JPH0244375B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄積容器などにおける材料のレベルを
示すためのシステムに関し、特に材料のレベルを
材料の静電容量の関数として示す型式の改良され
たシステムに関する。

〔従来の技術〕

静電容量型プローブを用いて、容器内の静電容
量の変化に応じて材料レベルを測定するレベル測
定装置については、例えば特開昭48−25562号な
どに公知である。しかし、静電容量は動作環境に
より変化するものであり、かかる材料レベル測定
装置によつては正確な材料レベルの測定は困難で
あつた。

動作環境による変化する静電容量にも拘わら
ず、正確な材料レベルを測定する試みが行われ、
例えば、実願昭50−59635（実開昭51−139657号）
には、常時被測定液体中に浸漬される基準静電容
量と、液面の変化に応じて浸漬割合が変化し静電
容量が変化する検出静電容量とを比較し、共振回
路により材料レベルを測定する液面検出装置が開
示されている。しかし、該基準静電容量は固定的
であり、動作環境により著しく変化する静電容量
に対応していくには、不十分であり、より動作環
境に即応し、より正確な材料レベルを検出する試
みが行われていた。

上記のように、静電容量プローブを利用した材
料レベル検出器は、様々な作動環境において使用
され、その作動環境に応じて作動特性が著しく変
化するものである。すなわち検出される静電容量
は、静電容量プローブに被覆される材料、レベル
が検出される材料自体の導電性などの影響を受
け、特に材料自体の導電性は、その作動環境の変
化による影響を被りやすい。従つて、かかる作動
環境の変化に応じて、基準静電容量を再校正する
ことが可能であれば、より正確な材料レベルの検
出が可能であり、しかもかかる校正モードは自動
的に行われることが好ましいものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従つて本発明の課題は、製造コストが安く、
様々の作動環境下において、高信頼性をもつて、
長期にわたり作動可能な、著積容器などの材料レ
ベルを表示するためのシステムを提供するにあ
る。

さらに本発明の課題は、様々な適用環境条件に
不慣れな人であつても、その現場で簡単に校正可
能なタイプの材料レベル表示システムを提供する
にある。またさらに、これに関連して、熟練して
いないオペレータによつても、現場において迅速
かつ自動的に再校正が可能なタイプの材料レベル
表示システムを提供するにある。

さらに本発明の別な目的は、静電容量プローブ
上に被覆される材料の影響および／又はその検知
される材料の導電性又はその導電性における変動
の影響に左右されない静電容量型材料レベル表示
システムを提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば、
容器内の材料レベルの関数として、静電容量の変
動に応動するように前記容器内に設けられている
静電容量プローブを含む共振回路と；前記静電容
量プローブを含む前記共振回路に連結されている
発振器手段と；プローブの静電容量の関数として
前記発振器手段での位相角の変動に応動する位相
検出手段と；前記容器内の所定の材料レベルを示
す基準静電容量を同定するための校正手段と；さ
らに、前記位相検出手段および前記校正手段に応
動して、前記プローブの静電容量と前記基準静電
容量との間における差の関数として、前記容器内
の材料レベルを表示するための手段とから成る、
容器内の材料のレベルを表示するためのシステム
において：前記校正手段が；前記位相検出手段に
応動する位相検出手段からの第１の入力と、基準
手段からの第２の入力と、さらに前記第１および
第２の入力の間の比較値に応動する出力とを備え
た比較手段と；前記第２の入力に接続され、前記
基準静電容量を示す基準手段と；さらに、前記共
振回路又は前記基準手段の動作特性を変えるため
の手段とを含み；前記比較手段の出力が前記動作
特性を変えるための手段に接続され、前記第１お
よび第２の入力間の所定の比較値を得ることを特
徴とする、静電容量型材料レベル表示器が提供さ
れる。

すなわち、本発明は、容器内における材料のレ
ベルをその材料の静電容量の関数として示すため
のシステムを意図し、その容器内における材料の
レベルの関数として静電容量の変動に応動するよ
うにその容器内に設けられた静電容量プローブを
含む共振回路と、その静電容量プローブを含む共
振回路に連結された出力を持つ発振器と、プロー
ブ静電容量の関数としてその発振器出力における
位相角の変動に応動する位相検出器と、その容器
内の所定の材料レベルを示す基準静電容量を同定
するための校正回路と、そしてその位相検出器お
よび校正回路に応動して、そのプローブの静電容
量と基準静電容量との間における差の関数として
その容器内での材料レベルを表示するための出力
回路とから成つている。同定回路は、位相検出器
に応動する第１の入力と基準静電容量を示す第２
の入力とを備えた比較器を含んでいる。システム
の動作特性をいわゆる校正動作中に変化させるこ
とが可能であり、比較器により、好ましくは概ね
共振回路の共振により、所定の比較値を得ること
ができる。さらに好ましくは、上記同定回路は、
校正動作の開始に際し自動的に作動し、比較器に
対する基準入力の共振回路の共振特性のようなシ
ステムの動作特性を変えることが可能であり、こ
のようにして、共振に関し所望の予め決められた
動作を得ることができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について、添付図面を参
照しながら詳述する。

第１図は、本発明に基づく材料レベル表示器の
好適な実施例を示す。RF発振器１０の第１の出
力から、周期信号が、移相（90゜）増幅器１２に
送られる。増幅器１２からの正弦波出力は、調整
可能な並列LC共振回路１４に接続されている。
共振回路１４は蓄積容器２２の側壁に取付けられ
たプローブアセンブリ２０（第１および第６図）
のプローブ導体１８に接続されている。増幅器１
２の出力は、又、低い出力インピーダンスを持つ
単位利得増幅器２４を通して、プローブアセンブ
リ２０の保護シールド２６に接続されている。固
体材料蓄積容器又は液体蓄積タンクである。容器
２２の壁は接地されている。周知の通り、プロー
ブ導体１８と容器２２の接地された壁との間の静
電容量は、容器内に蓄積される材料２８のレベ
ル、及びその材料の誘電率により変動する。この
静電容量の変動は、当該装置の他の電子回路によ
り検知され、材料レベルに関する所望の表示が得
られる。保護シールド２６は、プローブ導体１８
と増幅器２４により概ね等電位、等位相に励起さ
れるが、この保護シールド２６により、プローブ
表面上に被覆された材料を通した、プローブのエ
ネルギ漏れが防止され、プローブからのエネルギ
放射が容器内に限定されるため、蓄積された材料
レベルに対するより緊密な応動が得られる。

