(57)【要約】      （修正有）【課題】流動性材料の物理的変化を本質的に補償するレベル感知センサを備える容器を提供する。【解決手段】容器は、流動性材料を保持するためのキャビティと、平面電極構成を備える。平面電極構成は、駆動電極２００が２つの三角形の感知電極２０２、２０４の各々を包囲し、２つの三角形の感知電極は同一の垂直方向スパンを有し、２つの三角形の感知電極の第１のものが、垂直方向スパンの底部に三角形の底辺を有し、２つの三角形の感知電極の第２のものが、垂直方向スパンの頂部に三角形の底辺を有し、駆動電極と２つの三角形の感知電極の第１のものとの間の第１の静電容量、及び駆動電極と２つの三角形の感知電極の第２のものとの間の第２の静電容量を提供し、第１の静電容量及び第２の静電容量は各々、垂直方向スパンに沿った流動性材料１０４のレベルを示す。【選択図】図２
0003219918.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容器であって、
流動性材料を保持するためのキャビティと、
平面電極構成であって、駆動電極が、２つの三角形の感知電極の各々を包囲し、前記２つの三角形の感知電極が、同一の垂直方向スパンを有し、前記２つの三角形の感知電極の第１のものが、前記垂直方向スパンの底部に三角形の底辺を有し、前記２つの三角形の感知電極の第２のものが、前記垂直方向スパンの頂部に三角形の底辺を有し、前記平面電極構成が、前記駆動電極と前記２つの三角形の感知電極の前記第１のものとの間に第１の静電容量を提供し、前記駆動電極と前記２つの三角形の感知電極の前記第２のものとの間に第２の静電容量を更に提供し、前記第１の静電容量及び前記第２の静電容量が各々、前記垂直方向スパンに沿った前記流動性材料のレベルを示す、平面電極構成と、を備える、容器。
【請求項２】
前記第１及び第２の静電容量の変化の比が、前記流動性材料の温度又は誘電率に対しては反応せずに、前記流動性材料の前記レベルを示し、前記変化は、空の容器の静電容量と相対的に決定される、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
液体レベルセンサを有する装置であって、前記センサが、
流動性材料を保持するためのキャビティに隣接して位置付けられた平面電極配置を備え、前記配置が、
共通垂直方向範囲にのみ延在する２つの三角形の感知電極であって、前記２つの三角形の感知電極の第１のものが、前記共通垂直方向範囲の頂部に三角形の底辺を有し、前記２つの三角形の感知電極の第２のものが、前記共通垂直方向範囲の底部に三角形の底辺を有する、２つの三角形の感知電極と、
前記２つの三角形の感知電極の前記第１のものとの第１の静電容量、及び前記２つの三角形の感知電極の前記第２のものとの第２の静電容量を提供するために、前記２つの三角形の感知電極の各々を包囲する駆動電極であって、前記第１の静電容量が、前記共通垂直方向範囲内の前記流動性材料のレベルを示す第１の変化を伴い、前記第２の静電容量が、前記レベルを示す第２の変化を伴う、駆動電極と、
前記第１及び第２の変化の比を決定するために前記電極配置に連結された回路であって、前記比が、前記レベルを示し、かつ前記流動性材料の温度及び誘電率に対しては無反応である回路と、を含む、装置。
【請求項４】
前記回路が、前記比から測定レベルを導出し、前記装置が、警告インジケータを更に備え、前記回路は、前記比又は前記示されたレベルが所定の閾値を下回ったという決定に対して前記警告インジケータを起動する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記回路が、基準静電容量に相対的な前記第１及び第２の変化を測定するための少なくとも１つの差動増幅器を含む、請求項３に記載の装置。
【考案の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
全体として容器の底部から上方に容器の形状に従う液体、粉体、及び他の材料等の流動性物質は、容器内に保存されることが多い。このような容器は、サイロ、タンク、嚢、箱、ジャー、瓶、カートリッジ、チューブ、バイアル、キャビティ、及びチューブを含む、多くの形態を採り得る。このような容器が離れて設置される、隠伏される若しくは動いているとき、又は容器の壁が剛性及び／若しくは不透明である場合、容器（又は容器を受容する装置）に、容器内の流動性材料のレベルを検出することができるセンサを装備することがしばしば望ましい。
