特開 2023-168127 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】P2023168127

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/263 20220101AFI20231116BHJP

【ＦＩ】

G01F23/263

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079785

(22)【出願日】2022-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000215833

【氏名又は名称】帝国通信工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001782

【氏名又は名称】弁理士法人ライトハウス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高岡 亮

(72)【発明者】

【氏名】内藤 俊司

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AB02

2F014EA00

2F014GA01

(57)【要約】

【課題】
本発明は、装置への付着物の有無の検出ができ、また、より正確な測定対象物のレベルを推定することのできる装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
少なくとも１の第一の測定電極と、複数の第二の測定電極とを備え、第一の測定電極が、上下方向に連続的に設けられ、複数の第二の測定電極が、第一の測定電極の近傍で、且つ、上下方向の異なる位置に、上下方向に並んで非連続的に設けられている、装置。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１の第一の測定電極と、複数の第二の測定電極とを備え、
第一の測定電極が、上下方向に連続的に設けられ、
複数の第二の測定電極が、第一の測定電極の近傍で、且つ、上下方向の異なる位置に、上下方向に並んで非連続的に設けられている、装置。

【請求項2】

第一の測定電極にて測定された静電容量に基づいて、測定対象物のレベルを推定するレベル推定手段
を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

複数の第二の測定電極のそれぞれについて、第二の測定電極にて測定された静電容量が、第二の測定電極の近傍に測定対象物及び該測定対象物とは異なる異物が存在しない場合における第二の測定電極の静電容量から変化があったことを検知する検知手段
を備える、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

第二の測定電極の数がｎ個（ｎは、２以上の任意の整数）であり、下からｋ番目に存在する第二の測定電極を第二の測定電極ｋ（ｋは、１～ｎまでの任意の整数）と定義した場合に、ｋが２以上の第二の測定電極について、第二の測定電極（ｋ－１）について検知手段による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極ｋについて検知手段による静電容量の変化を検知したか否かを判定する判定手段
を備える、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記判定手段により、第二の測定電極（ｋ－１）について検知手段による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極ｋについて検知手段による静電容量の変化を検知した場合であって、下から１番目に存在する第二の測定電極１からｊ番目に存在する第二の測定電極ｊ（ｊは１～ｋ－２までの任意の整数）まで連続して検知手段による静電容量の変化を検知し、下から（ｊ＋１）番目に存在する第二の測定電極（ｊ＋１）について検知手段による静電容量の変化を検知しない場合に、
レベル推定手段が、第二の測定電極ｊの上下方向の位置をもとに、測定対象物のレベルを推定する、請求項４に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水を含む各種測定対象物のレベル（高さ、液位、水位ともいう）を測定するのに、レベルセンサを有する測定装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。測定装置を、例えば、河川に設置すれば、河川の水位を監視することなどができる。しかしながら、現状のレベルセンサは、レベルセンサ内の測定電極と測定電極との間の部位においては、水位を測定することができない不感帯が生じるため、正確な水位を検出することができなかった。また、静電容量式のレベルセンサの場合、液体や固体等の付着物により、測定値の誤差が生じ、検出した値が正しい水位を示す値なのか否かを判別することが難しかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－００８１２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、装置への付着物の有無の検出ができ、また、より正確な測定対象物のレベルを推定することのできる装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の課題は、
［１］少なくとも１の第一の測定電極と、複数の第二の測定電極とを備え、第一の測定電極が、上下方向に連続的に設けられ、複数の第二の測定電極が、第一の測定電極の近傍で、且つ、上下方向の異なる位置に、上下方向に並んで非連続的に設けられている、装置；
［２］第一の測定電極にて測定された静電容量に基づいて、測定対象物のレベルを推定するレベル推定手段を備える、前記［１］に記載の装置；
［３］複数の第二の測定電極のそれぞれについて、第二の測定電極にて測定された静電容量が、第二の測定電極の近傍に測定対象物及び該測定対象物とは異なる異物が存在しない場合における第二の測定電極の静電容量から変化があったことを検知する検知手段
を備える、前記［１］又は［２］に記載の装置；
［４］第二の測定電極の数がｎ個（ｎは、２以上の任意の整数）であり、下からｋ番目に存在する第二の測定電極を第二の測定電極ｋ（ｋは、１～ｎまでの任意の整数）と定義した場合に、ｋが２以上の第二の測定電極について、第二の測定電極（ｋ－１）について検知手段による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極ｋについて検知手段による静電容量の変化を検知したか否かを判定する判定手段を備える、前記［３］に記載の装置；
［５］前記判定手段により、第二の測定電極（ｋ－１）について検知手段による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極ｋについて検知手段による静電容量の変化を検知した場合であって、下から１番目に存在する第二の測定電極１からｊ番目に存在する第二の測定電極ｊ（ｊは１～ｋ－２までの任意の整数）まで連続して検知手段による静電容量の変化を検知し、下から（ｊ＋１）番目に存在する第二の測定電極（ｊ＋１）について検知手段による静電容量の変化を検知しない場合に、レベル推定手段が、第二の測定電極ｊの上下方向の位置をもとに、測定対象物のレベルを推定する、前記［４］に記載の装置；
により達成することができる。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、装置への付着物の有無の検出ができ、また、より正確な測定対象物のレベルを推定することのできる装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施の形態に係るセンサ部品の一例を示す模式図である。

