JPH04158224A

JPH04158224A - レベル検出回路

Info

Publication number: JPH04158224A
Application number: JP28511490A
Authority: JP
Inventors: Chikatsugu Yamaguchi; 山口　親嗣
Original assignee: BEAM DENSHI KK; TOYOTSUU SENI KIKI HANBAI KK; Toyota Tsusho Corp
Current assignee: BEAM DENSHI KK; TOYOTSUU SENI KIKI HANBAI KK; Toyota Tsusho Corp
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-06-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、レベル検出回路に関する。

［従来の技術］従来、導電性液体の液面レベル検出のために、所定本数
の電極棒を液面に垂下させ、二本の電極棒間に直流電圧
を印加してその間の抵抗変化により、液位を検出してい
た。

また、油のような絶縁性液体の液面レベル検出のために
、所定本数の電極棒を液面に垂下させ、二本の電極棒間
に交流電圧を印加してその間の容量変化により液位を検
出していた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記説明した従来のレベル検出回路にお
いて、以下の問題点があった。

まず第１の問題は、強酸、強アルカリ、汚水などの腐蝕
性の液体又は腐蝕性雰囲気中において、電極棒の腐蝕が
ひどく、その頻繁な交換が必要なことである。

第２の問題は、強ノイズ電界下での使用において、電極
棒からでる信号線間にノイズ電圧が誘導されたり、又は
、信号線インピーダンスの増加によりＳＮ比が劣化して
誤検出が生じる場合があることである。

第３の問題は、一対の電極間のインピーダンス変化によ
り検出できる一液位であり、複数の液位を検出するには
、複数対の電極棒と電極棒の対数に等しいインピーダン
ス検出部を設ける必要があるが、例えば数十レベルを検
出しようとすると、回路負担が極めて大きくなってしま
う。

本発明は、このような問題に鑑みなされたちのであり、
その第１の目的は、強酸、強アルカリ、汚水などの腐蝕
性の液体又は腐蝕性雰囲気中において、電極棒の腐蝕を
防止可能なレベル検出回路をレベル検出回路を提供する
ことにある。

本発明の第２の目的は、強ノイズ電界下でも高いＳＮ比
を確保できるレベル検出回路を提供することにある。

本発明の第３の目的は、少ない回路負担で多数の液位が
検出可能なレベル検出回路を提供することにある。

［課題を解決するための手段］第１発明のレベル検出回路は、被測定流体を収容する容
器内の所定位置に所定間隔を隔てて配置される少なくと
も一対の長尺状の電極と、該電極の基端が固定される密
閉ケースと、該密閉ケースに収容されて信号入力端が前
記電極に接続され前記両電極間のインピーダンスを検出
するインピーダンス検出部とを備えることを特徴として
いる。

第２発明のレベル検出回路は、被測定流体を収容する容
器内の所定位置に立設される長尺状の絶縁基部と、該絶
縁基部の表面に長手方向に配列される複数の検出電極部
と、前記絶縁基部に埋設されるとともに一端が前記各検
出電極部に個別に接続され、他端が前記絶縁基部の一端
部に伸びる複数の信号線部と、該各信号線部の一端から
の各信号電圧の一つを順番に選択するマルチプレクサと
、該マルチプレクサにより選択された信号電圧に基づい
て液位を検出する検出部とを備えることを特徴としてい
る。

第３発明のレベル検出回路は、被測定流体を収容する容
器内の所定位置にそれぞれ配置される少なくとも一対の
電極と、該両電極間の容量を検出する容量検出部と、前
記電極の少なくとも一方を前記被測定流体から電気的に
絶縁可能に被覆する誘電膜とを備えることを特徴として
いる。

［作用及び発明の効果］第１発明のレベル検出回路では、電極の基端が固定され
る密閉ケースにインピーダンス検出部を収容している。

したがって、強ノイズ電界下での使用において、電極棒
からでる信号線間にノイズ電圧が誘導されたり、又は、
信号線インピーダンスの増加によりＳＮ比が劣化して誤
検出が生じる場合があることを防止することができる。