【０００２】
本明細書において、「レベル」という用語は、流動性材料の頂面の垂直方向位置を指し、この位置は、容器の形状、並びに頂面のトポグラフィ、動き、及び組成に応じて、近似する（例えば、頂面の最高点と最低点との間の範囲のどこか）、平均する（例えば、空間的及び時間的次元に対して）、又は頂面の特定の位置特性（例えば、メニスカス、トポグラフィ最大、時間窓最小）に対応させてもよい。このような変型は、一般に、適切な較正が行われ、レベル感知システムの設計者が任意に実施し得る設計選択肢である。
【０００３】
従来のレベルセンサ設計は、可動部品を必要とすることが多く、この可動部品は、摩擦、腐食及び汚れ又は破片の蓄積に脆弱であり、それらの各々は、測定レベルに不確実性を導入するようにセンサの動作を変化させ得る。可動部品を必要としない設計は、流動性材料の物理的特性に依存することが多く、そのような物理的特性が（例えば、温度の変化により）変化するとき、このような変化を補償することができない設計は、やはり測定値の不確実性の影響を受け易い。このような作用の補償を組み込むことは、通常、レベル感知システムに望ましくない複雑性及びコストをもたらす。
【考案の概要】
【０００４】
したがって、流動性材料の物理的特性の変化を補償する確固たるレベル感知システムの安価な実施を可能とする設計及び技術を、本明細書に開示する。少なくとも１つの実施形態では、容器は、流動性材料を保持するためのキャビティと、平面電極構成であって、駆動電極が、２つの三角形の感知電極の各々を包囲し、２つの三角形の感知電極が、同一の垂直方向スパンを有し、２つの三角形の感知電極の第１のものが、垂直方向スパンの底部に三角形の底辺を有し、２つの三角形の感知電極の第２のものが、垂直方向スパンの頂部に三角形の底辺を有し、平面電極構成が、駆動電極と２つの三角形の感知電極の第１のものとの間に第１の静電容量を提供し、駆動電極と２つの三角形の感知電極の第２のものとの間に第２の静電容量を更に提供し、第１の静電容量及び第２の静電容量は各々、垂直方向スパンに沿った当該流動性材料のレベルを示す、平面電極構成と、を備える。第１及び第２の静電容量の変化の比は、流動性材料の温度又は誘電率に対しては反応せずに、当該流動性材料のレベルを示し得、変化が空の容器の静電容量と相対的に決定される。
【０００５】
液体レベルセンサを有する装置の例示的な実施形態では、センサは、流動性材料を保持するためのキャビティに隣接して位置付けられた平面電極配置と、回路と、を含み、平面電極配置は、共通垂直方向範囲にのみ延在する２つの三角形の感知電極であって、２つの三角形の感知電極の第１のものは、共通垂直方向範囲の頂部に三角形の底辺を有し、２つの三角形の感知電極の第２のものは、共通垂直方向範囲の底部に三角形の底辺を有する、２つの三角形の感知電極と、２つの三角形の感知電極の第１のものとの第１の静電容量及び２つの三角形の感知電極の第２のものとの第２の静電容量を提供するために、２つの三角形の感知電極の各々を包囲する駆動電極であって、第１の静電容量は、共通垂直方向範囲内の流動性材料のレベルを示す第１の変化を伴い、第２の静電容量はレベルを示す第２の変化を伴う駆動電極と、を含み、回路は、第１及び第２の変化の比を決定するために電極配置に連結され、比は、レベルを示し、かつ流動性材料の温度及び誘電率に対しては無反応である。回路は、当該比から測定レベルを導出してもよく、装置は、比又は示されたレベルが所定の閾値を下回ったと回路が決定した際に回路によって起動される警告インジケータを更に含んでもよい。回路は、基準静電容量に相対的な第１及び第２の変化を測定するための少なくとも１つの差動増幅器を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図において：
【０００７】
【図１】レベル感知のための既存の電極配置を有する例示的な容器の概略図である。
【０００８】
【図２】レベル感知のための改良された電極配置を有する例示的な容器の概略図である。
【０００９】
【図３】例示的なレベル感知システムの構成要素の図である。
【００１０】
