(57)【要約】【課題】検出対象物の水分量が高水分量時でも飽和することなく、水分量の変化に対して電極間インピーダンスの変化が十分に得られる電極部を備えた水分量センサを提供することにある。【解決手段】電極部３の一対の電極３ａ、３ｂは交流的に安定な電位に接続された周囲の金属製処理槽１の槽壁１ａに対して高水分量のチップ１０によって低インピーダンスで結合される。【選択図】　　　　図１
2004037115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、交流的に安定な電位に接続された前記金属製壁に対して前記電極部の第１，第２の電極を、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合していることを特徴とする水分量センサ。
【請求項２】
検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、前記電極部に前記一対の電極を囲繞するように配置され、交流的に安定な電位に接続された第３の電極を設け、この第３の電極と、第１，第２の電極とを、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合していることを特徴とする水分量センサ。
【請求項３】
前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、中心電極の面積と外周電極の面積との面積比を１：１としたことを特徴とする請求項２記載の水分量センサ。
【請求項４】
前記中心電極と外周電極との間隔を、外周電極の外周に対する半径寸法の７％以下にしたことを特徴とする請求項３記載の水分量センサ。
【請求項５】
前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、電極部の周囲の接地された金属製の壁と電極部の第１，第２の電極との結合容量に差を持たせたことを特徴とする請求項１記載の水分量センサ。
【請求項６】
前記電極部の第１，第２の電極の形状を半月状とするとともに、弦側が対向するように第１，第２の電極を並行配置したことを特徴とする請求項１記載の水分量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ゴミ処理槽等に用いる水分量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生ゴミ処理槽内の検知対象物たるチップの水分量を検出する際に用いる水分量センサとしては、互いに絶縁された一対の電極をその電極面が生ゴミ処理槽の槽壁の面に並行する形で処理槽外に配置し、電極間のインピーダンスが処理槽内のチップが含む水分量により変化するのを捉え、このインピーダンスの変化から水分量を測定するものが提供されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記の構造の水分量センサは検知対象物たるチップの含水量が多くなると、つまり高水分量となれば水分量の変化に対する電極間のインピーダンスの変化が飽和するという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、検出対象物の水分量が高水分量時でも飽和することなく、水分量の変化に対して電極間インピーダンスの変化が十分に得られる電極部を備えた水分量センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、交流的に安定な電位に接続された電極部の周囲の金属製の壁に対して電極部の第１，第２の電極を、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合して成ることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明では、検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、前記電極部に前記一対の電極を囲繞するように配置され、交流的に安定な電位に接続された第３の電極を設け、この第３の電極と、第１，第２の電極を、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合して成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、中心電極の面積と外周電極の面積との面積比を１：１としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記中心電極と外周電極との間隔を、外周電極の外周に対する半径寸法の７％以下にしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１の発明において、前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、電極部の周囲の接地された金属製の壁と電極部の第１，第２の電極との結合容量に差を持たせたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明では、請求項１の発明いおいて、前記電極部の第１，第２の電極の形状を半月状とするとともに、弦側が対向するように第１，第２の電極を並行配置したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１に示すように検知対象物であるチップ１０を入れる金属製処理槽１と、処理槽１の槽壁１ａに設けた開口部１ｂに嵌めこまれ、処理槽１内に臨む面を槽壁１ａの内面と略同一面としてある樹脂成形品からなる電極ケース２の外側面に配設した一対の並行する電極３ａ、３ｂからなる電極部３と、センサ回路部９とで構成される。