JP2005147779A - 液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 液面レベルを精度良く測定することができる液面レベルセンサを提供することである。
【解決手段】 液面レベルセンサは、容器内に取り付けられるセンサ部２と、測定回路とを備えている。センサ部２は、交流信号を入力する駆動電極１１と、測定電極１０と、参照電極１３とを有し、参照電極１３は、第一シールド電極１２及び第二シールド電極１４と、シールド層９，１５とから構成されるシールドに囲まれている信号導通部２６と、シールドから突出する参照用測定部２５とを有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液面レベルを測定する液面レベルセンサに関する。

液体を収容する容器には、液面レベルを測定する液面レベルセンサを備えるものがある。液面レベルセンサとしては、例えば、フロート式のセンサや、超音波を用いたセンサ、静電容量式のセンサなどが知られている。
ここで、容器が、例えば、高さ２０ｍｍ、直径２０ｍｍのように小型である場合には、フロート式のセンサでは、フロートを小さくせざるを得ないので、フロート自体の浮力が小さくなりすぎる。このため、可変抵抗器や、光学素子、磁気素子など、フロートに連動する位置検出素子を支えきれないという問題を有する。また、小型の容器では、容積が小さいために、液面レベルの絶対値が小さくなり、例えば、高さ方向でプラスマイナス０．５ｍｍ程度といった高い測定精度が要求されるようになる。このような特殊性を有する小型な容器に、超音波を用いたセンサを適用すると、超音波を送受信する距離を十分に確保できないので、測定精度が低くなってしまい、液面レベルを精度良く測定することができない。

これに対して、静電容量式のセンサは、フロート式のセンサよりも小型にすることができ、超音波を用いたセンサよりも高精度に液面レベルを測定することができる。
静電容量式のセンサは、一部が液体内に浸漬される一対の測定用電極を、容器の鉛直方向に沿って配置した構成を有している。ここで、液体中の誘電率は、空気中の誘電率よりも大きいので、一対の測定用電極のうち、液体に浸漬されている部分の静電容量は大きくなる。したがって、液面レベルが高いほど、静電容量が大きくなるので、静電容量を測定すれば、液面レベルを測定することができる。さらに、従来の液面レベルセンサには、液体内に全体が浸漬される一対の参照用電極を有するものがある。一対の参照用電極で測定した静電容量からは、その温度における液体の誘電率を演算することができる。そして、この誘電率を用いて測定用電極間の静電容量を測定すれば、測定精度を向上できる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１０８７３５号公報

しかしながら、一対の測定用電極と、一対の参照用電極との間に、静電的な結合が起こりやすいので、測定用電極における静電容量の測定値に誤差が発生しやすかった。特に、液面レベルセンサを小型化すると、測定用電極と参照用電極とが近接するので、誤差がさらに発生しやすくなる。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面レベルを精度良く測定することができる液面レベルセンサを提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の液面レベルセンサは、液体が収容される容器内に配置され、所定の信号が入力される測定信号供給電極と、前記測定信号供給電極から所定距離をおいて配置され、液面の高さに応じて変化する電気特性を測定する測定電極と、前記測定信号供給電極及び前記測定電極の間の電気特性を測定するにあたり、前記電気特性の参照値を取得する参照電極とを含み、前記参照電極の一部が電磁的にシールドされていることを特徴とする液面レベルセンサ。
このような液面レベルセンサでは、参照電極の一部がシールドされるので、参照電極のうちシールドされている部分は、測定電極や、測定信号供給電極と静電的な結合を起こさない。この液面レベルセンサでは、駆動電極と測定電極との間の電気特性と、参照電極においてシールドされない部分で測定する電気特性とから、液面レベルが測定される。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記参照電極は、測定回路に接続される信号導通部の先端に、前記参照値を測定する参照用測定部を備え、前記信号導通部が電磁的にシールドされていることが好ましい。
このような液面レベルセンサは、参照用測定部で得られる信号を測定回路に導く過程で、信号にノイズがのることを防止できる。特に、参照用測定部が容器の底面近傍に位置するので、液面レベルを検出する際のレファレンスを取りやすい。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記測定信号供給電極と、前記測定電極と、前記参照電極と、前記参照電極のシールドとを防水性の絶縁フィルムで覆うことが好ましい。
このような液面レベルセンサでは、導電性の各電極や、シールド層と、液体との接触を防止できる。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記参照電極は、絶縁部材上に設けられており、前記参照電極のシールドは、前記絶縁部材上に前記参照電極に沿って、その両側に設けられた一対のシールド電極と、前記絶縁部材を挟むように設けられた一対のシールド層とを含むことが好ましい。
このような液面レベルセンサでは、シールド電極及びシールド層が参照電極を囲むように配設されるので、参照電極の電磁的なシールドを強固にすることができる。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記測定電極と前記測定信号供給電極との間の距離は、一方の前記シールド電極及び前記シールド層と前記測定信号供給電極との間の距離に略等しいことが好ましい。
このような液面レベルセンサでは、測定信号供給電極から発振する信号が、測定電極と、シールド電極及びシールド層とに均等に伝播するようになる。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記測定信号供給電極、前記測定電極、前記参照電極のそれぞれの先端位置を揃えることが好ましい。
このような液面レベルセンサでは、各電極の先端が同じ高さになることで、より深い位置から液面レベルを測定することが可能になる。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記参照電極は、その先端部分を除いた部分であって、少なくとも液体に浸漬され得る部分がシールドされていることが好ましい。
この液面レベルセンサでは、液面レベルを測定可能な範囲において、参照値を取得する部分を除いて参照電極がシールドされるので、液面レベルが変化しても、参照電極の参照値を測定する部分以外は、測定信号供給電極と静電的な結合を起こさない。