【図2】本発明の実施の形態に係るセンサ部品と他のセンサ部品の接続した状態の一例を示す模式図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る装置のブロック図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る判定処理のフローチャートを示す図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る判定処理について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明をするが、本発明の趣旨に反しない限り、本発明は以下の実施の形態に限定されない。また、効果に関する記載は、本発明の実施の形態の効果の一側面であり、ここに記載するものに限定されない。

【0009】

図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ部品の一例を示す模式図である。センサ部品１は、第一の測定電極１１（１１ａ～１１ｄ）、第二の測定電極１２（１２ａ～１２ｅ）、及び配線１３を有し、センサ部品１の上下方向の端部に、それぞれ接続部１４ａと、接続部１４ｂとを有する。また、突起１５を有していてもよい。また、第一の測定電極１１、第二の測定電極１２、及び配線１３は、センサ部品１の基板２上に形成される。なお、センサ部品は、レベルセンサともいう。また、第一の測定電極１１又は第二の測定電極１２を、測定電極と表すこともある。

【0010】

第一の測定電極１１、第二の測定電極１２、及び配線１３は、表面を、例えばアクリル樹脂、その他の樹脂から構成される表層で覆われていてもよい。この場合、測定電極１１及び第二の測定電極１２は、媒体と直接的には接触せず、表層を介して接触することとなる。また、測定感度の観点から、表層はシート状であることが好ましく、表層の厚さは、例えば、２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。

【0011】

センサ部品１は、静電容量方式で、所定の位置における測定対象物のレベル（高さ、深さともいう）を推定する（特定するともいう）ために用いるセンサである。測定対象物とは、媒体であればよく、液体、固体を含む概念である。液体としては、水溶液、有機溶媒、無機溶媒等が挙げられる。また、測定対象物は、同一種類の媒体であることが好ましい。また、測定対象物が固体であるときは、レベルセンサの検出感度の観点から、ある程度粒子の細かい粒状物や粉状物であることが好ましい。静電容量を測定し、測定対象物のレベルを推定する所定の位置としては、河川、道路、海岸、下水道管内、プール、容器内、タンク内等が挙げられる。なお、本実施の形態においては、センサ部品１を、主に河川などの水面（液面ともいう）のレベル（水位、液位ともいう）の測定に用いた態様を説明する。以下では、測定対象物が液体である場合について、主に説明をする。

【0012】

センサ部品１は、略長方形状の基板２を有するセンサ部品である。本実施の形態において、略長方形状の基板２のいずれか一辺と平行な方向を、上下方向と定義する。つまり、上下方向は任意に決定することができるが、センサ部品１が、長手方向と短手方向を有するとき、上下方向は、長手方向であることが好ましい。本実施の形態においては、図１中に示す矢印の方向を上下方向として説明する。センサ部品１は、液位が変位する方向に対して、センサ部品１の長手方向が平行になるように設置されることが好ましい。つまり、測定対象物の液面に対して、センサ部品１の長手方向が垂直になるように設置される。測定対象物の液面に対して、垂直方向とセンサ部品１の上下方向は一致するともいえる。

【0013】

第一の測定電極１１は、センサ部品１の上下方向略全長に対して、延びるように設けられる薄膜の測定電極である。第一の測定電極１１は、センサ部品１の上下方向に連続して設けられるともいう。第一の測定電極１１の形状は、略長方形状であることが好ましい。また、第一の測定電極１１の形状は、測定される静電容量の値と測定対象物の液位の関係とを関連付けられる形状であれば、正方形形状やＳ字形状、ジグザグ形状等、特に限定されない。

【0014】

第一の測定電極１１ａ及び１１ｂは、それぞれの測定電極に対して平行に設けられている。また、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄも同様に、それぞれの測定電極に対して平行に設けられている。第一の測定電極１１ａ及び１１ｂ、並びに、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄを設けることにより、いずれかの測定電極が故障や破損した場合にも、液位の測定を継続することができる。また、１の測定電極に対して平行に他の測定電極を設けることにより、液位の測定精度を高めることができる。

【0015】

また、接続部１４ａをセンサ部品１の上側、接続部１４ｂをセンサ部品１の下側としたときに、第一の測定電極１１ａ及び１１ｂの上端部と下端部、又は、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄの上端部と下端部は、それぞれ同じ高さに位置することが好ましい。また、第一の測定電極１１ａ及び１１ｂの上端部は、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄの上端部よりも、上側に位置し、第一の測定電極１１ａ及び１１ｂの下端部は、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄの下端部よりも、上側に位置する。つまり、いずれか２以上の第一の測定電極１１が、該第一の測定電極１１のそれぞれの上端部及び／又は下端部において上下方向においてずれた位置となるように設けられている。また、第一の測定電極１１ａ及び１１ｂの上端部は、接続部１４ａに位置し、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄの下端部は、接続部１４ｂに位置するともいえる。

