(57)【要約】【課題】薄型化が可能であって多層化することなく精度の高い液面検出が可能な液面レベルセンサを提供する。【解決手段】細長状に形成された基板１の長手方向に駆動電極２と検出電極３、４とを平行に配設したものであって、検出電極３、４は液深さ方向に延びる配線パターン部１０、１２と、配線パターン部から枝分かれして液深さ方向に所定間隔おきに設けられる検出部１１、１３とからなり、基板１には検出電極３、４と平行で配線パターン部１０、１２と同幅のダミー電極６を設け、駆動電極２と検出電極３、４の間の静電容量から駆動電極２とダミー電極６の間の静電容量を減算し、減算した静電容量に基づいて液面レベルを検出する制御部３０を備えてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長状に形成された基板の長手方向に駆動電極と検出電極とを平行に配設した液面レベルセンサにおいて、
前記検出電極は液深さ方向に延びる配線パターン部と、該配線パターン部から枝分かれして液深さ方向に所定間隔おきに設けられる検出部とからなり、
前記基板には前記検出電極と平行で前記配線パターン部と同幅のダミー電極を設け、
前記駆動電極と検出電極の間の静電容量から前記駆動電極とダミー電極の間の静電容量を減算し、該減算した静電容量に基づいて液面レベルを検出する制御部を備えたことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項２】
前記基板にはリファレンス用電極を設け、該リファレンス用電極は前記ダミー電極と平行かつ同幅なリファレンス用配線パターン部と、該リファレンス用配線パターン部から枝分かれし前記検出電極の検出部より下方に設けられるリファレンス用検出部とからなることを特徴とする請求項１記載の液面レベルセンサ。
【請求項３】
前記検出電極は第１の検出電極と第２の検出電極とを平行に配設してなり、前記第１の検出電極と第２の検出電極はそれぞれ第１の配線パターン部と第１の検出部、第２の配線パターン部と第２の検出部からなり、前記第１の検出部と第２の検出部は液深さ方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の液面レベルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式の液面レベルセンサに関し、特に所定ピッチで設けられる電極間の静電容量の変化に基づいて液面レベルを検出する液面レベルセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から液体のタンクなどにおいて液面高さを検出するために液面レベルセンサが用いられている。液面高さを測定するための方式の一つとして、液内に互いに対向する駆動電極と測定電極を挿入し、電極間の静電容量を測定することによって液面高さを検出するものが知られている。このような液面レベルセンサとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
【特許文献１】特開平１１−２８１４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液面レベルセンサに対しては、薄型化の要求があり、そのため電極を平面上に配置する構成が考えられる。また、液面レベルを液深さ方向の所定間隔おきに測定するために、測定電極を液深さ方向に延びる配線パターンと、配線パターンから枝分かれし所定間隔おきに配置される検出部とから構成するようにしている。この場合、配線パターンにおいても静電容量の変化が発生するため、液面レベルを精度よく検出することができない。
【０００４】
この問題を解決するため、配線パターンの部分をシールド層で覆うことが行われているが、電極を平面上に配置した場合においては、基板を多層化する必要があり、構成が複雑となりコストアップにつながる。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、薄型化が可能であって多層化することなく精度の高い液面検出が可能な液面レベル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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る液面レベルセンサは、細長状に形成された基板の長手方向に駆動電極と検出電極とを平行に配設した液面レベルセンサにおいて、
前記検出電極は液深さ方向に延びる配線パターン部と、該配線パターン部から枝分かれして液深さ方向に所定間隔おきに設けられる検出部とからなり、
前記基板には前記検出電極と平行で前記配線パターン部と同幅のダミー電極を設け、
前記駆動電極と検出電極の間の静電容量から前記駆動電極とダミー電極の間の静電容量を減算し、該減算した静電容量に基づいて液面レベルを検出する制御部を備えたことを特徴として構成されている。
【０００７】
また、本発明に係る液面レベルセンサは、前記基板にはリファレンス用電極を設け、該リファレンス用電極は前記ダミー電極と平行かつ同幅なリファレンス用配線パターン部と、該リファレンス用配線パターン部から枝分かれし前記検出電極の検出部より下方に設けられるリファレンス用検出部とからなることを特徴として構成されている。
【０００８】