増幅器１２の正弦波出力は、零交差検出器３０
を通して、位相検出器３２の一方の入力に送られ
る。位相検出器３２は、発振器１０の第２の出力
より、方形波である第２の入力を受信する。この
方形波は、増幅器１２に送られた発振器の第１の
出力とは180゜位相がづれている。位相検出器３２
の第１の出力は、それぞれの入力間の位相関係に
比例したレベルの直流信号であり、この第１の出
力は、自動校正回路３４へと供給される。位相検
出器３２の第２の出力も、入力位相関係を示す直
流信号であり、この第２の出力は、スレツシヨル
ド検出器３６の一方の入力へ送られる。このよう
に位相検出器３２の出力は同一のものであるが、
後述する理由のため、相互に効果的に分離されて
いる。自動校正回路３４は、調整可能なLC共振
回路１４に制御入力を送り、共振回路１４は、発
振器１０から調整用の第２の入力を受信する。自
動校正回路３４は、他方でスレツシヨルド検出器
３６に基準入力を送る。スレツシヨルド検出器３
６の出力は、材料レベル表示回路３８を通して、
容器内の材料レベルを、所望に応じて、制御及
び／又は表示するための外部回路へと送られる。

一般に自動校正回路３４は、接続されたオペレ
ータ用押釦４０により起動される校正モードの際
に、共振回路１４の共振特性を調整するように機
能し、このようにして自動校正モードの間に、容
器２２内に存在する所定の材料条件に適つた静電
容量レベルが検知される。好ましくは、容器２２
内の材料は、初めに（図示しない手段により）、
プローブアセンブリのレベルにまで充填され、そ
の後材料がプローブアセンブリのレベルから離隔
するように下降し、その静電容量レベルの変化が
検知される。他方、材料２８が通常はプローブア
センブリを覆うようなタイプの配置の場合には、
プローブ上を材料が覆つている状態が通常状態な
ので、これが校正操作の場合に考慮される。

材料レベルが下降すると、オペレータは釦４０
を押して自動校正モードを開始させる。回路１４
の共振特性は、共振回路１４および静電容量プロ
ーブ１８の並列組合せが位相検出器３２への発振
器基準入力に対して予め選ばれた位相関係を持つ
ことを位相検出器３２の出力が示すまで、校正回
路３４によつて自動的に変えられ又調整される。
この位相関係は、自動校正回路３４において材料
レベルが低いことを示すために使用される基準静
電容量レベルに対応している。

その後、正常動作モード中、位相検出器３２の
出力は、スレツシヨルド検出器３６において、基
準静電容量レベルを示している校正回路３４から
の基準入力と比較される。スレツシヨルド検出器
３４は、その検知された材料の静電容量が、所定
量だけ基準静電容量レベルを超える場合に、出力
を材料レベル表示回路３８に送る。上記所定量
は、材料の誘電率の関数として予め設定される。
第１図に示すように、プローブ２０が容器２２の
上部に載置された場合には、プローブに近接する
ことが、タンクの満杯状態を示すことになる。他
方、プローブ２０がタンクの下部に配置される場
合には、材料は通常はプローブ２０に近接、すな
わちプローブを覆つているので、かかる状態が変
化した場合が、タンクの空状態を示すことにな
る。

第２図は、自動校正回路３４および調整可能な
LC共振回路１４の好ましき実施例を例示してい
る。共振回路１４は、固定されたコンデンサ４２
とインダクタンス４４を含み、これらは、増幅器
１２の出力を横切つて、すなわち、増幅器１２の
出力と接地との間で、プローブ導体１８と並列に
接続されている。インダクタンス４４は、複数の
誘導子コイルすなわち巻線を含み、該誘導子コイ
ルは、誘導子コイル巻線間の電気的に隔置された
位置に多くの接続タツプを備えている。複数の固
定されたコンデンサ４６ａ〜４６ｆは各々、イン
ダクタンス４４上の対応する接続タツプと電気的
接地との間において、それぞれ別個に制御される
電子スイツチ４８ａ〜４８ｆに直列に電気的に接
続されている。スイツチ４８ａ〜４８ｆは何等か
の適当な電子スイツチを含み、制御入力のない状
態では通常開放している。デジタルカウンタ５０
は発振器１０からの計数入力を受信し、そして
各々がカウンタ５０に蓄えられている計数の対応
するビツトを示す複数の並列デジタル出力を出力
する。カウンタ５０の各データビツト出力は、対
応する電子スイツチ４８ａ〜４６ｆに接続され、
カウンタの出力ビツト状態の関数として、共振回
路１４の対応するコンデンサ４６ａ〜４６ｆの選
択的な接続又は切り離しが行われる。