また、この場合に密閉ケースを使用しているので、電極
棒とそれに接続する信号線との接合部、信号線とインピ
ーダンス検出部のターミナルとの接続部、及び、このイ
ンピーダンス検出部を湿気から保護することができ、絶
縁不良問題の派生を防止することができる。なお更に、
この密閉ケースの一部又は全部を導電性金属板により形
成すれば、電磁シールドにより更に外部ノイズの影響を
防止することができる。

第２発明のレベル検出回路は、電極対の各電極表面に誘
電膜を被覆して被測定液体から電気的に絶縁し、両翼電
膜間に被測定液体が充満する場合における両電極間の容
量変化を検出する。したがって被測定液体が導電性の場
合には両電極間の容量は最大となり、被測定液体が絶縁
性の場合には両電極間の容量は被測定液体の比誘電率に
応じた値となり、両翼電膜間に被測定液体が無いする場
合には両電極間の容量は激減する（空気の比誘電率は１
である）。

本発明で重要なことは、導電性液体のレベル検出の場合
でも少なくとも両電極間のインピーダンスは１／ｊωＣ
だけ存在するので、導電性液体のレベル検出の場合と、
絶縁性液体のレベル検出の場合とで、インピーダンスの
変化が少なく、導電性液体、絶縁性液体、及びその混合
物のレベルを、同一装置で検出できることでおる。

更に本発明の重要な効果は、強酸（例えば王水）、強ア
ルカリ、汚水などの腐蝕性の液体や、腐蝕性ガス雰囲気
中において、電極棒が腐蝕したり錆びたりして検出する
信号電圧が変動するのを防止できることでおる。

第３の発明では、絶縁基部から突出する複数の検出電極
部からそれぞれ異なる信号線部を通じてマルチプレクサ
に各信号電圧を順番に入力し、それにより多数の液位を
時間順次に検出している。

このようにすれば、検出時間は増加するものの少ない回
路負担で多数の液位を検出することができる。例えば、
Ｎ＋’１個の電極でＮ個のレベルを検出することができ
る。

［実施例］（第１実施例）本発明の一実施例を第１図及び第２図に示す。

この装置は、絶縁性基板１０から互いに所定間隔を隔て
て平行に垂下する一対の電極棒２００．３００と、電極
棒２００．３００の表面を被覆する誘電膜４０．４０と
、絶縁性基板１０とともに密閉室５０を形成する蓋部６
０と、絶縁性基板１０上に設けられて密閉室６０に収容
されるインピーダンス検出部７０とを備えている。

電極棒２００，３００はステンレス棒で形成されており
、誘電膜４０は厚ざＱ、１ｍｍのＰＴＦＥ樹脂膜で形成
されている。

絶縁性基板１０は配線基板を兼ねるアルミナ磁器板から
なり、絶縁性基板１０の表面には配線パタン（図示せず
）が形成されている。

電極棒２００．３００はこの絶縁性基板１０の孔部を貫
通していて、電極棒２００．３００の上端は密閉室５０
内部で上記配線パタンにハンダ付けされている。

また、絶縁性基板１上には、インピーダンス検出部７０
を構成する各種電子素子が実装されている。

蓋部６０はステンレス製であって接着剤により絶縁性基
板１０の周縁に固着されており、蓋部６０の中央部には
信号ケーブル３０の取出し孔６１が設けられている。

蓋部６０は電磁シールド機能を有してあり、更に、この
実施例では電極棒２００．３００とインピーダンス検出
部７０との間の信号線配線距離が短いので、交流信号電
圧の減衰、ノイズ混入が少なく、高いＳＮ比が得られる
。