【図４】例示的な静電容量感知回路の概略図である。
【００１１】
【図５】物理的パラメータ変化の例示的な作用を示すグラフである。
【００１２】
【図６】改良された電極配置におけるパラメータ変化の例示的な作用を示すグラフである。
【００１３】
【図７】レベルを示すが、パラメータ変化に対して無反応である、例示的な比を示すグラフである。
【００１４】
【図８】セグメント化された例示的な電極配置を示すグラフである。
【００１５】
【図９】セグメント化された電極配置を使用した例示的な測定値を示すグラフである。
【００１６】
【図１０】例示的なレベル感知方法のフロー図である。
【００１７】
【図１１Ａ】レベル感知のための代替電極配置の図である。
【図１１Ｂ】レベル感知のための代替電極配置の図である。
【図１１Ｃ】レベル感知のための代替電極配置の図である。
【００１８】
なお、図面及び詳細説明において付与される具体的な実施形態は、本開示を限定するものではないことを理解されたい。むしろ、これらは、当業者が添付の特許請求の範囲に包括される代替形態、同等物及び変形物を識別するための根拠を提供する。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
レベル感知の課題及び既存解決策の欠点の一部を説明するために、図１は、ある量の流動性材料１０４を保持する例示的な容器１０２を示す。容器壁上の電極配置は、流動性材料１０４の頂面によって達成され得るレベルの実質的に全スパンにわたってそれぞれ延在する長方形の背面電極１０８（本明細書において駆動電極とも称される）に整列しかつ平行な長方形の前面電極１０６を含む。パラメータＷ、Ｄ、Ｈ、Ｌが示されており、平行な電極１０６、１０８の幅Ｗ、電極間の距離Ｄ、電極の高さＨ（ここでは、流動性材料の最高レベルと実質的に同じである）及び流動性材料のレベルＬを表す。ここでは電極配置が容器壁の外側に示されているが、代替的に、電極材料が絶縁されている限り、容器壁の内側に置かれてもよく又は流動性材料中に浸漬されていてもよい。実際に、容器壁が導電性である場合、容器の内部に電極を位置付けることが好ましい場合がある。
【００２０】
平行平板コンデンサの静電容量は、
【数１】
0003219918.tif 000003
で近似され得る。
ここで、ε０は真空誘電率であり、Ａは電極の面積であり、ｄは電極間の距離である。比誘電率ｋは、（電極が容器の外側に位置付けられている場合には、壁を含む）電極間の材料の組成に依存する。容器が空の場合、比誘電率ｋは約１である。容器が満杯の場合、比誘電率ｋは流動性材料のそれとほぼ等しい。対象となるほとんどの流動性材料料について、この値は実質的に１とは異なる。水（及びインクなどの多くの水溶液）は、例えば、約８０の比誘電率を有する。メタノールは約３０の誘電率を有する。印刷トナーは、実質的に変化し得るが、一般に、５の比誘電率を超える。
【００２１】
容器が部分的に満たされているときの平行な電極１０６、１０８間の静電容量は、異なる比誘電率を有する２つのコンデンサの和として近似することができる（２つのコンデンサの第１のものは空気によって離隔された電極の部分であり、２つのコンデンサの第２のものは流動性材料によって離隔された電極の部分である）。
【数２】
0003219918.tif 000004
空容器の静電容量（Ｌ＝０のときの静電容量）と比較して正規化された場合、この式は、比誘電率ｋが既知とすると、レベルＬの線形指標を提供する。
【数３】
0003219918.tif 000005
様々な材料が容器内に置かれ得るか、又は流動性材料が温度に強く依存する比誘電率を有する（例えば水）状況においては、このセンサ構成は、何らかの形態の補償がないと信頼性がなくなる。既存の溶液では、このような補償は、不本意に複雑及び／又は高価となる傾向にある。
【００２２】
図２は、レベルＬに異なる依存性を示す複数の静電容量を提供することにより、確固たるレベル感知の解決策を供する例示的な電極配置を示す。図２の電極配置において、駆動電極２００は、ここでも前面電極２０２、２０４（本明細書において、感知電極とも称する）に整列し、かつ平行である。感知電極２０２は、レベルＬの関数として増加する幅を有する三角形である。逆に、三角形の前面電極２０４は、レベルＬの関数として減少する幅を示す。２つの前面電極はそれぞれ、この場合は容器１０２の高さに実質的に等しい同じ垂直方向スパンにわたって延在する。
