特開 2023-159906 液位検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159906

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】液位検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/263 20220101AFI20231026BHJP

【ＦＩ】

G01F23/263

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069806

(22)【出願日】2022-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】藤川 友明

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AB02

2F014EA10

(57)【要約】

【課題】温度や湿度等の周囲の環境によって電極が検知する液位の値にバラつきが生じ、正しく満水が検知できずに容器内の液体が溢れてしまう恐れがあった。
【解決手段】液体との間に静電容量を形成するセンサ３は、第１電極４と、第２電極５と、を有し、第１電極４は、液位の変化する方向としての縦方向に設けた軸部４ａと、軸部４ａと電気的に接続され、横方向に設けた複数の腕部４ｂを有し、腕部４ｂは、下端以外の複数の腕部４ｂの長さが等しく、下端の腕部４ｂが他の腕部４ｂよりも長く、第２電極５は第１電極４と回転対称に形成され、第１電極４と、第２電極５と、は、電気的に接続されず、第１電極４の下端以外の複数の腕部４ｂと、第２電極５の上端以外の複数の腕部５ｂと、が全て対向するように配置されたことにより、液位を精度よく推定できるため、正しく満水が検知できずに容器内の液体が溢れてしまう恐れがない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体貯留体中で増減する液体との間に静電容量を形成する２つの導電検出部材と、
静電容量の変化に応じて検出値を出力する静電容量検出手段と、
を設けた液位検出装置において、
一方の導電検出部材は、液位の変化する方向としての縦方向に設けた軸部と、前記軸部と電気的に接続され、横方向に設けた複数の腕部を有し、該腕部は、下端以外の複数の前記腕部の長さが等しく、下端の前記腕部が他の前記腕部よりも長く、他方の導電検出部材は前記一方の導電検出部材と回転対称に形成され、前記一方の導電検出部材と、前記他方の導電検出部材と、は、電気的に接続されず、前記一方の導電検出部材の下端以外の複数の前記腕部と、前記他方の導電検出部材の上端以外の複数の前記腕部と、が全て対向するように配置されたことを特徴とする液位検出装置。

【請求項2】

前記一方の導電検出部材と、前記他方の導電検出部材と、により形成された一対の導電検出部材は、上限の液位に対応する高さに前記一対の導電検出部材の上端を設け、下限の液位に対応する高さに前記一対の導電検出部材の下端を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液位検出装置。

【請求項3】

前記静電容量検出手段は、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記他方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と前記他方の導電検出部材の検出する静電容量との差分と、に応じて、上限の液位と、下限の液位と、上限の液位から下限の液位との間で可変の液位と、を推定することを特徴とする請求項２に記載の液位検出装置。

【請求項4】

前記静電容量検出手段は、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記他方の導電検出部材の検出する静電容量と、予めもうけられた複数の前記腕部に対応する複数の液位に応じた所定の静電容量と、を比較する事で、上限の液位から下限の液位の間の液位を段階的に検出可能とする事を特徴とする請求項３に記載の液位検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、容器内の液体の液位を検出するための液位検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、複数個の電極を備え、基板と、複数個の電極対と、を備え、複数個の電極は、液位の変化量に対する静電容量が変化する電極を用いて、液位を検出するための液位検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－０４１００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

静電容量式の液位検出装置を用いた液位検知では、温度や湿度等の周囲の環境によってバラつきが生じ、正しく満水を検知できず、漏水の恐れがある。また、満水を検知するための別のセンサを設けると部品点数が増えてしまう課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、液体貯留体中で増減する液体との間に静電容量を形成する２つの導電検出部材と、静電容量の変化に応じて検出値を出力する静電容量検出手段と、を設けた液位検出装置において、一方の導電検出部材は、液位の変化する方向としての縦方向に設けた軸部と、前記軸部と電気的に接続され、横方向に設けた複数の腕部を有し、該腕部は、下端以外の複数の前記腕部の長さが等しく、下端の前記腕部が他の前記腕部よりも長く、他方の導電検出部材は前記一方の導電検出部材と回転対称に形成され、前記一方の導電検出部材と、前記他方の導電検出部材と、は、電気的に接続されず、前記一方の導電検出部材の下端以外の複数の前記腕部と、前記他方の導電検出部材の上端以外の複数の前記腕部と、が全て対向するように配置されたことを特徴としている。

