JPH04273002A - 容量センサ - Google Patents

容量センサ

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JPH04273002A
JPH04273002A JP3256072A JP25607291A JPH04273002A JP H04273002 A JPH04273002 A JP H04273002A JP 3256072 A JP3256072 A JP 3256072A JP 25607291 A JP25607291 A JP 25607291A JP H04273002 A JPH04273002 A JP H04273002A
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JP
Japan
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capacitive sensor
electrode
electrodes
sensor according
support
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JP3256072A
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English (en)
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Horst Magenau
マーゲナウ ホルスト
Nikolaus Simon
ニコラウス　ジーモン
Heins-Erdam Bollhagen
ハインス−エルダム　ボルハーゲン
Siegbert Steinlechner
シュタインレヒナー ジークベルト
Berthold Wocher
ベルトールト　ヴォハー
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/2405—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by varying dielectric
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/08—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using capacitive means

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気チャネ
ル内の燃料壁膜測定用容量センサであって、少なくとも
１つのコンデンサ素子と、評価回路に接続するための電
気線路とを有し、前記コンデンサ素子の２つの電極は絶
縁支持体に被覆され、支持体上面の両側に配置されてい
る燃料壁膜測定用容量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】刊行物ＡＴＭ（Ａｒｃｈｉｖ　ｆｕｅｒ
　ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ　Ｍｅｅｓｎ，５巻、１１２
４−１９、１９７２年１１月、２０１頁〜２０４頁）か
ら、流体膜の厚さを測定する容量性測定法が公知である
。この方法では、容量センサが使用され、このセンサの
電極は櫛状に構成されていて、噛合配置されている。こ
のコンデンサはラテラルコンデンサを形成し、その容量
は電極および中間空間が液体により濡れたとき変化する
。濡れによる容量変化は非常に大きくキャパシタンスの
大きさに依存しているから、複数の容量性素子が合成接
続される。しかしこのセンサの感度は比較的低いことが
わかっている。というのは、センサの裏面に電界が発生
し、この電界が寄生キャパシタンス容量を送出するから
である。この寄生キャパシタンス容量は、電極の被覆さ
れている基板の誘電定数のため、電極前面で変化するキ
ャパシタンス量よりも大きい。従って、センサのキャパ
シタンスが大きいにもかかわらず、流体膜に依存する評
価可能なキャパシタンス変化は比較的小さい。そのため
障害的な電界のため、壁膜の測定を誤る恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
のような問題を解決し、相対的キャパシタンス変化の大
きな容量センサを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明により
、第３の電極が設けられており、該電極は支持体の裏面
に配置されており、コンデンサ素子のラテラル配置され
た電極へのアース電極として構成されているようにして
解決される。
【０００５】請求項１の特徴を有する本発明のセンサは
従来技術に対して、電極が濡れた際の相対的キャパシタ
ンス変化が大きいという利点を有する。というのは、付
加的アース電極がセンサの裏面を介した電極間の容量性
結合を低減し、その結果キャパシタンス容量の大部分が
センサ表面の電極間の空隙を介して放出されるからであ