センサ回路部９は所定の周波数で発振する発振回路４と、反転入力端に電極３ａを、出力端に電極３ｂを接続し、この電極３ａ、３ｂ間の、チップ１０に含まれる水分量によって決まるインピーダンスＣｘを負帰還経路に挿入し、発振回路４の発振出力を増幅する反転増幅器を構成するオペアンプ５と、オペアンプ５の増幅出力からノイズ成分を除去するフィルタ６と、該フィルタ６を介して入力する増幅された発振出力を入力して検波する検波回路７と、この検波回路７の検波出力の電圧レベルを検出水分量に対応した出力に調整して出力する出力調整回路８とからなるもので、電極３ａ，３ｂ間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部を発振回路４，オペアンプ５，フィルタ６，検波回路７により構成する。
【００１３】
そして金属製処理槽１は交流的に安定した電位、つまり大地（グランド）に接続されている。
【００１４】
而して、チップ１０の含水量が高水分量時には、電極部３の周囲の金属物たる槽壁１ａの電気的特性（ＲＬＣ分布定数回路網２０（図２参照））の影響（電極間インピーダンス周波数特性の乱れなど）を受けると、十分に電極３ａ，３ｂ間のインピーダンスが下がらなくなるが、本実施形態では、チップ１０が電極３ａ，３ｂと周囲の金属製の槽壁１ａとの間に亘るようにその電極３ａ、３ｂと槽壁１ａとの距離を設定しており、槽壁１ａと電極３ａ、３ｂとの間が、高水分量のチップ１０により低インピーダンスで結合させることで、上述の電気的特性（ＲＬＣ分布定数回路網２０）をバイパスして、その電気的特性の影響を低減でき、結果水分量の変化に対応した電極３ａ，３ｂ間のインピーダンスの変化を確保することができるようになっている。
【００１５】
このようにして高水分量時ではチップ１０により電極３ａ，３ｂと処理槽１の槽壁１ａとが低インピーダンス結合され、そのため電極３ａ，３ｂ間のインピーダンス変化が飽和することがなく、水分量に対応せるインピーダンス変化によって検波回路７から出力される検波出力のレベルが変化し、水分量検出出力として出力調整回路８から出力されることになる。つまりチップ１０に含まれる水分量を確実に測定できることになる。
【００１６】
（実施形態２）
前記実施形態１では電極部３の一対の電極３ａ、３ｂを交流的に安定している周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａに対して高水分量のチップ１０により低インピーダンス結合するものであったが、本実施形態は、図３で示すように例えば一対の電極３ａ、３ｂを囲繞する第３の電極３ｃを設け、この更に同心状の円環状電極として電極３ｂの外側に設けて、電極３ａ、３ｂを囲繞し、この第３の電極３ｃを、図４に示すように交流的に安定な電位、例えばセンサ回路部９のグランド電位に接続し、この第３の電極３ｃと電極３ａ、３ｂとを高水分量のチップ１０によって低インピーダンスで結合させる点に特徴がある。
【００１７】
而して本実施形態では、第３の電極３ｃにより周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａの形状、大きさ、交流的安定電位との接続インピーダンス（接地抵抗）の違い対して安定化することができ、センサ回路部９の回路グランド電位に第３の電極３ｃを接続しているため、より交流的に安定な電位に対する電極３ａ、３ｂの低インピーダンス結合ができる。
【００１８】
尚電極部３の面積を実施形態１と同じ面積とした場合、第３の電極３ｃを設けた本実施形態のほうが検出電極面積を小さくなる。
【００１９】
実施例１
本実施例は中心の第１の電極３ａと、周囲の第２の電極３ｂの面積比を１：１としたものである。第３の電極３ｃは交流的に安定な電位であるセンサ回路部９のグランド電位に接続している。
【００２０】
ここで中心の電極３ａの面積は、図３において半径をａとすると、π・ａ２となる。一方電極３ｂの面積は、幅をｂ、内周と電極３ａの外周との間の間隙の寸法をａｂとすると、π（ａ＋ａｂ＋ｂ）２−π（ａ＋ａｂ）２　となる。
【００２１】
而して本実施例では、電極３ａ、３ｂのサイズを固定して、電極３ａ、３ｂの面積比を１：１とすれば、含水率変化に対する電極３ａ、３ｂ間のインピーダンス（静電容量換算）の変化量を最大にすることができる。
【００２２】
