(57)【要約】【課題】所定の物質が存在しているか否かを判別することが可能なセンサを提供する。【解決手段】センサ１は、互いに絶縁された検出電極及び接地電極を有する検出部１１と、検出電極と接地電極とに亘って第１の物質が存在している場合には第１信号を出力し、検出電極と接地電極とに亘って第２の物質が存在している場合には第２信号を出力し、検出電極と接地電極とに亘って第３の物質が存在している場合には第３信号を出力する信号出力部１２と、信号出力部１２から出力された信号を整流する検波部１３と、検波部１３により整流された信号と予め設定された基準電圧とを比較して検出電極と接地電極とに亘って存在する物質が第１の物質であるか否かを判定する判定部１４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の誘電率及び導電度を有する第１の物質と、前記第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する第２の物質、及び前記第１の物質の誘電率よりも大きい誘電率を有し、前記第１の物質の導電度及び前記第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する第３の物質とを判別するセンサであって、
互いに絶縁された検出電極及び接地電極を有する検出部と、
前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第１の物質が存在している場合には所定の振幅値を有する第１信号を出力し、前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第２の物質が存在している場合には前記第１信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第２信号を出力し、前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第３の物質が存在している場合には前記第２信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第３信号を出力する信号出力部と、
前記信号出力部から出力された信号を整流する検波部と、
前記検波部により整流された信号と予め設定された基準電圧とを比較して前記検出電極と前記接地電極とに亘って存在する物質が前記第１の物質であるか否かを判定する判定部と、
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記信号出力部はＬＣ発振器を用いて構成され、
前記ＬＣ発振器は、前記第１の物質の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する前記第１信号を出力し、前記第２の物質の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する前記第２信号を出力し、前記第３の物質の導電度に応じて前記第３信号を出力するように構成されている請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記検出部を前記第３の物質が充填されている部位に配置した際に、前記第２信号を整流した信号の電位が前記基準電圧よりも小さくなるように前記第２信号の振幅値を設定する設定部を有する請求項１又は２に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の誘電率及び導電度を有する第１の物質と、第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する第２の物質、及び第１の物質の誘電率よりも大きい誘電率を有し、第１の物質の導電度及び第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する第３の物質とを判別するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器に貯留された物質の貯留レベルの検出や、配管を流通する物質の検出にレベルセンサが利用されてきた。この種のレベルセンサの一つとして静電容量式のものがある（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の静電容量式液面レベルセンサは、液体を収容する容器内の液面レベルを静電容量の変化に基づいて検出するセンサ本体とセンサ回路とを備えて構成される。センサ本体は容器に設けられた検出電極と接地電極との間の静電容量を検出し、センサ回路はセンサ本体により検出された静電容量を電気信号に変換し、当該電気信号に基づいて液面レベルを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６７６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、静電容量の変化率に基づいて液面レベル（本願「貯留レベル」に相当）を検出している。しかしながら、例えば油を貯留している容器に水が混入している場合には油と水とは誘電率が異なるため、油がレベルセンサの位置まで貯留されているか否かを適切に検出するためには、油と空気（空になった状態）とを区別する判定部と、油と水とを区別する判定部とを備える必要があり、構成が複雑となっていた。また、例えば油が流通する配管に水が流通した場合にも油と水とは誘電率が異なるため、油が流通しているか否かを適切に検出するためには、油と空気（油が流通していない状態）とを区別する判定部と、油と水とを区別する判定部とを備える必要があり、構成が複雑となっていた。
【０００６】
