(57)【要約】【課題】構造を複雑にすることなく、検知部によって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能である液位検出装置を提供する。【解決手段】センサ部１０は、基板１２を有し、タンク７内の鉛直方向に配置される。基板１２には、その長手方向に５つのセンサ１〜５が薄板状に形成されている。センサ１〜５は、それぞれ検知電極１ａ〜５ａと接地電極１８から構成され、同じ電極幅で異なる電極長を有する。ＣＰＵ２６は、全てのセンサ１〜５の静電容量値を計測し（Ｓ１）、液位がどのセンサの先端と先端との間に位置するかを判断する処理を行う。例えば、静電容量値Ｃ２が参照静電容量Ｃｒｅｆ２より小さい場合、ＣＰＵ２６は、液位算出処理（ｎ＝２）を行う（Ｓ３）。ＣＰＵ２６は、センサｎの静電容量値Ｃｎ、電極長Ｌｎ、最下測定液位Ｈ０、参照静電容量Ｃｒｅｆｎを用い、タンク７内の液位Ｈを算出する（Ｓ２１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の液位を検出する液位検出装置であって、
鉛直方向に配置され、それぞれ静電容量を検知する、長さの異なる複数の検知部と、
前記複数の検知部のうち、測定用の検知部より先端が下位の検知部によって検知される静電容量、前記測定用の検知部の長さ及び前記下位の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部の先端まで液体に浸漬された場合に前記測定用の検知部によって検知されると想定される参照静電容量を算出する参照容量算出手段と、
前記参照容量算出手段によって算出された参照静電容量、前記測定用の検知部によって検知される静電容量及び前記測定用の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部と前記下位の検知部との間まで浸漬する液体の液位を算出する液位算出手段と、
を備えることを特徴とする液位検出装置。
【請求項２】
前記測定用の検知部より先端が上位の検知部によって検知される静電容量と前記測定用の検知部によって検知される静電容量との差、前記上位の検知部の長さと前記測定用の検知部の長さとの差、及び前記測定用の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部が液体に全く浸漬されていない場合に前記測定用の検知部によって検知される静電容量の液漏れによる増加分であると想定される付着容量を算出する付着容量算出手段と、
前記付着容量のうち、前記測定用の検知部が前記液体に浸漬されていない部分の容量分を、前記測定用の検知部によって検知される静電容量から差し引いた、正味の静電容量を算出する正味容量算出手段と、
をさらに備え、
前記液位算出手段は、前記測定用の検知部によって検知される静電容量に代えて、前記正味容量算出手段によって算出された正味の静電容量に基づき、前記測定用の検知部と前記下位の検知部との間まで浸漬する液体の液位を算出することを特徴とする請求項１記載の液位検出装置。
【請求項３】
前記液位算出手段は、前記測定用の検知部によって検知される静電容量が前記参照静電容量より小さい場合、液位を算出することを特徴とする請求項１または２記載の液位検出装置。
【請求項４】
前記複数の検知部のうち、最下位にある検知部は、他の検知部の下端に配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の液位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液位を検出する液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンク内に貯留する液体の液位を、気中と液中の静電容量の差で検知する静電容量方式により検出する液位検出装置が知られている（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
具体的に、特許文献１には、常時液中に浸漬された基準電極の電極間容量で液体の誘電率を算出し、この誘電率を用いて櫛歯電極の電極間容量から液位を検出することが示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、各検出電極の引出し線間に発生する静電容量をキャンセルして、液位を検出するセンサ装置が示されている。
また、特許文献３には、第１電極対と第２電極対とが上下方向に位置ずれして配置され、液面の変位による配線の浮遊容量の変動を排除して液位を検出する液面レベルセンサが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−７９０１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３８７１号公報