【0016】

なお、センサ部品１は、第一の測定電極１１ａ及び１１ｂのいずれか一方と、第一の測定電極１１ｃ及び１１ｄのいずれか一方を有していればよい。つまり、センサ部品１は、少なくとも２以上の第一の測定電極１１を備えることが好ましい。

【0017】

第一の測定電極１１は、静電容量を測定するための測定電極であり、自己容量式のセンサとして機能する。第一の測定電極１１は、主に、測定対象物の液位を特定するのに用いる静電容量を測定するための測定電極として機能する。第一の測定電極１１の静電容量は、センサ部品１に接触又は近傍に存在する媒体によって変化する。

【0018】

具体的には、第一の測定電極１１の近傍、より具体的には、第一の測定電極１１の表面の任意の点と最短距離にある前記表層の表面の点において、媒体が接触している場合には、第一の測定電極１１から出力される静電容量の値は、媒体が存在しない場合と比較して、相対的に高くなる。また、測定対象物の液位が高くなり、第一の測定電極１１について、表層を介して最短距離で測定対象物と接触している面積が大きくなるのに比例して、第一の測定電極１１から出力される静電容量の値は高くなる。第一の測定電極１１から出力される静電容量の値は、第一の測定電極１１が媒体に浸漬している表面積、つまり第一の測定電極１１の下端から液面までの長さに略比例して増減するともいえる。第一の測定電極１１は、配線１３を介して後述の制御装置２１に電気的に接続されており、制御装置２１にて、静電容量を測定する。

【0019】

第二の測定電極１２（１２ａ～１２ｅ）は、センサ部品１の上下方向に設けられる、薄膜の測定電極である。第二の測定電極１２の数は、１のセンサ部品１に対して、少なくとも２以上設けられ、３以上設けられることが好ましく、４以上設けられるのがより好ましい。また、複数のセンサ部品１を接続するときは、センサ部品全体で、少なくとも２以上設けられ、３以上設けられることが好ましく、４以上設けられるのがより好ましい。第二の測定電極１２のそれぞれは、センサ部品１の上下方向の異なる位置に、上下方向に並んで非連続的に設けられる。第二の測定電極１２は、測定対象物の液面に対して鉛直方向の、それぞれ高さが異なる位置に形成され、それぞれの第二の測定電極１２が重ならないように設けられるともいえる。

【0020】

第二の測定電極１２の形状は、静電容量を測定できる形状であれば、特に指定されないが、略長方形状、略正方形状、略楕円形状、略円形状等の対称性のある形状であることが好ましく、略長方形状であることがより好ましい。

【0021】

さらに、第二の測定電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、及び１２ｅは、同一直線上に設けられるのが好ましい。これにより、同一直線上の液面の測定及び付着物の検知を行うことができる。第二の測定電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、及び１２ｅは、センサ部品１の上下方向に対して、等間隔に設けられるのが好ましい。また、第二の測定電極１２の形状を小さくし、細かい間隔で第二の測定電極１２を設けることで、液面の測定及び付着物の検知の精度を高めることができる。また、第二の測定電極１２の形状を大きくし、広い間隔で第二の測定電極１２を設けることで、センサ部品１の配線１３を減らし、センサ部品１の構造を簡素化できる。また、制御装置２１において、計算処理の負担を軽減することができる。

【0022】

また、それぞれの第二の測定電極１２は、いずれかの第一の測定電極１１の近傍に設けられる。また、いずれかの第一の測定電極１１と、上下方向に対して、垂直方向に重なるように設けられる。つまり、測定対象物の液面に対して平行方向において、いずれかの第一の測定電極１１と、重なるように形成される。

【0023】

また、それぞれの第二の測定電極１２の長手方向の長さは、第一の測定電極１１の長手方向の長さよりも短い。また、それぞれの第二の測定電極１２の大きさは、第一の測定電極１１の大きさよりも、小さい。

【0024】

第二の測定電極１２は、静電容量を測定するための測定電極であり、自己容量式のセンサとして機能する。第二の測定電極１２は、主に、センサ部品１に付着する付着物を検知するのに用いる静電容量を検知するための測定電極として機能する。また、測定対象物の液面を特定するのに用いる静電容量を測定するための測定電極として機能してもよい。第二の測定電極１２は、センサ部品１に接触又は近傍に存在する媒体によって変化する。

【0025】

具体的には、第二の測定電極１２の近傍、より具体的には、第二の測定電極１２の任意の点と最短距離にある前記表層の表面の点において、媒体が接触している場合には、第二の測定電極１２から出力される静電容量の値は、媒体が存在しない場合と比較して、相対的に高くなる。また、測定対象物の液位が高くなり、第二の測定電極１２について、表層を介して最短距離で測定対象物と接触している面積が大きくなるのに比例して、第二の測定電極１２から出力される静電容量の値は高くなる。第二の測定電極１２は、配線１３を介して後述の制御装置２１に電気的に接続されており、制御装置２１にて、静電容量を測定、又は、静電容量の変化を検知する。