第２図に示す本発明の好適な実施例の特徴によ
ると、コンデンサ４６ａ〜４６ｆの静電容量値お
よびインダクタンス４４の接続タツプを分離して
いるコイル巻回数は、各コンデンサ４６ａ〜４６
ｆによつて並列LC共振回路１４に加えられる有
効な静電容量が、その対応するカウンタ出力の数
値の重みに対応するように選択される。すなわ
ち、仮に、カウンタ５０が、数値の重みの逆順序
でスイツチ４８ａ〜４８ｆに接続された出力を持
つ２進カウンタである場合には、コンデンサ４６
ｅ，４６ｆの値およびその間でのインダクタンス
４４における巻回数は、固定のコンデンサ４２お
よびプローブ２０と並列に接続されている有効な
静電容量がスイツチ４８ｆのみが閉じられたとき
に比してスイツチ４８ｅのみが閉じられたときに
は２倍となるように選ばれる。同様にして、スイ
ツチ４８ａおよびコンデンサ４６ａによつて加え
られる有効な静電容量はコンデンサ４６ｆおよび
スイツチ４８ｆの有効値の32倍である。上の記載
から解るように、インダクタンス４４はそのイン
ダクタンスコイル間の対応する接続点の関数とし
て各コンデンサ４６の有効な静電容量を確立する
ように単巻変圧器として機能している。１つのタ
ツプに２又はそれ以上のコンデンサが接続される
場合には、コンデンサ接続タツプの数はコンデン
サ４６ａ〜４６ｆの数よりも少なくなる。共通タ
ツプに接続されるコンデンサの値は、カウンタ５
０からの制御ビツトの重みに対応して、概ね２の
倍数だけ相違する。

第２図に例示される自動校正回路３４は、ワン
シヨツト回路５２を含み、このワンシヨツト回路
５２は、オペレータ押釦４０からの入力を受信
し、共振回路１４内のカウンタ５０のリセツト入
力へと出力を送り、自動校正モードを起動させ
る。差動比較器５４は、位相検出器３２の出力に
接続される反転入力と可変抵抗器５６のワイパに
接続される非反転入力とを有している。抵抗器５
６は直流電位源を横切つて接続されている。比較
器５４の出力は共振回路１４のカウンタ５０の可
能化入力に接続されている。比較器５４の出力は
又、抵抗器５７を通して、電子スイツチとして機
能するNPNトランジスタ５８のベースに接続さ
れ、トランジスタ５８のエミツタ及びコレクタ
は、直流電位源を横切つてLED６０、抵抗器６
１およびオペレータの押釦４０と直列に接続され
ている。比較器５４４の非反転入力は調整可能な
抵抗器６２を通してスレツシヨルド検出器３６
（第１及び第３図）にも接続されている。

押釦４０がオペレータによつて押されると、カ
ウンタ５０がクリアすなわちリセツトされて自動
校正動作が開始する。コンデンサ４６はすべて共
振回路１４から切り離される。プローブ上に被覆
される材料のために、「インダクタンス」側での
共振が概ね除去され、位相検出器３２から比較器
５４への出力は高くなる。従つて、差動比較器５
４は、カウンタ５０の可能化入力およびトランジ
スタ５８のベースに対し、低い出力を供給するの
で、トランジスタ５８は非導通状態にバイアスさ
れ、LED６０は無励起状態にされる。カウンタ
５０がリセツトされてそして可能化されると、発
振器１０からのパルス化された計数入力がカウン
タ５０の計数を進め、それにより、各種コンデン
サ４６ａ〜４６ｆを、スイツチ４８ａ〜４８ｆに
より制御に従つて、並列LC共振回路へと連続且
つ選択的に接続する。前述の通り、各コンデンサ
の接続により得られる有効静電容量は、カウンタ
５０の対応するビツトの数値の重みに直接関連
し、かつ比例している。

コンデンサ４６はインダクタンス４４、コンデ
ンサ４２およびプローブ２０に並列に接続され、
この並列の組合せが発振器１０の周波数の共振に
接近するにつれ、位相検出器３２の出力は、基準
レベルに向け減少する。この基準レベルは、差動
比較器５４の非反転入力側の可変抵抗器５６の設
定により決定される。抵抗器５６は、被覆がプロ
ーブ２０になくそしてすべてのコンデンサ４６ａ
〜４６ｆが回路に接続された低レベル、すなわち
“空容器”の公称静電容量で、回路１６が共振す
る状態に、工場においてセツトされるのが好まし
い。プローブ２０における空タンクの静電容量
は、例えば、15pFである。位相検出器３２の出
力が、比較器５４への基準静電容量のレベルを示
す入力に到達すると、すなわち、LC共振回路の
共振状態に概ね到達すると、差動増幅器５４の出
力は高い状態すなわち論理１の状態へと切換わ
る。カウンタ５０は以後の動作を停止し、そして
LED６０が照明し、校正動作が完了したことが
オペレータに表示される。これに従い、オペレー
タはスイツチ４０を開放する。このようにして、
共振回路は、すべてのコンデンサ４６ａ〜４６ｆ
が回路内に接続され、プローブが覆われない状態
で、共振状態にあるように設定される。自動校正
動作は、プローブ上の被覆、ケーブルの静電容
量、タンクの幾可学的構造、寄生静電容量、プロ
ーブ挿入長さおよび回路の動作特性の変動を補償
するために並列共振回路から１つ又はそれ以上の
サンデンサ４６ａ〜４６ｆを除去するように機能
する。

上述の（および以下に記述される）回路はすべ
て商用電源によつて励起される適当な電源から給
電される。好ましくは、調整可能なLC共振回路
１４はバツテリ６４をさらに含み、該バツテイリ
は、直流電源に並列な阻止ダイオード６６，６８
を介して、カウンタ５０の電源入力端子に接続さ
れ、電源の故障に際しても、その校正の計数を維
持することができる。