そこで、簡易な構成で、少なくとも３つの物質のうちの所定の１つの物質が存在しているか否かを判別することが可能なセンサが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るセンサの特徴構成は、所定の誘電率及び導電度を有する第１の物質と、前記第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する第２の物質、及び前記第１の物質の誘電率よりも大きい誘電率を有し、前記第１の物質の導電度及び前記第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する第３の物質とを判別するセンサであって、互いに絶縁された検出電極及び接地電極を有する検出部と、前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第１の物質が存在している場合には所定の振幅値を有する第１信号を出力し、前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第２の物質が存在している場合には前記第１信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第２信号を出力し、前記検出電極と前記接地電極とに亘って前記第３の物質が存在している場合には前記第２信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第３信号を出力する信号出力部と、前記信号出力部から出力された信号を整流する検波部と、前記検波部により整流された信号と予め設定された基準電圧とを比較して前記検出電極と前記接地電極とに亘って存在する物質が前記第１の物質であるか否かを判定する判定部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、検出電極と接地電極とに亘って第１の物質が存在している状態と、検出電極と接地電極とに亘って第２の物質が存在している状態と、検出電極と接地電極とに亘って第３の物質が存在している状態との夫々について、信号出力部から出力される信号を異ならせることができる。したがって、信号出力部から出力される信号に基づいて、検出電極と接地電極とに亘って第１の物質が存在しているか否かを判別することが可能となる。
【０００９】
また、前記信号出力部はＬＣ発振器を用いて構成され、前記ＬＣ発振器は、前記第１の物質の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する前記第１信号を出力し、前記第２の物質の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する前記第２信号を出力し、前記第３の物質の導電度に応じて前記第３信号を出力するように構成されていると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、信号出力部が、第１の物質、第２の物質、及び第３の物質の夫々の誘電率と導電度とに応じた、第１信号、第２信号、及び第３信号を出力することが可能となる。したがって、判定部が信号出力部から出力される信号と、所定の基準電圧とを比較することで、判定部が検出電極と接地電極とに亘って第１の物質が存在しているか否かを判別することが可能となる。
【００１１】
また、前記検出部を前記第３の物質が充填されている部位に配置した際に、前記第２信号を整流した信号の電位が前記基準電圧よりも小さくなるように前記第２信号の振幅値を設定する設定部を有すると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、基準電圧が第１信号と第２信号との間に設定されるので、検出電極と接地電極とに亘って第１の物質が存在している時と、検出電極と接地電極とに亘って第２の物質や第３の物質が存在している時とを、信号出力部から出力される信号の振幅に基づき適切に判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】センサを容器に配置した場合の例を示した図である。
【図２】センサの構成を模式的に示したブロック図である。
【図３】信号出力部及び検波部の出力を示した図である。
【図４】センサを配管に配置した場合の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るセンサは、第１の物質、第２の物質、及び第３の物質の中から、所期の物質である第１の物質が存在するか否かを判別する機能を有している。以下、本実施形態のセンサ１について説明する。また、以下では、理解を容易にするために、第１の物質は所定の誘電率及び導電度を有する「油」であり、第２の物質は第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する「空気」であり、第３の物質は第１の物質よりも大きい誘電率を有し、第１の物質の導電度及び第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する「水」であるとして説明する。
【００１５】
図１には、センサ１を用いて容器２に油が貯留されているか否かを判別する場合の例が示される。本実施形態では、センサ１は容器２の側面５に設けられる。もちろん、底部３側又は頂部４側に設けても良いし、更には、検知したい場所に適宜設けても良い。
【００１６】
ここで、本センサ１は所謂静電容量式レベルスイッチである。この種の静電容量式レベルスイッチは公知であるので、詳細な説明は省略するが、後述する検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間の抵抗値及び静電容量値は、容器２におけるセンサ１が設けられた位置まで検出対象である物質（「油」に相当）が貯留されている時と、検出対象でない物質（「水」に相当）が貯留されている時や空の時（容器２が「空気」で満たされている時に相当）とで変化する。センサ１は、このような抵抗値及び静電容量の変化に基づき、検出対象の物質がセンサ１の位置まで達しているか否かを検出する。
【００１７】
図２は、センサ１の構成を模式的に示したブロック図である。図２に示されるように、センサ１は、検出部１１、信号出力部１２、検波部１３、判定部１４、設定部１５の各機能部を備えて構成される。
【００１８】
検出部１１は、図１に示されるように容器２内に挿入され、挿入された位置における物質を検出する。本実施形態では、検出部１１は、図１に示されるようにロッド状に構成され、互いに絶縁された検出電極１１Ａ及び接地電極１１Ｃを有する。検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとは、絶縁部１１Ｂにより絶縁される。本実施形態では、検出部１１は、上記ロッド状の先端側から検出電極１１Ａ、絶縁部１１Ｂ、接地電極１１Ｃの順に配置される。容器２の内壁部が金属で構成される場合には、接地電極１１Ｃは、当該内壁部と接続して構成しても良い。
【００１９】
検出部１１は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間の抵抗値及び静電容量値を検出する。これらの抵抗値及び静電容量値は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間の物質の導電度及び誘電率に応じて変化する。このような導電度及び誘電率変化に基づき、センサ１は、容器２における検出部１１の位置まで油の貯留レベルが達しているか否かを検出することが可能となる。