【0006】

また、本発明の請求項２では、前記一方の導電検出部材と、前記他方の導電検出部材と、により形成された一対の導電検出部材は、上限の液位に対応する高さに前記一対の導電検出部材の上端を設け、下限の液位に対応する高さに前記一対の導電検出部材の下端を設けたことを特徴としている。

【0007】

また、本発明の請求項３では、前記静電容量検出手段は、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記他方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と前記他方の導電検出部材の検出する静電容量との差分と、に応じて、上限の液位と、下限の液位と、上限の液位から下限の液位との間で可変の液位と、を推定することを特徴としている。

【0008】

また、本発明の請求項４では、前記静電容量検出手段は、前記一方の導電検出部材の検出する静電容量と、前記他方の導電検出部材の検出する静電容量と、予めもうけられた複数の前記腕部に対応する複数の液位に応じた所定の静電容量と、を比較する事で、上限の液位から下限の液位の間の液位を段階的に検出可能とする事を特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、一方の電極と他方の電極とを用いて、精度良く液位を検出する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態における液位検出装置の平面図。

【図2】本実施形態の液位の変化に対するセンサの検出する静電容量の絶対値を表す図。

【図3】本実施形態の液位の変化に対するセンサの検出する静電容量の差分を表す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

液位検出装置１は、図示しない液体貯留体中で増減する液体としての例えば水の液位を検出するために用いられる。図１に示すように、液位検出装置１は、静電容量検出手段としての制御部２と、導電検出部材としてのセンサ３と、を備える。

【0012】

液位検出装置１は、センサ３で検知した静電容量は制御部２に入力され、入力された静電容量を元に液位を推定する。

【0013】

センサ３は、図１に示すように、一方の導電検出部材としての第１電極４と、他方の導電検出部材としての第２電極５と、を一対の導電検出部材として備える。

【0014】

第１電極４は、液位の変化する方向としての縦方向に設けた軸部４ａと、軸部４ａと電気的に接続され、横方向に設けた複数の腕部４ｂを有する。軸部４ａの高さ方向の長さは、腕部４ｂの最下部と、後述する腕部５ｂの最上部と、の高さに対応する長さを有する。軸部４ａの横方向の長さは、静電容量の検出に支障がない程度の長さを有する。腕部４ｂは、下端以外の複数の腕部４ｂの長さが等しく、下端の腕部４ｂが他の腕部４ｂよりも長く形成されている。また、複数の腕部４ｂは、腕部４ｂ間の間隔が均等になるように形成されている。腕部４ｂの高さ方向の長さと横方向の長さは、前述した腕部４ｂの下端と腕部４ｂの下端以外の長さの関係を満たした上で、静電容量の検出に支障がない程度の長さを有する。

【0015】

第２電極５は、第１電極４と回転対称に形成されている。第２電極５は、液位の変化する方向としての縦方向に設けた軸部５ａと、軸部５ａと電気的に接続され、横方向に設けた複数の腕部５ｂを有する。軸部５ａの高さ方向の長さは、腕部４ｂの最下部と、腕部５ｂの最上部と、の高さに対応する長さを有する。軸部５ａの横方向の長さは、静電容量の検出に支障がない程度の長さを有する。腕部５ｂは、上端以外の複数の腕部５ｂの長さが等しく、上端の腕部５ｂが他の腕部５ｂよりも長く形成されている。また、複数の腕部５ｂは、腕部５ｂ間の間隔が均等になるように形成されている。腕部５ｂの高さ方向の長さと横方向の長さは、前述した腕部５ｂの上端と腕部５ｂの上端以外の長さの関係を満たした上で、静電容量の検出に支障がない程度の長さを有する。

