(57)【要約】【課題】  液面レベルを精度良く測定することができる液面レベルセンサを提供することである。【解決手段】  液面レベルセンサは、３つのセンサ部２，３，４と、測定回路６とを有しており、センサ部２とセンサ部３とは、容器１の第一の面１ａに所定の距離を置いて配置されている。センサ部４は、容器１の第二の面１ｂに配置されており、センサ部２及びセンサ部３とはそれぞれ所定の距離だけ離れている。各センサ部２，３，４で測定した液面レベルの情報からは、容器１の傾斜角度を算出することができる。【選択図】    図１
2005181165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を、前記容器の高さ方向に平行な第一の面に沿って複数並置したことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項２】
並置される前記センサ部間にシールド部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
【請求項３】
複数の前記センサ部は、絶縁フィルムにより一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液面レベルセンサ。
【請求項４】
前記容器の前記第一の面に直交する第二の面に、少なくとも１つのセンサ部を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液面レベルセンサ。
【請求項５】
前記第一の面と前記第二の面とのそれぞれに配置された複数の前記センサ部は、絶縁フィルムにより一体的に形成されており、前記絶縁フィルムは、前記第一の面及び前記第二の面に沿うように折り曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の液面レベルセンサ。
【請求項６】
容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を少なくとも２つ有し、前記センサ部を前記容器の高さ方向に直交する２つの軸線のそれぞれに沿って配置したことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項７】
容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を３つ有し、前記センサ部を前記容器の高さ方向に直交する断面視で三角配置になるように配置することを特徴とする液面レベルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面レベルを測定する液面レベルセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を収容する容器には、液面レベルを測定する液面レベルセンサを備えるものがある。液面レベルセンサとしては、例えば、フロート式のセンサや、超音波を用いたセンサ、静電容量式のセンサなどが知られている。
ここで、容器が、例えば、高さ２０ｍｍ、直径２０ｍｍのように小型である場合には、フロート式のセンサでは、フロートを小さくせざるを得ないので、フロート自体の浮力が小さくなりすぎる。このため、可変抵抗器や、光学素子、磁気素子など、フロートに連動する位置検出素子を支えきれないという問題を有する。また、小型の容器では、容積が小さいために、液面レベルの絶対値が小さくなり、例えば、高さ方向でプラスマイナス０．５ｍｍ程度といった高い測定精度が要求されるようになる。このような特殊性を有する小型な容器に、超音波を用いたセンサを適用すると、超音波を送受信する距離を十分に確保できないので、測定精度が低くなってしまい、液面レベルを精度良く測定することができない。
【０００３】
これに対して、静電容量式のセンサは、フロート式のセンサよりも小型にすることができ、超音波を用いたセンサよりも高精度に液面レベルを測定することができる。
静電容量式のセンサは、一部が液体内に浸漬される一対の測定用電極を、容器の鉛直方向に沿って配置した構成を有している。ここで、液体中の誘電率は、空気中の誘電率よりも大きいので、一対の測定用電極のうち、液体に浸漬されている部分の静電容量は大きくなる。したがって、液面レベルが高いほど、静電容量が大きくなるので、一組の測定用電極に交流信号を与えて、その静電容量を測定すれば、液面レベルを測定することができる。ここで、従来の液面レベルセンサでは、複数の電極を用いて容器の傾斜を測定できるものがある。具体的な構成としては、断面が四角い長尺筒からなる基板を有し、この基板の各面に、３本の測定用電極と、１本の補正用電極とを設けたものがある。そして、各測定用電極から出力される信号に差があるときは、この差から容器の傾斜角度が算出される（例えば、特許文献１参照）。また、複数の測定用電極からの信号を処理する手法としては、マルチプレクサを用いて、信号を順次選択する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３１２８９３０号公報