次に、インピーダンス検出部７について第６図及び第７
図を参照して詳細に説明する。

このインピーダンス検出部７は、希硫酸（導電性液体）
の高低レベル検出回路に応用されている。

このインピーダンス検出部７は、電極棒２００に所定周
波数及び所定振幅の矩形波電圧を印加する矩形波発振回
路６と、第１比較増幅部１と、第１入力端子推移部５と
、第１比較増幅部１の出力電圧を検波する検波部７と、
検波部７から出力される検波電圧からキャリヤ周波数を
含む高域成分をカットするとともに検波電圧ＶＺを遅延
するローパスフィルタ８と、ローパスフィルタ８の出力
電圧Ｖｎと所定の第２参照電圧Ｖｒ２とを比較して増幅
する第２比較増幅部３と、検波電圧■ｚのハイレベルか
らローレベルへの電圧変化に追従する推移電圧ＶＣを発
生して第２比較増幅部２の参照電圧入力端及び第１入力
端子推移部５の入力端に加える第２入力端子推移部４と
を備えている。

この実施例は、一対の電極棒２００．３００間に交流電
圧を印加して、両電極間の交流インピーダンスの変化を
二値化するもので、矩形波発振回路６、検波部７、ロー
パスフィルタ８とを実施例１に付加した点に特徴がある
。

ここで、矩形波発振回路６の回路及び内部動作について
は、本発明の要部ではないので説明を省略する。

検波部２は、−個のダイオードで構成されている。

ローパスフィルタ８は、その入力端とＶＣＣを接続する
コンデンサＣと、その入出力端を接続する抵抗ｒ９と、
その出力端とＶＣＣを接続する抵抗ｒ１０とからなる。

以下、この回路の動作を第３図を参照して説明する。

時点ｔ１において、両電極棒２００．３００は希硫酸に
浸漬されておらず、画電極棒間の交流インピーダンスＺ
Ｘは極めて大きいとする。この状態では、抵抗ｒ１、ｒ
２、ｒ４、ｒ５、ｒ６にだけ電流が流れ、Ｐ点の電圧は
ｖｉにほぼ等しい。

したがって、この状態は実施例１の時点１の状態と全く
同じである。

すなわち、信号電圧Ｖｉ＝１４．３Ｖ、第１比較増幅部
１の出力電圧ｖｍはハイレベル（ここでは、２０Ｖ）に
なり、ダイオードＤ２はカットオフする。

この時、ローパスフィルタ８内部の節点Ｚは抵抗ｒ９、
ｒｌｏを通じて充電され、出力電圧Ｖｎはハイレベルに
なる。

次に、時点ｔ２において、両電極棒２００．３００間は
希硫酸に浸漬された瞬間を説明する。この時、交流イン
ピーダンスＺＸは誘電膜４０の静電容量を２ＣＸとすれ
ば、希硫酸が両誘電膜４Ｑを直列接続した状態となるの
でＺｘ＝１／ｊ（１）ｃＸとなる。。

この状態において、矩形波発振回路６の交流出力電圧は
ＺＸ及び第１入力端子推移部５に分圧され、第１比較増
幅部１の十入力端には交流電圧成分が乗る。すると、交
流電圧の負の半サイクルにおいて十入力端に印加される
信号電圧Ｖｉが低下し、実施例１と同じ理由で第１比較
増幅部１の出力電圧Ｖｍはローレベルになる。一方、交
流電圧の正の半サイクルにおいて十入力端に印加される
信号電圧Ｖｉが上昇し、実施例１と同じ理由で第１比較
増幅部１の出力電圧ｖｍはハイレベルになる。

結局、第１比較増幅部１の出力電圧は、両電極棒２００
．３００が希硫酸に浸漬されると、第４図に示すように
大振幅の交流電圧となる。

この場合でも、Ｖｍがローレベルになれば、ダイオード
Ｄ２が導通して、コンデンサＣを高速に放電させるとと
もに、第２入力端子推移部４、第１入力端子推移部５を
通じて■ｉ、Ｖｒｉをローレベルに引下げ、実施例１と
同様の効果がおる。