さて第３図を参照するに、スレツシヨルド検出
器３６は、作動比較器７０を含み、この作動比較
器７０は、位相検出器３２（第１図）の第２の入
力に接続されている反転入力と、調整可能な抵抗
器６２（第２図）を通して基準−表示調整可能な
抵抗器５６に接続される非反転入力とを有してい
る。比較器７０の反転入力と接地との間には、１
対のコンデンサ７２，７４が対応するジヤンパ７
６，７８を通して接続されている。第３のコンデ
ンサ７５は比較器７０の反転入力と接地との間に
接続されている。コンデンサ７２，７４，７５お
よびジヤンパ７６，７８は、過度状態により材料
レベルの誤つた表示がなされないように、スレツ
シヨルド検出器３６の動作に対し、工場で又は現
場で選択可能な遅延を与える。位相検出器の出力
は、前述のように、相互に隔絶されているので、
遅延用コンデンサ７２，７４，７５は校正モード
における動作に影響しない。比較器７０の非反転
入力と接地との間には、１対の抵抗器８０，８２
が対応のジヤンパ８４，８６を介して接続されて
いる。第３の抵抗器８７は非反転比較器入力と接
地との間に直接接続されている。抵抗器８０，８
２，８７とジヤンパ８４，８６と、さらに抵抗器
６２（第２図）とを、工場又は現場で適当に調整
することにより、抵抗器５６（第２図）により設
定される基準と、プローブ２０が表示しようとす
る材料−近似材料レベルとの間で、スレツシヨル
ド検出器３６により検知される静電容量差を調整
することができる。

さらに、プローブアセンブリ２０は、第１図に
示す場合には、容器２２の上部に載置されるの
で、材料が低レベルにある場合の抵抗器５６の基
準レベルに相当するプローブ２０の静電容量レベ
ルとタンクが満杯のときの静電容量との間の差異
は、材料レベルが静電容量プローブに接近し上昇
したことに起因する静電容量の増加分に相当す
る。抵抗器８０，８２，８７およびジヤンパ８
０，８４により、低および高材料レベル状態間に
おいて検知さるべき静電容量差が効果的に選択さ
れる。セメントのような低誘電率の材料に対して
は、ジヤンパ８４，８６は開放され、例えば、
4pFの静電容量差に相当するスレツシヨルドレベ
ルが抵抗器６２，８７によつて設定される。アセ
トンのような中間の誘電率の材料に対して、ジヤ
ンパ８４は付加され、並列された抵抗器８０，８
７により、例えば、上記と同じ材料レベル高さに
対し、8pFのより高い静電容量差が設定される。
さらに高い静電容量差は、ジヤンパ８４を開放
し、ジヤンパ８６を付加することにより設定され
る。グリセリンのような比較的高い誘電率の材料
に対しては、ジヤンパ８４，８６の双方が接続さ
れるので、並列される抵抗器８０，８２，８７
は、例えば20pFの最大の静電容量差に設定され
る。

位相検出器３２からの出力が、前述の自動校正
モードにより設定された概ね空に近いタンクの共
振点から、抵抗器５６，６２，８０，８２およ
び／又は８７により設定されたレベルへ減少する
場合に、差動比較器７０の出力は、低レベルすな
わち論理０から高レベルすなわち論理１へと切り
換わり、それによりプローブアセンブリに材料が
接近したことが表示される。比較器７０の出力と
その非反転入力との間には抵抗器８８が接続され
ていて、比較器の動作にヒステリシスを生じさ
せ、それにより、境界線付近の材料レベル状態
で、比較器出力が断続的に切り換わるのが回避さ
れる。差動比較器７０の出力は、材料レベル表示
回路３８の排他的ORゲート９０の一方の入力に
接続されている。ゲート９０の第２の入力は、ジ
ヤンパ９２を通して正の電圧源と、さらに抵抗器
９４を通して接地とに接続されている。ゲート９
０の出力は、抵抗器９５を通して、電子スイツチ
として機能するNPNトランジスタ９６のベース
に接続され、ゲート９０の出力が高レベルすなわ
ち論理１を取つた場合に、抵抗器９９を通して
LED９８を照明すると同時に、リレーコイル１
００を励磁する。リレーコイル１００と連動する
接点１０２は、前述の通り、端子ブロツク１０４
の対応する端子に接続され、外部回路へ接続され
る。

ジヤンパ９２および抵抗器９４はゲート９０と
協働して、材料レベル表示回路３８の低レベルフ
エールセーフ動作又は高レベルフエールセーフ動
作のいずれかを選択する。すなわち、ジヤンパ９
２および抵抗器９４はゲート９０と協働して、高
レベルの状態（材料がプローブ２０に近い）か又
は低レベルの状態（材料がプローブ２０から離隔
している）かのいずれかにおいて、リレーコイル
１００を無励磁にする。この様にして、その選択
された高レベルの状態か又は低レベルの状態が、
リレーコイル１００が電源の故障などにより無励
磁された場合にも、実際の材料レベルとは無関係
に、その外部回路装置に表示される。前述の通
り、比較器７０の出力は、材料２８がプローブ２
０に近いとき（第１図）、高いレベルすなわち論
理１の状態を取る。低レベルのフエールセーフ動
作が必要な場合、すなわちリレー１００が低い材
料レベルを示すために無励磁される場合には、ジ
ヤンパ９２が開放され、ゲート９０の第２の入力
に低レベルすなわち論理０の電圧レベルが置かれ
る。この構成において、ゲート９０の出力は、比
較器７０からの第１の出力に従い、材料がその静
電容量プローブに近い場合には常にLED９８を
照明し、リレーコイル１００を励磁し、また材料
がプローブから離隔する（低レベル）場合には、
LED及びリレーコイルを無励磁にする。他方、
高レベルのフエールセーフ動作が必要な場合に
は、ジヤンパ９２が接続され、ゲート９０の第２
の入力に高レベルすなわち論理１の電圧レベルが
置かれる。そのため、ゲートの出力は比較器７０
からの第１の入力とは反対のものとなり、材料レ
ベルがプローブから離隔位置にある場合（低レベ
ル）に、LED９８が照明され、リレーコイル１
００が励磁されるが、材料がプローブに近い場合
（高レベル）には、LED及びリレーコイルは共に
無励磁状態に置かれる。