尚図５（ａ）乃至（ｄ）に示すように電極３ａと電極３ｂとの面積比を変えた場合におけるチップ１０の含水率が０％と２０％の場合の静電容量を測定した場合、図６に示すような結果が得られ、また電極３ａ、３ｂの電極変化は図６の折れ線グラフ（ハ）に示すような結果が得られた。図６中の（Ａ）〜（Ｄ）は図５（ａ）〜（ｄ）の電極部３に夫々対応し、棒グラフ（イ）は含水率０％、（ロ）は含水率２０％に夫々対応する。
【００２３】
実施例２
前記実施例１では中心の電極３ａの面積と外側の電極３ｂの面積との面積比を１：１とした場合であるが、本実施例では、実施例１の構成において電極３ａと電極３ｂとの間隔ｄ（図３ではａｂ）を電極サイズ（＝電極３ｂの中心から外周までの半径Ｄ）の７％以下にしたことを特徴とする
つまり前記ｄ／Ｄを１９．２％、１３．５％、９．６％とした場合の含水率０％及び２０％における電極間インピーダンスの周波数特性を測定してみたところ、図７に示すような結果が得られた。一方ｄ／Ｄを５．８％，１．９％とした場合の含水率０％及び２０％における電極間インピーダンスＣｘの周波数特性を測定してみたところ、図８に示すような結果が得られた。
【００２４】
この測定結果から図７に示すように、中心の電極３ａと外周の電極３ｂとの間隔ｄを大きくすると、含水率０％における（乾燥状態）１００ＭＨｚ付近での電極間インピーダンスＣｘの周波数特性が急激な変化をしているため、不安定な状態であるといえる。つまり共振点の存在があると言える。一方図８に示すように間隔ｄを狭くすることにより周波数特性は安定している。
【００２５】
前記測定を更にｄ／Ｄを変えて行った結果電極サイズ（＝電極３ｂの中心から外周までの半径Ｄ）の７％以下とした場合、確実に周波数特性が安定することが分かった。その結果電極３ａ、３ｂの面積を１：１とするとともに電極３ａと電極３ｂとの間隔ｄを電極サイズ（＝電極３ｂの中心から外周までの半径Ｄ）の７％以下とすることで、電極間インピーダンスＣｘの変化量が最大で、しかも周波数特性が安定した電極部３を得られることになる。
【００２６】
（実施形態３）
前記実施形態２では電極３ａ、３ｂを囲繞する第３の電極３ｃを設け、この第３の電極３ｃと電極３ａ、３ｂとの間を高水分量のチップ１０によって低インピーダンス結合するものであるが、本実施形態は、実施形態１と同様に一対の電極３ａ、３ｂを周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａに高水分量のチップ１０によって低インピーダンス結合するものであって、電極３ａを図９に示すように円形状に形成し、その外側に、電極３ａの中心と同心の円環状の電極３ｂを配置した構成の電極部３を用い、各々の電極３ａ，３ｂと交流的に安定な電位（大地）に接続された槽壁１ａとの結合容量に差を付けたことに特徴を有する。
【００２７】
図９中Ｃｃｇは中心の電極３ａと周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａとのチップ１０を介して容量結合したインピーダンス、Ｃｏｇは外周の電極３ｂと周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａとのチップ１０を介して容量結合したインピーダンスを示している。
【００２８】
尚図９での中心の電極３ａと、周囲金属物である処理槽１の槽壁１ａとの間の容量結合は、（１／Ｃｃｇ）＝（１／Ｃｘ）＋（１／Ｃｏｇ）で示され、Ｃｃｇ＜Ｃｏｇなる関係がある。
【００２９】
水分量変化に対する電極間インピーダンスＣｘの変化を検出するのに実施形態１の場合と同様なセンサ回路部９を用いた場合、各電極３ａ、３ｂと槽壁１ａとのあ間には、チップ１０を介して容量結合することとなり、センサ回路部９にとっては容量結合（Ｃｃｇ、Ｃｏｇ）がオペアンプ５の入力容量や負荷容量となる。
【００３０】
一般的に、オペアンプは、入力容量や負荷容量に対する安定性は十分でないため周囲金属との低インピーダンスを行った場合最悪発振するといった状況が考えられる。
【００３１】
これに大して本実施形態の電極部３の構成では、容量結合のインピーダンスは、Ｃｃｇ＜Ｃｏｇであるから、図１０に示すように使用するオペアンプ５の特性に応じて容量負荷に対して弱い端子（図示例では反転入力端）側に中心の電極３ａを接続し、また容量負荷に対して強い端子（図示例では出力端）側に外周の電極３ｂを接続することによりオペアンプ５を安定な状態で使用できることになる。
【００３２】
（実施形態４）
本実施形態は、図１１に示すように電極部３を構成する一対の電極３ａ、３ｂの形状を半月状に形成するとともに、弦側が対向して並行するように電極ケース２に配置したもので、グランドに接地されている周囲の金属製の処理槽１の槽壁１ａを介して大地と電極３ａ，３ｂを電極３ａ，３ｂ間のインピーダンスに関係なく結合させた点に特徴がある。
【００３３】
つまり本実施形態の電極部３の構成では、各々の電極３ａ，３ｂと処理槽１の槽壁１ａとの間のチップ１０を介しての結合容量によるインピーダンスＣｇを十分に確保できるため、図９に示す実施形態３のように中心に円形状の中心電極３ａを配置し、その中心電極３ａに対して同心円状に円環状の外周電極３ｂを配置して構成される電極部３に比べて、より低インピーダンス結合が可能となる。
【００３４】