【特許文献２】特開平６−３４４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１つの基板の各面に測定用電極を設けると、電極間の距離が近いので、容器の傾斜に伴う静電容量の差も小さくなり、測定誤差が発生しやすかった。さらに、複数の測定用電極が近接するので、各測定用電極の間で静電的な結合が生じ、そして、長尺筒形状を有する基板は、小型化が難しく、その各面に電極を精度良く配置することは難しい。
また、信号処理にマルチプレクサを用いると、複数の測定用電極からの信号を同時に検出することができない。このため、容器の傾斜角度が頻繁に変化する場合には、液面レベルを正しく検出することができない。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面レベルを精度良く測定することができる液面レベルセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の液面レベルセンサは、容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を、前記容器の高さ方向に平行な第一の面に沿って複数並置したことを特徴とする。
この液面レベルセンサは、容器の面に沿って２つ以上のセンサ部を配置したので、センサ部同士の距離を大きくとることができる。このため、１つのセンサ部において電気特性を測定する電極と、他のセンサ部において電気特性を測定する電極とが離れるので、電極間の静電的な結合が防止される。さらに、容器が傾斜したときの電気特性の変化量が大きくなる。
【０００６】
上記の液面レベルセンサにおいては、並置される前記センサ部間にシールド部を設けることが好ましい。
この液面レベルセンサは、並置されるセンサ部とセンサ部との間にシールド部が配置されるので、異なるセンサ部に属する電極間の静電的な結合が確実に防止される。
【０００７】
上記の液面レベルセンサにおいては、複数の前記センサ部は、絶縁フィルムにより一体的に形成されていることが好ましい。
この液面レベルセンサは、複数のセンサ部が絶縁フィルムにより一体的に形成されるので、製造が容易になる。また、容器に容易に固定できるようになる。さらに、各センサ部の間の距離を一定に保ちやすくなる。
【０００８】
上記の液面レベルセンサにおいては、前記容器の前記第一の面に直交する第二の面に、少なくとも１つのセンサ部を配置することが好ましい。
この液面レベルセンサは、複数のセンサ部を、直行する２つの面に振り分けて配置したので、液面レベルの測定と、容器の２つの軸方向の傾きの測定とが可能になる。
【０００９】
上記の液面レベルセンサにおいては、前記第一の面と前記第二の面とのそれぞれに配置された複数の前記センサ部は、絶縁フィルムにより一体的に形成されており、前記絶縁フィルムは、前記第一の面及び前記第二の面に沿うように折り曲げることが好ましい。
この液面レベルセンサは、複数のセンサ部が絶縁フィルムにより一体的に形成されているので、製造が容易になる。また、容器に容易に固定できるようになる。さらに、各センサ部の間の距離を一定に保ちやすくなる。
【００１０】
また、本発明の液面レベルセンサは、容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を少なくとも２つ有し、前記センサ部を前記容器の高さ方向に直交する２つの軸線のそれぞれに沿って配置したことを特徴とする。
この液面レベルセンサは、複数のセンサ部を、２つの軸線のそれぞれに沿うように配置したので、センサ部同士の距離を大きくとることができる。さらに、液面レベルの測定と、容器の２つの軸方向の傾きの測定とが可能になる。特に、容器が傾斜したときの電気特性の変化量が大きくなる。
【００１１】
さらに、本発明の液面レベルセンサは、容器に配置される複数の電極を備え、前記電極間の電気特性の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出するセンサ部を３つ有し、前記センサ部を前記容器の高さ方向に直交する断面視で三角配置になるように配置することを特徴とする。
この液面レベルセンサは、センサ部が断面視で三角配置になっているので、センサ部同士の距離を大きくとることができる。さらに、容器の傾斜角度を精度良く測定できる。特に、容器が複雑な形状を有する場合や、断面円形の場合でも傾斜角度を測定できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、液面レベルの変化を測定する電極を備えるセンサ部を、容器の第一の面に所定の距離を置いて配置したので、他のセンサ部の電極との間の静電的な結合を防止できる。したがって、容器の液面レベル及び傾斜角度を精度良く測定できる。さらに、電極を備えるセンサ部同士の間にシールドを設けると、異なるセンサ部間の静電的な結合を効果的に防止できるので、測定精度が向上する。また、複数のセンサ部を一体的に構成すると、製造や取り扱いが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態における液面レベルセンサは、容器１内に配置される３つのセンサ部２，３，４と、各センサ部２，３，４に電気的に接続される測定回路６とを有している。
【００１４】