時点ｔ３において、第１比較増幅部１の出力電圧ｖｍは
検波回路２により検波され、コンデンサＣは７ｍがロー
レベルの場合にダイオードＤ１を通じて放電、７ｍがハ
イレベルの場合に抵抗ｒ９、ｒｌｏを通じて充電され、
キャリア信号（５ｋＨ２）をカットし、二値出力電圧ｙ
ｎとなる。

次に、時点ｔ４において、再び両電極棒２００．３００
より水位が低下した瞬間を説明する。

交流インピーダンスＺＸの急増により交流信号電流１　
（＝Ｖｐ／Ｒｘ）が減少し、そのために信号電圧Ｖｉ＝
Ｖｐ−Ｉｂｘｒ３が増加する。また、信号電流Ｉｂの減
少により、抵抗ｒ４を流れる電流が増加し、そのために
第１比較増幅部１の一入力端の参照電圧Ｖｒ１が低下す
る。

これらの結果、短時間でＶｉがＶｒｌより大きくなり、
第１比較増幅部１の出力電圧ｖｍはハイレベルになる。

Ｖｍがハイレベルとなると、ダイオードＤ２がカットオ
フし、このカットオフにより実施例１と同様に第１比較
増幅部１の入出力状態は時点ｔ１の状態に復帰する。

また、ＶＣの上昇によりＶＣに等しい第２比較増幅部３
の参照電圧Ｖｒ２が直ちに上昇する。

一方、ダイオードＤ２のカットオフにより、コンデンサ
Ｃは抵抗ｒ９、ｒｌｏを介して所定の時定数で充電され
る。その結果、電位■ｎは緩かにハイレベルに変化する
。

ここで重要なことは、ｖｎの上昇に先立って■ｒ２＝Ｖ
ｃが先行して上昇するので、この過渡状態において、実
質的な両者の電位差が大きくされていることである。

このようにすると、この過渡時において液面の変動など
で短時間の間だけｙｍが反転しても（すなわち、Ｖｍが
ローレベルからハイレベルに反転して直ぐにまたローレ
ベルに再び反転しても）、ローパスフィルタ２により遅
延されかつ高域遮断された信号電圧Ｖｎは、上昇したＶ
ｒ２を越えるに至らず、この短期間の出力反転を無視す
ることができる。

更にこの実施例では、キャリア周波数を扱くためのロー
パスフィルタ８により、上記したＶｍの遅延、高域周波
数の遮断を行うので、回路構成が簡単できる。

ちなみに上記実施例において例えば、ｒｌは３゜３にオ
ーム、ｒ２は１にオーム、ｒ３は４．７に〜１００にオ
ーム、ｒ４は３３〜１に〜オーム、ｒ５は１に〜１Ｍオ
ーム、ｒ６は６．８にオーム、ｒｌは６．８にオーム、
ｒ８は１．５にオーム、ｒ９は２．２にオーム、ｒｌｏ
は１０にオーム、Ｃは６．８μＦとすることができる。

［第２実施例］本発明の他の実施例を第３図及び第４図に示す。

この実施例は、上記希５Ｍ酸の多数の液位を時間順次に
検出する装置である。

この装置は、垂直方向に設けられた絶縁性基板１１から
互いに所定間隔を隔てて水平方向に突設される８本の電
極棒２００〜２０７と、電極棒２００〜２０７の表面を
被覆する誘電膜（図示せず）と、絶縁性基板１０の上端
部に設けられ内部に密閉室（図示せず）を形成する蓋部
６１と、絶縁性基板１０上に設けられて密閉室６０に収
容されるインピーダンス検出部７１（第５図参照）とを
備えている。

電極棒２００〜２０７はステンレス棒で形成されており
、誘電膜４０は厚さＱ、１ｍｍのＰＴＦＥ樹脂膜で形成
されている。

絶縁性基板１１は配線基板を兼ねるアルミナ磁器板から
なり、絶縁性基板１０の内部には信号線としての配線バ
タン（点線で図示）が埋設されている。

また、密閉室内部の絶縁性基板１上には、インピーダン
ス検出部７１を構成する各種電子素子か実装されており
、各電極棒２００〜２０７とインピーダンス検出部７１
とは上記信号線により個別に接続されている。

