(57)【要約】【課題】  半導電性物質の検出範囲を広げて、誤動作を防止した静電容量式液センサを提供する。【解決手段】  リング状の検出電極３０に対し、塗布液と接触する接触面となる内周面にＰＦＡコーティングにより絶縁皮膜３１を形成する。この内周面は、塗布液１２が通るパイプ部２２内に露呈されている。このため、検出電極３０と接地電極であるパイプ部２２との間の抵抗値が増加して、略無限大となり、回路部２５内の検出回路は、抵抗の値に拘わらず、検出電極３０と接地電極であるパイプ部２２との間の静電容量の変化のみによって塗布液１２を検出する。また、検出回路は、抵抗値が略無限大となるので、静電容量の変化が小さくても半導電性物質を検出できる。このため、半導電性物質を検出可能な範囲が広がり、静電容量式液センサ１５の誤動作が防止される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出液の比誘電率による検出電極と接地電極との間の静電容量の変化に基づいて、被検出液を検出して、検出信号を出力する静電容量式液センサにおいて、
前記検出電極の前記被検出液と接触する接触面に絶縁体を設けたことを特徴とする静電容量式液センサ。
【請求項２】
前記絶縁体を、前記接触面にＰＦＡコーティングして設けることを特徴とする請求項１記載の静電容量式液センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出液の比誘電率による検出電極と接地電極との間の静電容量の変化に基づいて被検出液を検出して、検出信号を出力する静電容量式液センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場やプラント等においては、物質の検知・計測が重要であり、様々な検知センサが用いられている。例えば、タンク内や配管内の液体を検出するために、静電容量式レベルセンサが用いられている。
【０００３】
このような静電容量式レベルセンサは、被検出物としての液体が検出電極に接触した時に、液体の比誘電率により検出電極と接地電極との間の静電容量が変化することを利用して、液体の検出を行なっている（例えば、特許文献１参照）。このような静電容量式レベルセンサでは、共振回路等で構成される検出回路を検出電極に接続し、被検出物が検出電極に接触した時に、被検出物の比誘電率により検出電極と接地電極との間の静電容量が変化して、共振回路が共振動作することを利用して検出を行なっている。つまり、被検出物のレベルが増加して検出電極との接触面が大きくなると、静電容量が増大して共振回路が動作点に到達して、共振を起こして応答電流が急激に増加することを利用して、被検出物が所定のレベルに達したことを検出している。
【０００４】
前述の静電容量式レベルセンサでは、被検出物の比誘電率による検出電極と接地電極との間の静電容量値の変化のみで被検出物を検出するものである。しかし、静電容量値の変化のみでなく、被検出物の導電性の影響を考慮して検出を行なう方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。以下に、特許文献２に記載の静電容量式レベルセンサにおける被検出物の検出方法を説明する。
【０００５】
図５は、静電容量式レベルセンサにおける検出回路の抵抗値（電導度の逆数）と静電容量との関係を示すグラフであり、Ｇ−Ｃ特性と呼ばれている。横軸は、抵抗値、縦軸は静電容量値を示している。被検出物が理想的な絶縁性を有する場合、被検出物が電極に接触しても抵抗値の変化は殆どなく、被検出物の比誘電率による静電容量のみが変化する。その静電容量の変化が所定の閾値以上であれば、共振回路の共振動作がＯＮ領域に入り、検出回路は、被検出物が所定レベルに達したことを示す検出信号を出力する。
【０００６】
また、導電性を有する被検出物が検出電極に付着した場合、電導度が増加（抵抗値が減少）して、誤動作の要因となる。しかし、この場合でも、Ｇ−Ｃ特性が働き、検出電極と接地電極との間の抵抗値が、例えば１０ｋΩで、付着容量が２ｐＦであれば、共振動作のＯＮ領域に入らず、ＯＦＦ領域のままであり、誤動作は生じない。一方、被検出物が検出電極に達した場合、静電容量の増加は付着容量２ｐＦより遙かに大きいので、正しくＯＮ領域に入り、検出信号を出力する。
【０００７】