上記の液面レベルセンサにおいては、前記測定電極及び前記測定信号供給電極並びに前記参照電極が、互いに近接して配置され、かつ各電極が長尺型の絶縁フィルムで覆われた長尺フィルム型とされてなることが好ましい。
この液面レベルセンサでは、導電性の各電極や、シールド層と、液体との接触を防止できる。また、長尺フィルム型であるため、取り扱いが容易になるし、電極間距離を確実に固定できる。

この発明によれば、参照電極の一部をシールドしたので、シールドされた部分と、測定電極や、測定信号供給電極との間の静電的な結合を防止できる。したがって、参照電極が外部からの電磁的なノイズに強くなるので、液面レベルの測定精度が向上する。また、各電極の液体に浸漬される部分を、フィルムで覆った構成にすると、取り扱いが容易になる。
さらに、参照電極の先端部分を除いてシールドすると、容器の底面付近における電気特性を測定しやすくなる。
また、測定信号供給電極から測定電極までの距離と、測定信号供給電極からシールドまでの距離とを略等しくすると、測定信号供給電極からの信号の伝播が略均等になり、測定誤差が低減する。
さらに、各電極の先端を容器の底面に対して同じ高さにすると、少量の液体であっても、液面レベルを測定できるようになる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、この実施の形態における液面レベルセンサは、容器１内に固定されるセンサ部２と、センサ部２に電気的に接続される測定回路３とを有している。

図２及び図３に示すように、センサ部２は、細長のフィルム形状を有し、長手方向の一方の基端２ａが測定回路３に接続され、先端２ｂが容器１の底面近傍に位置するように固定される。さらに、基端２ａから先端２ｂに向かう間で、センサ部２は、その幅が広がっている。この拡幅部分８から先を、液体内に浸漬することが好ましい。
センサ部２は、カバーフィルム４と、第一絶縁フィルム５と、第二絶縁フィルム６と、カバーフィルム７とを、この順番に積層させてある。各フィルム４，５，６，７は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエステル、ナイロン、液晶ポリマなど、吸水率の低い絶縁部材で製造されている。

一側の最外層にあたるカバーフィルム４上には、カバーフィルム４の半分ほどの幅を有するシールド層９がシート状に設けられている。第一絶縁フィルム５は、カバーフィルム４と共にシールド層９を挟むようにカバーフィルム４上に密着されている。この第一絶縁フィルム５には、各々線状の測定電極１０と、駆動電極（測定信号供給電極）１１と、第一シールド電極１２と、参照電極１３と、第二シールド電極１４とが、第一絶縁フィルム５の長手方向に沿って、各々離間して略並列に配設されている。第二絶縁フィルム６は、第一絶縁フィルム５と共に各電極１０，１１，１２，１３，１４を挟むように、第一絶縁フィルム５上に密着されている。この第二絶縁フィルム６上には、第二絶縁フィルム６の半分ほどの幅を有するシールド層１５がシート状に設けられている。そして、カバーフィルム７は、第二絶縁フィルム６と共にシールド層１５を挟むように、第二絶縁フィルム６上に密着する。
なお、図２に示すように、第二絶縁フィルム６及びカバーフィルム７は、センサ部２の基端２ａ側がカバーフィルム４及び第一絶縁フィルム５よりも短くなっており、センサ部２の上部に相当する基端２ａ側は、各電極１０，１１，１２，１３，１４が、各々所定の長さで露出している。

