(57)【要約】【課題】簡単な構造であるにもかかわらず、レベル検出容器の形状や該容器への取付状態が如何なるものであっても、静電容量の増減を常に高い感度で直線的に得ることができる静電容量センサを提供する。【解決手段】  検出電極(１２)と接地電極(１４)との間に生じる静電容量の変化を検出する静電容量センサであって、上記の検出電極(１２)及び上記の接地電極(１４)は、それぞれ絶縁被膜(１８)で覆われた金属線(１６)で構成されると共に、スパイラル状に撚り合わされてセンシング部(２０)が形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出電極(１２)と接地電極(１４)との間に生じる静電容量の変化を検出する静電容量センサであって、
上記の検出電極(１２)及び上記の接地電極(１４)は、それぞれ絶縁被膜(１８)で覆われた金属線(１６)で構成されると共に、スパイラル状に撚り合わされてセンシング部(２０)が形成される、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項２】
請求項１の静電容量センサにおいて、
絶縁被膜(１８)で覆われた金属線(１６)からなるガード電極(５０)を更に備えると共に、
前記の検出電極(１２)、前記の接地電極(１４)及び上記のガード電極(５０)がスパイラル状又は三つ編み状に撚り合わされてセンシング部(２０)が形成される、ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項３】
請求項１又は２の静電容量センサと、
レベル検出容器(２２)と、
上記の静電容量センサで検出した静電容量を、上記レベル検出容器(２２)内の収容物のレベル(Ｌ)を示す所定の電流信号に変換する静電容量変換器(２４)とを備える、
ことを特徴とする静電容量式レベルメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量を検出するセンサとこれを用いた静電容量式レベルメータとの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の静電容量センサ及びこれを用いた静電容量式レベルメータには、従来では、下記の特許文献１（日本国・特開２００８−２９３７号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
導電性のレベル検出容器を貫通するように絶縁体を介して棒状の検出電極が取り付けられる。レベル検出容器は接地されており、その容器壁が接地電極として機能する。そして、検出電極と接地電極との間に生じる静電容量の変化に基づいて、レベル検出容器内の液位を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術は、次の点で改善の余地が残されていた。
すなわち、静電容量センサを構成する検出電極と接地電極との間に生じる静電容量は、両電極の面積に比例し、距離に反比例した値となる。つまり、検出電極を取り付けるレベル検出容器の大きさや検出電極の取付状態などによって静電容量値が異なる。ここで、静電容量センサを液面計や粉面計などのレベルメータとして使用するためには、液位(液面)や粉面に対して静電容量を直線的に増加させる必要が有るが、上記のように容器壁を接地電極とした場合、レベル検出容器の形状によって、或いは、同容器内に攪拌羽根などが存在するようなときには、検出電極と接地電極との間の距離が一定とはならず、静電容量を直線的に得るのが困難になる。その結果、液位や粉面といった容器内充填物のレベルを正確に知ることが難しくなるという問題があった。
【０００５】
それゆえに、本発明の主たる課題は、簡単な構造であるにもかかわらず、レベル検出容器の形状や該容器への取付状態が如何なるものであっても、静電容量の増減を常に高い感度で直線的に得ることができる静電容量センサを提供することである。
また、本発明の更なる課題は、上記の静電容量センサを用いた、検出感度に優れる静電容量式レベルメータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明は、例えば、図１及び図２に示すように、静電容量式レベルメータＭに装着される静電容量センサ１０を次のように構成した。
検出電極１２と接地電極１４との間に生じる静電容量の変化を検出する静電容量センサ１０であって、上記の検出電極１２及び上記の接地電極１４は、それぞれ絶縁被膜１８で覆われた金属線１６で構成される。そして、それら検出電極１２及び接地電極１４がスパイラル状に撚り合わされてセンシング部２０が形成される。
【０００７】
本発明は、次の作用を奏する。
絶縁被膜１８で覆われた金属線１６からなる検出電極１２及び接地電極１４を撚り合わせることによって、簡単に静電容量測定電極(センシング部２０)を作製することができる。
また、スパイラル状に撚り合わされたセンシング部２０の撚り数を変えることによって、電極感度を容易に調整することもできる。
さらに、検出電極１２と接地電極１４との距離が極小化されているため、静電容量を大きく取ることができる。その結果、静電容量センサ１０における静電容量測定電極(センシング部２０)を従来のものに比べて著しく細くすることができ、一般的なパイプ内のみならず、試験管のような細いガラス管内などでの静電容量測定も可能となる。
【０００８】