さらに、本発明に係る液面レベルセンサは、前記検出電極は第１の検出電極と第２の検出電極とを平行に配設してなり、前記第１の検出電極と第２の検出電極はそれぞれ第１の配線パターン部と第１の検出部、第２の配線パターン部と第２の検出部からなり、前記第１の検出部と第２の検出部は液深さ方向に沿って交互に配置されていることを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る液面レベルセンサによれば、基板には検出電極と平行で配線パターン部と同幅のダミー電極を設け、駆動電極と検出電極の間の静電容量から駆動電極とダミー電極の間の静電容量を減算し、減算した静電容量に基づいて液面レベルを検出する制御部を備えたことにより、シールドを設けなくても配線パターン部における静電容量の影響をキャンセルすることができ、薄型化を図りつつ多層化することなく簡易な構成で精度の高い液面検出を可能とすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る液面レベルセンサによれば、基板にはリファレンス用電極を設け、リファレンス用電極はダミー電極と平行かつ同幅なリファレンス用配線パターン部と、リファレンス用配線パターン部から枝分かれし検出電極の検出部より下方に設けられるリファレンス用検出部とからなることにより、リファレンス用電極についても配線パターン部の静電容量をキャンセルしてシールドを不要とすることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る液面レベルセンサによれば、検出電極は第１の検出電極と第２の検出電極とを平行に配設してなり、第１の検出部と第２の検出部は液深さ方向に沿って交互に配置されていることにより、検出部間の距離を充分確保しつつ液面レベルを細かく検出することができ、液面レベル検出の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における液面レベルセンサの正面図を示している。この図に示すように、本実施形態における液面レベルセンサは、薄板状の基板１上に各種電極を配設してなるものであり、各電極からの出力は制御部３０に送られて演算が行われ、所定間隔おきの液面レベルを検出する。
【００１３】
基板１上には、電圧が印加される駆動電極２と、この駆動電極２との間で静電容量が測定される第１の検出電極３と第２の検出電極４とリファレンス用電極５とダミー電極６とが、それぞれ平行に設けられる。
【００１４】
駆動電極２は、基板１の中央部に長手方向略全長に渡って設けられる。第１の検出電極３は、基板１の長手方向に沿って設けられる幅狭の第１の配線パターン部１０と、第１の配線パターン部１０から枝分かれして液深さ方向に所定間隔で配置される第１の検出部１１とからなっている。第１の検出部１１は、第１の配線パターン部１０から直交する方向に枝分かれする直交部１１ａと、直交部１１ａの先端部に略長方形状に形成されて駆動電極２とわずかな隙間を介して対向する対向部１１ｂとからなっている。
【００１５】
第２の検出電極４は、第１の検出電極３と同様に基板１の長手方向に沿って設けられる幅狭の第２の配線パターン部１２と、第２の配線パターン部１２から枝分かれして液深さ方向に所定間隔で配置される第２の検出部１３とからなっている。第２の検出部１３も、第１の検出部１１と同様に直交部１３ａと対向部１３ｂとからなっている。
【００１６】
第１の検出電極３の第１の検出部１１と第２の検出電極４の第２の検出部１３は、液深さ方向において交互に配置されている。また、第１の検出部１１と第２の検出部１３との液深さ方向における間隔は、いずれも同じとなるように配置されている。すなわち、第１の検出部１１と第２の検出部１３は、液深さ方向に同間隔で互い違いとなるように配置されている。
【００１７】
リファレンス用電極５は、第１の検出電極３の第１の配線パターン部１０に対し平行に近接配置され、かつ第１の配線パターン部１０と同幅に形成されるリファレンス用配線パターン部２０と、その下端部に設けられるリファレンス用検出部２１とからなっている。リファレンス用検出部２１は、リファレンス用配線パターン２０の下端部から直交する方向に延出される直交部２１ａと、直交部２１ａの先端に略長方形状に形成され駆動電極２とわずかな隙間を介して対向する対向部２１ｂとから構成される。
【００１８】
リファレンス用検出部２１は、第１の検出部１１や第２の検出部１３よりも下方に位置するように配置され、これと駆動電極２との間の静電容量が、第１の検出電極３及び第２の検出電極４による液面レベル検出の基準となる。
【００１９】
ダミー電極６は、第２の検出電極４の第２の配線パターン部１２に対し平行に近接配置され、かつ第２の配線パターン部１２と同幅に形成されている。したがって、液面レベルの変化に伴うダミー電極６の静電容量の変化は、第２の配線パターン部１２の静電容量変化と略同様となる。駆動電極２を挟んで第２の配線パターン部１２と対称な位置に配置される第１の配線パターン部１０についても、略同様の静電容量変化を示し、さらにリファレンス用検出部２１についても同様である。この性質を利用して、第１の検出電極３及び第２の検出電極４の出力からダミー電極６の出力を減算した上で液面レベルを検出するようにしている。
【００２０】
次に、各電極からの出力を基にした液面レベルの検出について説明する。この図の横軸は液面レベルを、縦軸は静電容量を表している。液面レベルが０、すなわち電極が空気中に置かれている状態では、第１の検出電極３は静電容量Ａ0を、第２の検出電極４は静電容量Ｂ0を、リファレンス用電極５は静電容量Ｒ0を、ダミー電極６は静電容量Ｅ0を、それぞれ有する。空気中における各静電容量は予め測定しておく。