図２及び図３に示すように、駆動電極１１は、所定の線幅及び厚さで第一絶縁フィルム５の面１７上に、基端から先端の近傍まで設けられている。この駆動電極１１の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路３（図１参照）に接続されており、所定の駆動用の交流信号が入力される。また、駆動電極１１の下端（先端）１１ａは、第一絶縁フィルム５の先端５ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
測定電極１０は、面１７上において、駆動電極１１から所定距離をおいた位置に設けられている。測定電極１０の線幅及び厚さは、駆動電極１１と同じである。測定電極１０の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路３に接続される。また、測定電極１０の下端（先端）１０ａは、第一絶縁フィルム５の先端５ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
この測定電極１０と駆動電極１１とは、容量素子を形成する。その静電容量は、測定電極１０及び駆動電極１１の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。誘電率は、空気の誘電率に対して液体の誘電率が十分に大きい。したがって、測定電極１０及び駆動電極１１との間の静電容量は、液面に浸漬している表面積、つまり測定電極１０及び駆動電極１１の下端から、後述する液面レベルまでの長さに略比例する。

また、第一シールド電極１２は、面１７上において、駆動電極１１に対して測定電極１０と略対称な位置に設けられている。つまり、駆動電極１１から測定電極１０までの距離と、駆動電極１１から第一シールド電極１２までの距離は、略同一である。第一シールド電極１２の上端は、接地される。また、第一シールド電極１２の下端（先端）１２ａは、第一絶縁フィルム５の先端５ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。なお、距離ｒ２は、距離ｒ１よりも大きい。
参照電極１３は、面１７上において、駆動電極１１から、さらに離間した位置に配置されている。参照電極１３の幅及び厚さは、駆動電極１１と等しい。参照電極１３の上端は、センサ部２の基端側において測定回路３に接続される。また、参照電極１３の下端（先端）１３ａは、第一絶縁フィルム５の先端５ａよりも、所定距離ｒ１だけ上方に位置している。
第二シールド電極１４は、面１７上において、第一シールド電極１２と共に参照電極１３を挟むように配置されている。つまり、参照電極１３から第二シールド電極１４までの距離は、参照電極１３から第一シールド電極１２までの距離の略等しい。第二シールド電極１４の上端は、接地される。また、第二シールド電極１４の下端（先端）１４ａは、第一絶縁フィルム５の先端５ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。

さらに、シールド層９は、シールド電極１２，１４及びシールド層１５に重なる位置に設けられている。具体的には、シールド層１５の幅は、シールド電極１２，１４の電極間距離に、各シールド電極１２，１４の幅を加えた値に略等しい。また、シールド層９の下端（先端）は、シールド電極１２，１３と同様に、第一絶縁フィルム５及び第二絶縁フィルム６の先端よりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置する。ここで、シールド層９は、導電性材料からなる。そして、第一絶縁フィルム５に形成された導電スルーホール部２０を介して、第二シールド電極１４と電気的に接続されている。なお、導電スルーホール部２０は、例えば、第一絶縁フィルム５に形成したスルーホールに導電性材料をメッキして形成する。

シールド層１５は、導電性材料からなり、シールド層９と同じ形状を有している。また、シールド層１５は、第二絶縁フィルム６が第一絶縁フィルム５の面１７と密着する面と反対側の面２１に形成されている。その下端（先端）は、シールド電極１２，１３及びシールド層９と同じ位置にある。さらに、このシールド層１５は、第二絶縁フィルム６に形成された導電スルーホール部２３を介して、第二シールド電極１４と電気的に接続されている。
シールド層９とシールド層１５とは、第一絶縁フィルム５及び第二絶縁フィルム６を介して、参照電極１３及びシールド電極１２，１４を挟む位置に設けられている。したがって、一対のシールド電極１２，１４と一対のシールド層９，１５は、参照電極１３を囲むように配置され、かつ電気的に接続される。シールド電極１２，１４は、前記のように接地されるので、一対のシールド電極１２，１４と一対のシールド層９，１５は、参照電極１３の電磁的なシールドとなる。