第４および第５図は、本発明に基づく回路の別
の実施例を示している。第４および第５図には、
上記実施例との相違点のみが例示されており、以
下の記述もその範囲に限られる。第４図の修正で
は、上記実施例における調整可能なLC共振回路
は、調整不能な共振回路に代替される。この調整
不能な共振回路は、固定されたコンデンサ１０４
と固定されたインダクタンス１０２から構成さ
れ、これらは相互にかつプローブ２０に並列され
ている。コンデンサ１０４とインダクタンス１０
２とは、例えばプローブ２０（材料に覆われてい
ない）の15pF程度の空タンク時の静電容量と、
発振器１０とが組み合わされた場合に共振するよ
うに選択されるのが好ましい。カウンタ５０のビ
ツト並列データ出力は、前述の実施例における固
定電源電圧の代わりに、デジタル−アナログ変換
器１０６に送られ、このデジタル−アナログ変換
器により、アナログ出力電圧が基準抵抗器５６に
供給される。差動比較器５４は、位相検出器３２
および基準抵抗器５６からの入力を受け、そして
抵抗器５６により比較器５４の反転入力に供給さ
れる基準電圧が、プローブ２０における、被覆プ
ローブ空容器校正状態に相当する位相検出器３２
らかの出力に等しくなつた場合に、その可能化入
力をカウンタ５０から除去し、自動校正モードを
終了させる。カウンタ５０の対応する計数は保持
され、その後、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力は、前
述の通り、空タンク基準電圧をスレツシヨルド検
出器３６に与えるように一定の値に保たれる。こ
のようにして、第４図に示す修正された校正回路
内の抵抗器５６，６２によりスレツシヨルド検出
器３６（第１及び第３図）へ供給される基準レベ
ルは、空タンクのプローブの静電容量と付加的要
素との双方を示している。この付加的要素は、プ
ローブ上に被覆される材料に基づき、保護シール
ド２６によつても阻止されないものである。

第５図は、変更された調整可能な共振回路１０
７を示している。この共振回路１０７は、Ｄ／Ａ
変換器１０６の出力により制御され、その有効イ
ンダクタンスをカウンタ５０の計数の関数として
変えるためにコイル１０２に接続された直流電流
源１０８を含んでいる。電流源１０８は、PNP
トランジスタ１１０を含み、このトランジスタ１
１０は、コンデンサ１１２を通して増幅器１２
（第１図）の出力に接続され、かつ抵抗器１１４
を通して正の直流電圧源に接続されるエミツタを
備えている。トランジスタ１１０のベースは、一
方ではＤ／Ａ変換器１０６の出力に、他方では抵
抗器１１６を通して電圧源に接続されている。ト
ランジスタ１１０のコレクタは、インダクタ１０
２、コンデンサ１０４およびプローブ２０を含む
並列共振回路に接続されている。カウンタ５０に
おける計数が自動校正モード中に増加するにつれ
て、トランジスタ１１０によつてインダクタ１０
２へと供給される直流電流が対応して減少し、そ
れにより、被覆材料に起因する増加されたプロー
ブ静電容量を補償するべくインダクタ１０２の有
効交流インダクタンスを減少させる。その有効イ
ンダクタンスが減少され、コンデンサ１０４、イ
ンダクタ１０２及び被覆されたプローブ２０の並
列組合せが概ね共振点に達すると、カウンタ５０
の動作は、前記と同様に、差動比較器５４（第２
図）により終止される。抵抗器１１６は可変であ
り、工場において電流利得を調整することができ
る。

第６図は、本発明に基づくプローブアセンブリ
２０の好適な実施例を示し、該プローブアセンブ
リ２０は、ベース１２１と、ベースと分離可能な
カバー１２３とを持つ閉鎖型の金属ハウジング１
２０をもつて示されている。上記の電子回路は、
好ましくはハウジング１２０内に設けられ、ベー
ス１２１の開口１２２を介して外部回路装置へ接
続され、該プローブアセンブリとは離隔する位置
に配置された電源より電力を受け、同様に該プロ
ーブアセンブリとは離隔する位置に配置されたス
イツチ４０（第１図及び第２図）からの校正信号
を受信し、さらに端子スイツチ１０４に接続され
る。

ハウジングのベース１２１からは中空のニツプ
ル１２４が突き出している。ニツプル１２４のハ
ウジングから離れた方の端部からは、内方向に向
かつてテーパ面有するシヨルダ１２５に到るま
で、雌ねじが切られている。ニツプル１２４内に
は、雄ねじが切られている中空のアダプタ１３０
が受容される。アダプタ１３０の内部は第１の直
径１２８を有し、その第１の直径１２８はテーパ
面を有するシヨルダ１３１を介して第２のより小
さい直径１２９へと連続している。直径１２８，
１２９およびシヨルダ１３１はニツプル１２４を
組み立てた場合に同軸関係にある。アダプタ１３
０のハウジングから離れた方の端部は、雌ねじを
切られたパツキン押さえ１４０へ螺合可能に校正
される。このパツキン押さえ１４０は、材料蓄積
容器１４２の側壁又は頂部壁上に載置され、この
ようにして、第１図に示すように、プローブのロ
ツド１８及び保護シールド２６が容器の内部へ突
出する。

プローブ測定要素１８と、保護シールド２６
と、その周囲にかつその間に形成された絶縁材料
の一体型本体１２６とから成るプローブのサブア
センブリ１３３はニツプル１２４およびアダプタ
１３０によつて密封状に捕捉されている。さら
に、測定要素１８は、ステンレス鋼のような導電
性で耐蝕性の金属材料製の固体ロツドから構成さ
れ、その一端には雌ねじを切られた開口を有し、
ハウジング１２０内の部分１３４において調整可
能な共振回路１４（第１図）に接続可能である。
保護シールド２６は、プローブのロツド１８を同
軸状に取り囲み、該ロツドから半径方向に隔置さ
れるステンレス綱のような導電性の金属材料製の
中空円筒状チユーブから成る。好適な実施例にお
ける保護シールド２６は、プローブのロツド１８
よりも軸線寸法において実質的に短く、そしてそ
のロツド端の中間で隔置されている。その保護シ
ールドは、アダプタ１３０のハウジングから離れ
た方の端部の半径方向内側の位置から、プローブ
のロツド１８のハウジングから離れた方端部から
隔置する位置へ伸びている。保護シールド２６に
は絶縁導体１３２が半田付けされるか、又は電気
的に接続されていて、その導体１３２はそのロツ
ド要素から分離されている増幅器２４（第１図）
への接続のために、ロツド１８に沿つてハウジン
グ１２０内へと延びている。