【００２１】
液面レベルが上昇するのに従って、ダミー電極６の静電容量Ｅは略比例関係で上昇する。リファレンス用電極５の静電容量Ｒは、リファレンス用検出部２１の位置において傾斜階段状に上昇する他は、リファレンス用配線パターン２０によってダミー電極６と略同じ傾きで上昇する。また、第１の検出電極３の静電容量Ａは、第１の検出部１１の位置において傾斜階段状に上昇する他は、第１の配線パターン部１０によってダミー電極６と略同じ傾きで上昇する。第２の検出電極４の静電容量Ｂも、第２の検出部１３の位置において傾斜階段状に上昇する他は、第２の配線パターン部１２によってダミー電極６と略同じ傾きで上昇する。
【００２２】
各電極からの出力を検出する制御部３０は、出力データを正規化することによって液面レベルを判別する。まず、第１の検出電極３と第２の検出電極４、リファレンス用電極５、及びダミー電極６からの静電容量の出力値であるＡとＢ、Ｒ、及びＥから空気中での静電容量値であるＡ0とＢ0、Ｒ0、及びＥ0を減算し、Ａ1、Ｂ1、Ｒ1、及びＥ1を算出する。液面レベルとＡ1、Ｂ1、Ｒ1、及びＥ1との関係は図３に示している。
【００２３】
ここで、Ａ1、Ｂ1、及びＲ1からＥ1を減算して、配線パターン部分における静電容量の傾きをキャンセルする。第１の配線パターン部１０と第２の配線パターン部１２、及びリファレンス用配線パターン２０は、いずれも駆動電極２からの距離がダミー電極６と略同じであって、ダミー電極６と同幅に形成されていることにより、液面レベルの上昇に伴う静電容量の増加は、略同じ傾きを有するから、ダミー電極６の静電容量を減算することによって、その影響をキャンセルすることができる。Ａ1、Ｂ1、及びＲ1からＥ1を減算したＡ2、Ｂ2、及びＲ2と液面レベルの関係については図４に示している。
【００２４】
さらにＡ2／Ｒ2とＢ2／Ｒ2をそれぞれ算出し、余りを切り捨てる演算を行ってＡ3及びＢ3を算出することで、液面レベルの判定を行うための正規化がなされる。ここで、リファレンス用検出部２１が有する静電容量値よりも、第１の検出部１１及び第２の検出部１３の各々が有する静電容量値の方が僅かに大きくなるように設定しておくことで、Ａ2／Ｒ2及びＢ2／Ｒ2の演算において確実に余りが生じるようにすることができる。演算処理において余りを切り捨てる処理は容易に行うことができるので、除算の段階で確実に余りが生じるようにすることで、簡易な処理で正規化を確実に行うことができる。
【００２５】
正規化した段階における液面レベルと正規化された数値との関係を図５に示している。制御部３０は、正規化された数値から液面レベルを判定する。ここでは、第１の検出部１１と第２の検出部１３が液深さ方向Ｈの間隔で配置されており、最下端の第２の検出部１３が高さＨ0に配置されているものとし、液面レベルが０〜Ｈ0の場合に液面レベル０、液面レベルがＨ0〜（Ｈ0＋Ｈ）の場合に液面レベル１、液面レベルが（Ｈ0＋Ｈ）〜（Ｈ0＋２Ｈ）の場合に液面レベル２、液面レベルが（Ｈ0＋２Ｈ）〜（Ｈ0＋３Ｈ）の場合に液面レベル３、液面レベルが（Ｈ0＋３Ｈ）以上の場合に液面レベル４であるものとする。
【００２６】
Ａ3及びＢ3がいずれも０である場合、液面レベルは０と判定される。Ａ3が０でＢ3が１の場合、液面レベルは１と判定される。Ａ3が１でＢ3が１の場合、液面レベルは２と判定される。Ａ3が１でＢ3が２の場合、液面レベルは３と判定される。Ａ3及びＢ3がいずれも２である場合、液面レベルは４と判定される。これらの演算及び液面レベルの判定は、表１によって表される。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
以上のように、第１の検出電極３と第２の検出電極４及びリファレンス用電極５において、第１の配線パターン部１０と第２の配線パターン部１２及びリファレンス用配線パターン２０による静電容量の影響を、これら配線パターン部と同幅に形成されたダミー電極６の静電容量を減算することによってキャンセルすることができる。したがって、各配線パターン部にシールドを設ける必要がなく、薄膜状の液面レベルセンサにおいて多層化することなく精度の高い液面検出を行うことができる。
【００２９】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態における液面レベルセンサの正面図である。
【図２】液面レベルに対する各電極の静電容量変化を示した図である。
【図３】図２の各値から空気中における各電極の静電容量を減算した段階の図である。
【図４】図３の各値からダミー電極の静電容量を減算した段階の図である。
【図５】図４の各値を正規化した段階の図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    基板
２    駆動電極
３    第１の検出電極
４    第２の検出電極
５    リファレンス用電極
６    ダミー電極
１０    第１の配線パターン
１１    第１の検出部
１２    第２の配線パターン
１３    第２の検出部
２０    リファレンス用配線パターン
２１    リファレンス用検出部
３０    制御部
【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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