そして、参照電極１３の下端１３ａ近傍で、シールドから突出する部分が、参照用測定部２５となり、シールドされている部分が信号導通部２６とされる。参照用測定部２５は、駆動電極１１と、容量素子を形成する。その静電容量は、参照用測定部２５及び駆動電極１１の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。参照用測定部２５の長さは、所定の距離ｒ２から所定の距離ｒ１を引いた長さであり、このときの静電容量（誘電率）の値が、液面レベルを測定する際の参照値になる。そして、信号導通部２６は、その上端が測定回路３に接続され、参照用測定部２５で発生する所定の信号を測定回路３に入力する役割を担う。

なお、各電極１０，１１，１２，１３，１４と、シールド層９，１５とは、所定の厚さの導電性材料を貼り付けられたフィルム４，５，６において導電材料を部分的にエッチングして形成されている。また、センサ部２の拡幅部分８では、各電極１０，１１，１２，１３，１４の配置間隔も、第一シールド電極１２を中心にして長くなっている。

図１に示すように、測定回路３は、例えば、方形の交流信号を生成する発振回路３１を有している。この発振回路３１は、３つのインバータ３２，３３，３４からなる直列回路と、この直列回路の入力端及び出力端に接続された抵抗３５と、インバータ３２の入力端及びインバータ３３の出力端に接続されたコンデンサ３６とを有している。そして、直列回路の出力端は、センサ部２の駆動電極１１に接続されている。
また、測定回路３は、測定電極１０に一端が接続された抵抗３７及びアナログスイッチ３８を有している。さらに、測定回路３は、参照電極１３に一端が接続された抵抗３９及びアナログスイッチ４０を有している。抵抗３７，３９のそれぞれの他端は、接地されている。アナログスイッチ３８，４０は、ローパスフィルタ４１に接続されている。また、各アナログスイッチ３８，４０のコントロール端子は、発振回路３１に接続されており、発振回路３１の出力波形に応じて、スイッチのＯＮ又はＯＦＦが切り替えられる。

ローパスフィルタ４１は、アナログスイッチ３８に一端が接続されたコンデンサ４２と、抵抗４３とを有し、抵抗４３の他端にはコンデンサ４４と、抵抗４５と、コンデンサ４６とが接続されている。さらに、ローパスフィルタ４１は、アナログスイッチ４０に一端が接続されたコンデンサ４７と、抵抗４８とを有し、抵抗４８の他端にはコンデンサ４９と、抵抗５０と、コンデンサ４６とが接続されている。そして、このローパスフィルタ４１の出力は、差動増幅回路５１に接続されている。なお、コンデンサ４２，４７、コンデンサ４４，４９、抵抗４５，５０は、それぞれの他端は接地されている。コンデンサ４６は、抵抗４３と抵抗４８のそれぞれの他端に介装されている。

差動増幅回路５１は、主に、３つのオペアンプ５２，５３，５４から構成されている。オペアンプ５２の非反転入力端子には、ローパスフィルタ４１の測定電極１０側の出力が接続される。このオペアンプ５２の出力端子と反転入力端子とは、抵抗５５を介して接続されており、負帰還ループが形成されている。さらに、オペアンプ５２の出力端子は、抵抗５６を介してオペアンプ５４の反転入力端子に接続されている。また、オペアンプ５２の反転入力端子は、抵抗５７及び可変抵抗５８を介して、オペアンプ５３の反転入力端子に接続されている。
オペアンプ５３の非反転入力端子には、ローパスフィルタ４１の参照電極１３側の出力が接続される。このオペアンプ５３の出力端子と反転入力端子との間にも抵抗５９が介装されている。さらに、オペアンプ５３の出力端子は、抵抗６０と抵抗６１のそれぞれに接続されている。抵抗６０は接地されており、抵抗６１はオペアンプ５４の非反転入力端子に接続されている。