【0026】

ここで、付着物とは、測定対象物の液面とは異なる位置に存在する媒体であって、センサ部品１に付着するもののことを指す。本実施の形態においては、特に、センサ部品１において、測定対象物の液面よりも上に存在する媒体である。つまり、測定対象物の液面よりも高い位置に存在する媒体である付着物を検知対象とする。付着物は、例えば、ゴミ、葉、砂、水はね等が挙げられる。

【0027】

接続部１４（１４ａ、１４ｂ）は、センサ部品１の上下方向に沿って、センサ部品１と他のセンサ部品とを接続する（結合する、連結する、組み合わせる、ともいう）部位である。接続部１４は、屈曲部を有する。また、接続部１４の外形は、略クランク形状を有するともいえる。ここで、略クランク形状とは、それぞれ互いに逆方向におよそ９０°の角度で折れ曲がって構成される形状を意図するものである。また、センサ部品１において、第一の測定電極１１ａを左側、第一の測定電極１１ｄを右側としたとき、接続部１４ａは、左側において突出した形状かつ右側において陥没した形状であり、接続部１４ｂは右側において突出した形状かつ左側において陥没した形状であるともいえる。また、接続部１４の突出した形状の部分に第一の測定電極１１が位置する。また、接続部１４ａの陥没した形状の部分において、他のセンサ部品と嵌合するための突起１５を有していてもよい。なお、接続部１４ｂの陥没した形状の部分において、他のセンサ部品と嵌合するための突起を、有していてもよい。

【0028】

他のセンサ部品は、接続部１４と接続可能な接続部を有しており、接続部１４と他のセンサ部品の接続部とが、互いに噛み合う形状を有している。つまり、接続部同士を結合させたとき、屈曲部が互いに噛み合うように接続される。また、センサ部品１の接続部の突出した形状と他のセンサ部品の接続部の陥没した形状が噛み合うように接続されるともいう。これにより、センサ部品１は、他のセンサ部品と、互いの接続部を介して、上下方向に沿って接続することができる。

【0029】

センサ部品１と接続可能な他のセンサ部品の形状は、センサ部品１と同様の形状であることが好ましい。または、センサ部品の下端に、接続部１４ａと接続可能な、右側において突出した形状かつ左側において陥没した形状を有する接続部を有するものであってもよく、センサ部品の上端に、接続部１４ｂと接続可能な、左側において突出した形状かつ右側において陥没した形状を有する接続部を有するものであってもよい。

【0030】

図２は、本発明の実施の形態に係るセンサ部品と他のセンサ部品とを接続した状態の一例を示す模式図である。具体的には、センサ部品１の接続部１４ｂと他のセンサ部品の接続部１４Ｂとが、接続した状態を示している。接続部１４ｂの左側の陥没した形状と、接続部１４Ｂの左側の突出した形状とが噛み合っている。また、接続部１４ｂの右側の突出した形状と、接続部１４Ｂの右側の陥没した形状とが噛み合っている。

【0031】

また、接続部１４ｂの右側の突出した部分の上下方向の長さは、接続部１４Ｂの左側の突出した部分の上下方向の長さと同程度である。また、接続部１４ｂの左側の陥没した部分の幅は、接続部１４Ｂの左側の突出した部分の幅より広く、また、接続部１４ｂの右側の突出した部分の幅は、接続部１４Ｂの右側の陥没した部分の幅より狭い。接続部１４ｂの左側の陥没した部分の幅及び接続部１４Ｂの右側の陥没した部分の幅は、同程度であることが好ましい。また、接続部１４ｂの右側の突出した部分の幅及び接続部１４Ｂの左側の突出した部分の幅は、同程度であることが好ましい。

【0032】

また、接続部１４Ｂの右側の陥没した形状の部分にある突起１５Ａを、センサ部品１の下端の接続部の右側に設けられた孔（不図示）に嵌合させ、固定することで、一のセンサ部品と他のセンサ部品を接続することができる。なお、一のセンサ部品と他のセンサ部品の接続方法は、これに限定されない。

【0033】

接続部１４ｂ及び１４Ｂにおいて、第一の測定電極１１ｃ、１１ｄと、第一の測定電極１１Ａ、１１Ｂとが、上下方向に垂直な方向において重なっている。上述のとおり、接続部１４には、第一の測定電極１１が設けられている。他のセンサ部品の接続部においても同様に第一の測定電極が設けられているため、センサ部品１と他のセンサ部品を接続させたとき、接続部１４において、センサ部品１の第一の測定電極１１と、他のセンサ部品の第一の測定電極とが近接する。また、第一の測定電極１１は、他のセンサ部品の第一の測定電極と、上下方向に垂直な方向において、重なるように配置される。「上下方向に垂直な方向において重なる」構成としては、図２において、センサ部品１を他のセンサ部品と組み合わせた場合のように、薄膜の第一の測定電極が左右に並ぶことで重なることもできるし、図１のセンサ部品１に対して、奥行き方向に第一の測定電極同士が重なるような構成を採用することもできる。つまり、上下方向に垂直な方向とは、左右方向、奥行き方向、及び、厚み方向を含む概念である。