【特許文献３】特開２００７−４０７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の液位検出装置には、つぎのような問題があった。即ち、従来では、誘電率センサは、常に燃料中に浸漬していなげればならず、タンク底面に設置されていた。また、誘電率センサの形状が制限されるので、電極面積が狭く、誘電率センサによって検出される静電容量の精度は低かった。一方、検出される静電容量の精度を良くするためには、電極面積を大きく取る必要があるが、構造が大きくなってしまう。
【０００７】
また、沈殿物や混合液体に濃度勾配がある場合、誘電率に誤差が生じた。また、液位が高く濃度が一定でない場合、誘電率センサと液位センサとの誘電率補正値のズレが大きくなり、液位センサによって検知される静電容量に誤差を生じさせ、算出される液位の精度に誤差が生じる要因となった。
【０００８】
また、従来では、液位センサの電極は対向した形状を有する。液位センサを液中に浸漬した後に気中に露出させた場合、又は結露した場合、電極間に液漏れが生じてしまうおそれがあった。このため、液位センサが検出する静電容量は、この液漏れ分も含んでしまい、液位センサによって精度良く液面を検出することができなかった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造を複雑にすることなく、検知部によって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能である液位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係る液位検出装置は、下記（１）〜（６）を特徴としている。
（１）  液体の液位を検出する液位検出装置であって、
鉛直方向に配置され、それぞれ静電容量を検知する、長さの異なる複数の検知部と、
前記複数の検知部のうち、測定用の検知部より先端が下位の検知部によって検知される静電容量、前記測定用の検知部の長さ及び前記下位の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部の先端まで液体に浸漬された場合に前記測定用の検知部によって検知されると想定される参照静電容量を算出する参照容量算出手段と、
前記参照容量算出手段によって算出された参照静電容量、前記測定用の検知部によって検知される静電容量及び前記測定用の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部と前記下位の検知部との間まで浸漬する液体の液位を算出する液位算出手段と、
を備えること。
（２）  上記（１）の構成の液位検出装置であって、
前記測定用の検知部より先端が上位の検知部によって検知される静電容量と前記測定用の検知部によって検知される静電容量との差、前記上位の検知部の長さと前記測定用の検知部の長さとの差、及び前記測定用の検知部の長さに基づき、前記測定用の検知部が液体に全く浸漬されていない場合に前記測定用の検知部によって検知される静電容量の液漏れによる増加分であると想定される付着容量を算出する付着容量算出手段と、
前記付着容量のうち、前記測定用の検知部が前記液体に浸漬されていない部分の容量分を、前記測定用の検知部によって検知される静電容量から差し引いた、正味の静電容量を算出する正味容量算出手段と、
をさらに備え、
前記液位算出手段は、前記測定用の検知部によって検知される静電容量に代えて、前記正味容量算出手段によって算出された正味の静電容量に基づき、前記測定用の検知部と前記下位の検知部との間まで浸漬する液体の液位を算出すること。
（３）  上記（１）または（２）の構成の液位検出装置であって、
前記液位算出手段は、前記測定用の検知部によって検知される静電容量が前記参照静電容量より小さい場合、液位を算出すること。
（４）  上記（１）または（２）の構成の液位検出装置であって、
前記複数の検知部のうち、最下位にある検知部は、他の検知部の下端に配置されたこと。
（５）  上記（１）または（２）の構成の液位検出装置であって、
前記液体が貯留するタンク内に設置され、前記複数の検知部の先端は、それぞれ前記タンク内の特定の高さに位置すること。
（６）  上記（１）または（２）の構成の液位検出装置であって、
前記複数の検知部は、基板の上に、同一の幅を有する薄板状に形成されたこと。
【００１１】
上記（１）から（６）の構成の液位検出装置によれば、構造を複雑にすることなく、検知部によって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能である。また、検知部によって検知される静電容量に対し、液漏れによる増加分を補正することができ、より精度の高い液位の検出が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定用の検知部の先端まで液体に浸漬された場合の参照静電容量を算出し、この参照静電容量、測定用の検知部による静電容量及び測定用の検知部の長さに基づき、測定用の検知部と下位の検知部との間まで浸漬する液体の液位を算出する。これにより、構造を複雑にすることなく、検知部によって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能である。また、検知部によって検知される静電容量に対し、液漏れによる増加分を補正することができ、より精度の高い液位の検出が可能である。