絶縁材料１２６は保護シールド２６の内部での
プローブのロツド１８を包囲している第１の部分
と、そして保護シールド２６を外部的に包囲して
いる第２の部分とを含んでいる。プローブのロツ
ド１８のハウジングから離れた方の端部は絶縁材
料によつて覆われておらず、露出している。絶縁
材料１２６は、保護シールド２６の軸方向に隔置
する端部を囲み、かつ半径方向において重なつて
おり、保護シールドの中間位置周辺は半径方向に
露出し、絶縁材料により覆われていない。特に、
絶縁材料は、周辺において連続するリツプとして
一体的に形成され、保護シールド２６のハウジン
グから離れた方の端部と半径方向に重なり、かつ
密封状に捕捉可能である。周辺において連続し半
径方向に展開するシヨルダ１３６は、絶縁材料１
２６上に形成され、軸方向へのテーパ面を有して
おり、該テーパ面が、ニツプル１２４上のシヨル
ダ１２５とアダプタ１３０上のシヨルダ１３１と
の間のアセンブリ内に密封状に捕捉される。ロツ
ド１８に予め形成された周辺ノツチ１３７は、ロ
ツドを軸線上に保持するべく、シヨルダ１３６の
半径方向内側を絶縁材料により充填される。第６
に示す絶縁材料の本体１２６はそのプローブ軸の
周囲で対称である。

プローブアセンブリ２０の製造において、まず
保護シールド２６（導体１３２が取付けられてい
る）とプローブのロツド１８とが適当な金型（図
示せず）内で同軸上に固定される。その後、絶縁
材料１２６が、その保護シールドおよびプローブ
要素の周囲およびその間へ、インジエクシヨンモ
ールデングにより、単一作業で一体構造として形
成される。絶縁材料が冷えてそして収縮するにつ
れて、保護シールド２６のハウジングから離れた
端部で半径方向に重なつているそのリツプ１３９
が緊密で耐圧性のシールを形成するように、その
保護シールドの縁部を締め付ける。保護シールド
２６およびプローブのロツド１８の長さは、使用
態様に応じて選択される。絶縁材料１２６として
は何等かの適当な耐熱および耐蝕性材料が使用さ
れる。例えば、「RYTON」なる商標名でフイリ
ツプス・ペトロールム社より市販の材料が好まし
い。

〔発明の効果〕

本発明に基づく上記実施例によれば、同様のタ
イプの装置に比較して、多くの重要な利点を備え
ている。例えば、プローブ信号の振幅よりむしろ
その位相角に対する材料レベル検出回路装置の応
動性により、湿気分などの変動に起因して材料の
導電性が変動した場合にも、そのレベル検出回路
装置が影響を受けにくい。また上記全ての実施例
においては、オペレータがスイツチ４０（第１お
よび第２図）を単に押し、LED６０（第２図）
が照明するまでスイツチを押したままに保持する
ことにより、如何なる時でも容易に再校正が可能
である。また表示器は工場において同一のものと
して製造され、そして前以て指定された工場の指
示に従つて１つ又はそれ以上のジヤンパ７６，７
８，８４，８６を除去することにより現場におい
て特定の応用に適合させるべく修正可能である。
そのため、業者が予め準備せねばならないモデル
の種類を少なくすることができ、経済的である。