【0016】

また、第１電極４と、第２電極５と、は、少なくとも電気的に接続されない程度の間隔が設けられ、第１電極４の下端以外の複数の腕部４ｂと、第２電極５の上端以外の複数の腕部５ｂと、が全て対向するように形成されている。

【0017】

下端の腕部４ｂは、所望の液位としての例えば空の液位に対応する高さに配置され、上端の腕部５ｂは、所望の液位としての例えば満水の液位に対応する高さに配置されている。

【0018】

次に、液位検出装置１を用いた液位の変化に応じた静電容量の検出値の変化について、図２を用いて説明する。図２は、第１電極４と、第２電極５と、を用いて検出される液位の変化に応じて可変の静電容量を表している。第１電極４は液位が上昇すると液体と第１電極４との近接する面積が大きくなり、それに伴い第１電極４の検出する静電容量も大きくなっていく。第２電極５は液位が上昇すると液体と第２電極５との近接する面積が大きくなり、それに伴い第２電極５の検出する静電容量も大きくなっていく。この第１電極４と、第２電極５と、が検出する静電容量の値を予め設けた液位に対応する静電容量と比較する事で、液位を推定する事が可能となっている。

【0019】

次に、液位検出装置１を用いた空の液位と満水の液位との間で可変の液位を段階的に推定する方法について、図２を用いて説明する。図２は、第１電極４と、第２電極５と、を用いて検出される液位の変化に応じて可変の静電容量を表している。第１電極４は液位が上昇すると液体と第１電極４との近接する面積が大きくなり、それに伴い第１電極４の検出する静電容量も大きくなっていく。第２電極５は液位が上昇すると液体と第２電極５との近接する面積が大きくなり、それに伴い第２電極５の検出する静電容量も大きくなっていく。制御部２は、この第１電極４と、第２電極５と、が検出する静電容量の値を予め設けた液位に対応する静電容量と比較する事で、液位を推定する事が可能となっている。

【0020】

この時、複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位では、第１電極４と第２電極５と液体との近接する面積は、軸部４ａと軸部５ａと腕部４ｂと腕部５ｂとの合計の面積となり、液位の変化に対する第１電極４と第２電極５との検出する静電容量は大きく変化する。また、複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応しない液位では、第１電極４と第２電極５と液体との近接する面積は、軸部４ａと軸部５ａとの合計の面積となる。これにより、液位の変化に対する第１電極４と第２電極５との検出する静電容量は、腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位の場合に対して小さく変化する。

【0021】

液位検出装置１は、第１電極４と第２電極５との検出する静電容量と、予め設けられた複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位に対応する静電容量とを比較する事により、複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位であるかを推定する。液位検出装置１は、推定された液位が、複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位である場合には、液位の変化に対する第１電極４と第２電極５との検出する静電容量は大きく変化する液位検知可能液位と判断する。一方、液位検出装置１は、推定された液位が、複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応しない液位である場合には、液位の変化に対する第１電極４と第２電極５との検出する静電容量は小さく変化する液位検知不可能液位と判断する。液位検出装置１は、この液位検知可能液位のみ液位検知を行い、第１電極４と第２電極５との検出する静電容量と、予め設けられた複数の腕部４ｂと腕部５ｂとに対応する液位に対応する静電容量とを比較する。この事により、液位検出装置１は、第１電極４と第２電極５との検出する静電容量から複数の腕部４ｂと腕部５ｂとの何段目に対応する液位であるかを段階的に推定する。液位検出装置１は、液位検知不可能液位と判断した場合には液位検知を行わず、液位検知可能液位で推定された段階的な液位を保持する。この時、液位検知可能液位で推定された保持すべき段階的な液位が無い場合は、予め設けた初期値を用いる。又は、液位検出装置１は、例外的に液位検知不可能液位であっても、第１電極４と第２電極５との検出する静電容量から、近い段階的な液位を推定するなどして、制御に支障のない範囲で、段階的な液位を推定しても良い。