【００２３】
容器１０２がレベルＬを有する流動性材料で部分的に満たされているとき、電極の被覆面積は、
【数４】
0003219918.tif 000006
である。
ここで、Ｂは、三角形の電極の底辺の長さである。これらの面積（及びしたがって静電容量の変化）は、レベルＬの関数として二次関数的に変化することに留意されたい。上述の解析にこれらの面積を採用すると、
【数５】
0003219918.tif 000007
となる。
これらの正規化された静電容量の変化は、流動性材料の比誘電率に対して反応し続けるが、それら変化はレベルＬの異なる関数であることが観測され得る。したがって、それらの比を取ると、
【数６】
0003219918.tif 000008
となる。
特に、この比は、容器が満杯から空になると、１からゼロに変化する。また、この比は、流動性材料の誘電率及びそのいかなる温度変化に対しても無反応である。
【００２４】
図３は、上述の原理を採用したレベル感知システムの例示的な実施形態を示す。プリント回路基板３００には駆動電極ＥＤが設けられており、第２のプリント回路基板３０２には、上述したような２つの三角形の感知電極Ｅ０、Ｅ１が設けられている。これらのプリント回路基板は、流動性材料を受容するためのキャビティを有する容器の対向壁に取り付けるか又は埋め込んでもよい。代替的に、これらのプリント回路基板は、流動性材料の交換可能な容器を受容する入れ物の対向壁を形成するか又はその上に取り付けて、容器が挿入される都度、電極が流動性材料キャビティの近傍に位置付けられるようにしてもよい。
【００２５】
図示したシステムでは、コネクタ３０４が、電極を、ドライバ回路３０８を有するコントローラ基板３０６に連結する。プロセッサ又はプログラマブルコントローラ３１０は、メモリ３１２内のソフトウェア命令に従って動作し、プロセッサ３１０がドライバ回路３０８の動作を構成及び惹起することで基板３００、３０２上の電極の配置によって形成される静電容量を感知することを可能にしてもよい。ソフトウェア命令は、容器内の材料を流動性のレベルに異なる依存性を有する静電容量の比を形成し、それによって流動性材料の温度及び他の物理的パラメータに対しては無反応であるレベルの測度を導出するためのプロセッサを更に構成してもよい。ソフトウェア命令は更にまた、レベルをホストインターフェース３１４を介してホストコンピュータに報告する及び／又はレベルを１つ以上の閾値と比較するためのプロセッサを構成してもよい。プロセッサが、例えば、レベルが最低所望レベルを下回った又は最高許容限界を上回ったと決定した場合、ソフトウェア命令は、プロセッサに、可聴警報、視覚的警告光又はホストコンピュータへのメッセージの形態を採り得る警告メッセージを生成させてもよい。
【００２６】
ドライバ回路３０８は、電極配置によって形成される静電容量を感知するための様々な技術のいずれかを採用することができる。静電容量感知技術は、（例えば、固定電流に応答するか又は既知のインピーダンスを介して供給される電圧パルスに応答する）充放電率を観測することと、静電容量が共振タンク又は能動発振器に組み込まれている場合に発振周波数を観測することと、既知の静電容量に／から電荷を分配することと、を含む。
【００２７】
図４は、ドライバ回路３０８によって採用されてもよい例示的な静電容量感知回路を示す。例示的な感知回路は、駆動電極ＥＤ（例えば、背面電極２００）に端子４０４を介してパルスを供給する電圧（又は電流）パルス発生器４０２を含む。可変静電容量４０５は、駆動電極と、感知端子４０６に連結された感知電極（例えば、Ｅ０）との間に生成される静電容量を表す。感知端子４０６は、完全差動増幅器４０８の入力の１つに連結されている。
【００２８】
増幅器４０８の他方の入力とパルス発生器４０２との間には基準コンデンサＣｒが連結されている。これらの入力の各々は、完全差動増幅器４０８の各出力にフィードバックコンデンサＣｆによって連結されている。増幅器４０８の出力間の差動電圧はＶｏｕｔとされ、パルス発生器の電荷Ｃｒ及び可変静電容量４０５からのパルスとして、Ｖｏｕｔは、Ｃｒと可変静電容量４０５との差ΔＣに比例する。基準静電容量は、空容器の静電容量と実質的に等しいように選択されてもよく、あるいはＶｏｕｔにオフセットを適用して、この差が流動性材料の存在に起因する静電容量の変化に一致するようにしてもよい。