次に、このインピーダンス検出部７１について第５図に
より説明する。

インピーダンス検出部７１は、マルチプレクサ７２、イ
ンピーダンス検出回路７３、デマルチプレクサ７４と、
パルス発生器７５とからなる。

各電極棒２００〜２０７から出た信号線はマルチプレク
サ７２を通じて、インピーダンス検出回路７３に送られ
、そしてインピーダンス検出回路７３の出力信号はデマ
ルチプレクサ７４を介してＬＥＤ　（発光ダイオード）
ＬＥＤＩ〜ＬＥＤ８に分配される。

パルス発生器７５は、互いに重ならず、かつ−定間隔で
形成される８個のパルス信号Φ１〜Φ８をマルチプレク
サ７２の制御端子下１〜Ｔ８とデマルチプレクサ７４の
制御端子Ｄ１〜Ｄ８に個別に供給する。

インピーダンス検出回路７３の回路構成は、実施例１の
インピーダンス検出部７０と同一であり、その説明は省
略する。

この装置の動作を説明する。

パルス信号の入力により、マルチプレクサ７２は時間順
次に所定時間づつ電極棒２０１〜２０７の隣接する２本
を選択して、その内の一本を信号線Ｌ１に、他の一本を
信号線Ｌ２に接続する。

したがって、インピーダンス検出回路７３には、隣接す
る２本の電極棒間の液位（交流インピーダンス）を時間
順次に検出する。そしてインピーダンス検出回路７３は
、その出力信号Ｖ○をデマルチプレクサ７４に送り、デ
マルチプレクサ７４はマルチプレクサ７２と同期運転さ
れて、出力信号ＶｏをＬＥＤ１〜ＬＥＤ８に順番に分配
する。

このようにすれば、簡単な装置で７レベルの液位を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はその
平面図、第３図は本発明の他の実施例を示す側面図、第
４図は第３図の装置の正面図、第５図は第２実施例のイ
ンピーダンス検出部のブロック図、第６図はインピーダ
ンス検出部の等価回略図、第７図はその信号波形図であ
る。１・・・第１比較増幅部２・・・ローパスフィルタ２３・・・第１比較増幅部４・・・第２入力端子推移部５・・・第１入力端子推移部２００．３００・・・電極棒４０・・・誘電膜１０・・・絶縁性基板（ケース〉６０・・・蓋部（ケース）７０・・・インピーダンス検出部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定流体を収容する容器内の所定位置に所定間
隔を隔てて配置される少なくとも一対の長尺状の電極と
、該電極の基端が固定される密閉ケースと、該密閉ケースに収容されて信号入力端が前記電極に接続
され前記両電極間のインピーダンスを検出するインピー
ダンス検出部と、を備えることを特徴とするレベル検出回路。
（２）被測定流体を収容する容器内の所定位置に立設さ
れる長尺状の絶縁基部と、該絶縁基部の表面に長手方向
に配列される複数の検出電極部と、前記絶縁基部に埋設
されるとともに一端が前記各検出電極部に個別に接続さ
れ、他端が前記絶縁基部の一端部に伸びる複数の信号線
部と、該各信号線部の一端からの各信号電圧の一つを順番に選
択するマルチプレクサと、該マルチプレクサにより選択された信号電圧に基づいて
液位を検出する検出部と、を備えることを特徴とするレベル検出回路。
（３）被測定流体を収容する容器内の所定位置にそれぞ
れ配置される少なくとも一対の電極と、該両電極間の容
量を検出する容量検出部と、前記電極の少なくとも一方
を前記被測定流体から電気的に絶縁可能に被覆する誘電
膜と、を備えることを特徴とするレベル検出回路。