【0022】

次に、液位検出装置１を用いた空の液位と満水の液位との推定方法について、図３を用いて説明する。図３では、制御部２で算出される、可変の液位に応じて変化する、第１電極４と、第２電極５と、を用いて検出される静電容量の差分を表している。空の液位では、第１電極４と、第２電極５と、のすべての面が液体と近接しない事で第１電極４と、第２電極５と、液体と、の近接する面積が等しくなり、静電容量の差分は生じない。

【0023】

空の液位から液位が上昇し、腕部４ｂの下端に対応する液位に到達すると、第１電極４の下端と液体とが近接する面積は腕部４ｂの下端と軸部４ａの下端との合計の面積となり、第２電極５の下端と液体とが近接する面積は軸部５ａの下端の面積のみとなる。これにより、第１電極４と、第２電極５と、が液体と近接する面積に差が生じる。この時、液体と近接する面積は第１電極４に対して第２電極５が小さく上昇するため、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量にも差が生じ、差分は大きくなる。

【0024】

第１電極４の上端以外の複数の腕部４ｂと、第２電極５の下端以外の複数の腕部５ｂと、が全て対向するように形成されている。これにより、腕部４ｂの下端に対応する液位から液位が上昇し、腕部５ｂの上端に対応する液位に到達するまでは、第１電極４と、第２電極５と、が液体と近接する面積が等しく変化する。このため、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量に生じた差分は変化せず、一定の値となる。

【0025】

さらに液位が上昇し、腕部５ｂの上端に対応する液位に到達すると、第１電極４の上端と液体とが近接する面積は軸部４ａの上端のみの面積となり、第２電極５の上端と液体とが近接する面積は軸部５ａの上端と腕部５ｂの上端との合計の面積となる。これにより、第１電極４と、第２電極５と、が液体と近接する面積に差が生じる。この時、液体と近接する面積は第１電極４に対して第２電極５が大きく上昇するため、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量にも差が生じ、差分は小さくなる。

【0026】

腕部５ｂの上端に対応する液位よりも高い液位に到達すると、第１電極４と、第２電極５と、のすべての面が液体と近接する事で第１電極４と、第２電極５と、液体と、の近接する面積が等しくなり、静電容量の差分は生じない。

【0027】

液位検出装置１は、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の絶対値が所定の値より小さく、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の差分が生じていない場合に空の液位と推定する。

【0028】

液位検出装置１は、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の絶対値が所定の値より大きく、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の差分が生じていない場合に満水の液位と推定する。

【0029】

本実施形態によれば、液位検出装置１は、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の絶対値と、第１電極４と、第２電極５と、の検出する静電容量の差分と、から空の液位と、満水の液位と、を推定する。この事で、液位検出装置１は、専用のセンサを用いなくても、誤検知無く空の液位と、満水の液位と、の推定が可能となる。

【0030】

また、本実施形態によれば、液位検出装置１は、液位検知可能液位のみ液位検知を行い、液位検知不可能液位と判断した場合には液位検知を行わず、液位を段階的に推定するので、高い感度で誤差なく液位の段階的な推定が可能となる。

【0031】

本実施形態では、液位検出装置１に用いられる第１電極４と、第２電極５と、は図１のように軸部４ａと軸部５ａとの内側に腕部４ｂと腕部５ｂとが配置される一例を挙げて説明した。これによらず、図示しないが、腕部４ｂと腕部５ｂとは、軸部４ａと軸部５ａとの両側に配置されても良く、また、腕部４ｂと腕部５ｂとは、軸部４ａと軸部５ａとの外側に配置されても良い。

【符号の説明】

【0032】

２：制御部
３：センサ
４：第１電極
４ａ：軸部
４ｂ：腕部
５：第２電極
５ａ：軸部
５ｂ：腕部

【図1】

【図2】

【図3】