【００２９】
複数の感知電極があるので、ドライバ回路は、選択された感知電極Ｅ０、Ｅ１を増幅器４０８の入力に連結するマルチプレクサを採用してもよい。代替的に、（対応基準及びフィードバックコンデンサを有する）別個の増幅器を各感知電極に設けて、感知する静電容量を同時に測定することができるようにしてもよい。
【００３０】
図４の回路が図１の電極配置に適用される場合、静電容量変化を正規化するか又はそうでなければ静電容量変化を有意なレベル測定値に変換するための換算係数を決定することが必要となろう。しかし、静電容量変化の測定値の比に依存する実施形態は、異なる感知電極測定値に対するＣｆ及びＣｒ成分値が一致する場合、比は自己正規性であるので、正規化ステップを後回しにするか又は全く省略してもよい。電気成分の値が不一致の場合、比に較正係数を適用して、最大値が１００％になるよう調整してもよい。
【００３１】
図５は、図１の電極配置のＶｏｕｔ対静電容量変化のグラフである。曲線５０２は、比誘電率が公称値であるときのＶｏｕｔの静電容量変化への線形依存性を示す。しかし、例えば２０％の比誘電率変化を引き起こす温度変化があるとき、線形依存性は下方（曲線５０４）又は上方（曲線５０６）に変位し得るので、何らかの形態の補償の不在化ではレベルを正確に決定することが困難となる。
【００３２】
図６は、Ｖｏｕｔ対背面電極と共に図２の２つの三角形の電極の各々により生成された静電容量に対するレベルＬのグラフを示す。曲線６０１は電極２０２の依存性を示し、曲線６０２は電極２０４の依存性を示す。前述の例のように、誘電率変化によりこれらの曲線は下方（曲線６０３、６０４）又は上方（曲線６０５、６０６）に変位する。
【００３３】
図７は、電極２０２のＶｏｕｔ測定値（Ｖ１）と電極２０４のＶｏｕｔ測定値（Ｖ２）との比のグラフである。曲線７０２は、レベルＬがゼロ（空）からＨ（満杯）に上昇するにつれて０から１００％に伸びる。曲線７０２は、誘電率又は温度変化に応答して変位せず、複雑又は高価な補償なしに正確なレベル測定値を可能にする。
【００３４】
例示的な原理は、拡張可能である。図８は、容器の全高を４つの等しい垂直方向スパンにセグメント化した電極配置を示す。２つの三角形の電極Ｅ０、Ｅ１は、一番低いスパンを被覆し、一方の電極は、レベルＬに伴い増加する幅を有し、他方は、レベルＬに伴い減少する幅を有する。次に低いスパンは、更に２つの三角形の電極Ｅ２、Ｅ３によって被覆される。電極Ｅ４、Ｅ５は、次のスパンにわたって設けられ、一番高い垂直方向スパンは、最後の２つの電極Ｅ６、Ｅ７によって被覆される。これらの感知電極の各々は、各静電容量にための駆動電極として機能し得る電極背面電極２００と共に、対応する静電容量を生成する。
【００３５】
図９に示すように、図８の電極配置は、離間した複数の高勾配の曲線を提供する。一番低い垂直方向スパンにわたって、曲線９０２は、レベルＬに伴い０から１００％に上昇するＥ０、Ｅ１の静電容量変化のＶｏｕｔ比を示す。次に低いスパンにわたって、曲線９０４は、レベルＬに伴い０から１００％に上昇する。曲線９０６及び９０４は、３番目及び最後の垂直方向スパンにわたって同様に上昇する。したがって、この配置は、容器内の流動性材料のレベルＬのよりいっそう正確な測定値を提供し得る。
【００３６】
図１０は、例示的なレベル感知方法のフロー図である。例示的な方法は、ブロック１００２において、ドライバ回路内の不完全性を補償するための較正係数（例えば、オフセット及び換算係数）を得ることから開始する。このような較正係数は、製造者よって決定され、メモリに記憶され得る。
【００３７】
ブロック１００４において、ドライバ回路は、感知電極と駆動電極との間に規定される複数の静電容量の各々に対して静電容量変化ΔＣを検出する。少なくともいくつかの考えられる実施形態では、ドライバ回路は、駆動電極にパルスを供給し、感知電極に連結された各感知端子を介して変化を感知する。配置内の感知及び駆動電極の幾何学的構成は、異なるレベル依存性を有する各静電容量変化を提供するように設計される。流動性材料の性質に起因して、各静電容量変化は、誘電率及び温度に同じ依存性を有することが予想され得る。