る。さらにセンサ裏面の所定アース被覆は外部に対する
シールドとして作用する。その結果アースに対する障害
電界の影響が排除され、裏面近傍の不定アース面がセン
サ特性に影響を及ぼさない。
【０００６】下位請求項に記載された手段により、請求
項１に記載のセンサの有利な実施例および発展形態が可
能である。連通したアース電極により特に有利には、障
害電界に対して良好なシールドが得られる。大きなアー
ス面は低抵抗であり、そのためアース電極上の電位差が
僅かである。
【０００７】別の利点は、センサ裏面に及ぼす寄生キャ
パシタンスの作用が十分に回避されることである。
【０００８】特に有利には、両側に配置された電極とア
ース電極を人口樹脂箔の表面に被覆する。人口樹脂箔は
良絶縁体であり、容易に成型でき、容易に導電層を設け
ることができる。
【０００９】有利な点として強調すべきは、測定領域も
測定感度も共に電極の配置および構成により選択可能な
ことである。これにより簡単にセンサを測定対象の必要
性に適合することができる。
【００１０】さらに別の利点は、コンデンサ素子を同じ
発電機により共通に給電することにより非常に簡単に構
成することができる。小数の線路しか必要としないので
有利である。というのはセンサ素子の相応の電極は並列
に接続されるからである。特に有利には、電極に三角形
状または正弦波状交流電圧を供給することにより、キャ
パシタンスの充放電の際に高い電流ピークが発生しない
。
【００１１】さらに有利には、測定信号のクロストーク
が発生しないように個々のコンデンサ素子を密に隣接配
置する。これにより狭い空間関係でもセンサを使用する
ことができる。
【００１２】さらに有利には、両側電極をそれぞれアー
ス電位に接続する。これにより、これら電極と第３の電
極との間に電位差が生じない。従って測定信号を長い線
路を介して導くことができる。
【００１３】
【実施例】第１の実施例が図１に示されている。支持基
板５には行および列で両側に構成されたコンデンサ素子
２が配置されている。支持基板は絶縁体として構成され
、例えばポリアミドのような人口樹脂から成る。支持基
板はフレキシブルな材料を有することができる。図２の
拡大図からわかるように、各コンデンサ素子は第１の円
板状電極３を有しており、この電極は間隔ｄを置いて第
２の電極４により取り囲まれている。第２の電極は空隙
を有し、この空隙を通って接続線路７が第１の電極へ案
内されている。電極は導電材料、例えば銅、アルミニュ
ーム、金、炭素または銀合金から成る。電極３、４は、
例えば箔として被覆されている。コンデンサ素子の第１
の電極はそれぞれ接続部７を介して共通の線路８と接続
されている。共通の線路８は２つの平行に案内されたア
ースフィールド９によりシールドされている。このアー
スフィールドも同様に支持体５に被覆されている。
【００１４】支持体５の裏面には連通した導電箔が設け
られている。この構造は図３の断面図に示されている。 アース電極６はコンデンサ電極３、４と同じ材料から製
造することができる。支持体５はフレキシブルな箔とし
て構成することができ、この箔は容易に湾曲面に適合す
ることができる。
【００１５】図１でセンサ１は、拡大して示したコンデ
ンサ素子２を有する。コンデンサ素子は比較的密に行お
よび列で配置されている。個々の素子には共通の線路８
を介して交流電圧が供給される。共通の線路８は第１の
電極３に案内されている。第２の電極４はそれぞれ別個
の線路を介して端子エッジ１０に案内される。裏面のア
ース電極も数に入れると、ｎ個のコンデンサ素子に対し
てｎ＋２個の線路が必要である。必要な素子の数は任意
に選択可能である。例えばセンサを、内燃機関の吸気管
の燃料膜高さの測定に使用するならば、第２の電極４を
測定線路を介してそれぞれ別個に導出すると特に有利で
ある。というのは、壁膜の高さが吸気管の個々の個所で
非常に異なることもあるからである。これにより、多数
の測定点を、比較的少ない線路で検出することができる
。
【００１６】本発明の第２の実施例が図４〜図６に示さ
れている。センサ１１はコンデンサ素子１２を有してい
る。このコンデンサ素子は櫛状に構成されており、相互
に噛合配置されている。それによりコンデンサ素子１２
のキャパシタンスは、対向する歯ないしテープのキャパ
シタンスの和により形成される。コンデンサ素子１２は
第１の実施例と同じ構成を有している。電極１３は共通
の供給線路８により制御される。供給線路８は、第１の
実施例と同じように、部分的に平行に案内されたアース
線路９によりシールドされている。線路９は第１の実施
例と同じようにアース電極６と支持体５の裏面にて電気
的に接続されている。第２の電極１４は別個の測定線路
を介して端子エッジ１０に引き出される。
【００１７】図６にはコンデンサ素子１２の断面図が示
されている。ここでは特に、電極１３、１４並びにアー
ス電極１６の配置構成が支持体１５の両側で示されてい
る。
【００１８】次に実施例の作用について説明する。セン
サは内燃機関の吸気管内の燃料、例えばガソリンまたは