【００１３】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態の液位検出装置である液位レベルモニタ１０の構成を示す図である。
【図２】図２は、回路部１５の構成を示す図である。
【図３】図３は、液位検出動作手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９における液位算出処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第２の実施形態のステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９における液位算出処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態における液位検出装置について図面を用いて説明する。本実施形態の液位検出装置は、静電容量式により液位を検出する液位レベルモニタに適用される。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の液位検出装置である液位レベルモニタ１０の構成を示す図である。液位レベルモニタ１０は、燃料タンク（単に、タンクという）７内に貯留するガソリン等の燃料（液体）の液位を検出するものであり、センサ部１１及び回路部１５から構成される。
【００１７】
センサ部１１は、長方形の基板１２を有し、タンク７内の鉛直方向に配置される。回路部１５は、基板１２の下端側に併設される。基板１２には、その長手方向に５つのセンサ１〜５が薄板（薄膜を含む）状に形成されている。
【００１８】
センサ（検知部）１〜５は、それぞれ検知電極１ａ〜５ａとこれらに対向するように配置された接地（ＧＮＤ）電極１８とから構成される。検知電極１ａ〜５ａは、同じ電極幅（電極ピッチ）で異なる電極長を有する。
【００１９】
センサ１は、水平方向の長さＬ１の検知電極１ａを有し、タンク７の底部に水平に配置される。このセンサ１のタンク底面からの高さは、燃料無し（メータの「Ｅｍｐｔｙ」）の位置に相当する。
【００２０】
一方、センサ２、３、４、５は、センサ１に対して垂直方向に、つまり液面に対して垂直方向に配置されている。センサ２は、その下端がタンク７の底面から高さＨ０に位置し、その先端が警告（メータの「Ｗａｒｎｉｎｇ」）の高さとなる長さＬ２の検知電極２ａを有する。
【００２１】
センサ３は、その下端がタンク７の底面から高さＨ０に位置し、その先端がタンク７の１／２の高さとなる長さＬ３の検知電極３ａを有する。センサ４は、その下端がタンク７の底面から高さＨ０に位置し、その先端がタンク７の３／４の高さとなる長さＬ４の検知電極４ａを有する。センサ５は、その下端がタンク７の底面から高さＨ０に位置し、その先端が満タン（メータの「Ｆｕｌｌ」）の高さとなる長さＬ５の検知電極５ａを有する。
【００２２】
このように、センサ２〜５は、それぞれ高い検出精度が要求される高さ（特定の高さ）、つまりタンク７内のＥｍｐｔｙ，Ｗａｒｎｉｎｇ，１／２等の高さに先端が位置するように配置されているので、これらの近傍に位置する液位の検出精度を高めることができる。
【００２３】
また、センサ１、２、３、４、５はそれぞれ回路部１５に接続されており、検知電極１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ及び接地電極１８間の各静電容量は、回路部１５によって検知される。
【００２４】
図２は回路部１５の構成を示す図である。回路部１５は、切替回路２１、静電容量検出回路２３及び処理回路２５を有する。切替回路２１は、処理回路２５からの信号に従って、センサ１〜５のいずれかに静電容量検出回路２３への入力を切り替える。静電容量検出回路２３は、静電容量値を周波数に変換するＣＦ検出回路で構成され、検知電極１ａ〜５ａ及び接地電極１８間をそれぞれコンデンサとするＣＲ発振回路（例えばウィーンブリッジ型発振回路）の発振周波数から、センサ１〜５の静電容量を検出する。また、静電容量検出回路２３は、静電容量に対応する発振周波数の信号を処理回路２５に出力する。
【００２５】
処理回路２５は、周知のＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７等を有し、静電容量検出回路２３から出力される発振周波数の信号に対応するセンサ１〜５の各静電容量値に基づき、タンク７内の燃料の液位を検知し、この液位信号を液位メータ３０に出力する。液位メータ３０は、表示器で構成され、液位信号に従った液位を表示する。