【0034】

これにより、センサ部品同士を接続したとき、最も上部に位置するセンサ部品の上端から最も下部に位置するセンサ部品の下端までの間において、いずれかの第一の測定電極が切れ間なく存在するため、測定対象物の液位を測定することのできない不感帯をなくすことができる。

【0035】

なお、センサ部品１の接続部１４ｂにて他のセンサ部品と接続する場合、センサ部品１の第一の測定電極１１の下端部の位置と他のセンサ部品の第一の測定電極の上端部の位置とが、上下方向に垂直な位置において一致していればよい。つまり、センサ部品１が他のセンサ部品と接続した場合に、第一の測定電極１１ｃ又は１１ｄの下端部が、センサ部品１の上下方向に垂直な位置において、他のセンサ部品の第一の測定電極１１Ａ又は１１Ｂの上端部と一致するように設けられる。または、第一の測定電極１１ａ又は１１ｂの上端部が、センサ部品１の上下方向に垂直な位置において、他のセンサ部品の第一の測定電極の下端部と一致するように設けられる。

【0036】

なお、上述のとおり、センサ部品１は、他のセンサ部品と接続することができるが、複数の他のセンサ部品と接続してもよい。つまり、３以上のセンサ部品を接続してもよく、センサ部品を接続する数は、特に限定されない。これにより、測定対象物を測定する所定の位置に適した長さのセンサ部品を用いることができ、測定対象物のレベルを好適に測定することができる。複数のセンサ部品を接続して用いる場合、接続された複数のセンサ部品で１のセンサとみなし、それぞれのセンサ部品を、センサ部として捉えることもできる。なお、センサ部品１を他のセンサ部品と接続することなく、単独のセンサとして用いることもできる。この場合、センサ部品１の接続部１４を、設けなくてもよい。

【0037】

図３は、本発明の実施の形態に係る装置のブロック図である。装置１０は、センサ部品１（１Ａ～１Ｄ）、及び制御装置２１を備える。なお、図３において、センサ部品１Ａ～１Ｄが接続されており、センサ部品の基板２ａ～２ｄがそれぞれの接続部１４において噛み合って接続されている。装置１０は、配線１３を介して電気的に１以上のセンサ部品１と制御装置２１とが接続され、該センサ部品１と接触、又は、該センサ部品１の近傍に存在する測定対象物のレベルを特定する。

【0038】

制御装置２１は、ＣＰＵやＲＯＭ（不図示）を含むマイクロコンピュータによって構成されており、記憶領域に記憶されたプログラムを実行させることで各機能を実現する。制御装置２１は、機能部として、制御部２２、検出部２３、判定部２４、送信部２５、電源部２６、記録部等を有する。

【0039】

制御部２２は、センサ部品１や装置１０の各機能部の制御を行う。

【0040】

検出部２３は、センサ部品１から出力され、ＡＤ変換回路（不図示）でデジタル化された静電容量データ（静電容量の値ともいう）を検出する。上述のとおり、センサ部品１の第一の測定電極１１及び第二の測定電極１２は、センサ部品１に接触する、又は近傍に存在する媒体との間に静電容量を形成し、その静電容量データを制御装置２１に入力する。検出部２３は、それぞれのセンサ部品１の第一の測定電極１１及び第二の測定電極１２から出力され、ＡＤ変換回路でデジタル化された静電容量データを検出する。また、検出部２３にて検出した静電容量データは、制御装置２１の記憶領域に記憶される。

【0041】

また、検出部２３及び判定部２４は、記憶領域から読みだしたプログラム及びデータ、並びに、センサ部品１より入力されたデータを基に演算処理を行う。演算処理の結果は、制御装置２１の記憶領域に記憶される。検出部２３は、測定対象物の液位を特定し、判定部２４は、センサ部品１への付着物の有無の判定と、検出部２３で特定された液位が有効であるか否かの判定を行う。これらの具体的な処理については、後述する。

【0042】

送信部２５は、無線又は有線によってデータを送信することが可能なものであり、データを受信することが可能であってもよい。本実施の形態では、制御装置２１において、検出された静電容量データを基に、測定対象物の液位の特定、及び、付着物の判定を行い、該演算結果をサーバ装置や他のコンピュータ装置（不図示）等に送信する構成を説明するが、検出した静電容量データをサーバ装置や他のコンピュータ装置（不図示）等に送信し、該サーバ装置や該他のコンピュータ装置において記憶された静電容量データを基に、センサ部品１が設置される地点での液位の特定やセンサ部品１への付着物の有無の判定をしてもよい。

【0043】

電源部２６は、制御装置２１の各機能部、及びセンサ部品１に電気的に接続されており、それぞれに対して電力を供給する。

【0044】

なお、装置１０は、１以上のセンサ部品１を有していればよい。また、検出部２３は、制御装置２１内に備えられているのでもよく、それぞれのセンサ部品１に、検出回路として独立して、制御装置２１との間に電気的に接続されていてもよい。また、検出部２３、判定部２４、送信部２５、及び／又は、電源部２６は、制御装置２１の機能部ではなく、外部装置として制御装置２１に電気的に接続されていてもよい。