オペアンプ５４の出力端子には、抵抗６２の一端が接続されている。この抵抗６２は、他の制御回路に接続されており、ここから基準位置ｈ０から液面までの距離（液面レベル）に応じた信号が出力される。なお、この抵抗６２の他端とオペアンプ５４の反転入力端子との間には、抵抗６３とコンデンサ６４とが並列に接続されている。

次に、この液面レベルセンサの動作について説明する。なお、図１に示す容器１の内面には、センサ部２が固定されているものとする。ここにおいて、センサ部２は、各電極１０，１１，１２，１３，１４の長さ方向と、容器１の鉛直方向とを一致させてあり、センサ部２の先端と容器１の底面とが接触させてあることが望ましい。

まず、容器１には、図２に示すように距離ｒ２に等しい高さ（基準位置ｈ０）まで液体が入っているものとする。この状態で、発振回路３１が駆動用の交流信号を生成し、駆動電極１１に入力する。交流信号は、駆動電極１１から、空気及び液体を媒体として、測定電極１０、第一シールド電極１２、シールド層９，１５、参照用測定部２５に伝播する。なお、第一シールド電極１２及びシールド層９，１５がアースされているので、参照電極１３のうち、信号導通部２６には、信号は伝播されない。
測定電極１０には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量、つまり液面レベルに応じた受信電圧（受信信号）が発生する。この受信電圧が、測定回路３のアナログスイッチ３８に入力される。また、参照用測定部２５には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量に応じた受信電圧（受信信号）が発生する。この受信電圧が、測定回路３のアナログスイッチ４０に入力される。

ここで、アナログスイッチ３８，４０は、発振回路３１の駆動交流に応じて、スイッチの断続を切り替えるので、測定電極１０の受信電圧と、参照電極１３の受信電圧とが同期検波される。アナログスイッチ３８，４０で同期検波された各受信電圧は、ローパスフィルタ４１に入力され、余分な交流成分が取り除かれ、直流成分が取り出される。さらに、差動増幅回路５１に入力され、増幅された後に、測定電極１０の受信電圧から、参照値となる参照電極１３の受信電圧を減じた差に比例した信号が出力される。なお、測定電極１０と駆動電極１１との液体に浸漬している部分の間の誘電率と、測定電極１０と参照電極１３の参照用測定部２５の間の誘電率とは、同じ値である。

さらに、容器１内の液体の量が増えて、液面が基準位置ｈ０を超えて上昇すると、駆動電極１１と測定電極１０との間の静電容量は、液面レベルに略比例して増加する。これに対して、参照電極１３は、基準位置ｈ０を越える部分がシールド電極１２，１４及びシールド層９，１５にシールドされているので、基準位置ｈ０に相当する静電容量から変化しない。前記のように、センサ出力は、測定電極１０側の静電容量に基づく信号と、参照電極１３側の静電容量に基づく信号の差に比例する。したがって、液面レベルが上昇すると、これに比例して増加する。

また、基準位置ｈ０以上の領域では、液面レベルが下降すると、駆動電極１１と測定電極１０との間の静電容量は、減少する。これに対して、基準位置ｈ０以上の領域では、駆動電極１１と参照電極１３との間の静電容量は、液面レベルが下降しても変化しない。したがって、センサ出力は、液面レベルが下降すると、これに比例して減少する。
このように、センサ出力は、参照用測定部２５の受信電圧を基準として、液面レベルに略比例した大きさの信号になる。したがって、信号の大きさから液面レベルの絶対値がわかる。

図２に示す構成の液面レベルセンサを用いて実測した液面レベルと、静電容量との関係の一測定例を、図４に示す。測定に使用したセンサ部２は、液晶ポリマ製のフィルム４，５，６，７を用い、その厚さは２５μｍ、幅は約１１ｍｍ、長さは５０ｍｍとした。各電極１０，１１，１２，１３，１４は、銅製で、幅を約１ｍｍ、厚さを１２５μｍとした。また、駆動電極１１の中心と測定電極１０の中心との間の距離を約１．８ｍｍとし、駆動電極１１の中心と第一シールド電極１２の中心との間の距離を約１．８ｍｍとした。さらに、駆動電極１１の中心と参照電極１３の中心との間の距離を約３．６ｍｍとした。参照電極１３がシールド電極１２，１４から突出する長さを約１ｍｍとした。そして、駆動電極１１及び測定電極１０並びに参照電極１３の下端１０ａ，１１ａ，１３ａからセンサ部２の先端２ｂまでの距離は約０．５ｍｍとした。
そして、以上の構成の液面レベルセンサを、容器１内の純水の液面レベルを測定した。なお、センサ部２の先端２ｂを容器１の底面に位置させ、センサ部２の基端２ａを容器１上部側に向けて、ほぼ鉛直に容器１内面に取り付けて測定した。