【００２６】
上記構成を有する液位レベルモニタの動作を示す。図３は液位検出動作手順を示すフローチャートである。この動作プログラムは、処理回路２５内のＲＯＭ２７に格納されており、ＣＰＵ２６によって実行される。
【００２７】
始めに、ＣＰＵ２６は、全てのセンサ１〜５の静電容量を計測する（ステップＳ１）。ここで、センサ１、２、３、４、５の静電容量値をそれぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５で表す。この静電容量値Ｃ１〜Ｃ５の計測では、切替回路２１は、時分割にセンサ１〜５を切り替え、静電容量検出回路２３に入力する。
【００２８】
そして、ＣＰＵ２６は、液位がいずれかのセンサの先端とこれより１段下位のセンサの先端との間に位置するかを判断する処理を行う。まず、ＣＰＵ２６は、参照静電容量Ｃｒｅｆ２を算出し、静電容量値Ｃ２がこの参照静電容量Ｃｒｅｆ２より小さいか否かを判別する（ステップＳ２）。
【００２９】
ここで、センサｎの参照静電容量Ｃｒｅｆｎは、数式（１）で算出される（参照容量算出手段）。この参照静電容量Ｃｒｅｆｎは、そのセンサｎの先端まで燃料が満たされていると想定した場合の静電容量値であり、１段下位に位置するセンサ（ｎ−１）の静電容量Ｃｎ−１を参照した容量（長さ）比で算出される。ただし、ｎはセンサ番号を表し、値１〜５のいずれかである。
Ｃｒｅｆｎ＝Ｃｎ−１×Ｌｎ／Ｌｎ−１  ……（１）
【００３０】
静電容量値Ｃ２が参照静電容量Ｃｒｅｆ２より小さい場合、ＣＰＵ２６は、液位算出処理（ｎ＝２）を行い（ステップＳ３）、ステップＳ１の処理に戻る。一方、静電容量値Ｃ２が参照静電容量Ｃｒｅｆ２以上である場合、ＣＰＵ２６は、参照静電容量Ｃｒｅｆ３を算出し、静電容量値Ｃ３がこの参照静電容量Ｃｒｅｆ３より小さいか否かを判別する（ステップＳ４）。静電容量値Ｃ３が参照静電容量Ｃｒｅｆ３より小さい場合、ＣＰＵ２６は、液位算出処理（ｎ＝３）を行い（ステップＳ５）、ステップＳ１の処理に戻る。
【００３１】
一方、静電容量値Ｃ３が参照静電容量Ｃｒｅｆ３以上である場合、ＣＰＵ２６は、参照静電容量Ｃｒｅｆ４を算出し、静電容量値Ｃ４がこの参照静電容量Ｃｒｅｆ４より小さいか否かを判別する（ステップＳ６）。静電容量値Ｃ４が参照静電容量Ｃｒｅｆ４より小さい場合、ＣＰＵ２６は、液位算出処理（ｎ＝４）を行い（ステップＳ７）、ステップＳ１の処理に戻る。
【００３２】
一方、静電容量値Ｃ４が参照静電容量Ｃｒｅｆ４以上である場合、ＣＰＵ２６は、参照静電容量Ｃｒｅｆ５を算出し、静電容量値Ｃ５がこの参照静電容量Ｃｒｅｆ５より小さいか否かを判別する（ステップＳ８）。静電容量値Ｃ５が参照静電容量Ｃｒｅｆ５より小さい場合、ＣＰＵ２６は、液位算出処理（ｎ＝５）を行い（ステップＳ９）、ステップＳ１の処理に戻る。
【００３３】
一方、静電容量値Ｃ５が参照静電容量Ｃｒｅｆ５以上である場合、ＣＰＵ２６は、液位Ｈを、タンク７の底面からの高さ（最下測定液位）Ｈ０に検知電極５ａの電極長Ｌ５を加算した値として算出する（ステップＳ１０）。この後、ＣＰＵ２６はステップＳ１の処理に戻る。
【００３４】
このように、電極長の短いセンサから順次判断し、検出された静電容量値が参照静電容量より小さい場合、そのセンサの先端よりも下位に液位があると判断し、液位算出処理を行う。これにより、液位算出処理を行う測定用のセンサを簡単に特定することができ、処理の負荷を軽減することができる。
【００３５】
図４はステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９における液位算出処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ２６は、センサｎの静電容量値Ｃｎ、電極長Ｌｎ、最下測定液位Ｈ０、参照静電容量Ｃｒｅｆｎを用い、タンク７内の液位Ｈを数式（２）に従って、算出する（ステップＳ２１）。ただし、ｎはセンサ番号を表し、値１〜５のいずれかである。
Ｈ＝Ｌｎ×Ｃｎ／Ｃｒｅｆｎ＋Ｈ０  ……（２）
この後、ＣＰＵ２６は元の処理に復帰する。
【００３６】
第１の実施形態の液位検出装置によれば、複数のセンサの各先端の静電容量値を基準に、それより下位のセンサの先端との間に位置する液位を算出するので、補正ズレが少なくて済み、精度の高い液位の算出が可能である。つまり、構造を複雑にすることなく、センサによって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能である。
【００３７】
また、最下位にあるセンサがタンクの底部に水平に配置され、常に浸漬しているので、気中に露出することなく低位側の静電容量値も正確に検知可能である。
【００３８】