【0045】

ここで、測定対象物の液位の特定方法について説明する。まず、センサ部品１の接続部１４以外の位置に液面が存在する場合、具体的には、第一の測定電極１１ａの下端部から第一の測定電極１１ｃの上端部の間に液面が存在する場合を説明する。

【0046】

上述のとおり、それぞれの第一の測定電極１１ａ～１１ｄから出力される静電容量データは、第一の測定電極１１ａ～１１ｄのそれぞれの下端部から液面までの距離に略比例して増減する。そのため、予めそれぞれの第一の測定電極１１ａ～１１ｄについて、静電容量データと液位の関係を示す計算式を登録しておく。そして、検出した静電容量データを計算式に入力することで、液位を算出し、液位の特定ができる。また、それぞれの第一の測定電極１１ａ～１１ｄについて、静電容量データと液位の関係を示すデータテーブルを登録しておいてもよい。データテーブルと液位の対応関係から、検出した静電容量データに対応する液位を特定する。

【0047】

なお、この場合、第一の測定電極１１ａ～１１ｄのいずれかの第一の測定電極１１の静電容量データに基づいて、液位の特定を行ってもよいし、第一の測定電極１１ａ～１１ｄの静電容量データから得られた液位の平均の値を、特定した液位としてもよいし、第一の測定電極１１ａ～１１ｄの静電容量データから得られた液位のうち、最も高い値と低い値を除いて、平均の値を特定した液位としてもよい。

【0048】

次に、センサ部品１の接続部１４に液面が存在する場合、具体的には、接続部１４ａ、すなわち、第一の測定電極１１ｃの上端から第一の測定電極１１ａの上端の間に液面が存在する場合を説明する。

【0049】

この場合、予め登録された計算式又はデータテーブルと、第一の測定電極１１ａ又は１１ｂの静電容量データに基づいて、液位を特定する。または、センサ部品１に接続された他のセンサ部品の接続部１４ａに位置する第一の測定電極において検出された静電容量データを用いて、液位を特定してもよい。

【0050】

なお、この場合、接続部１４ａに位置する第一の測定電極のいずれかの第一の測定電極の静電容量データに基づいて、液位の特定を行ってもよいし、接続部１４ａに位置する第一の測定電極の静電容量データから得られた液位の平均の値を、特定した液位としてもよいし、接続部１４ａに位置する第一の測定電極の静電容量データから得られた液位のうち、最も高い値と低い値を除いて、平均の値を特定した液位としてもよい。

【0051】

次に、本実施の形態に係る判定処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る判定処理のフローチャートを示す図である。判定処理は、装置１０によって実行される。判定処理では、主に、検出された静電容量データから測定対象物の液位の特定と、センサ部品１への付着物の有無の判定と、制御装置２１にて特定された液位が有効であるか否かの特定とを行う。

【0052】

まず、制御装置２１に接続されたセンサ部品１の第一の測定電極１１及び第二の測定電極１２の静電容量データを検出部２３にて検出する（ステップＳ１）。次に、検出した静電容量データをもとに、測定対象物の液位を特定する（ステップＳ２）。測定対象物の液位の特定は、上述の液位の特定方法に基づいて、検出した第一の測定電極１１の静電容量データより特定する。また、第二の測定電極１２で検出した静電容量データから、測定対象物の液位の特定を行ってもよい。

【0053】

次に、検出した第二の測定電極１２の静電容量データについて、第二の測定電極１２の近傍に、測定対象物及び該測定対象物とは異なる異物が存在しない場合における第二の測定電極の静電容量から変化があったか否かを検知する（ステップＳ３）。

【0054】

なお、第二の測定電極１２の静電容量データの検知処理について、第二の測定電極１２の近傍に、媒体が存在しない場合と比較して、検出した第二の測定電極１２の静電容量データが所定の値より増加又は減少しているとき、静電容量の変化を検知したとして処理し、また、検出した第二の測定電極１２の静電容量データが変化しない、又は、静電容量データの増加が所定の値の範囲内であるとき、静電容量の変化を検知しないとして処理してもよい。なお、所定の値は、任意の値を設定可能である。所定の値は、全ての第二の測定電極１２について、同一の値を設定してもよいし、センサ部品１ごとに異なる値を設定してもよいし、第二の測定電極１２ごとに異なる値を設定してもよい。

【0055】

次に、いずれかのセンサ部品１に付着物が存在しているか否かを判定する（ステップＳ４）。図５は、本発明の実施の形態に係る判定処理について説明するための図である。図５では、制御装置２１に、配線１３を介して、複数の第二の測定電極１２が電気的に接続されていることを示している。また、斜線のハッチングが付された第二の測定電極１２は、ステップＳ２において、静電容量の変化が検知された第二の測定電極１２を示している。

【0056】

ステップＳ４の判定処理では、まず、制御装置２１に接続された第二の測定電極の数がｎ個（ｎは、２以上の任意の整数）であり、下からｋ番目に存在する第二の測定電極を第二の測定電極１２（ｋ）（ｋは、１～ｎまでの任意の整数）と定義した場合に、ｋが２以上の第二の測定電極１２について、第二の測定電極１２（ｋ－１）について検知処理による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極１２（ｋ）について検知処理による静電容量の変化を検知したか否かを判定する。判定の結果、第二の測定電極１２（ｋ－１）について検知処理による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極１２（ｋ）について検知処理による静電容量の変化を検知した場合、第二の測定電極１２（ｋ）の上下方向の位置をもとに、第二の測定電極１２（ｋ）の位置において付着物が存在していると判定できる。

