(57)【要約】【課題】液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることが可能な出力精度の向上した液面検出センサを提供することを目的とする。【解決手段】絶縁基板１１を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板１１の一側面に順次、上から下に向かって電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４、ＧＮＤ電極１５を設け、さらに前記絶縁基板１１の一側面の一部、電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５を覆うようにサーミスタ抵抗層１６を設け、前記気体温度検出電極１３と液体温度検出電極１４の間にある液面の高さの変化による出力変化を算出するように構成したものである。【選択図】  図１
2004239711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板の一側面に設けた電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極と、前記絶縁基板の一側面の一部、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極を覆うように設けたサーミスタ抵抗層と、このサーミスタ抵抗層を覆うように設けた保護層とを備え、前記絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板の一側面に順次、上から下に向かって前記電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、ＧＮＤ電極を設けた液面検出センサ。
【請求項２】
絶縁基板と、この絶縁基板の一側面に設けた電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極と、前記絶縁基板の一側面の一部、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極を覆うように設けたサーミスタ抵抗層と、このサーミスタ抵抗層を覆うように設けた保護層とを備え、前記絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板の一側面に順次、上から下に向かってＧＮＤ電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、電源電極を設けた液面検出センサ。
【請求項３】
絶縁基板と、この絶縁基板の一側面に設けた電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極と、前記絶縁基板の一側面の一部、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極を覆うように設けたサーミスタ抵抗層と、このサーミスタ抵抗層を覆うように設けた保護層と、前記電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、順次、上から下に向かって電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、ＧＮＤ電極を設けるとともに、前記信号処理回路に、電源電圧を電源電極に供給する電源電圧供給手段と、この電源電圧供給手段へ供給する供給電圧を監視する電圧監視手段とを設けた液面検出センサ。
【請求項４】
絶縁基板と、この絶縁基板の一側面に設けた電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極と、前記絶縁基板の一側面の一部、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極を覆うように設けたサーミスタ抵抗層と、このサーミスタ抵抗層を覆うように設けた保護層と、前記電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、順次、上から下に向かって電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、ＧＮＤ電極を設けるとともに、前記信号処理回路に、電源電極への供給電流を制御する供給電流制御手段を設けた液面検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液面の位置を検出する液面検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液面検出センサとしては、複数のサーミスタを絶縁基板の一側面に設けたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の液面検出センサについて図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図６は従来の液面検出センサの正面図、図７は同液面検出センサの略中央を拡大した状態を示す正面図である。
【０００５】
図６、図７において、１は絶縁基板で、この絶縁基板１は長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板１の一側面には上側に位置して電源電極２、中間電極３およびＧＮＤ電極４を並列に設けている。また、絶縁基板１の一側面には、第１の回路パターン５を介してＧＮＤ電極４と一端を電気的に接続するように複数のサーミスタ抵抗層６を上側から下側にわたって設けている。そして、このサーミスタ抵抗層６は温度が上昇すると抵抗値が急激に下がる特性を有している。そしてまた、前記絶縁基板１の一側面にはサーミスタ抵抗層６と同じ高さに位置して複数の固定抵抗層７を設けており、この固定抵抗層７は一端を第２の回路パターン８を介して前記電源電極２に電気的に接続している。さらに、前記絶縁基板１の一側面には複数の第３の回路パターン９を設けており、この第３の回路パターン９により、前記サーミスタ抵抗層６の他端と固定抵抗層７の他端を電気的に接続している。