本発明においては、例えば、図３に示すように、絶縁被膜１８で覆われた金属線１６からなるガード電極５０を更に備えると共に、前記の検出電極１２、前記の接地電極１４及び上記のガード電極５０がスパイラル状又は三つ編み状に撚り合わされてセンシング部２０が形成されるのが好ましい。
この場合、電極表面への付着物が静電容量に与える影響を低減させることができると共に、温度による静電容量の変化幅を小さくして電極の温度特性を良好にすることができる。
【０００９】
また、第２の発明に係る静電容量式レベルメータＭは、上述した静電容量センサ１０を用いる装置であって、例えば、図１に示すように、その静電容量センサ１０に加え、レベル検出容器２２と、上記の静電容量センサ１０で検出した静電容量を、上記レベル検出容器２２内の収容物のレベルＬを示す所定の電流信号に変換する静電容量変換器２４とを備えたものである。
【００１０】
なお、本発明は、後述する実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構造であるにもかかわらず、レベル検出容器の形状や該容器への取付状態が如何なるものであっても、静電容量の増減を常に高い感度で直線的に得ることができる静電容量センサと、そのような静電容量センサを用いた、検出感度に優れる静電容量式レベルメータとを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の静電容量センサを用いた静電容量式レベルメータの一例を示す説明図である。
【図２】本発明における一実施形態(第１実施形態)の静電容量センサを示す要部拡大部分断面図である。
【図３】本発明における他の実施形態(第２実施形態)の静電容量センサの要部を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態（第１実施形態）を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の静電容量センサ１０を用いた静電容量式レベルメータＭの概略を示す図である。
この図が示すように、本発明の静電容量式レベルメータＭは、静電容量センサ１０と、レベル検出容器２２と、静電容量変換器２４とで大略構成される。
【００１４】
ここで、本明細書では、各部材等に付された符号に関し、煩雑さを避けるため、特に区別して説明する必要のある場合はアルファベット小文字の枝番を付すが、原則的には同じ機能のものには同一番号を付して説明する。なお、図面ではアルファベット小文字の枝番を付して表示する。
【００１５】
静電容量センサ１０は、レベル検出容器２２内に収容される液体の液位や紛体の粉面と言った収容物のレベルＬの増減に応じて変化する静電容量を検出するためのもので、検出電極１２と接地電極１４とを有する。
検出電極１２及び接地電極１４は、共に導電性を有する金属線１６の表面(より具体的には、少なくとも金属線１６の側周面全体に亘る表面)を絶縁被膜１８で被覆して形成された長尺の部材である。
【００１６】
上記の金属線１６を形成する材料(金属)は、芯材として必要な特性、すなわち、導電性，柔軟性，弾力性などを考慮して適宜選択される。例えば、静電容量センサ１０の取付状況によって各電極１２，１４の柔軟性が悪影響を及ぼすような場合には、金属線１６を構成する材料金属としてステンレス，チタン，炭素鋼(ピアノ線)などと言った強靭なものを用いるのが好適である。なお、検出電極１２用の金属線１６ａと接地電極１４用の金属線１６ｂとは、同じ材料(金属)であってもよいし、互いに異なる材料(金属)で形成してもよい。
【００１７】
絶縁被膜１８は、プラスチックやゴムなどの絶縁材料で構成されたシース部材で、本実施形態の静電容量センサ１０では、厚さ０．５ｍｍ前後のポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)などが好適に用いられる。この絶縁被膜１８も、上述した金属線１６と同様に、検出電極１２用の絶縁被膜１８ａと接地電極１４用の絶縁被膜１８ｂとが、同じ材料であってもよいし、互いに異なる材料で形成してもよい。
【００１８】
以上のように構成された検出電極１２及び接地電極１４は、スパイラル状に撚り合わされて長尺のセンシング部２０が形成される。図１に示すように、このセンシング部２０は、近接する検出電極１２と接地電極１４との間に複数のコンデンサＣｘが形成され、このコンデンサＣｘの静電容量の変化に基づいてレベル検出容器２２内に収容される収容物のレベルＬの増減が検知される。
【００１９】
なお、図示実施形態では、このセンシング部２０として、検出電極１２と接地電極１４とが二重らせん構造となるように撚り合わされた場合を示している。かかる構造により、センシング部２０の長手方向全体に亘って無数のコンデンサＣｘが略均一に形成されるようになるが、「スパイラル状に撚り合わされ」る形状については、このような二重らせん構造に限定されるものではなく、例えば、検出電極１２及び接地電極１４の何れか一方の外周に、他方を巻き付けるようにして撚り合わせた形状などであってもよい。
【００２０】
また、センシング部２０の表面は、検出電極１２及び接地電極１４の先端の金属線１６が露出する端面をシールすると共に、スパイラル状に撚り合わされた検出電極１２と接地電極１４との隙間に(レベル検出容器２２に収容する)液体や紛体などの残渣が残らないようにするため、先端がシール処理された絶縁性のチューブからなる被覆材２６で覆われている。この被覆材２６は、絶縁性のみならず耐熱性，耐薬品性，低摩擦性，非粘着性及び耐候性にも優れた４フッ化エチレン樹脂などのフッ素系樹脂で形成するのが好ましい。更に言えば、この被覆材２６を形成する樹脂は、上記特性に加え、熱収縮性を有するものがより好ましい。