【0057】

判定の結果、付着物が存在していると判定された場合を除いて、付着物が存在していないと判定できる。また、全ての第二の測定電極１２について静電容量の変化を検知されなかった場合、又は、ｋが２以上の第二の測定電極１２について、下から１番目に存在する第二の測定電極１２（１）から第二の測定電極１２（ｋ－１）まで連続して検知処理による静電容量の変化を検知し、第二の測定電極１２（ｋ）から第二の測定電極１２（ｎ）について検知処理による静電容量の変化を検知しない場合、付着物が存在していないと判定できる。

【0058】

なお、上述の制御装置２１に接続された第二の測定電極１２の数は、接続したセンサ部品全体に含まれる第二の測定電極１２の数としてカウントすることが好ましい。これにより、接続部１４付近における付着物の有無についても判定することができる。または、制御装置２１に接続されるセンサ部品１ごとに、それぞれのセンサ部品１に含まれる第二の測定電極１２について、上述の判定処理を行うこともできる。

【0059】

ステップＳ４において、付着物が存在しないと判定された場合、ステップＳ２において特定した液位を履歴として記録する（ステップＳ５）。そして、特定した液位を送信部２５によりサーバ装置や他のコンピュータ装置に送信し、通知する（ステップＳ６）。

【0060】

ステップＳ４において、付着物が存在すると判定された場合、ステップＳ２において特定した液位が有効でないと記録する（ステップＳ７）。このとき、ステップＳ２において特定した液位が有効でないこと、及び有効でないと判定された液位を、制御装置２１の記録部に履歴として記録してもよい。付着物が存在する場合、第二の測定電極１２と第一の測定電極１１とは隣接しているため、第一の測定電極１１の位置にも付着物が存在していると考えられる。そのため、付着物により第一の測定電極１１の静電容量データが増加するので、第一の測定電極１１の静電容量データに基づいて特定した液位は実際の液位よりも高いものになることが多い。よって、ステップＳ２において特定した液位が有効でないと特定できる。

【0061】

ステップＳ４において、付着物が存在すると判定された場合、ステップＳ２において特定した液位が有効でないこと、及び有効でないと判定された液位を、サーバ装置や他のコンピュータ装置に送信し、通知する（ステップＳ８）。

【0062】

また、第二の測定電極１２（ｊ）をもとに特定される液位を、ステップＳ７にて、記録部に履歴として記録し、ステップＳ８にて、サーバ装置や他のコンピュータ装置に送信してもよい。第二の測定電極１２（ｊ）をもとに特定される液位は、次のように特定できる。

【0063】

第二の測定電極１２（ｋ－１）について検知処理による静電容量の変化を検知せずに、第二の測定電極１２（ｋ）について検知処理による静電容量の変化を検知した場合であって、下から１番目に存在する第二の測定電極１２（１）からｊ番目に存在する第二の測定電極１２（ｊ）（ｊは１～ｋ－２までの任意の整数）まで連続して検知処理による静電容量の変化を検知し、下から（ｊ＋１）番目に存在する第二の測定電極１２（ｊ＋１）について検知処理による静電容量の変化を検知しない場合に、ステップＳ１で特定した測定対象物の液位にかえて、第二の測定電極１２（ｊ）の上下方向の位置をもとに、その位置を測定対象物の液位として特定することができる。

【0064】

以上のステップＳ１～Ｓ８により、判定処理は終了する。本発明の実施の形態において、ステップＳ１～Ｓ８を一定時間ごとに繰り返し継続して、測定対象物の液位を測定することが好ましい。判定処理を行う時間間隔は特に限定されないが、例えば、１０分ごとや１時間ごととして設定できる。また、雨天その他の悪天候の際には、判定処理の時間間隔を短くするとしてもよい。

【0065】

なお、ステップＳ２の測定対象物の液位の特定は、第二の測定電極１２の静電容量データを用いて、以下のように特定してもよい。具体的には、第二の測定電極の数がｎ個（ｎは、２以上の任意の整数）であり、下から１番目に存在する第二の測定電極１２（１）からｊ番目に存在する第二の測定電極１２（ｊ）（ｊは１～ｎ－１までの任意の整数）まで連続して検知処理による静電容量の変化を検知し、下から（ｊ＋１）番目に存在する第二の測定電極１２（ｊ＋１）について検知処理による静電容量の変化を検知しない場合に、第二の測定電極１２（ｊ）の上下方向の位置をもとに、その位置を測定対象物の液位として特定できる。また、検知処理により検知された第二の測定電極１２のうち、最も上部に位置する第二の測定電極１２の上下方向の位置をもとに、その位置を測定対象物の液位として特定できる。また、下から（ｊ＋２）番目以降に存在する第二の測定電極１２について、全て静電容量の変化を検知しなかったものとみなす構成とすることもできる。