【００３８】
ブロック１００６において、ドライバ回路又は恐らくドライバ回路に連結されたプログラマブルコントローラは、静電容量変化の比を計算し、誘電率及び温度へのいかなる依存性をも排除しつつ、容器内の流動性材料のレベルの指標を導出する。（両方の静電容量変化が実質的にゼロである場合、比の計算を試みることなく、レベル指標は、ゼロに設定されてもよい。）較正係数が存在する場合、ドライバ又はコントローラは較正係数を比に適用して、回路内の不完全性を補償する。
【００３９】
ブロック１００８において、プログラマブルコントローラは、レベル指標を閾値と比較する。例えば、レベルが所定の最大閾値を超えている場合（逆に、所定の最小閾値値を下回る場合）は、ブロック１０１０においてコントローラは、警告を発する。様々な実施形態では、警告は、画面上に表示されるメッセージ、点灯光又は可聴警報である。ブロック１００８において閾値超えが検出されなかった場合又はブロック１０１０において警告が発せられた後、方法はブロック１００４に戻ってその後の測定を行う。代替的な実施形態では、プログラマブルコントローラは、示されたレベルを連続的に表示するゲージ又はインジケータを制御してもよい。
【００４０】
温度及び誘電率に対する所望の無反応性を実現するために、プログラマブルコントローラは、誘電率には同じ依存性を示すがレベルには異なる依存性を示す測定値の比を計算する。比が取られると、誘電率依存性は相殺され、レベル依存性は結合される。レベル依存性が互いに単純に換算されたものでない限り、それらの結合はレベルの有意な測度を提供する。有用な依存性の差を提供する一方法は、測定値のレベル依存性の異なるオフセットを生成することである。例えば、底部に角を有する三角形の電極は、ゼロオフセットを有する一方、底部に辺を有する三角形の電極は、非ゼロオフセットを有する。
【００４１】
有意な差の別の例は、異なるべき法則のレベル依存性（例えば、線形的対二次関数的）を有する測定値を有することである。図１１Ａは、２つの感知電極１１１２、１１１４の配置を示す。感知電極１１１２は、三角形である一方、感知電極１１１４は、長方形である。（駆動電極２００も図２に示すように存在してもよい。）流動性材料が存在するときの静電容量変化はそれぞれ、
【数７】
0003219918.tif 000009
である
ここで、ＣＴ０及びＣＲ０は、容器が空のときの三角形及び長方形の電極の静電容量である。比を取ると、
【数８】
0003219918.tif 000010
となる。
電極を、等しい初期静電容量になるサイズにした場合、容器が満杯から空になると、この比は１からゼロに変化する。前述したように、この比は、流動性材料の誘電率及びそのいかなる温度変化に対しても無反応である。
【００４２】
上述の異なるレベル依存性を提供する電極配置の例は、レベルの関数として別様に変化する幅を有する電極に依存するものであるが、レベルの関数として電極の離隔を変化させることにより、同様の効果を制御することができる。図１１Ｂは、それらの間に駆動電極１１２６が位置付けられた２つの感知電極１１２２、１１２４を示す。例えば、電極１１２２及び１１２６の離隔がこのように変化する場合：
【数９】
0003219918.tif 000011
流動性材料が存在するときの正規化静電容量変化は：
【数１０】
0003219918.tif 000012
である。
ここで、ＣＶ０は、離隔が可変の電極の初期静電容量である。駆動電極１１２６から固定の離隔の電極１１２４の初期静電容量をＣＦ０とすると、正規化静電容量変化は、
【数１１】
0003219918.tif 000013
である。
そして、比は、
【数１２】
0003219918.tif 000014
となる。
この比は、レベルＬに対して反応し続けるが、流動性材料の誘電率及びそのいかなる温度変化に対しても無反応である。
【００４３】
駆動電極が感知電極と同じ平面上にあると、感知電極の周囲は、レベルＬへの異なる依存性を有する静電容量変化を提供するために用いることができる別の因子となる。図１１Ｃは、駆動電極１１３６に包囲された三角形の感知電極１１３２、１１３４を示す。静電容量変化の計算はより複雑であるが、比は、誘電率及び温度に対して無反応のままであり、おおよそ、
【数１３】
