３に切り替えるため、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３を液面レベル検出側（Ｌｅｖｅｌ側）に切り替える。そして、サーミスタＴＨを自己発熱させ、液面レベルの検出を行う（ステップＳ５）。この際、サーミスタ出力電圧をＡＤコンバータ４に入力し、デジタル変換した後にコントローラＣに取り込む。コントローラＣは、この出力電圧から、メモリに記憶された液体中であって周囲温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出する。
【００３３】
次に、コントローラＣは、上記出力電圧差をメモリに記憶された所定の出力電圧差と比較して、ＡＤコンバータ４のデジタル出力値として一定値未満であると、サーミスタＴＨが液体中であると判断する。また、コントローラＣは、上記出力電圧差をメモリに記憶された所定の出力電圧差と比較して、ＡＤコンバータ４のデジタル出力値として一定値以上であると、サーミスタＴＨが気体中であると判断する（ステップＳ６）。この際、ＡＤコンバータ４のデジタル出力値の一定値としては、例えば５ＬＳＢ（Least Significant Bit）に設定し、上記出力電圧差が５ＬＳＢ未満のときは液体中であると判断し、５ＬＳＢ以上のときは気体中であると判断する。
ここで、液体中であると判断された場合には、コントローラＣは、所定時間経過後に再び上記動作を繰り返す制御を行う。また、気体中であると判断された場合は、警告表示を行ったり、又は警報を発生する。
【００３４】
次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置による液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法についてシミュレーションした結果を説明する。
【００３５】
まず、比較のため、図３に示す従来の一般的な回路構成によってサーミスタＴＨで温度を検出する場合について説明する。この場合、基準抵抗Ｒｒｅｆとしては、主たる使用温度域でのサーミスタの抵抗値と同等程度が好ましく、基準電圧Ｖｒｅｆはサーミスタが自己発熱しない程度の電圧とすることが望ましい。ここで、２５℃において抵抗値２．１８６ｋΩ、Ｂ定数３３８６Ｋ、液体中での熱放散定数３．２ｍＷ／℃、気体中での熱放散定数１．５ｍＷ／℃のサーミスタＴＨにおいて、基準抵抗Ｒｒｅｆと基準電圧Ｖｒｅｆの違いによる気体中と液体中とでの出力のシミュレーション例を、図４から図６に示す。
【００３６】
これら図では、図３の回路構成において、基準電圧Ｒｒｅｆをそれぞれ１２Ｖ，８Ｖ，５Ｖとして、基準抵抗Ｒｒｅｆを０．３ｋΩ，０．５ｋΩ，１ｋΩと変化させた際の周囲温度に対する出力電圧を示している。各図において、○印で示した点は熱暴走を起こす電流値以上であり、□印で示した点は、熱暴走を起こす電流値の二分の一以上の電流値である。なお、サーミスタＴＨの劣化の観点から、熱暴走を起こす電流値の二分の一未満で使用することが望ましい。
【００３７】
これらの図において、液面レベルセンサとして実用的な感度を有するためには、液体中と気体中とでの出力電圧差の好適なレベルは、ＡＤコンバータ４の基準電圧及び分解能に依存するが、例えば基準電圧Ｖｒｅｆ：５Ｖ，分解能１０ｂｉｔのＡＤコンバータ４では、０．１Ｖ程度以上であることが望ましい。基準電圧Ｖｒｅｆ：１２Ｖにおいては基準抵抗Ｒｒｅｆ：１ｋΩ、基準電圧Ｖｒｅｆ：８Ｖにおいても基準抵抗Ｒｒｅｆ：１ｋΩの場合、出力電圧差として０．１Ｖ以上となるが、低温度側で出力電圧が５Ｖ以上であり、ＡＤコンバータ４の入力範囲を超えている。
【００３８】
一方、基準電圧Ｖｒｅｆ：５Ｖでは、出力電圧は５Ｖ未満であるものの、出力電圧差が０．１Ｖより大幅に低く、液面レベルセンサとして実用的では無い。これに対応するためには使用するサーミスタＴＨの使用温度範囲での抵抗値が低いものを使用することにより、対応可能ではあるが、一般的では無く、チップサーミスタを用いれば入手可能ではあるが、その様な抵抗値のサーミスタＴＨを通常の温度測定用として使用する場合、出力電圧が小さくなり、温度検出精度が悪化する。なお、ここではＡＤコンバータ４の基準電圧Ｖｒｅｆとして５Ｖ，分解能１０ｂｉｔとしたが、使用する制御装置にあわせて、この値は変更される。
【００３９】
これらに対して本発明の実施形態における上記検出装置では、上述したようにサーミスタＴＨに定電流を通電して検出を行う。上記比較のシミュレーションと同様のサーミスタＴＨに定電流を通電した場合について、周囲温度に対するサーミスタ出力電圧（両端電圧）及び上記出力電圧差のシミュレーション例を、図７に示す。この図では、定電流値として１ｍＡ，２ｍＡ，５ｍＡ，１０ｍＡと変化させた際の、出力電圧を示している。
【００４０】
図７において、○印で示した点は熱暴走を起こす電流値以上であり、□印で示した点は、シミュレーション結果が振動的で不安定な点であり、△印で示した点は熱暴走を起こす電流値の二分の一以上の電流値である。しかしながら、本実施形態では、基準抵抗＋定電圧での使用と異なり、定電流駆動であり、自己発熱による温度上昇に伴って電流値は増加しないため、サーミスタＴＨの劣化の恐れは小さく、またシミュレーション結果も安定である。これらの結果から、定電流でサーミスタＴＨを使用する場合、基準抵抗＋定電圧での使用に較べて、安定動作となる電流値を大きくできる。
【００４１】
また、図７においてｔｏｔａｌ＿ｌｉｑ及びｔｏｔａｌ＿ａｉｒで示した値は、各周囲温度において、サーミスタ出力電圧が５Ｖ以下となり、かつ液体中と気体中でのサーミスタ出力電圧差が大きくなるように電流値を切り替えて変化させた場合のプロットで、その際の出力電圧差を△Ｖとして示している。