【0066】

なお、ステップＳ１～Ｓ８の判定処理において、ステップＳ６及び／又はＳ８の処理は、省略してもよい。また、所定の時間を経過したときに、一定時間の記録の結果を通知するとしてもよい。また、ステップＳ１において、センサ部品１の第一の測定電極１１及び第二の測定電極１２の静電容量データを検出部２３にて検出したのち、ステップＳ２～Ｓ８の処理を省略して、別途、通知処理を行ってもよい。このとき、通知処理では、ステップＳ１にて、検出した静電容量データをサーバ装置や他のコンピュータ装置に通知する。

【0067】

ここで、ステップＳ２において、静電容量の変化を検知された第二の測定電極１２をＯＮ、静電容量の変化を検知されなかった第二の測定電極１２をＯＦＦとして捉えると、付着物の有無の判定は、以下のように行うこともできる。

【0068】

具体的には、第二の測定電極１２のＯＮ及びＯＦＦと該第二の測定電極１２の上下方向の位置を比較する。例えば、第二の測定電極１２の判別結果が、下部からＯＦＦ、ＯＮとなる場合、ＯＮを示す第二の測定電極１２の位置に付着物が存在していると判定できる。また、第二の測定電極１２の判別結果が、下部からＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮとなる場合、上部のＯＮを示す第二の測定電極１２の位置に付着物が存在していると判定できる。さらに、下部からＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦとなる場合、ＯＮを示す第二の測定電極１２の位置に付着物が存在していると判定してもよい。

【0069】

なお、上記のＯＮ及びＯＦＦの判別結果について、ＯＮ又はＯＦＦを示す第二の測定電極１２の数が複数連続していてもよい。また、付着物が存在していると判定される位置の範囲と数は、特に制限されない。例えば、第二の測定電極１２の判別結果が、下部からＯＮの第二の測定電極１２が５個、ＯＦＦの第二の測定電極１２が８個、ＯＮの第二の測定電極１２が２個のように並んでいるとき、下部からＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮとなっているとされる。また、上部のＯＮを示す２個の第二の測定電極１２の位置において、付着物が存在していると判定できる。また、例えば、第二の測定電極１２の判別結果が、下部からＯＮの第二の測定電極１２が６個、ＯＦＦの第二の測定電極１２が５個、ＯＮの第二の測定電極１２が２個、ＯＦＦの第二の測定電極１２が５個、ＯＮの第二の測定電極１２が３個のように並んでいるとき、下部からＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮとなっているとされる。また、下部から２番目のＯＮを示す２個の第二の測定電極１２の位置と、下部から３番目のＯＮを示す３個の第二の測定電極１２の位置と、において、付着物が存在していると判定できる。

【0070】

判定の結果、付着物が存在していると判定された場合を除いて、付着物が存在していないと判定できる。また、第二の測定電極１２の判別結果が、全てＯＦＦの場合、又は、下部からＯＮ、ＯＦＦとなる場合、付着物が存在していないと判定できる。

【0071】

また、ステップＳ４において、付着物が存在すると判定された第二の測定電極１２について、ＯＮをＯＦＦに変更する処理を行うとしてもよい。この場合、ＯＮと扱われる第二の測定電極１２のうち、最も上部に位置するものとなった第二の測定電極１２の上下方向の位置をもとに、その位置を測定対象物の液位として特定することができる。さらに、第二の測定電極１２の判別結果が、下部からＯＮ、ＯＦＦとなった場合、ＯＦＦと扱われる第二の測定電極１２の上部に位置する第二の測定電極１２について、全てＯＦＦとする処理を行ってもよい。

【0072】

本発明によれば、第一の測定電極が、上下方向に連続的に設けられ、複数の第二の測定電極が、第一の測定電極の近傍で、且つ、上下方向の異なる位置に、上下方向に並んで非連続的に設けられていることにより、測定対象物のレベルの測定と、付着物の検知を行うことができる。また、本発明によれば、第一の測定電極にて測定された静電容量に基づいて、測定対象物のレベルを推定することができる。また、本発明によれば、複数の第二の測定電極のそれぞれについて、第二の測定電極にて測定された静電容量が、第二の測定電極の近傍に測定対象物及び該測定対象物とは異なる異物が存在しない場合における第二の測定電極の静電容量から変化があったことを検知することにより、付着物が存在する位置を推定することができる。また、第二の測定電極の上下方向の位置をもとに、測定対象物のレベルを推定することができる。

【符号の説明】

【0073】

１、１Ａ～１Ｄ：センサ部品 ２、２ａ～２ｄ：基板 １０：装置
１１、１１ａ～１１ｄ、１１Ａ、１１Ｂ：第一の測定電極
１２、１２ａ～１２ｅ、１２Ａ：第二の測定電極 １３、１３ａ～１３ｄ、１３Ａ：配線
１４、１４ａ、１４ｂ、１４Ｂ：接続部 １５、１５Ａ：突起
２１：制御装置 ２２：制御部 ２３：検出部 ２４：判定部
２５：送信部 ２６：電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】