【０００６】
以上のように構成された従来の液面検出センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【０００７】
液面検出センサを図８に示すように、オートバイの燃料タンク（図示せず）内に略垂直に立設して燃料１０に浸漬し、電源電極２とＧＮＤ電極４との間に直流電圧を印加する。この場合、液面上に位置するサーミスタ抵抗層６は通電によって発熱し、また液面下に位置するサーミスタ抵抗層６は液体からなる燃料１０によって冷却される。そして、サーミスタ抵抗層６は温度が上昇すると抵抗値が急激に下がる特性を有しているため、液面上に位置するサーミスタ抵抗層６の抵抗値は液面下に位置するサーミスタ抵抗層６の抵抗値に比べて十分小さな値となるため、液面上に位置するサーミスタ抵抗層６に流れる電流は、液面下に位置するサーミスタ抵抗層６に流れる電流に比べて十分大きな値となる。従って、電源電極２およびＧＮＤ電極４に直列に電流計（図示せず）を接続すると、電源電極２とＧＮＤ電極４との間に流れる電流は液面上に位置するサーミスタ抵抗層６の個数に応じ、増加した値となるため、液面の高さを知ることができるものである。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６２−１０２１２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成においては、複数のサーミスタ抵抗層６を順次上側から下側にわたって設けているため、互いに隣り合うサーミスタ抵抗層６の間に液面が位置する場合に液面の変化が検知できなくなり、その結果、液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることができないため、液面の高さの検知を精度良く行うことができないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることが可能な出力精度の向上した液面検出センサを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板の一側面に順次、上から下に向かって電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、ＧＮＤ電極を設けたもので、この構成によれば、電源電極と気体温度検出電極間の抵抗値を測定することにより、気体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができ、また液体温度検出電極とＧＮＤ電極間の抵抗値を測定することにより、液体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができるため、その単位長さあたりの抵抗値を基準値として、気体温度検出電極と液体温度検出電極との間にある液面の高さの変化による出力変化を算出することができることになり、これにより、液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板の一側面に順次、上から下に向かってＧＮＤ電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、電源電極を設けたもので、この構成によれば、ＧＮＤ電極と気体温度検出電極間の抵抗値を測定することにより、気体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができ、また液体温度検出電極と電源電極間の抵抗値を測定することにより、液体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができるため、その単位長さあたりの抵抗値を基準値として、気体温度検出電極と液体温度検出電極との間にある液面の高さの変化による出力変化を算出することができることになり、これにより、液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることができるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極からの出力信号を処理する信号処理回路を設けるとともに、この信号処理回路に、電源電圧を電源電極に供給する電源電圧供給手段と、この電源電圧供給手段へ供給する供給電圧を監視する電圧監視手段とを設けたもので、この構成によれば、電源電圧供給手段に過大な電圧が加わった場合、電圧監視手段により、供給電圧の異常を検出することができるため、電源電圧供給手段の故障を検知でき、これにより、液面検出センサの出力信号が安定するという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極およびＧＮＤ電極からの出力信号を処理する信号処理回路を設けるとともに、この信号処理回路に、電源電極への供給電流を制御する供給電流制御手段を設けたもので、この構成によれば、電源電極と気体温度検出電極間の電位差と、液体温度検出電極とＧＮＤ電極間の電位差との差が一定になるため、気体温度検出電極と液体温度検出電極間の距離に電源電極と気体温度検出電極間の電位差を乗じた積から液体温度検出電極とＧＮＤ電極間の電位差を引いた値が液面から液体温度検出電極までの距離に比例することになり、これにより、熱放散定数の異なるガソリンに液面検出センサを立設した場合にも、正確に液面の位置を検出できるという作用効果を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態における液面検出センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における液面検出センサから保護層を取り外した状態を示す正面図、図２は同液面検出センサの側断面図、図３は同液面検出センサにおける電気回路のブロック図、図４は同液面検出センサの電気回路図である。