また、複数のセンサは基板上に同じ幅を有する薄板状かつ同一平面に形成されているので、構造が単純であり、低コスト化が可能である。さらに、回路部が搭載された基板を併設することで、小型化が図られる。また、回路部を基板に形成し、この基板とセンサ部が有する基板とを一体化することも可能であり、より一層の小型化が図られる。
【００３９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、センサに液漏れが生じた際、この液漏れによる静電容量の検知誤差を補正する場合を示す。第２の実施形態の液位レベルモニタは第１の実施形態とほぼ同一の構成を有するので、前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略する。また、第２の実施形態における液位検出動作においても、前記第１の実施形態における図３に示した手順は同じであるので、ここでは、前記第１の実施形態と異なる液位算出処理についてだけ説明する。
【００４０】
図５は第２の実施形態のステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９における液位算出処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、ＣＰＵ２６は、検知電極のうち、気中に露出している部分の付着容量Ｃａｄを算出する（ステップＳ３１）。ここで、付着容量Ｃａｄは、液漏れによる静電容量の増加分であり、数式（３）で表される。つまり、付着容量Ｃａｄは、液位計測に使用している検知電極と、その先端より上位に先端がある検知電極との静電容量の差分を、電極長の差分の比率で割ることにより求まる（付着容量算出手段）。
Ｃａｄ＝（Ｃｎ＋１−Ｃｎ）／（Ｌｎ＋１−Ｌｎ）×Ｌｎ  ……（３）
【００４２】
ただし、この付着容量Ｃａｄは、液位検出に使用している検知電極が全く液に浸かっていないとした場合の付着容量に相当する。そこで、液に浸かっていない分だけの付着容量分を差し引いた、正味の静電容量値Ｃｎｅｔを、数式（４）に従って求める（ステップＳ３２）。ステップＳ３の処理は正味容量算出手段に相当する。
Ｃｎｅｔ＝（Ｃｎ−Ｃａｄ）／（Ｃｒｅｆｎ−Ｃａｄ）×Ｃｒｅｆｎ  ……（４）
【００４３】
この正味の静電容量値Ｃｎｅｔを用い、数式（５）に従って、液位Ｌを算出する（ステップＳ３３）。
Ｈ＝Ｌｎ×Ｃｎｅｔ／Ｃｒｅｆｎ＋Ｈ０  ……（５）
この後、ＣＰＵ２６は元の処理に復帰する。
【００４４】
第２の実施形態の液位検出装置によれば、センサ間の差分により液漏れによる静電容量の誤差を算出するので、センサによって検知される静電容量に対し、液漏れによる増加分を補正することができ、より精度の高い液位の検出が可能である。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、本実施形態の構成が持つ機能を達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、センサの数は５つであったが、これに限らず、任意の数であってもよく、数が多いほど、液位の検知精度が向上する。
【００４７】
また、上記実施形態では、参照静電容量を算出する際、測定用のセンサより１段下位にあるセンサによって検知される静電容量を用いることで検知精度を高めていたが、２段以降の下位にあるセンサによって検知される静電容量を用いることも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態では、センサは基板上に薄板（薄膜を含む）状に形成されていたが、棒状等のブロック状に形成されてもよい。また、上記実施形態では、複数の検知電極は同じ電極幅を有していたが、静電容量の算出が可能である限り、異なる電極幅を有していてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、複数の検知電極は、最下位を除き、それぞれの下端を揃えて配置されたが、必ずしも揃えることなく、上下方向にずらして配置されてもよい。
【００５０】
本発明は、液体の液位を検出する際、構造を複雑にすることなく、センサによって検知される静電容量の精度を上げることができ、精度の高い液位の検出が可能であり、有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１、２、３、４、５  センサ
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ  検知電極
７  燃料タンク
１０  液位レベルモニタ
１１  センサ部
１２  基板
１５  回路部
１８  接地（ＧＮＤ）電極
２１  切替回路
２３  静電容量検出回路
２５  処理回路
２６  ＣＰＵ
２７  ＲＯＭ
３０  液位メータ
【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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