而して電極３ａ、３ｂのサイズ（面積）を同じにした場合において、本実施形態の半月形状では、図９の同心円形状の電極３ａ、３ｂを用いた場合に比べて、周囲金属との低インピーダンス結合がバランス良く十分に行えることになる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、交流的に安定な電位に接続された電極部の周囲の金属製の壁に対して電極部の第１，第２の電極を、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合して成るので、周囲の金属製の壁の電気的特性をバイバスしてその電気的特性による影響を低減でき、その結果検出対象物の水分量が高水分量時でも飽和することなく、水分量の変化に対して電極間インピーダンスの変化が十分に得られるという効果がある。
【００３６】
請求項２の発明は、検知対象物に接する金属製壁より検知対象物側へ略突出しないように前記壁面に電極面を略並行させて配置した一対の第１，第２の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極間のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部及び該インピーダンス検出部の水分量変化に対応する出力を電圧出力に変換する出力調整回路からなるセンサ回路部とを備えた水分量センサにおいて、前記電極部に前記一対の電極を囲繞するように配置され、交流的に安定な電位に接続された第３の電極を設け、この第３の電極と、第１，第２の電極を、含水せる検知対象物により低インピーダンスで結合しているので、形状、大きさ、交流的安定電位との接続インピーダンスの違いが存在する周囲の金属製の壁との結合に比べ安定化が図れ、検知対象物が含む水分量が高くても一対の電極間のインピーダンス変化を確保することができ、また同一の電極面積とした場合、第３の電極を設けることで、第１，第２の電極面積が小さくなるという効果がある。
【００３７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、中心電極の面積と外周電極の面積との面積比を１：１としたので、第１，第２の電極間インピーダンスの変化量を最大にすることができるという効果がある。
【００３８】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記中心電極と外周電極との間隔を、外周電極の外周に対する半径寸法の７％以下にしたので、請求項３の効果に加えて周波数特性を安定化させることができるという効果がある。
【００３９】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記一対の第１，第２の電極の一方を円形の中心電極とし、他方を中心電極に対して同心で中心電極を囲む円環状の外周電極とし、電極部の周囲の接地された金属製の壁と電極部の第１，第２の電極との結合容量に差を持たせたので、使用するオペアンプの特性に応じてオペアンプの入出力端と接続する電極を選択することで、オペアンプの入力容量や負荷容量に対する安定化を図ることが可能となるという効果がある。
【００４０】
請求項６の発明は、請求項１の発明いおいて、前記電極部の第１，第２の電極の形状を半月状とするとともに、弦側が対向するように第１，第２の電極を並行配置したので、周囲の金属製の壁との低インピーダンス結合をバランス良く十分に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の概要構成図である。
【図２】同上の説明図である。
【図３】本発明の実施形態２に用いる電極部の電極構成図である。
【図４】同上の概要構成図である。
【図５】同上の実施例１の説明用各電極構成例図である。
【図６】同上の実施例１の説明用の各電極構成例の容量変化と面積比との間の特性測定結果図である。
【図７】同上の実施例２の電極間インピーダンスと周波数との間の特性測定結果図である。
【図８】同上の実施例２の電極間インピーダンスと周波数との間の特性測定結果図である。
【図９】本発明の実施形態３の電極構成の概要図である。
【図１０】同上の概要構成図である。
【図１１】本発明の実施形態４の電極構成の概要図である。
【符号の説明】
Ｃｘ　電極間インピーダンス
１　処理槽
１ａ　槽壁
２　　電極ケース
３　　電極部
３ａ、３ｂ　電極
４　　発振回路
５　　オペアンプ
６　　フィルタ
７　　検波回路
８　出力調整回路
９　センサ回路部
１０　チップ
２０　ＲＬＣ分布定数回路網
【図１】
2004037115.tif 000003
【図２】
2004037115.tif 000004
【図３】
2004037115.tif 000005
【図４】
2004037115.tif 000006
【図５】
2004037115.tif 000007
【図６】
2004037115.tif 000008
【図７】
2004037115.tif 000009
【図８】
2004037115.tif 000010
【図９】
2004037115.tif 000011
【図１０】
2004037115.tif 000012
【図１１】
2004037115.tif 000013