軽油の壁膜高さを測定するのに特に適している。この目
的のために、センサは内燃機関の吸気管内部の測定個所
に取り付けられる。端子エッジ１０を介して測定信号は
取り出され、例えば図７に示されるように評価回路によ
り評価することができる。
【００１９】センサ１；１１の表面が例えば燃料２５に
より濡れると、コンデンサ素子２；１２のキャパシタン
スは燃料膜２５の高さに依存して変化する。容量変化を
変換するために、膜の高さに依存してアナログ電圧信号
ＵＡが発生される。この信号はローパスフィルタとして
帰還結合された演算増幅器２４の出力側から取り出され
る（図７）。
【００２０】すべてのセンサに対して共通の発電機２１
によって電極３；１３に、有利には例えば２００ｋＨｚ
の周波数ｆと、例えば１０Ｖの極値間の電圧幅Δｕｅを
有する三角形状または正弦波状の交流電圧ｕｅが励起さ
れる。電極４；１４はそれぞれ、電子スイッチ２３のス
イッチ接点Ｓ１を介して、帰還結合された演算増幅器の
反転入力側ｋまたはアースｍに接続される。各コンデン
サ素子（Ｃ２；１２）２；１２には比較コンデンサＣ２
２が所属し、この比較コンデンサの端子は固定的に電極
３（ないし発電機電圧ｕｅ）に接続されている。一方、
第２の端子は電子スイッチ２３のスイッチ接点Ｓ２を介
してアースｍまたは演算増幅器２４の反転入力側ｋと接
続される。スイッチＳ１とＳ２はそのスイッチ位置を交
流電圧ｕｅと位相同期して、交流電圧ｕｅがその下側極
値または上側極値に達するときそれぞれ切り換える。
【００２１】演算増幅器の帰還結合により接続点ｋは常
にアース電位を有する。従い２つのスイッチの切換の際
にも、スイッチ側端子Ｃ２；１２およびＣ２２の電位は
変化しない。スイッチは、コンデンサＣ２；１２および
Ｃ２２の充放電がスイッチ位置に応じて異なる電荷源か
ら行われるように作用する。すなわち、スイッチ位置１
では接続点ｋから、スイッチ位置２では接続点ｍから行
われる。しかし、センサ１；１１の裏面の第３電極６と
電極４；１４とから形成される寄生容量、並びに電極４
；１４への接続線路の寄生容量は、電位変動がないため
有利なことに電荷交換に関与しない。
【００２２】例えば電圧ｕｅの下降フェーズ中にスイッ
チ位置１であれば、コンデンサＣ２が充放電され、電荷
ｑ１＝Ｃ２＊Δｕｅが演算増幅器回路の接続点ｋから取
り出される。ｕｅの上昇フェーズ中でスイッチ位置２の
場合、比較コンデンサＣ２２が充放電され、電荷ｑ２＝
Ｃ２２＊Δｕｅが接続点ｋに送出される。
【００２３】励起電圧の周波数がｆの場合、すなわち電
荷輸送が行われる場合、次の平均値を有する２つのパル
ス状直流電流が生じる。
【００２４】 　　ｉ１＝Ｃ２＊ｆ＊Δｕｅ　　　　　　　　ｉ２＝Ｃ
２２＊ｆ＊Δｕｅこの平均値は接続点ｋで重畳される。
【００２５】コンデンサＣによりローパス特性を有する
演算増幅器の出力直流電圧に対しては以下があてはまる
。
【００２６】 　　ＵＡ＝Ｒ＊（ｉ１−ｉ２）＝Δｕｅ＊Ｒ＊ｆ＊（Ｃ
２−Ｃ２２）燃料膜がない場合、比較コンデンサＣ２２
はＵＡ＝０であるように調整される。
【００２７】燃料膜が生じると、キャパシタンスＣ２が
上昇し、膜厚に依存するアナログ出力電圧ＵＡが生じる
。
【００２８】電極４；１４とそれに所属する接続線路に
おける電位変動がないことにより、寄生容量はセンサの
感度に対してほとんど障害を与えない。そのため有利に
は、裏面クロストークに対するシールドとして作用する
裏面の第３電極を外部障害輻射に対するシールドとして
も使用することができ、これによりセンサ１；１１の感
度が上昇する。
【００２９】隣接する接続線路を有するセンサの信号は
、電位変動が無視できるほど小さいため、有利には相互
に容量性のクロストークを示さない。これにより多数の
平行するセンサ接続線路を狭い空間に設置することが可
能となり、接続線路は比較的長く構成することができる
。これにより電子回路を比較的離れた所に構成すること
ができる。
【００３０】基板には実質的に作用しない寄生容量のみ
が発生するのであるから、例えば温度変動による基板の
誘電定数の変動も作用しない。基板は別の観点から、例
えばフレキシビリティの点から選択することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明により、相対キャパシタンス変化
の大きい容量センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサの正面図である。
【図２】コンデンサ素子を示す図である。
【図３】センサの断面図である。
【図４】第２の実施例を示すセンサの正面図である。
【図５】相応のコンデンサ素子を示す図である。
【図６】第２の実施例のセンサの断面図である。
【図７】評価回路のブロック回路図である。
【符号の説明】
１　　センサ ２　　コンデンサ素子 ３　　第１の電極 ４　　第２の電極 ５　　支持体 ６　　アース電極 ７　　接続線路 ８　　共通の線路 ９　　アース線路 １０　　端子エッジ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内燃機関の吸気チャネル内の燃料壁膜