【００１９】
図１、図２において、１１はＡｌ２Ｏ３からなる直方体形状の絶縁基板で、この絶縁基板１１は長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板１１の一側面にＡｇからなる電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５を設けている。そして、電源電極１２と気体温度検出電極１３間の長さと、液体温度検出電極１４とＧＮＤ電極１５間の長さを略同一とし、この長さを単位長さと定義する。そしてまた、絶縁基板１１の一側面には、サーミスタ抵抗層１６が設けられており、このサーミスタ抵抗層１６は前記電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５に電気的に接続されている。また、このサーミスタ抵抗層１６を覆うようにポリイミド樹脂製の保護層１７を設けている。１８はＩＣからなる信号処理回路で、この信号処理回路１８は図３および図４に示すように、電源電極１２に電源電圧を供給する電源電圧供給手段１９と、この電源電圧供給手段１９へ供給する供給電圧を監視する電圧監視手段２０とを設けている。また、前記信号処理回路１８には、電源電極１２への供給電流を制御する供給電流制御手段２１を設けており、この供給電流制御手段２１は、電源電極１２と気体温度検出電極１３間の電位差Ｖａを検出する第１の差動回路２２と、気体温度検出電極１３と液体温度検出電極１４間の電位差Ｖｂを検出する第２の差動回路２３と、液体中にある液体温度検出電極１４とＧＮＤ電極１５間の電位差Ｖｃを検出する第１の増幅回路２４とにより構成されている。そして、前記第１の差動回路２２の利得と第２の差動回路２３の利得と第１の増幅回路２４の利得は等しくなるように調整し、これをＧａｉｎ１とする。さらに、前記信号処理回路１８には、電源電極１２への電流制御を行うための第１の差動回路２２の出力Ｖａ・Ｇａｉｎ１と第１の増幅回路２４の出力Ｖｃ・Ｇａｉｎ１との比較値を作成する第２の差動回路２３と、この出力信号に応じて電源電極１２への供給電流量を制御する電流制御回路２５とを設けている。そして、この電流制御回路２５により（Ｖａ−Ｖｃ）が一定に保たれるように電源電極１２への供給電流を調整している。さらに、前記信号処理回路１８には、第１の差動回路２２の出力Ｖａ・Ｇａｉｎ１をＬ倍に増幅する第２の増幅回路２６と、この第２の増幅回路２６の出力Ｖａ・Ｇａｉｎ１・Ｌと第３の差動回路２７の出力Ｖｂ・Ｇａｉｎ１を比較する第４の差動回路２８とを設けている。さらに、前記絶縁基板１１は、一側面の上方に位置して、外部電源電極２９、外部出力電極３０、ダイアグ出力電極３１およびＧＮＤ電極３２を設けており、そしてこの外部電源電極２９、外部出力電極３０、ダイアグ出力電極３１および外部ＧＮＤ電極３２は、前記信号処理回路１８と電気的に接続している。
【００２０】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における液面検出センサについて、次に、その組立方法を説明する。
【００２１】
まず、ボールミル（図示せず）にＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉを５０：２０：１０の原子％比で投入し、粉砕する。
【００２２】
次に、粉砕されたＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉを焼成炉（図示せず）に投入し、約１２４０℃で固相反応させて、スピネル構造体を形成する。
【００２３】
次に、フーバーマーラ（図示せず）に、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉのスピネル構造体５７ｗｔ％と、熱硬化性ポリイミド樹脂２６ｗｔ％と、ＲｕＯ２粉末８ｗｔ％と、Ｐｄ粉末９ｗｔ％とを投入し、有機溶剤を添加しながら練り合わせてサーミスタのペーストを形成する。
【００２４】
次に、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁基板１１を準備した後、絶縁基板１１の一側面にＡｇの厚膜ペーストをスクリーン印刷した後、焼成炉（図示せず）に投入し、８５０℃で１０分間焼成し、電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５を形成する。
【００２５】
次に、絶縁基板１１の一側面に電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５の上面に重なるように、サーミスタのペーストをスクリーン印刷した後、２７０℃で３０分間焼成し、サーミスタ抵抗層１６を形成する。
【００２６】
次に、サーミスタ抵抗層１６を覆うように熱硬化性ポリイミド樹脂をスクリーン印刷した後、１８０℃で３０分間焼成し、保護層１７を形成する。
【００２７】
最後に、絶縁基板１１の一側面にＩＣからなる信号処理回路１８を実装する。