【００２０】
信号出力部１２は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って存在している物質に応じた信号を出力する。図３には、信号出力部１２により出力される信号が示される。信号出力部１２は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在している場合には所定の振幅値を有する第１信号を出力する。「検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在している」とは、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間が油で満たされている状態であり、すなわち本実施形態では、容器２における検出部１１が挿入された位置まで油が貯留されていることをいう。
【００２１】
ここで、信号出力部１２は、ＬＣ発振器を用いて構成される。このＬＣ発振器は、内部に所定のＬ値を有するインダクタが内蔵される。静電容量は、上述した検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って存在している物体の誘電率に基づく静電容量である。したがって、ＬＣ発振器は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在している場合には、油の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する第１信号を出力する。具体的には、油の誘電率は例えば２〜４程度であり、第１信号はこの誘電率に応じて発振する。図３の例では、第１信号の振幅値が、Ａ〔Ｖｐｐ〕として示されている。なお、図３の例では、直流成分に重畳する交流成分のみが示される。
【００２２】
また、信号出力部１２は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在している場合には第１信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第２信号を出力する。「検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在している」とは、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間が空気で満たされている状態である。すなわち、「検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間が空気で満たされている状態」とは、本実施形態では、容器２内に貯留されていた油の貯留レベルが、検出部１１の位置よりも低下し、検出部１１の位置が空気で満たされていることを意味する。ＬＣ発振器は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在している場合には、空気の誘電率に基づく静電容量に応じて発振する第２信号を出力する。具体的には、空気の誘電率は１程度であり、第２信号はこの誘電率に応じて発振する。図３の例では、第２信号の振幅値が、Ｂ〔Ｖｐｐ〕として示されている。ただし、Ａ＞Ｂである。
【００２３】
更に、信号出力部１２は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って水が存在している場合には第２信号の振幅値よりも小さい振幅値を有する第３信号を出力する。「検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って水が存在している」とは、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間が水で満たされている状態である。すなわち、「検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとの間が水で満たされている状態」とは、本実施形態では、油が貯留されていた容器２内に水が混入し、この水の貯留レベルが検出部１１の位置に達したことを意味する。ここで、水は誘電率が８０程度である。このため、静電容量が大幅に大きくなり、ＬＣ発振器は、この誘電率に応じて振幅する信号を出力するように思われるが、水の導電率は数μ〔Ｓ／ｃｍ〕〜数百μ〔Ｓ／ｃｍ〕と空気や油に対して非常に大きい。このため、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って水が存在している場合には発振振幅が小さくなり、ＬＣ発振器は、水の導電度に応じて第３信号を出力する。本実施形態では、第３信号とは、直流レベルの振幅していない信号をいい、例えば波高値が０〔Ｖ〕の信号や、一定値からなる直流信号が相当する。
【００２４】
図２に戻り、検波部１３は、信号出力部１２から出力された信号を整流する。信号出力部１２から出力された信号は、検波部１３に伝達される。検波部１３は、例えば入力された信号のピーク値を検出するピークホールド回路や、或いは、入力された信号を平滑にした平滑回路により構成することが可能である。いずれにして、ピークホールド回路も平滑回路も公知であるので、説明は省略する。
【００２５】
図３には、上述したように、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って存在する物体が、油、空気、水の夫々の場合の信号出力部１２の出力が示されるが、合わせて夫々の出力が検波部１３で整流された場合の検波部１３の出力も示される。
【００２６】
すなわち、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在している場合には、検波部１３の出力は第１信号のピーク値をホールドした信号、或いは平滑化した信号であるＡ／２〔Ｖ〕となる。また、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在している場合には、検波部１３の出力は第２信号のピーク値をホールドした信号、或いは平滑化した信号であるＢ／２〔Ｖ〕となる。また、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って水が存在している場合には、検波部１３の出力は第３信号のピーク値をホールドした信号、或いは平滑化した信号である直流レベルの出力となる。本実施形態では、図３に示されるように、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って水が存在している場合には第３信号が０〔Ｖ〕となるが、この場合には、検波部１３の出力も０〔Ｖ〕となる。