図４において、縦軸は静電容量であり、横軸は液面レベルである。液面レベルは、−１０ｍｍのときが、容器が空の状態を示し、０ｍｍのときが、図２に示す基準位置ｈ０に相当する高さに液面があることを示す。また、ラインＬ１は、駆動電極１１と測定電極１０との間の静電容量の変化を示す。ラインＬ２は、駆動電極１１と参照電極１３の参照用測定部２５との間の静電容量の変化を示す。
ラインＬ２に示すように、駆動電極１１と参照電極１３との間の静電容量は、０ｍｍを超えて５５ｍｍまで、約０．５ｐＦである。これに対して、ラインＬ１に示すように、駆動電極１１と測定電極１０との間の静電容量は、０ｍｍから５５ｍｍまで、液面レベルの増加に略比例して増加している。したがって、それぞれの静電容量の値を測定することで、液面レベルを精度良く測定することができる。なお、０ｍｍにおいて、ラインＬ１の静電容量の値よりも、ラインＬ２の静電容量の値が小さいのは、駆動電極１１から測定電極１０までの距離よりも、駆動電極１１から参照電極１３までの距離の方が長いからである。

この実施の形態によれば、参照電極１３のうち、参照用の静電容量を測定する部分だけを露出し、液体に浸漬される他の部分（図２において拡幅部８よりも下側）をシールドしたので、レファレンスとして用いる静電容量を精度良く測定できる。さらに、シールドされていない部分、つまり参照用測定部２５を参照電極１３の下端部分で、容器１の底面近傍に配置したので、レファレンスとして用いる静電容量を測定しやすい。したがって、少ない液量からでも液面レベルを精度良く測定できる。ここで、液面レベルは、基準位置ｈ０からの距離として求められるが、基準位置ｈ０は、液面レベルセンサの容器１への取り付け位置が決まれば既知の値になるので、容器１の底面から液面までの絶対値を簡単に求めることができる。
また、測定電極１０と参照電極１３とが、駆動電極１１を共有し、３本の電極で液面レベルを測定するので、液面レベルセンサの小型化が可能である。また、電極１０，１１，１３を吸水率の小さいフィルム４，５，６，７で、覆ったので、電極１０，１１，１３と液体との接触を防止できる。

さらに、センサ部２は、フィルム４，５，６，７を積層させた長尺フィルム型としたので、取り扱いが容易である。特に、複数の電極１０，１１，１２，１３，１４間の距離を常に一定に保ち易い。また、参照電極１３のシールドを立体的に構成したので、参照電極１３の信号導通部２６の略全周をシールドすることができる。したがって、基準位置ｈ０よりも液面レベルが高いときに、参照電極１３を確実にシールドでき、液面レベルの測定精度を向上できる。なお、シールドの長さを調整することで、基準位置ｈ０を調整することができる。
そして、駆動電極１１から測定電極１０までの距離と、駆動電極１１から第一シールド電極１２までの距離とを略同一にしたので、駆動電極１１に付加した交流信号を他の電極１０，１２などに略均等に伝播させることができ、測定誤差の発生を防止できる。

また、この液面レベルセンサの適用例としては、ＰＤＡ（電子手帳）、コンピュータ、携帯電話などの携帯端末装置の電源、又は車両の駆動源として開発されている燃料電池において、燃料を貯蔵する容器や、廃液を貯蔵する容器の貯蔵量（残量）を検出するために適用することができる。参照電極１３で測定するレファレンス用の静電容量を精度良く測定できるので、純粋なメタノールや、蟻酸とホルムアルデヒドの混合液など、誘電率の異なる液体が容器に入れられた場合であっても、確実に液面レベルを検出することができる。また、この液面レベルセンサは、洗濯機や、食器洗い機、電気ポット、浴槽など、容器内に水などの液体が貯蔵されるものに適用しても良い。