さらに、被検出物が検出電極に付着することによる要因の他に、被検出物が半導電性の物質の場合は、Ｇ−Ｃ特性にマッチングしないために誤動作の要因となる。つまり、半導電性の被検出物が検出電極に接触しても、検出電極と接地電極間の抵抗値の低下の割に静電容量の増加が小さすぎることが要因で、ＯＮ領域には入らずにＯＦＦ領域のままとなって誤動作が発生する。このような物質性状に起因する不都合を回避するため、検出電極と接地電極との間に抵抗（例えば、４．８ｋΩ）を挿入して、Ｇ−Ｃ特性を強制的に作用させる。ここで、抵抗を挿入したことが原因となって被検出物による抵抗値の変化を受けなくなるが、感度もかなり低下しているので、コンデンサ（例えば、１５ｐＦ）を挿入抵抗に対して並列に接続して、被検出物が検出電極に達したときに静電容量の増加量として不足する分を並列のコンデンサによって補う。つまり、被検出物が検出電極に達した時の比較的小さい静電容量の増加であっても、正しくＯＮ領域に入り、検出信号を出力する。すなわち、抵抗やコンデンサを追加して別回路（Ｚ型アンプと呼ばれる。）を作成してＧ−Ｃ特性の機能を弱めれば、導電性の被検出物に対しては、検出電極への付着によって検出精度が低下するが、通常（標準アンプ）のＧ−Ｃ特性にマッチングしない半導電性物質の検出を可能にしている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１９０８３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｚ型アンプによりＧ−Ｃ特性の機能を弱めることにより、半導電性物質の検出に対応させているが、Ｚ型アンプを用いても安定領域が少なく、全ての半導電性物質に対応できないという問題があった。このため、半導電性物質に対する検出可能範囲を広げて、誤動作を防止する必要があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半導電性物質に対して検出可能な範囲を広げて、誤動作を防止した静電容量式液センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の静電容量式液センサは、被検出液の比誘電率による検出電極と接地電極との間の静電容量の変化に基づいて、被検出液を検出して検出信号を出力する静電容量式液センサにおいて、前記検出電極の前記被検出液と接触する接触面に絶縁体を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記絶縁体を、前記接触面にＰＦＡコーティングして設けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の静電容量式液センサは、被検出液と接触する検出電極の接触面に絶縁体を設けたので、検出電極と接地電極との間の抵抗値が増加する。このため、半導電性液体を検出可能な範囲が広がり、誤動作が防止されて半導電性物質を確実に検出することができる。このため、半導電性から絶縁性の液体を確実に検出することができるので、半導電性から絶縁性の液体であれば、全ての液体に対して１台の静電容量式液センサで対応することができる。
【００１４】
また、絶縁体を、接触面にＰＦＡコーティングして設けたので、被検出液によって腐食されにくい。このため、検出電極の抵抗値が変化しないので、静電容量式液センサの誤動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、塗布設備の概略図である。塗布設備１０は、塗布装置１１と、この塗布装置１１に供給される塗布液１２を貯蔵するタンク１３と、塗布装置１１とタンク１３とを接続し、タンク１３内の塗布液１２を塗布装置１１に供給する配管１４と、配管１４内の塗布液１２を検出する静電容量式液センサ１５と、静電容量式液センサ１５から出力される検出信号を取得して、この検出信号に基づいて塗布装置１１を制御するコントローラ１６とを備えている。なお、配管１４には、ポンプ１７が設けられており、このポンプ１７によって、塗布液１２が、タンク１３から塗布装置１１へ送られる。また、静電容量式液センサ１５は、配管１４のフランジ部１４ａ，１４ｂ間に接続されている。なお、本実施形態においては、塗布装置１１に塗布液１２を供給する配管１４に本発明の静電容量式液センサ１５を設けた場合について説明するが、被検出物を供給する配管であれば何でも良い。
【００１６】
次に、静電容量式液センサ１５の構成について説明する。この静電容量式液センサ１５は、静電容量式レベルセンサの機能を簡略化したものであり、液体のレベル検出ではなく、配管１４内の液体の有無のみを検出する。図２は、静電容量式液センサ１５の構成を示す縦断面図である。静電容量式液センサ１５は、両端に設けられた２つのフランジ部２０ａ，２０ｂと、このフランジ部２０ａ，２０ｂ間に設けられたパイプ部２２と、パイプ部２２の中央に設けられた検出部２３と、接続部２４を介して検出部２３に接続されている回路部２５とを備えている。フランジ部２０ａ，２０ｂは、フランジ部１４ａ，１４ｂに取り付けられて、配管１４に接続される。このため、配管１４内を流れる塗布液１２が、図中左側からパイプ部２２内に流入して、右側から流出する。このパイプ部２２は、導電性を有する金属で形成され、接地されており、接地電極として作用する。