３つのセンサ部２，３，４は、容器の高さ方向の軸線Ｃ１と略平行に、容器１の内壁に取り付けられている。センサ部２とセンサ部３とは、軸線Ｃ１と略直交する軸線Ｃ２に沿う第一の面１ａに、所定の距離を置いて配置されている。より詳細には、センサ部２は、第一の面１ａの一方の側縁部に配置され、センサ部３は、第一の面１ａの他方の側縁部に配置されている。センサ部４は、軸線Ｃ１及び軸線Ｃ２のそれぞれに直交する軸線Ｃ３に沿う第二の面１ｂに配置されている。センサ部４は、第二の面１ｂにおいて、第一の面１ａに接する側縁部とは反対側の側縁部に配置されている。このセンサ部４は、センサ部２や、センサ部３からそれぞれ所定の距離を置いた位置に設けられている。言い換えると、各センサ部２，３，４は、軸線Ｃ１に直交する断面視で、三角配置されている。
【００１５】
次に、各センサ部２，３，４の構成について説明する。なお、各センサ部２，３，４の構成は同じであるので、以下にはセンサ部２のみを例にとって説明する。
図２及び図３に示すように、センサ部２は、細長のフィルム形状を有し、長手方向の一方の基端２ａ側が測定回路６に接続され、先端２ｂが容器１の底面近傍に位置するように固定される。さらに、基端２ａから先端２ｂに向かう間で、センサ部２は、その幅が広がっている。この拡幅部分２１から先が、液体内に浸漬されることが望ましい。
このセンサ部２は、カバーフィルム７と、第一絶縁フィルム８と、第二絶縁フィルム９と、カバーフィルム１０とを、この順番に積層させてある。各フィルム７，８，９，１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエステル、ナイロン、液晶ポリマなど、吸水率の低い絶縁部材で製造されている。
【００１６】
一側の最外層にあたるカバーフィルム７上には、カバーフィルム７の半分ほどの幅を有するシールド層１１がシート状に設けられている。第一絶縁フィルム８は、カバーフィルム７と共にシールド層１１を挟むようにカバーフィルム７上に密着されている。この第一絶縁フィルム８には、各々線状の測定電極１２と、駆動電極（測定信号供給電極）１３と、第一シールド電極１４と、参照電極１５と、第二シールド電極１６とが、第一絶縁フィルム８の長手方向に沿って、各々離間して略並列に配設されている。第二絶縁フィルム９は、第一絶縁フィルム８と共に各電極１２，１３，１４，１５，１６を挟むように、第一絶縁フィルム８上に密着されている。この第二絶縁フィルム９上には、第二絶縁フィルム９の半分ほどの幅を有するシールド層１７がシート状に設けられている。そして、カバーフィルム１０は、第二絶縁フィルム９と共にシールド層１７を挟むように、第二絶縁フィルム９上に密着する。
なお、図２に示すように、第二絶縁フィルム９及びカバーフィルム１０は、センサ部２の基端２ａ側がカバーフィルム７及び第一絶縁フィルム８よりも短くなっており、センサ部２の上部に相当する基端２ａ側は、各電極１２，１３，１４，１５，１６が、各々所定の長さで露出している。
【００１７】
図２及び図３に示すように、駆動電極１３は、所定の線幅及び厚さで第一絶縁フィルム８の面１８上に、基端から先端の近傍まで設けられている。この駆動電極１３の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６（図１参照）に接続されており、所定の駆動用の交流信号が入力される。また、駆動電極１３の下端（先端）１３ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
測定電極１２は、面１８上において、駆動電極１３から所定距離をおいた位置に設けられている。測定電極１２の線幅及び厚さは、駆動電極１３と同じである。測定電極１２の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６に接続される。また、測定電極１２の下端（先端）１２ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
この測定電極１２と駆動電極１３とは、容量素子を形成する。その静電容量は、測定電極１２及び駆動電極１３の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。誘電率は、空気の誘電率に対して液体の誘電率が十分に大きい。したがって、測定電極１２及び駆動電極１３との間の静電容量は、液面に浸漬している表面積、つまり測定電極１２及び駆動電極１３の下端から、後述する液面レベルまでの長さに略比例する。
【００１８】
また、第一シールド電極１４は、面１８上において、駆動電極１３に対して測定電極１２と略対称な位置に設けられている。つまり、駆動電極１３から測定電極１２までの距離と、駆動電極１３から第一シールド電極１４までの距離は、略同一である。第一シールド電極１４の上端は、接地接続される。また、第一シールド電極１４の下端（先端）１４ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。なお、距離ｒ２は、距離ｒ１よりも大きい。
参照電極１５は、面１８上において、駆動電極１３から、さらに離間した位置に配置されている。参照電極１５の幅及び厚さは、駆動電極１３と等しい。参照電極１５の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６に接続される。また、参照電極１５の下端（先端）１５ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定距離ｒ１だけ上方に位置している。