以上の説明から明らかな如く、本発明は今迄詳
細に記述されたものに加えて、幾多の変更および
修正が可能である。例えば、第２、第４および第
５図の実施例による校正動作は自動的に行われる
ものと示されているけれども、本発明のその広い
観点では手動による校正でも良く、かかる手動校
正は手動で調整可能な静電容量および／又はイン
ダクタンクをその並列共振回路に与えるか、又は
第４図の自動調整配列に類似の方法において基準
抵抗器５６について手動調整を与えることによつ
て達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による静電容量型材料レベル表
示器の好適な実施例の機能ブロツク図であり；第
２図は本発明による静電容量型材料レベル表示器
の自動校正回路及び調整可能なLC共振回路の好
適な実施例を示しており；第３図は本発明による
静電容量型材料レベル表示器のスレツシヨルド検
出器の回路の好適な実施例を示しており；第４図
は第２図に示す静電容量型材料レベルのLC共振
回路の別の実施例を示し；第５図は第２図に示す
静電容量型材料レベルのLC共振回路のさらに別
の実施例を示し；さらに、第６図は本発明の好ま
しき実施例による静電容量検知プローブの部分的
に破断せる立面図を示している。 １０：RF発振器、１２：増幅器、１４：LC共
振回路、１８：プローブ導体、２０：プローブア
センブリ、２２：蓄積容器、２６：保護シール
ド、２８：材料、３０：零交差検出器、３２：位
相検出器、３４：自動校正回路、３６：スレツシ
ヨルド検出器、３８：材料レベル表示回路、４
０：押釦、４４：インダクタンス、４６：コンデ
ンサ、４８：スイツチ、５０：カウンタ、５２：
ワン・シヨツト、５４：差動比較器、５６：可変
抵抗器、５８：トランジスタ、６０：LED、６
４：バツテリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器２２内の材料２８レベルの関数として、
   静電容量の変動に応動するように前記容器内に設
   けられている静電容量プローブ２０を含む共振回
   路１４，２０と； 前記静電容量プローブ２０を含む前記共振回路
   １４，２０に連結されている発振器手段１０と； プローブの静電容量の関数として前記発振器手
   段での位相角の変動に応動する位相検出手段３２
   と； 前記容器内の所定の材料レベルを示す基準静電
   容量を同定するための校正手段３４と；さらに、 前記位相検出手段３２および前記校正手段３４
   に応動して、前記プローブの静電容量と前記基準
   静電容量との間における差の関数として、前記容
   器内の材料レベルを表示するための手段３６，３
   ８とから成る、容器２２内の材料２８のレベルを
   表示するためのシステムにおいて： 前記校正手段３４が； 前記位相検出手段３２に応動する位相検出手段
   からの第１の入力と、基準手段からの第２の入力
   と、さらに前記第１及び第２の入力の間の比較に
   応動する出力とを備えた比較手段５４と； 前記第２の入力に接続され、前記基準静電容量
   を示す基準手段５６と；さらに、 前記共振回路１４，２０又は前記基準手段５６
   の動作特性を変えるための手段４４〜５０又は５
   ０，１０６又は５０，１０６〜１１４とを含み； 前記比較手段５４の出力が前記動作特性を変え
   るための手段に接続され、前記第１及び第２の入
   力間の所定の比較値を得ることを特徴とする、静
   電容量型材料レベル表示器。 ２ 前記校正手段３４は： 校正動作を始動するための始動手段４０を含む
   自動校正手段と； 前記始動手段に応動し、前記共振回路１４，２
   ０又は前記基準手段５６の前記動作特性を連続的
   に変えるための手段と； さらに前記比較手段５４の前記出力に応動し、
   該出力が、前記位相検出手段３２からの前記第１
   の入力と前記基準手段５６からの前記第２の入力
   との間の比較が所定の値に達した場合に、前記校
   正動作を終了させるための終了手段とを含んでい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載の静電容量型材料レベル表示器。 ３ 前記校正手段は： 前記プローブ２０とは別個に、前記共振回路１
   ４，２０に接続された第２の可変静電容量を含
   み、プローブの静電容量と前記第２の静電容量と
   の関数として、独立に前記共振回路１４，２０の
   動作特性を変えることが可能であり；さらに、 前記校正動作の間、前記プローブ２０とは独立
   に、前記第２の静電容量を自動的に変えることが
   可能な手段４８ａ〜４８ｆ及び４４を含むことを
   特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の静電
   容量型材料レベル表示器。 ４ 前記始動手段４０に応動する前記校正手段
   は： 前記始動手段４０に応動して、それ自体をリセ
   ツトするための手段５２を含むカウンタ手段５０
   と； 前記比較手段５４に応動し、前記校正動作中に
   前記カウンタ手段の動作を可能ならしめるための
   手段と； 前記校正動作中に前記カウンタ手段における計
   数を変えるための手段１０と；さらに、 前記カウンタ手段における計数に応動して、前
   記共振回路１４，２０又は前記基準手段５６の動
   作特性を変えるための計数応動手段４４〜４８又
   は１０６〜１１４とを含むことを特徴とする、特
   許請求の範囲第２項に記載の静電容量型材料レベ
   ル表示器。 ５ 前記計数応動手段は、前記共振回路の共振特
   性を前記計数の関数として変えるための手段４４
   〜４８又は１０６〜１１４を含むことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第４項に記載の静電容量型材
   料レベル表示器。 ６ 前記共振回路は前記静電容量プローブ２０と
   並列に接続されている静電容量手段４６ａ〜４６
   ｆおよびインダクタンス手段４４を含み；さらに
   前記計数応動手段は前記静電容量手段の静電容量
   を変えるための手段４８ａ〜４８ｆを含むことを
   特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載の静電
   容量型材料レベル表示器。 ７ 前記静電容量手段は複数のコンデンサ４６ａ
   〜４６ｆを含み；さらに前記計数応動手段は、前
   記カウンタ手段５０に応動して、前記複数のコン
   デンサを前記共振回路へと選択的に接続するため
   のスイツチ手段４８ａ〜４８ｆを含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第６項に記載の静電容量
   型材料レベル表示器。 ８ 前記インダクタンス手段４４は複数のコイル
   巻回数を持つインダクタを含み；前記複数のコン
   デンサ４６ａ〜４６ｆは、前記複数のコイル巻回
   数間において電気的に隔置される場所に接続さ
   れ、前記静電容量手段の静電容量を、前記スイツ
   チ手段４８ａ〜４８ｆに応答して、前記コンデン
   サの公称静電容量と前記複数のコイル巻回数間に
   おける前記コンデンサの接続との相関関数とし
   て、変えることが可能なことを特徴とする、特許
   請求の範囲第７項に記載の静電容量型材料レベル
   表示器。 ９ 前記カウンタ手段５０は、数値の重みの順序
   に関し、対応する計数ビツトを示す複数の出力を
   備えたデジタルカウンタを含み；前記スイツチ手
   段４８ａ〜４８ｆは、各々が対応せる前記カウン
   タ出力によつて選択的に制御される複数の電子ス