この結果より、サーミスタＴＨを定電流で使用し、その電流値を周囲温度によって変化させることにより、通常の抵抗値のサーミスタＴＨを使用して、サーミスタ出力電圧を５Ｖ以下としつつ、液体中と気体中での出力電圧差も液面レベルセンサとして使用可能である。また、通常の抵抗値のサーミスタＴＨを使用することにより、同一のサーミスタＴＨにて周囲温度も精度良く検出可能である。ここでＡＤコンバータ４の基準電圧を５Ｖと仮定したが、その電圧が変わった際には、電流切り替えの周囲温度を変更することにより対応できる。
【００４２】
このように本実施形態の検出装置では、気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタＴＨの基準電流を変更する定電流切換回路３と、温度検出回路２の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路３を制御するコントローラＣと、を備えているので、周囲温度に応じて定電流駆動の基準電流を切り替え、熱暴走する電流値を避けつつ出力電圧差が大きくし、上記出力電圧差を液面レベルセンサとして十分なレベルに設定して測定することができる。
【００４３】
また、定電流駆動であるので、自己発熱による温度上昇に伴って電流値が増加しないため、サーミスタＴＨの劣化のおそれが小さく、安定動作となる電流値を大きく設定することができる。さらに、周囲温度の検出時には、温度検出用抵抗に切り替えることで、同一のサーミスタＴＨで精度良く周囲温度を検出することができる。
また、ＡＤコンバータ４の最大入力電圧（例えば、５Ｖ）よりも低いサーミスタＴＨの出力電圧となるように定電流切換回路３が制御されるので、精度良く液面レベルの検出を行うことができる。
【００４４】
さらに、ＡＤコンバータ４の基準電圧（例えば、５Ｖ）及び分解能（例えば、１０ｂｉｔ）に応じて設定した最小電圧差以上に出力電圧差がなるように定電流切換回路３が制御されるので、ＡＤコンバータ４の性能に合わせた十分な出力電圧差に切換設定され、液面レベルセンサとして十分に実用的な感度で検出することができる。
また、サーミスタＴＨが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路３が制御されるので、サーミスタＴＨのばらつき及び安定性を考慮して使用温度範囲における熱暴走を確実に抑制して使用することができる。
【実施例】
【００４５】
次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置によって実際に液面レベルを検出した実施例について説明する。
この実施例では、第１抵抗器Ｒ１〜第６抵抗器Ｒ６の抵抗値は、それぞれ、１２０Ω，２４０Ω，６２０Ω，１．２ｋΩ，３６０Ω，１０ｋΩとした。なお、サーミスタＴＨは、上記シミュレーションと同様の特性のものを使用した。
また、第１スイッチＳＷ１を第１抵抗器Ｒ１〜第４抵抗器Ｒ４の各抵抗に切換接続した際、それぞれ、１０．４ｍＡ（第１抵抗器接続），５．２ｍＡ（第２抵抗器接続），２．０ｍＡ（第３抵抗器接続），１．０ｍＡ（第４抵抗器接続）をサーミスタＴＨに通電するように設定した。
【００４６】
また、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３を温度検出側（Ｔｅｍｐ側）に接続し、温度検出回路２に切り替えた際、基準電圧５．０Ｖ，基準抵抗１０ｋΩでの温度測定モードとなるように設定した。
このように設定された実施例で、実際に液面レベルを検出したところ、従来の回路構成では検出時間が１８０〜４００秒であったのに対し、検出時間１０〜６０秒と大幅に高速化されたことがわかった。また、その際のサーミスタ出力電圧はＡＤコンバータ４の最大入力範囲に合わせることができ、さらに同一のサーミスタＴＨで精度良く温度検出も可能であった。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の一実施形態において、回路構成を示す回路図である。
【図２】本実施形態において、液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法におけるフローチャートである。
【図３】本発明に係る従来例について、回路構成を示す回路図である。
【図４】本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧（１２Ｖ）によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。
【図５】本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧（８Ｖ）によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。
【図６】本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧（５Ｖ）によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。
【図７】本実施形態について、周囲温度に対する定電流駆動されたサーミスタ出力電圧（両端電圧）及び気中と液中とでの出力電圧差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…電源、ＴＨ…サーミスタ、Ｒ１…第１抵抗器、Ｒ２…第２抵抗器、Ｒ３…第３抵抗器、Ｒ４…第４抵抗器、Ｒ５…第５抵抗器（温度検出用抵抗）、Ｒ６…第６抵抗器（温度検出用抵抗）、２…温度検出回路、３…定電流切換回路、Ｃ…コントローラ、４…ＡＤコンバータ、５…３端子レギュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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