第二シールド電極１６は、面１８上において、第一シールド電極１４と共に参照電極１５を挟むように配置されている。つまり、参照電極１５から第二シールド電極１６までの距離は、参照電極１５から第一シールド電極１４までの距離の略等しい。第二シールド電極１６の上端は、接地接続される。また、第二シールド電極１６の下端（先端）１６ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。
【００１９】
さらに、シールド層１１は、各シールド電極１４，１６及びシールド層１７に重なる位置に設けられている。具体的には、シールド層１１の幅は、各シールド電極１４，１６の電極間距離に、各シールド電極１４，１６の幅を加えた値に略等しい。また、シールド層１１の下端（先端）は、各シールド電極１４，１６と同様に、第一絶縁フィルム８及び第二絶縁フィルム９の先端よりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置する。ここで、シールド層１１は、導電性材料からなる。そして、第一絶縁フィルム８に形成された導電スルーホール部２０を介して、第二シールド電極１６と電気的に接続されている。なお、導電スルーホール部２０は、例えば、第一絶縁フィルム８に形成したスルーホールに導電性材料をメッキして形成する。
【００２０】
シールド層１７は、導電性材料からなり、シールド層１１と同じ形状を有している。また、シールド層１７は、第二絶縁フィルム９が第一絶縁フィルム８の面１８と密着する面と反対側の面１９に形成されている。シールド層１７の下端（先端）は、各シールド電極１４，１６及びシールド層１１と同じ位置にある。さらに、このシールド層１７は、第二絶縁フィルム９に形成された導電スルーホール部２３を介して、第一シールド電極１４と電気的に接続されている。
シールド層１１とシールド層１７とは、第一絶縁フィルム８及び第二絶縁フィルム９を介して、参照電極１５及各シールド電極１４，１６を挟む位置に設けられている。したがって、一対のシールド電極１４，１６と一対のシールド層１１，１７は、参照電極１５を囲むように配置され、かつ電気的に接続される。各シールド電極１４，１６は、前記のように接地接続されるので、一対のシールド電極１４，１６と一対のシールド層１１，１７は、参照電極１５の電磁的なシールドとなる。
【００２１】
そして、参照電極１５の下端１５ａ近傍で、シールドから突出する部分が、参照用測定部２５となり、シールドされている部分が信号導通部２６とされる。参照用測定部２５は、駆動電極１３と、容量素子を形成する。その静電容量は、参照用測定部２５及び駆動電極１３の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。参照用測定部２５の長さは、所定の距離ｒ２から所定の距離ｒ１を引いた長さであり、このときの静電容量（誘電率）の値が、液面レベルを測定する際の参照値になる。そして、信号導通部２６は、その上端が測定回路６に接続され、参照用測定部２５で発生する所定の信号を測定回路６に入力する役割を担う。
【００２２】
なお、各電極１２，１３，１４，１５，１６と、各シールド層１１，１７とは、所定の厚さの導電性材料を貼り付けられた各フィルム７，８，９において、導電材料を部分的にエッチングして形成されている。また、センサ部２の拡幅部分２１では、各電極１２，１３，１４，１５，１６の配置間隔も、第一シールド電極１４を中心にして長くなっている。
【００２３】
図１に示すように、測定回路６は、センサ部２に接続される第一測定回路２７と、センサ部３に接続される第二測定回路２８と、センサ部４に接続される第三測定回路２９とを有する。なお、各測定回路２７，２８，２９は、同じ回路構成を有するので、第一測定回路２７の構成のみを以下に説明する。
【００２４】
図４に示すように、第一測定回路２７は、例えば、方形の交流信号を生成する発振回路３１を有している。この発振回路３１は、３つのインバータ３２，３３，３４からなる直列回路と、この直列回路の入力端及び出力端に接続された抵抗３５と、インバータ３２の入力端及びインバータ３３の出力端に接続されたコンデンサ３６とを有している。そして、直列回路の出力端は、センサ部２の駆動電極１３に接続されている。
また、第一測定回路２７は、測定電極１２に一端が接続された抵抗３７及びアナログスイッチ３８を有している。さらに、第一測定回路２７は、参照電極１５に一端が接続された抵抗３９及びアナログスイッチ４０を有している。抵抗３７，３９のそれぞれの他端は、接地接続されている。各アナログスイッチ３８，４０は、ローパスフィルタ４１に接続されている。また、各アナログスイッチ３８，４０のコントロール端子は、発振回路３１に接続されており、発振回路３１の出力波形に応じて、スイッチのＯＮ又はＯＦＦが切り替えられる。
【００２５】