   イツチを含み；さらに前記複数のコンデンサ４６
   ａ〜４６ｆは、前記スイツチ及び前記隔置された
   場所に接続され、その対応するカウンタ出力の数
   値の重みの直接関数として、前記静電容量を変え
   ることが可能なことを特徴とする、特許請求の範
   囲第８項に記載の静電容量型材料レベル表示器。 １０ 前記共振回路手段は、前記静電容量プロー
   ブ２０と並列に接続されている静電容量手段１０
   ４及びインダクタンス手段１０２を含み；さらに
   前記計数応動手段は、前記インダクタンス手段に
   おけるインダクタンスを変えるための手段１０６
   〜１１４を含むことを特徴とする、特許請求の範
   囲第５項に記載の静電容量型材料レベル表示器。 １１ 前記計数応動手段は、可変の直流電流を前
   記計数の関数として前記インダクタンス手段へ供
   給するための手段１０６〜１１４を含むことを特
   徴とする、特許請求の範囲第１０項に記載の静電
   容量型材料レベル表示器。 １２ 前記カウンタ手段５０は、デジタルカウン
   タを含み；前記計数応動手段は、前記インダクタ
   ンス手段１０２を直流電位源に操作可能に接続す
   るトランジスタ１１０を備えた可変の直流源と、
   さらに前記カウンタ出力をを前記トランジスタの
   制御電極に接続するデジタル−アナログ変換器手
   段１０６とを含むことを特徴とする、特許請求の
   範囲第１１項に記載の静電容量型材料レベル表示
   器。 １３ 前記トランジスタ１１０を介して、前記発
   振器手段１０を前記共振回路に接続するための手
   段１２，１１２をさらに含むことを特徴とする、
   特許請求の範囲第１２項に記載の静電容量型材料
   レベル表示器。 １４ 前記計数応動手段は、前記比較手段５４の
   前記第２の入力に接続されている前記基準手段５
   ６を、前記計数の関数として変えるための手段１
   ０６を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第
   ４項に記載の静電容量型材料レベル表示器。 １５ 前記比較手段５４は、前記位相検出手段３
   ２からの前記第１の入力と前記基準手段５６から
   の前記第２の入力との間における電圧差に応動す
   る手段を含み；さらに前記計数応動手段１０６
   は、前記基準手段によつて前記第２の入力に印加
   される基準電圧を変えるための手段を含むことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１４項に記載の静
   電容量型材料レベル表示器。 １６ 前記カウンタ手段５０はデジタル・カウン
   タを含み；さらに前記計数応動手段１０６は、ア
   ナログ電圧を前記計数の関数として前記第２の入
   力に印加するためのデジタル−アナログ変換器手
   段を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   ５項に記載の静電容量型材料レベル表示器。 １７ 前記カウンタ手段５０に連結されていて、
   電源の故障に際し前記カウンタ手段における前記
   校正計数を維持するためのバツテリ６４を持つ手
   段をさらに含むことを特徴とする、特許請求の範
   囲第５項乃至第１６項のいずれかに記載の静電容
   量型材料レベル表示器。 １８ 校正動作を始動するための前記始動手段４
   ０はオペレーター応動手動押釦を含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第２項乃至第１７項のい
   ずれかに記載の静電容量型材料レベル表示器。 １９ 校正動作時間を表示するために、表示器手
   段６０と、さらに前記表示器手段を前記比較手段
   ５４の前記出力に接続する手段５８とを含むこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第１８項に記載の
   静電容量型材料レベル表示器。 ２０ 前記表示器手段を接続する前記手段５８
   は、接触通路と、そして前記比較手段の前記出力
   に接続されている制御電極とを持つ固体スイツチ
   を含んでおり；さらに前記表示器手段６０は、直
   流源を横切つて前記接触通路および前記押釦４０
   に直列に接続されているLEDを含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１９項に記載の静電容
   量型材料レベル表示器。 ２１ 前記位相検出手段３２および前記校正手段
   ３４に応動する前記手段３６，３８は、前記位相
   検出手段３２に接続されている第１の入力と、前
   記校正手段３４に接続されている第２の入力と、
   そして前記第１および第２の入力間におけるスレ
   ツシヨルド差の関数として第１および第２のデジ
   タル状態間で変化する出力とを備えた、比較手段
   ７０を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項乃至第２１項のいずれかに記載の静電容量型
   材料レベル表示器。 ２２ 前記スレツシヨルド差を選択的に変えるた
   めの手段６２，８０〜８６をさらに含むことを特
   徴とする、特許請求の範囲第２１項に記載の静電
   容量型材料レベル表示器。 ２３ 前記スレツシヨルド差を選択的に変えるた
   めの手段は、少なくとも１つの抵抗器８０，８２
   と、さらに前記第２の入力を横切つて前記少なく
   とも１つの抵抗器を選択的に接続するための手段
   ８４，８６とを含むことを特徴とする、特許請求
   の範囲第２２項に記載の静電容量型材料レベル表
   示器。 ２４ 前記位相検出手段３２と前記比較手段７０
   との間に接続されていて、前記位相検出手段に応
   答して選ばれた遅延時間だけ前記比較手段７０の
   動作を遅延させるための手段７５をさらに含むこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第２１項に記載
   の静電容量型材料レベル表示器。 ２５ 前記遅延時間を選択的に変えるための手段
   ７２，７４，７６，７８をさらに含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第２４項に記載の静電容
   量型材料レベル表示器。 ２６ 前記遅延時間を選択的に変えるための手段
   は、少なくとも１つのコンデンサ７２，７４と、
   そして前記少なくとも１つのコンデンサを前記比
   較手段７０の前記第１の入力に選択的に接続する
   ための手段７６，７８とを含むことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２５項に記載の静電容量型
   材料レベル表示器。 ２７ さらにフエールセーフ手段９０〜９４を含
   み；該フエールセーフ手段が、前記比較手段７０
   の前記出力に接続されている第１の入力と、第２
   の入力を備えた排他的−論理和（OR）手段９０
   と、さらに高レベル又は低レベルのいずれかのデ
   ジタル信号に、前記第２の入力を選択的に接続す
   るための手段９２，９４を含んでいることを特徴
   とする、特許請求の範囲第２１項乃至第２６項の
   いずれかに記載の静電容量型材料レベル表示器。 ２８ 前記排他的−論理和手段９０の前記出力に
   接続されていて、材料レベルを示すためのリレー
   手段１００，１０２をさらに含むことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２７項に記載の静電容量型
   材料レベル表示器。