【００２８】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における液面検出センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図５に示すように、液面検出センサをガソリン３３を満たしたガソリンタンク３４内に立設する。この場合、電源電極１２と気体温度検出電極１３は気体中にあり、一方、液体温度検出電極１４とＧＮＤ電極１５は液体中に位置し、かつ液面は気体温度検出電極１３と液体温度検出電極１４との間になるように、液面検出センサをガソリンタンク３４内に設置する。この状態において、電源電極１２とＧＮＤ電極１５との間に電圧が印加されると、サーミスタ抵抗層１６に流れる電流によりサーミスタ抵抗層１６が自己発熱する。このとき、サーミスタ抵抗層１６の液体中にある部分と気体中にある部分とでは熱放散定数の差によりサーミスタ抵抗層１６の単位長さあたりの自己発熱量に差が生じるため、サーミスタ抵抗層１６の気体中にある部分と液面中にある部分とでは温度差が生じ、これにより、サーミスタの抵抗−温度特性により単位長さあたりの抵抗値に差が生じる。
【００３０】
そして、液体温度検出電極１４から液面までの距離Ｘを得るための条件式は（数１）のように表される。
【００３１】
【数１】
2004239711.tif 000003
【００３２】
そして、（数１）を電圧に換算すると、（数２）のように表される。
【００３３】
【数２】
2004239711.tif 000004
【００３４】
さらに、液面検出センサの出力信号として出力される電圧Ｖｏｕｔは（数３）のように示される。
【００３５】
【数３】
2004239711.tif 000005
【００３６】
そして、絶縁基板１１における外部出力電極３０から液面に応じた出力信号が出力され、液面を検出するものである。
【００３７】
ここで、外部電源電極２９から異常に大きな電圧が負荷される場合を考えて見ると、本発明の一実施の形態における液面検出センサにおいては、電源電極１２に印加される電圧を監視し、異常検知を行う電圧監視手段２０を設けているもので、この電圧監視手段２０は電源電極１２への供給電圧と電圧監視手段２０内にある基準電圧とを比較し、そして電源電極１２への供給電圧が基準電圧を超過したときはダイアグ出力を行い、供給電圧の故障判定を行うものである。
【００３８】
さらに、液面検出センサを熱放散定数の異なるガソリンに浸漬してガソリンの液面を検出する場合を考えて見ると、本発明の一実施の形態における液面検出センサにおいては、電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５からの出力信号を処理する信号処理回路１８を設けるとともに、この信号処理回路１８には、電源電極１２への供給電流を制御する供給電流制御手段２１を設けているため、電源電極１２と気体温度検出電極１３間の電位差と、液体温度検出電極１４とＧＮＤ電極１５間の電位差との差は一定となり、これにより、気体温度検出電極１３と液体温度検出電極１４間の距離Ｌに電源電極１２と気体温度検出電極１３間の電位差を乗じた積から液体温度検出電極１４とＧＮＤ電極１５間の電位差を引いた値が液面から液体温度検出電極１４までの距離Ｘに比例することになるため、熱放散定数の異なるガソリンに液面検出センサを立設した場合にも、正確に液面の位置を検出できるものである。
【００３９】
なお、上記本発明の一実施の形態における液面検出センサにおいては、絶縁基板１１を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板１１の一側面に順次、上から下に向かって電源電極１２、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４およびＧＮＤ電極１５を設けた構成としているが、絶縁基板１１の一側面に順次、上から下に向かってＧＮＤ電極１５、気体温度検出電極１３、液体温度検出電極１４および電源電極１２を設けた場合でも、本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、絶縁基板を長手方向に略垂直に立設させるとともに、この絶縁基板の一側面に順次、上から下に向かって電源電極、気体温度検出電極、液体温度検出電極、ＧＮＤ電極を設けているため、電源電極と気体温度検出電極間の抵抗値を測定することにより、気体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができ、また液体温度検出電極とＧＮＤ電極間の抵抗値を測定することにより、液体中にあるサーミスタ抵抗層の単位長さあたりの抵抗値を測定することができ、これにより、単位長さあたりの抵抗値を基準値として、気体温度検出電極と液体温度検出電極の間にある液面の高さの変化による出力変化を算出することができるため、液面の変化に応じて連続的に出力信号を変化させることができ、その結果、出力精度の向上した液面検出センサを提供することができるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における液面検出センサの正面図
【図２】同液面検出センサの側断面図
【図３】同液面検出センサにおける電気回路のブロック図
【図４】同液面検出センサの回路図
【図５】同液面検出センサの動作状態を示す正面図
【図６】従来の液面検出センサの正面図
【図７】同液面検出センサの略中央を拡大した状態を示す正面図
【図８】同液面検出センサの動作状態を示す正面図
【符号の説明】
１１  絶縁基板
１２  電源電極
１３  気体温度検出電極
１４  液体温度検出電極
１５  ＧＮＤ電極
１６  サーミスタ抵抗層
１７  保護層
１８  信号処理回路
１９  電源電圧供給手段
２０  電圧監視手段
２１  供給電流制御手段
【図１】
2004239711.tif 000006
【図２】
2004239711.tif 000007
【図３】
2004239711.tif 000008
【図４】
2004239711.tif 000009
【図５】
2004239711.tif 000010
【図６】
2004239711.tif 000011
【図７】
2004239711.tif 000012
【図８】
2004239711.tif 000013