ローパスフィルタ４１は、アナログスイッチ３８に一端が接続されたコンデンサ４２と、抵抗４３とを有し、抵抗４３の他端にはコンデンサ４４と、抵抗４５と、コンデンサ４６とが接続されている。さらに、ローパスフィルタ４１は、アナログスイッチ４０に一端が接続されたコンデンサ４７と、抵抗４８とを有し、抵抗４８の他端にはコンデンサ４９と、抵抗５０と、コンデンサ４６とが接続されている。そして、このローパスフィルタ４１の出力は、差動増幅回路５１に接続されている。なお、コンデンサ４２及びコンデンサ４７、コンデンサ４４及びコンデンサ４９、抵抗４５及び抵抗５０は、それぞれの他端が接地接続されている。コンデンサ４６は、抵抗４３と抵抗４８のそれぞれの他端に介装されている。
【００２６】
差動増幅回路５１は、主に、３つのオペアンプ５２，５３，５４から構成されている。オペアンプ５２の非反転入力端子には、ローパスフィルタ４１の測定電極１２側の出力が接続される。このオペアンプ５２の出力端子と反転入力端子とは、抵抗５５を介して接続されており、負帰還ループが形成されている。さらに、オペアンプ５２の出力端子は、抵抗５６を介してオペアンプ５４の反転入力端子に接続されている。また、オペアンプ５２の反転入力端子は、抵抗５７及び可変抵抗５８を介して、オペアンプ５３の反転入力端子に接続されている。
オペアンプ５３の非反転入力端子には、ローパスフィルタ４１の参照電極１５側の出力が接続される。このオペアンプ５３の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗５９が介装されている。さらに、オペアンプ５３の出力端子は、抵抗６０と抵抗６１のそれぞれに接続されている。抵抗６０の他端は接地接続されており、抵抗６１はオペアンプ５４の非反転入力端子に接続されている。
【００２７】
オペアンプ５４の出力端子には、抵抗６２の一端が接続されている。この抵抗６２は、他の制御回路に接続されており、ここから基準位置ｈ０から液面までの距離（液面レベル）に応じた信号が出力される。なお、この抵抗６２の他端とオペアンプ５４の反転入力端子との間には、抵抗６３とコンデンサ６４とが並列に接続されている。
【００２８】
次に、この液面レベルセンサの動作について説明する。なお、容器１には、少なくとも、図２に示すように距離ｒ２に等しい高さ（基準位置ｈ０）まで液体が入っているものとする。
図４に示すように、第一測定回路２７の発振回路３１は、駆動用の交流信号を生成する。この交流信号は、駆動電極１３に入力され、空気及び液体を媒体として、測定電極１２、参照電極１５の参照用測定部２５及びシールドに伝播する。測定電極１２には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量、つまり液面レベルに応じた受信信号が発生する。この受信信号が、第一測定回路２７のアナログスイッチ３８に入力される。また、参照用測定部２５（図２参照）には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量に応じた受信信号が発生する。この受信信号は、第一測定回路２７のアナログスイッチ４０に入力される。なお、シールドは、アースされているので、受信信号は発生しない。
【００２９】
各アナログスイッチ３８，４０は、発振回路３１の駆動交流に応じて、スイッチの断続を切り替えるので、測定電極１２の受信電圧と、参照電極１５の受信電圧とが同期検波される。各アナログスイッチ３８，４０で同期検波された各受信電圧は、ローパスフィルタ４１に入力され、余分な交流成分が取り除かれ、直流成分が取り出される。さらに、差動増幅回路５１に入力され、増幅された後に、測定電極１２の受信電圧から、参照値となる参照電極１５の受信電圧を減じた差に比例した信号が出力される。
【００３０】
ここで、測定電極１２と駆動電極１３の液体に浸漬している部分との間の誘電率と、測定電極１２と参照電極１５の参照用測定部２５との間の誘電率とは、同じ値である。したがって、容器１内の液体の量が増えて、液面が基準位置ｈ０を超えて上昇すると、駆動電極１３と測定電極１２との間の静電容量は、液面レベルに略比例して増加する。これに対して、参照電極１５は、基準位置ｈ０を越える部分が、図３に示すような各シールド電極１４，１６及び各シールド層１１，１７にシールドされているので、基準位置ｈ０に相当する静電容量から変化しない。前記のように、センサ出力は、測定電極１２側の静電容量に基づく信号と、参照電極１５側の静電容量に基づく信号の差に比例する。したがって、液面レベルが上昇すると、これに比例して増加する。同様に、センサ出力は、液面レベルが下降すると、これに比例して減少する。このように、センサ部２のセンサ出力は、参照用測定部２５の受信電圧を基準として、液面レベルに略比例した大きさの信号になる。したがって、信号の大きさから液面レベルの絶対値がわかる。
【００３１】
同様にして、センサ部３と、センサ部４とにおいても、交流信号に基づいて、それぞれの取り付け位置における液面レベルが検出される。
ここで、図１に示すように、容器１が水平状態にある場合には、各センサ部２，３，４に対応するセンサ出力は、略同じ値になる。これに対して、容器１が傾いた姿勢にあるときには、センサ部２，３，４ごとに異なるセンサ出力が得られる。この場合には、各センサ出力、つまり各液面レベルの値と各センサ部２，３，４の位置とに基づいて所定の計算を行い、容器１の傾斜角度を算出することができる。具体的には、３つのセンサ部２，３，４の内から選択される２つのセンサ部のセンサ出力からは、特定の軸回りの傾きを検出することができる。例えば、センサ部２とセンサ部３からは、軸線Ｃ３回りの傾斜角度を検出できる。センサ部２とセンサ部４とからは、軸線Ｃ２回りの傾斜角度を検出できる。そして、センサ部３とセンサ部４とからは、センサ部３及びセンサ部４を結ぶ軸回りの傾斜角度を検出できる。さらに、３つのセンサ部２，３，４のセンサ出力からは、３次元の傾きを検出できる。これらの場合の傾斜角度は、以下の式１により算出することができる。