【００１７】
検出部２３には、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製のリング状の検出電極３０が設けられており、パイプ部２２内に内周面を露呈するように配置されている。この内周面が、被検出液である塗布液１２と接触する接触面である。この検出電極３０の接触面（内周面）には、図３に示すように、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）コーティングにより、絶縁体である絶縁皮膜３１が設けられている。この絶縁皮膜３１の厚さは、均一にされており、その厚さは、被検出液の種別によって異なるが、５００μｍ程度が好ましい。なお、絶縁皮膜３１の厚さは、これに限るものではなく、被検出液の種別によって、適宜設計変更すれば良い。なお、検出電極３０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製としたが、これに限るものではなく、導電性を有する金属であれば良い。
【００１８】
また、検出部２３には、検出電極３０の両側面を覆うように、２つの絶縁リング３２，３３が配置されている。絶縁リング３２，３３は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂で形成された絶縁体であり、この絶縁リング３２，３３により、検出電極３０とパイプ部２２とが電気的に絶縁されている。また、絶縁リング３２，３３は、検出電極３０側の内側面と、パイプ部２２側の外側面とにＯリング溝３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂが形成されており、Ｏリング３４が入れられている。このＯリング３４によって、パイプ部２２内の塗布液１２がパイプ部２２の外部に漏れるのを防止している。
【００１９】
また、絶縁皮膜３１や絶縁リング３２，３３は、ＰＦＡ等のフッ素樹脂に限らず、耐熱性、耐薬品性、絶縁性を有するものであれば良い。絶縁皮膜３１は、耐熱性、耐薬品性を有する素材で形成されているので、被検出液である塗布液１２によって腐食されにくい。このため、検出電極３０の抵抗値が変化せず、静電容量式液センサ１５の誤動作を防止することができる。
【００２０】
また、検出電極３０は、導電性を有する金属で形成された導体棒３５の接続部３５ａに接続されている。この導体棒３５は、接続部２４内を挿通され、回路部２５に接続されている。この導体棒３５は、検出電極３０と同様に、パイプ部２２とは絶縁されている。
【００２１】
また、回路部２５は、内部に検出回路を備えており、この検出回路が前述の導体棒３５、及び接地電極であるパイプ部２２に接続されている。検出回路は、共振回路を備えており、検出電極３０と接地電極であるパイプ部２２との間の静電容量の変化による共振回路の動作に基づいて、検出信号を出力する。すなわち、検出回路は、共振回路が動作点に到達して共振動作している場合は、ＯＮ信号を出力し、共振回路が動作点に到達せずに共振していない場合、ＯＦＦ信号を出力する。このため、静電容量式液センサ１５は、パイプ部２２内の塗布液１２の有無を検出して、塗布液１２が検出電極３０に接触している場合は、ＯＮ信号をコントローラ１６に出力し、塗布液１２が検出電極３０に接触していない場合は、ＯＦＦ信号をコントローラ１６に出力する。
【００２２】
次に、上記構成の静電容量式液センサ１５の作用を説明する。なお、本作用の説明では、塗布液１２として、ＰＳ版製造ラインにおいて使用される３種類の半導電性の塗布液、つまり、図４の表に記載の塗布液Ａ，Ｂ，Ｃを用いた場合について、従来の静電容量式レベルセンサ（検出電極の接触面に絶縁皮膜を形成していない裸電極を備えた静電容量式液センサ）を用いた時の作用と比較して説明する。なお、従来の静電容量式液センサとして、市販の山本電機工業株式会社製ＤＳ−Ｐ２パイプライン型レベルセンサを用いた。図５は、標準アンプとＺ型アンプのＧ−Ｃ特性を示すグラフである。
【００２３】
タンク１３に塗布液Ａを貯蔵した場合、タンク１３から塗布装置１１に塗布液Ａが供給され、パイプ部２２内の塗布液Ａが検出電極３０に接触する。検出電極３０が裸電極の時は、静電容量２７．４ｐＦ、抵抗値２３．４ｋΩとなり、ＯＮ領域となるので、従来の静電容量式液センサからコントローラ１６にＯＮ信号が出力される。このため、従来の静電容量式液センサでも、誤動作することなく、塗布液Ａを検出することができる。