【００２１】
そして、センシング部２０の基端側には、一例として図２に示すように、静電容量センサ１０をレベル検出容器２２へ取り付ける際に使用する「電極取付ネジ２８」，センシング部２０を強固に保持する「電極構成本体３０」及びリード線３６を介して検出電極１２及び接地電極１４が電気的に接続される「電極引出しコネクタ３２」が、この順で取り付けられて静電容量センサ１０が構成されている。なお、図２中の符号３４は、電極構成本体３０内に液体や紛体等が浸入しないようシールする電極シール材である。
【００２２】
レベル検出容器２２は、液体や紛体などを収容する容器体である。上述したように従来の静電容量式レベルメータでは、レベル検出容器の壁面を接地電極とするため、このレベル検出容器は導電性の金属で形成しなければならなかった。しかしながら、本願発明の静電容量センサ１０を用いた静電容量式レベルメータＭでは、静電容量センサ１０に接地電極１４が組込まれているため、レベル検出容器２２は、導電性の金属のみならず絶縁性のプラスチックやガラスなどでも形成することができる。また、その形状も図１に示すタンク形状に限定されるものではなく、例えば細長いパイプ状などであってもよい。さらに、レベル検出容器２２内に、その内部を攪拌するための攪拌羽根(図示せず)が設けられたものであってもよい。
なお、図１に示すレベル検出容器２２は、下端部の内径が下方に向けて縮径して漏斗状に形成された容器本体３８を有する。この容器本体３８の漏斗状に形成された下端には、バルブ４０を介して配管４２が接続される。一方、容器本体３８の天面は密封されており、静電容量センサ１０(のセンシング部２０)を挿入するための開口４４が設けられている。
【００２３】
静電容量変換器２４は、静電容量センサ１０で感知したコンデンサＣｘの静電容量を、レベル検出容器２２内に収容された液体や紛体のレベルＬを示す所定の電流信号に変換する装置である。この静電容量変換器２４に接続されたリード線４６の先端にはソケット４８が取り付けられており、このソケット４８及びリード線４６を介して静電容量変換器２４が静電容量センサ１０の電極引出しコネクタ３２に接続される。
【００２４】
以上のように構成された静電容量センサ１０並びにこれを用いた静電容量式レベルメータＭによれば、検出電極１２及び接地電極１４をスパイラル状に撚り合わせて形成したセンシング部２０では、検出電極１２と接地電極１４との距離が極小化されており、その長手方向全体に亘って無数のコンデンサＣｘが形成される。このため、本発明の静電容量センサ１０は、レベル検出容器２２の形状や該容器２２への取付状態の如何にかかわらず、静電容量の増減を常に高い感度で直線的に得ることができるようになる。
【００２５】
また、本実施形態の静電容量センサ１０は、構造が簡単且つ小型であることから、検出電極１２及び接地電極１４を構成する金属線１６として柔軟性を有するものを用いれば、例えば防災用等の土壌水分センサであって施工性に優れたものを得ることができるようになる。
【００２６】
次に、図３に示す第２実施形態の静電容量センサ１０について説明する。
図３は、静電容量センサ１０におけるセンシング部２０の先端部分を示す部分断面図である。
上述した第１実施形態のものと異なる部分は、センシング部２０が、検出電極１２及び接地電極１４に、ガード電極５０を加えて構成される点である。なお、これら以外の部分は前記第１実施形態と同じであるので、前記第１実施形態の説明を援用して本実施形態の説明に代える。
【００２７】
ガード電極５０は、上述した検出電極１２や接地電極１４と同様に、導電性を有する金属線１６ｃの表面(より具体的には、少なくとも金属線１６ｃの側周面全体に亘る表面)を絶縁被膜１８ｃで被覆して形成された長尺の部材である。なお、このガード電極５０を構成する金属線１６ｃ及び絶縁被膜１８ｃの材料や形状は、上述した検出電極１２及び接地電極１４のものと同じである。
この実施形態の静電容量センサ１０では、検出電極１２，接地電極１４及びガード電極５０が三つ編み状に撚り合わされてセンシング部２０が形成される。このため、センシング部２０表面への付着物が静電容量に与える影響を低減させることができると共に、温度による静電容量の変化幅を小さくして電極の温度特性を良好にすることができる。
【００２８】
なお、上述の第２実施形態では、検出電極１２，接地電極１４及びガード電極５０を三つ編み状に撚り合わせてセンシング部２０を形成する場合を示したが、センシング部２０における撚り合わせ形状は、係る形状に限定されるものではなく、例えば、ガード電極５０の外周に、検出電極１２及び接地電極１４他方を巻き付けるようにして撚り合わせた形状などであってもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０：静電容量センサ，１２：検出電極，１４：接地電極，１６：金属線，１８：絶縁被膜，２０：センシング部，２２：レベル検出容器，２４：静電容量変換器，５０：ガード電極，Ｌ：レベル，Ｍ：静電容量式レベルメータ，Ｃｘ：コンデンサ（検出用静電容量）．
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017058255.tif 000005