【００３２】
【数１】
2005181165.tif 000003
【００３３】
ここで、θは、水平方向に対する液面の傾斜角度を示し、Δｈは、液面レベルの差である。液面レベルの差は、３つのセンサ部２，３，４のうちから任意に選択された２つのセンサ部のセンサ出力における液面レベルの値から求められる。例えば、センサ部２のセンサ出力よる液面レベルの値から、センサ部３のセンサ出力による液面レベルの値を差し引いて得られる。Ｄｅは、測定電極間距離であり、例えば、センサ部２の測定電極１２から、センサ部３の測定電極１２までの直線距離に相当する。なお、各測定電極１２間の距離は、容器１ごとに予め設定された値が用いられる。また、センサ部２とセンサ部４、及びセンサ部３とセンサ部４の各測定電極１２間の距離も、容器１ごとに予め設定されている。
【００３４】
この実施の形態によれば、複数のセンサ部２，３，４を、軸線Ｃ２と軸線Ｃ３とに振り分けて配置し、かつ各センサ部２，３，４同士を十分な距離をおいて容器１の内面に取り付けたので、異なるセンサ部２，３，４の各電極１２，１３，１５間の静電的な結合を抑制できる。したがって、液面レベルを精度良く測定できる。また、参照電極１５の一部を電磁的にシールドしたので、各センサ部２，３，４で検出する液面レベルの精度も向上できる。
さらに、複数のセンサ部２，３，４の位置と、そのそれぞれのセンサ出力とに基づいて所定の計算を行うことで、容器１の傾斜角度を検出することができる。ここにおいて、３つのセンサ部２，３，４が振り分けて配置されていること、及び十分な距離をおいて配置されているので、傾斜角度を精度良く測定できる。
【００３５】
そして、シールドされていない部分、つまり参照用測定部２５を、参照電極１５の下端で、容器１の底面近傍に配置したので、レファレンスとして用いる静電容量を測定しやすい。したがって、少ない液量からでも液面レベルを精度良く測定できる。ここで、液面レベルは、基準位置ｈ０からの距離として求められるが、基準位置ｈ０は、液面レベルセンサの容器１への取り付け位置が決まれば既知の値になるので、容器１の底面から液面までの絶対値を簡単に求めることができる。
また、測定電極１２と参照電極１５とが、駆動電極１３を共有し、３本の電極で液面レベルを測定するので、液面レベルセンサの小型化が可能である。また、各電極１２，１３，１５を吸水率の小さい複数のフィルム７，８，９，１０で覆ったので、各電極１２，１３，１５と液体との接触を防止できる。
【００３６】
ここで、この液面レベルセンサの適用例としては、ＰＤＡ（電子手帳）、コンピュータ、携帯電話などの携帯端末装置の電源、又は車両の駆動源として開発されている燃料電池において、燃料を貯蔵する容器や、廃液を貯蔵する容器の貯蔵量（残量）を検出するために適用することができる。参照電極１５で測定するレファレンス用の静電容量を精度良く測定できるので、純粋なメタノールや、蟻酸とホルムアルデヒドの混合液など、誘電率の異なる液体が容器に入れられた場合であっても、確実に液面レベルを検出することができる。また、この液面レベルセンサは、洗濯機や、食器洗い機、電気ポット、浴槽など、容器内に水などの液体が貯蔵されるものに適用しても良い。
【００３７】
次に、第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
この実施の形態は、複数のセンサ部を絶縁フィルムで一体的に形成したことを特徴とする。
【００３８】
図５に示すように、容器１の軸線Ｃ２に沿う平面１ａには、絶縁フィルム７０が取り付けられている。この絶縁フィルム７０上には、２つのセンサ部２，３が軸線Ｃ１と平行に設けられている。この実施の形態における液面レベルセンサは、絶縁フィルム７０上の２つのセンサ部２，３と、センサ部４と、測定回路６（図１参照）とを含んで構成されている。
【００３９】
絶縁フィルム７０の幅は、第一の面１ａの軸線Ｃ２方向の長さに略等しく、高さは、各センサ部２，３の軸線Ｃ１方向の高さに略等しい。この絶縁フィルム７０の幅方向の一方の縁部には、センサ部２を密着させてある。また、絶縁フィルム７０の幅方向の他方の縁部には、センサ部３を密着させてある。なお、絶縁フィルム７０は、各フィルム７，８，９，１０と同じ材料から製造される。また、センサ部４は、図３と同様の構成を有している。
また、センサ部４は、図３に示すセンサ部２と同じ構成を有している。
【００４０】
この液面レベルセンサは、２つのセンサ部２，３が絶縁フィルム７０で一体的に形成されているので、各センサ部２，３を容器１に固定しやすい。さらに、２つのセンサ部２，３が絶縁フィルム７０で連結されるので、各センサ部２，３の位置がずれにくくなり、測定精度を向上できる。
【００４１】