    測定用容量センサであって、少なくとも１つのコンデン
    サ素子と、評価回路に接続するための電気線路とを有し
    、前記コンデンサ素子の２つの電極は絶縁支持体に被覆
    され、支持体上面の両側に配置されている燃料壁膜測定
    用容量センサにおいて、第３の電極が設けられており、
    該電極は支持体（５；１５）の裏面に配置されており、
    コンデンサ素子（２；１２）のラテラル配置された電極
    （３、４；１３；１４）に対するアース電極（６；１６
    ）として構成されていることを特徴とする容量センサ。
  2. 【請求項２】　　アース電極（６；１６）は連通して構
    成されている請求項１記載の容量センサ。
  3. 【請求項３】　　支持体（５；１５）は合成樹脂膜であ
    る請求項１または２記載の容量センサ。
  4. 【請求項４】　　合成樹脂膜はポリアミドを有している
    請求項３記載の容量センサ。
  5. 【請求項５】　　支持体（５）の上側には少なくとも１
    つの円板状電極（３）が配置されており、該電極は第２
    の電極（４）によりリング状に取り囲まれている請求項
    １から４までのいずれか１記載の容量センサ。
  6. 【請求項６】　　第２の電極（４）は開口部を有してお
    り、該開口部を通って線路は円板状電極（３）に導かれ
    る請求項５記載の容量センサ。
  7. 【請求項７】　　センサ（１；１１）の測定感度および
    ／または測定領域は、電極（３、４；１３、１４）間の
    間隔（ｄ）により選択可能である請求項１から６までの
    いずれか１記載の容量センサ。
  8. 【請求項８】　　センサ（１；１１）の測定感度および
    ／または測定領域は、電極（３、４；１３、１４）のリ
    ング状構造または櫛型構造により設定可能である請求項
    ７記載の容量センサ。
  9. 【請求項９】　　コンデンサ素子（２；１２）は隣接し
    て相互に配置されている請求項１から８までのいずれか
    １記載の容量センサ。
  10. 【請求項１０】　　コンデンサ素子（２）は支持体（５
    ）の中心軸線を中心に対で配置されており、円板状電極
    （（３）は接続部（７）を介して中心軸線上を延在する
    線路（８）と接続されており、第２の電極（４）への端
    子は支持体（５）縁部にて端子エッジ（１０）に案内さ
    れており、線路（８）対して一部両側で矩形状に構成さ
    れた導電板（９）が設けられており、該導電板は裏面電
    極（６）と接続されている請求項１から９までのいずれ
    か１記載の容量センサ。
  11. 【請求項１１】　　コンデンサ素子（２；１２）は共通
    の発電機により制御可能である請求項１から１０までの
    いずれか１記載の容量センサ。
  12. 【請求項１２】　　コンデンサ素子（２；１２）の制御
    のため、３角形状または正弦波状の交流電圧を使用し得
    る請求項１１記載の容量センサ。
  13. 【請求項１３】　　コンデンサ素子（２；１２）の対で
    配置された電極（４；１４）のそれぞれ１つは交互に、
    アースまたは増幅器（２４）の入力側と接続可能である
    請求項１から１２までのいずれか１記載の容量センサ。
JP3256072A 1990-10-04 1991-10-03 容量センサ Pending JPH04273002A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4031210.0 1990-10-04
DE4031210A DE4031210A1 (de) 1990-10-04 1990-10-04 Kapazitiver sensor zur messung eines kraftstoffwandfilms

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Publication Number Publication Date
JPH04273002A true JPH04273002A (ja) 1992-09-29

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ID=6415457

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JP3256072A Pending JPH04273002A (ja) 1990-10-04 1991-10-03 容量センサ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5175505A (ja)
EP (1) EP0478958B1 (ja)
JP (1) JPH04273002A (ja)
DE (2) DE4031210A1 (ja)

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