【００２７】
図２に戻り、判定部１４は、検波部１３により整流された信号と予め設定された基準電圧とを比較して検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って存在する物体が油であるか否かを判定する。検波部１３により整流された信号とは、図３に示されるような検波部１３の出力である。予め設定された基準電圧とは、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って存在している物体が油であるか否かを適切に判定するための判定閾値に相当する。本実施形態では、基準電圧は図３に示されるようなＣ〔Ｖ〕の直流信号が相当する。
【００２８】
また、本実施形態では、判定部１４は、コンパレータを用いて構成される。基準電圧はコンパレータの非反転端子に入力され、検波部１３の出力が反転端子に入力される。図３に示されるように、基準電圧は、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在する場合の検波部１３の出力であるＡ／２よりも小さく、且つ、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在する場合の検波部１３の出力であるＢ／２よりも大きく設定される。
【００２９】
これにより、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って油が存在する場合には、判定部１４がハイ信号を出力し、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気又は水が存在する場合には、判定部１４がロー信号を出力するように構成することが可能となる。したがって、本センサ１によれば、容器２の貯留される油の貯留レベルが検出部１１の位置まで達しているか否かを適切に検出することが可能となる。すなわち、本センサ１によれば、油の貯留レベルのみを検出することが可能となる。
【００３０】
ここで、上述した基準電圧は、容器２にセンサ１を設置する際に、設定部１５により設定しておくと良い。すなわち、設定部１５が、検出部１１を空気が充填されている部位に配置した際に、第２信号を整流した信号の電位が基準電圧よりも小さくなるように第２信号の振幅値を設定すると良い。設定部１５が感度を調整する調整ボリュームを備えて構成されるとすると、容器２が空の状態（検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとに亘って空気が存在している状態）において、判定部１４からハイ信号が出力されるまで調整ボリュームを回し、その状態から微量だけ反対方向に回すと良い。すなわち、判定部１４からロー信号が出力されるように戻すと良い。この時、各機能部の温度ドリフトを考慮して戻すと好適である。
【００３１】
このような構成により、本センサ１を用いて、容器２の貯留される油の貯留レベルが検出部１１の位置まで達しているか否かを適切に検出することが可能となる。
【００３２】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１の物質が油であり、第２の物質が空気であり、第３の物質が水である場合の例を挙げて説明したが、これらは単に例示である。すなわち、第２の物質が第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する物質であり、第３の物質が第１の物質の誘電率よりも大きい誘電率を有し、第１の物質の導電度及び第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する物質であれば、第１の物質、第２の物質、及び第３の物質は、夫々上記実施形態で例示した液体とは異なる液体でも液体以外の物質（例えば紛体）であっても良い。
【００３３】
上記実施形態では、信号出力部１２がＬＣ発振器を用いて構成されるとして説明したが、物質の静電容量に基づく信号を出力するものであれば、信号出力部１２をＬＣ発振器以外のものを用いて構成することも可能である。
【００３４】
上記実施形態では、直流レベルの第３信号を０〔Ｖ〕の信号で示したが、直流レベルの信号であれば所定の電位を有していても良い。また、上記実施形態では、第３の信号が直流レベルの信号であるとして説明したが、第３の信号は直流レベルの信号に限らず、第２信号の振幅値より小さい振幅値で振幅するような信号であれば良い。
【００３５】
上記実施形態では、検出部１１を空気が充填されている部位に配置した際に、第２信号を整流した信号の電位が基準電圧よりも小さくなるように第２信号の振幅値を設定するとして説明したが、例えば設定部１５が、第１信号の振幅値及び第２信号の振幅値に基づき、基準電圧を設定するように構成しても良い。
【００３６】
上記実施形態では、センサ１が容器２に貯留される油の貯留レベルを検出する場合の例を挙げて説明したが、センサ１を図４に示されるような配管６を流通する物質が所期の物質であるか否かの判別に用いることも可能である。例えば、上記実施形態と同様に、第１の物質を油とし、第２の物質を空気とし、第３の物質を水とした場合に、センサ１により配管６に油が流通していることを判別できる。したがって、例えば配管６に油が流通しない状態となった場合や、水が流通する状態となった場合に警報を行うような装置に利用することが可能である。
【００３７】
上記実施形態では、検出部１１はロッド状に構成されているとして説明したが、検出部１１は円形状に構成しても良いし、平型状に構成しても良い。もちろん、他の形状で構成することも可能である。いずれの場合であっても、検出電極１１Ａと接地電極１１Ｃとは、絶縁部１１Ｂにより絶縁されるように構成すると良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、所定の誘電率及び導電度を有する第１の物質と、第１の物質の誘電率よりも小さい誘電率を有する第２の物質、及び第１の物質の誘電率よりも大きい誘電率を有し、第１の物質の導電度及び第２の物質の導電度よりも大きい導電度を有する第３の物質とを判別するセンサに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１：センサ
２：容器
１１：検出部
１１Ａ：検出電極
１１Ｃ：接地電極
１２：信号出力部
１３：検波部
１４：判定部
１５：設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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