また、センサ部２及びセンサ部３のそれぞれのカバーフィルム７の代わりに絶絶縁フィルム７０を用いても良い。すなわち、絶縁フィルム７０の幅方向のそれぞれの縁部にシールド層１１（図３参照）を形成し、このシールド層１１を導電スルーホール部２０で第一絶縁フィルム８上の第二シールド電極１６に接続する。
さらに、絶縁フィルム７０を２層構造とし、センサ部２及びセンサ部３のそれぞれのカバーフィルム７及び第一絶縁フィルム８の代わり、２枚の絶縁フィルム７０を用いても良い。この場合には、シールド層１１を形成した絶縁フィルム７０上に、各電極１２，１３，１４，１５，１６を配列した絶縁フィルム７０を密着させる。シールド層１１及び各電極１２，１３，１４，１５，１６は、２枚の絶縁フィルム７０の幅方向の両方の縁部のそれぞれに形成される。そして、その上に、第二絶縁フィルム９及びカバーフィルム１０（共に図３参照）が積層される。
同様にして、センサ部２及びセンサ部３のカバーフィルム７、第一絶縁フィルム８、及び第二絶縁フィルム９を３枚の絶縁フィルム７０に置き換えても良い。さらに、センサ部２及びセンサ部３のすべてのフィルム７，８，９，１０を４枚の絶縁フィルム７０に置き換えても良い。上記のように、各フィルム９、１０を絶縁フィルム７０に置き換えた場合においては、測定回路６との接続のために、各電極１２，１３，１４，１５，１６の一部が露出するように、軸線Ｃ１方向における高さが調節されている。
【００４２】
このような場合には、液面レベルセンサの製造が容易になる。ここにおいて、各電極１２，１３，１４，１５，１６や、シールド層１１，１７は、前記した従来のエッチング技術を用いることができるので、製造コストを低く抑えることができる。特に、測定電極１３などが配置されるフィルムを絶縁フィルム７０にした場合には、各電極１２，１３，１４，１５，１６を大面積のフィルム上に形成することになるので、電極の位置や、面精度を向上できる。
【００４３】
なお、図６に示すように、軸線Ｃ１と平行に配列される３つのセンサ部２，３，４のすべてを、絶縁フィルム７２で一体的に形成しても良い。この場合の絶縁フィルム７２は、第一の面１ａ及び第二の面１ｂの合計の長さに略等しい幅を有する。さらに、各面１ａ，１ｂに沿うように、第一の面１ａと第二の面１ｂの連結部分で略９０°折り曲げられている。このため、絶縁フィルム７２は、平面視で、略Ｌ字形状を有している。そして、絶縁フィルム７２の一方の縁部にセンサ部４が設けられ、他方の縁部にはセンサ部３が設けている。さらに、絶縁フィルム７２の折り曲げ部分７３の近傍には、センサ部２が設けられている。絶縁フィルム７２は、前記の絶縁フィルム７０と同じ材料から製造される。各センサ部２，３，４は、絶縁フィルム７２上に設けられるか、少なくとも１枚のフィルムに絶縁フィルム７２を用いて構成される。
このような液面レベルセンサでは、３つのセンサ部２，３，４に対して、前記と同様の効果が得られる。
【００４４】
次に、第３の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、前記の各実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
この実施の形態は、複数のセンサ部の間に電磁的なシールドを設けたことを特徴とする。
図７に示すように、液面レベルセンサは、軸線Ｃ１と平行に配列された３つのセンサ部２，３，４と、測定回路６（図１参照）とを含み、センサ部２及びセンサ部３が絶縁フィルム８１で一体的に形成されている。さらに、絶縁フィルム８１において、センサ部２からセンサ部３に至るまでの略中間位置には、シールド部となるシールド電極８２が設けられている。そして、センサ部２からセンサ部４に至るまでの略中間位置には、シールド部８３が平面１ｂに沿って設けられている。
【００４５】
絶縁フィルム８１は、図５に示す絶縁フィルム７０と同じ形状を有し、同じ材料から形成されている。絶縁フィルム８１は、軸線Ｃ２に沿う第一の面１ａに取り付けられている。また、絶縁フィルム８１の幅方向の両方の縁部上には、センサ部２及びセンサ部３が並列に設けられているが、前記と同様に、各センサ部２，３を構成する複数のフィルム７，８，９，１０（図３参照）の少なくとも１枚を絶縁フィルム８１にしても良い。
シールド電極８２は、容器１の高さ方向に平行に配置されており、高さ方向の長さは、他の電極１２，１３，１５と同じ長さである。このシールド電極８２は、所定の厚さの導電性材料を貼り付けられた絶縁フィルム８１において、導電材料を部分的にエッチングして形成される。なお、シールド電極８２が直接に液体に接触しないように、シールド電極８２をフィルムで覆うことが好ましい。例えば、絶縁フィルム８１を２層構造にする場合には、シールド電極８２を挟み込むように絶縁フィルム８１を積層する。
【００４６】
また、シールド部８３は、導電性のシールド電極８４を絶縁フィルム８５で覆った構成を有し、絶縁フィルム８５が第二の面１ｂに密着させられている。シールド電極８４は、シールド電極８２と、同一の材料で作製され、同一の形状を有している。絶縁フィルム８５は、絶縁フィルム８１と同じ材料から製造される。
【００４７】