【００２４】
また、検出電極３０の接触面に絶縁皮膜３１が形成されている本発明の静電容量式液センサ１５を用いた時は、静電容量１７．３ｐＦ、抵抗値１０００ｋΩとなり、ＯＮ領域となるので、静電容量式液センサ１５からコントローラ１６にＯＮ信号が出力される。このため、静電容量式液センサ１５によって、誤動作することなく、塗布液Ａを検出することができる。
【００２５】
次に、タンク１３に塗布液Ｂを貯蔵した場合、タンク１３から塗布装置１１に塗布液Ｂが供給されて、パイプ部２２内の塗布液Ｂが検出電極３０に接触する。検出電極３０が裸電極の時は、静電容量２２．８４ｐＦ、抵抗値３．１ｋΩとなり、標準アンプとＺ型アンプのいずれにおいてもＯＦＦ領域となるので、従来の静電容量式レベルセンサからコントローラ１６にＯＦＦ信号が出力されてしまう。このため、塗布液Ｂが検出電極３０に接触しても、従来の静電容量式液センサによって塗布液Ｂを検出することができない。
【００２６】
これに対して、検出電極３０の接触面に絶縁皮膜３１が形成されている本発明の静電容量式液センサ１５を用いた時は、静電容量１８．９ｐＦ、抵抗値は無限大となり、ＯＮ領域となるので、静電容量式液センサ１５からコントローラ１６にＯＮ信号が出力される。このため、静電容量式液センサ１５によって塗布液Ｂを確実に検出することができる。
【００２７】
次に、タンク１３に塗布液Ｃを貯蔵した場合、タンク１３から塗布装置１１に塗布液Ｃが供給されて、パイプ部２２内の塗布液Ｃが検出電極３０に接触する。この塗布液Ｃは、図５に示すように、センサの測定エリア外に物性があるため、検出電極３０が裸電極の時は、静電容量及び抵抗値ともに測定不可となる。このため、従来の静電容量式液センサにより塗布液Ｃを検出することができない。
【００２８】
これに対して、検出電極３０の接触面に絶縁皮膜３１が形成されている本発明の静電容量式液センサ１５を用いた時は、静電容量１９．０ｐＦ、抵抗値は無限大となり、ＯＮ領域となるので、静電容量式液センサ１５からコントローラ１６にＯＮ信号が出力される。このため、静電容量式検出液センサ１５によって確実に塗布液Ｃを検出することができる。
【００２９】
前述のように、検出電極３０の内周面、つまり被検出液と接触する接触面に絶縁皮膜３１を形成したことにより、検出電極３０と接地電極であるパイプ部２２との間の抵抗値が増加して、略無限大となる。このため、回路部２５内の検出回路は、抵抗値に拘わらず、検出電極３０と接地電極であるパイプ部２２との間の静電容量の変化のみにより被検出物の検出を行なう。また、検出回路は、抵抗値が略無限大となるので、図４のＧ−Ｃ特性のグラフに示すように、静電容量の変化が小さくても半導電性液体を検出することが可能であり、半導電性物質を検出可能な範囲が広がり、静電容量式液センサ１５によって、半導電性物質を確実に検出することができる。
【００３０】
また、検出電極３０の接触面に絶縁皮膜３１を形成したことにより、導電性の被検出物に対しては、検出電極への付着によって検出精度が低下するが、半導電性から絶縁性の液体を確実に検出することができる。このため、半導電性から絶縁性の液体であれば、全ての液体に対して、１台の静電容量式液センサで対応することができる。
【００３１】
なお、本実施形態において、静電容量式液センサが、配管内の液体を検出するように説明したが、これに限るものではなく、例えば、タンク内に貯蔵されている液体を検出するようにしても良い。
【００３２】
また、本実施形態において、静電容量式液センサが、被検出液の有無を検出するように説明したが、これに限るものではなく、被検出液のレベルを連続的に検出する静電容量式レベルセンサに本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】塗布設備を示す概略図である。
【図２】静電容量式液センサの構成を示す縦断面図である。
【図３】検出電極及び絶縁リングの構成を示す断面図である。
【図４】各液に対する検出電極と接地電極間の静電容量と抵抗値を示す表である。
【図５】静電容量式液センサの検出回路のＧ−Ｃ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  塗布設備
１２  塗布液
１５  静電容量式液センサ
２２  パイプ部
２３  検出部
２５  回路部
３０  検出電極
３１  絶縁皮膜
３２，３３  絶縁リング
【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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