0003219918.tif 000015
である。
ここで、Ｂは、三角形の電極の底辺の幅であり、
【数１４】
0003219918.tif 000016
である。
ここで、θは、電極１１３２の底部における角度である。
【００４４】
上述の感知システムは、自動車における燃料、オイル、及び他の流体のレベル、プリンタにおけるトナーレベル、並びにタンク内の水をモニタするために使用することができる。開示されたシステムは、キャビティ内に比較的平坦な頂面を維持する任意の材料（例えば、紙、木材）に適用することもでき、故に、プリンタトレイ内の用紙レベルをモニタするために使用することができるであろう。
【００４５】
上記開示が一旦完全に理解されると、他の多くの代替形態、同等物、及び変形物が当業者には明らかとなるであろう。例えば、開示された測定値は、背面電極のサイズ、形状、位置、及び配向に対して比較的無反応であることが予想され、したがって、背面電極は、異なる形態を採ること、キャビティから離れて置かれること、かつ一部の実施形態では、「拡散」基底基準のために省略されることも可能である。電極は、好ましくは導電性であるが、半導体材料を代替的に採用してもよい。請求項は、添付された特許請求の範囲に包含される全ての代替形態、同等物、及び変形物を包含すると解釈されるとものとする。
【００４６】
したがって、流動性材料を保持するためのキャビティを含む容器の実施形態が開示された。容器は、容器の所与の垂直方向スパンに沿って少なくとも２つの電極を有する電極配置を含み、その垂直方向スパン内の材料のレベルを示す対応静電容量を生成する。異なる電極形状又は位置に起因して、静電容量の一方は、他方の静電容量のレベル依存性とは異なる第１のレベル依存性を有する。
【００４７】
容器のキャビティに隣接するように位置付けられた電極配置を含む、流動性材料の容器を受容するための装置の実施形態も開示された。上述のように、電極配置は、容器の所与の垂直方向スパンに沿って少なくとも２つの電極を有し、その垂直方向スパン内の材料のレベルに異なる依存性を有する対応静電容量を生成する。装置は、静電容量を感知するために、かつレベルを示す一方で、流動性材料の物理的特性の変化に対して無反応である静電容量の比を決定するために、電極配置に連結されている回路を更に含む。
【００４８】
更に、（ｉ）駆動電極と容器の壁に沿った垂直方向スパンを有する第１の感知電極との間の第１の静電容量を測定することと、（ｉｉ）駆動電極と、容器の壁に沿った当該垂直方向スパンを同様に有する第２の感知電極との間の第２の静電容量を測定することであって、第２の静電容量が、第１の静電容量の依存性とは異なる当該レベルに対する依存性を有する、測定することと、（ｉｉｉ）材料が入っていない容器の第１及び第２の静電容量に相対的な第１及び第２の静電容量の変化の比を決定することと、を含む、容器内の材料レベルを検出する方法の実施形態が開示された。比は、当該レベルを示し、かつ材料の温度及び誘電率に対して無反応である。
【００４９】
上で認識される実施形態は、個々に又は一緒に実施することができ、任意の適切な組み合わせにおいて、以下の特徴のいずれか１つ以上を更に含んでよい：１．２つの電極のうちの少なくとも１つは、レベルの関数として変化する幅を有する。２．２つの電極のうちの少なくとも１つは、三角形である。３．２つの電極の一方は、レベルの関数として増加する幅を有する三角形であり、２つの電極の他方は、レベルの関数として減少する幅を有する三角形である。４．静電容量の少なくとも１つは、レベルの関数として二次関数的に変化する。５．電極配置は、２つの電極の各々に静電容量的に連結された駆動電極を更に含む。６．２つの電極のうち少なくとも１つは、駆動電極から離隔しており、離隔はレベルの関数として変化する。７．２つの電極のうちの少なくとも１つは、２つの電極の別のものの被覆周囲とは異なる依存性を有するレベルの関数として変化する被覆周囲を有する。８．回路は、比から測定レベルを導出する。９．比又は示されたレベルが所定の閾値を下回ると起動される警告インジケータ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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