この液面レベルセンサは、シールド電極８２及びシールド電極８４が接地接続された状態で使用される。このため、液面レベルの測定時には、センサ部２の駆動電極１３から伝播する信号のうち、センサ部３やセンサ部４に向かう信号は、それぞれ、シールド電極８２及びシールド電極８４によって遮断される。このため、センサ部２と、センサ部３又はセンサ部４との間の静電的な結合が防止される。同様に、センサ部３からの信号は、シールド電極８２があるので、センサ部２には伝播しない。センサ部４からの信号は、シールド電極８４があるので、センサ部２には伝播しない。なお、センサ部３とセンサ部４との距離は十分に離れているため、両者の間の静電的な結合は生じない。
したがって、この液面レベルセンサでは、他のセンサ部２，３，４からの信号を測定電極１２や参照電極１５で受信することがなくなるので、液面レベルの測定精度が向上する。また、液面レベルと各センサ部２，３，４の配置とに基づいて算出される容器１の傾斜角度の測定精度も向上できる。
【００４８】
ここにおいて、図１に示すように、センサ部２とセンサ部３とを独立して配置する場合には、センサ部２とセンサ部３との間に、シールド部８３と同じ構成のシールド部を配置し、電極を接地接続すれば、センサ部２，３間の静電的な結合を防止できる。
また、３つのセンサ部２，３，４を絶縁フィルム７２（図６参照）で一体的に形成した場合には、シールド電極８４を、絶縁フィルム７２上で、センサ部４の配置位置から、折り曲げ部分７３に至るまでの間に配置し、接地接続することで、センサ部２とセンサ部４との間の静電的な結合を防止できる。
【００４９】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに、広く応用することができる。
例えば、インピーダンスが、液体に浸漬した電極面積に比例することを利用し、静電容量の上位概念であるインピーダンスを測定して、液面レベルを検出するように、電流検出回路及び電圧検出回路を備えた測定回路としても良い。
また、各測定回路２７，２８，２９は、センサ部２，３，４ごとに異なる周波数の交流信号を各駆動電極１３に入力するように構成しても良い。各センサ部２，３，４及び測定回路６におけるクロストークが防止されるので、測定精度が向上する。
【００５０】
また、各実施の形態において、センサ部の数を４つ以上にしても良い。４番目以降のセンサ部は、第一の面１ａに配置しても良いし、第二の面１ｂに配置しても良い。また、容器１の他の面に配置しても良い。さらに、４つ以上のセンサ部を絶縁フィルムで一体的に形成しても良いし、各センサ部の間にシールド電極８２又はシールド部８３と同様なシールド部を配置しても良い。
さらに、容器１の形状は、長方体に限定されず、円柱形状や、多角形状であったり、内面に凹凸を有したりしても良い。これらの場合においても、３つ以上のセンサ部を、容器１の高さ方向に直交する２つの軸に振り分けて配置したり、断面視で三角配置したりすることで、液面レベルや、傾斜角度を高精度で測定できる。
【００５１】
また、各フィルム７，８，９，１０は、最外層である各カバーフィルム７，１０のみが吸水性のない材料、又は吸水性が殆どない材料を用いても良い、さらに、フィルムの外表面をガラスコーティングすることや、他の防水材料でさらに覆うことで、吸水を防止しても良い。
さらに、各センサ部２，３，４は、シールドを有さない構成でも良い。この場合には、参照電極１５の参照用測定部２５に対して、信号導通部２６の幅を狭くすることが好ましい。
そして、測定回路６において、アナログスイッチ３８，４０と発振回路３１との間に、信号の位相を９０°ずらす移相回路１００（図４参照）を介装させても良い。駆動波形に対して位相が９０°ずれる受信電圧の信号強度を大きい位相部分でデータ処理することが可能になるので、より高感度化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態における液面レベルセンサの全体構成図である。
【図２】液面レベルセンサのセンサ部を示す図である。
【図３】液面レベルセンサのセンサ部の分解斜視図である。
【図４】測定回路の一部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における液面レベルセンサの構成図である。
【図６】本発明の実施の形態における液面レベルセンサの構成図である。
【図７】本発明の実施の形態における液面レベルセンサの構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    容器
１ａ    第一の面
１ｂ    第二の面
２，３，４    センサ部
７，１０    カバーフィルム（絶縁フィルム）
１１，１７    シールド層（シールド）
１２    測定電極
１３    駆動電極
１５    参照電極
７０，７２，８１    絶縁フィルム
８２    シールド電極（シールド部）
８３    シールド部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３    軸線
ｈ０    基準位置
【図１】
2005181165.tif 000004
【図２】
2005181165.tif 000005
【図３】
2005181165.tif 000006
【図４】
2005181165.tif 000007
【図５】
2005181165.tif 000008
【図６】
2005181165.tif 000009
【図７】
2005181165.tif 000010