ここで、液面レベルセンサは、レファレンスの静電容量を精度良く測定できるので、基準位置ｈ０を確実に検出することができる。また、液面レベルセンサの出力から、液面レベルと基準位置ｈ０の比が容易に演算できる。このため、液面レベルが基準位置ｈ０に達したら（前記の比が１に相当）、警告を発するような制御が可能になる。また、液面レベルセンサを廃液などの貯蔵タンクに取り付ける際には、液面レベルが所定位置に達したことを、センサ出力の値から容易に判定できるので、タンクが満杯になる前に警告を発するような制御が可能になる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに、広く応用することができる。
例えば、インピーダンスが、液体に浸漬した電極面積に比例することを利用し、静電容量の上位概念であるインピーダンスを測定して、液面レベルを検出するように電流検出回路及び電圧検出回路を備えた測定回路としても良い。
また、測定回路３において、アナログスイッチ３８，４０と発振回路３１との間に、信号の位相を９０°ずらす移相回路７０（図１参照）を介装させても良い。駆動波形に対して位相が９０°ずれる受信電圧の信号強度の大きい位相部分でデータ処理することが可能になるので、より高感度化が図れる。
さらに、フィルム４，５，６，７は、最外層であるカバーフィルム４，７のみが吸水性のない材料、又は吸水性が殆どない材料を用いても良い、さらに、フィルムの外表面をガラスコーティングすることや、他の防水材料でさらに覆うことで、吸水を防止しても良い。
そして、シールド電極１２，１４の間に、参照電極１３の駆動用の電極を設けても良い。この駆動用の電極を、駆動電極１１と同じ発振回路３１に接続すると、２対の電極で液面レベルを測定することが可能になる。

本発明の実施の形態における液面レベルセンサの全体構成図である。 液面レベルセンサのセンサ部を示す図である。 液面レベルセンサのセンサ部の分解斜視図である。 液面レベルセンサの実測値の一測定例を示す図である。

符号の説明

２ センサ部
３ 測定回路
４，７ カバーフィルム（絶縁フィルム）
５ 第一絶縁フィルム（絶縁部材）
６ 第二絶縁フィルム（絶縁部材）
９，１５ シールド層
１０ 測定電極
１０ａ，１１ａ，１３ａ 下端（先端）
１１ 駆動電極（測定信号供給電極）
１２ 第一シールド電極
１３ 参照電極
１４ 第二シールド電極
２５ 参照用測定部
ｒ１，ｒ２ 距離
ｈ０ 基準位置

Claims (8)

1. 液体が収容される容器内に配置され、所定の信号が入力される測定信号供給電極と、前記測定信号供給電極から所定距離をおいて配置され、液面の高さに応じて変化する電気特性を測定する測定電極と、前記測定信号供給電極及び前記測定電極の間の電気特性を測定するにあたり、前記電気特性の参照値を取得する参照電極とを含み、前記参照電極の一部が電磁的にシールドされていることを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記参照電極は、測定回路に接続される信号導通部の先端に、前記参照値を測定する参照用測定部を備え、前記信号導通部が電磁的にシールドされていることを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
3. 前記測定信号供給電極と、前記測定電極と、前記参照電極と、前記参照電極のシールドとを防水性の絶縁フィルムで覆ったことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液面レベルセンサ。
4. 前記参照電極は、絶縁部材上に設けられており、前記参照電極のシールドは、前記絶縁部材上に前記参照電極に沿って、その両側に設けられた一対のシールド電極と、前記絶縁部材を挟むように設けられた一対のシールド層とを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液面レベルセンサ。
5. 前記測定電極と前記測定信号供給電極との間の距離は、一方の前記シールド電極及び前記シールド層と前記測定信号供給電極との間の距離に略等しいことを特徴とする請求項４に記載の液面レベルセンサ。
6. 前記測定信号供給電極、前記測定電極、前記参照電極のそれぞれの先端位置を揃えたことを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
7. 前記参照電極は、その先端部分を除いた部分であって、少なくとも液体に浸漬され得る部分がシールドされていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液面レベルセンサ。
8. 前記測定電極及び前記測定信号供給電極並びに前記参照電極が、互いに近接して配置され、かつ各電極が長尺型の絶縁フィルムで覆われた長尺フィルム型とされてなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の液面レベルセンサ。
   
   

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