JPH04363629A - 静電容量式液位センサ - Google Patents
静電容量式液位センサInfo
- Publication number
- JPH04363629A JPH04363629A JP3002146A JP214691A JPH04363629A JP H04363629 A JPH04363629 A JP H04363629A JP 3002146 A JP3002146 A JP 3002146A JP 214691 A JP214691 A JP 214691A JP H04363629 A JPH04363629 A JP H04363629A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- liquid level
- liquid
- level sensor
- capacitive
- Prior art date
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- Pending
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】この発明は、導電性を有する液体
の液位を検出する静電容量式液位センサに関する。
の液位を検出する静電容量式液位センサに関する。
【０００３】
【従来の技術】液体の液位を検出する液位センサとして
は、従来、超音波方式、光学方式等種々の方式のものが
あるが、中でも比較的簡便に液位を検出できる方式とし
ては静電容量式の液位センサが挙げられる。この静電容
量式液位センサは、図８に示すように、少なくとも一対
の電極１１ａ，１１ｂがスペーサ１３に取付けられて電
極間距離が一定に保たれている。そして電極１１ａ，１
１ｂ間の静電容量値より液位を検出するようになってい
る。
は、従来、超音波方式、光学方式等種々の方式のものが
あるが、中でも比較的簡便に液位を検出できる方式とし
ては静電容量式の液位センサが挙げられる。この静電容
量式液位センサは、図８に示すように、少なくとも一対
の電極１１ａ，１１ｂがスペーサ１３に取付けられて電
極間距離が一定に保たれている。そして電極１１ａ，１
１ｂ間の静電容量値より液位を検出するようになってい
る。
【０００４】この静電容量式液位センサによる液体１４
の液位検出方式を図９を用いて説明する。電極１１ａ，
１１ｂ間の静電容量Ｃは次式で表される。
の液位検出方式を図９を用いて説明する。電極１１ａ，
１１ｂ間の静電容量Ｃは次式で表される。
【０００５】
Ｃ＝ε０ ・εａ ・｛Ｗ・（Ｌ−ｈ）／ｄ｝
＋ε０ ・εｒ ・（Ｗ・ｈ／ｄ）
…（１）但し、ε０ ：真空中の誘電率 εａ ：空気の比誘電率 εｒ ：液体の比誘電率 Ｗ：電極の幅 Ｌ：電極の高さ ｄ：電極間距離 ｈ：液位 上記（１）式から液位ｈは、 ｈ＝｛（Ｃ・ｄ／Ｗ・ε０ ）−εａ ・Ｌ｝
／（εｒ −εａ ） …（２）として求め
られる。
＋ε０ ・εｒ ・（Ｗ・ｈ／ｄ）
…（１）但し、ε０ ：真空中の誘電率 εａ ：空気の比誘電率 εｒ ：液体の比誘電率 Ｗ：電極の幅 Ｌ：電極の高さ ｄ：電極間距離 ｈ：液位 上記（１）式から液位ｈは、 ｈ＝｛（Ｃ・ｄ／Ｗ・ε０ ）−εａ ・Ｌ｝
／（εｒ −εａ ） …（２）として求め
られる。
【０００６】また導電性を有する液体８の液位を検出す
る場合は、各電極１１ａ，１１ｂ間の導通を避けるため
図１０に示すように電極１１ａ，１１ｂを誘電体材料１
２ａ，１２ｂで覆う方法が一般的であり、この場合も上
記と同様の方法で静電容量が求められて液位を検出する
ことができる。
る場合は、各電極１１ａ，１１ｂ間の導通を避けるため
図１０に示すように電極１１ａ，１１ｂを誘電体材料１
２ａ，１２ｂで覆う方法が一般的であり、この場合も上
記と同様の方法で静電容量が求められて液位を検出する
ことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量式液位
センサでは、一対の電極間の静電容量値から液位を検出
するようにしていたため、精度向上のために電極間距離
を小さくしていくと、図１１に示すように液体の粘性、
表面張力等により電極間の液位が周辺の液位より上昇し
てしまい正確な液位検出が困難となる。また電極間距離
を一定に保つための部品（スペーサ）が必要となって、
組立て工程が複雑化する。
センサでは、一対の電極間の静電容量値から液位を検出
するようにしていたため、精度向上のために電極間距離
を小さくしていくと、図１１に示すように液体の粘性、
表面張力等により電極間の液位が周辺の液位より上昇し
てしまい正確な液位検出が困難となる。また電極間距離
を一定に保つための部品（スペーサ）が必要となって、
組立て工程が複雑化する。
【０００８】そこで、この発明は、液位を精度よく検出
することができ、また組立て工程を簡素化することので
きる静電容量式液位センサを提供することを目的とする
。
することができ、また組立て工程を簡素化することので
きる静電容量式液位センサを提供することを目的とする
。
【０００９】［発明の構成］
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、第１に、導電性を有する液体の液位を
検出する静電容量式液位センサであって、前記液体に電
気的に接続される第１の電極と、誘電体材料で被覆され
前記液体に静電的に結合される第２の電極と、該第２の
電極と前記液体との間に形成される静電容量の変化を電
気的信号に変換する変換手段とを有することを要旨とす
る。
に、この発明は、第１に、導電性を有する液体の液位を
検出する静電容量式液位センサであって、前記液体に電
気的に接続される第１の電極と、誘電体材料で被覆され
前記液体に静電的に結合される第２の電極と、該第２の
電極と前記液体との間に形成される静電容量の変化を電
気的信号に変換する変換手段とを有することを要旨とす
る。
【００１１】第２に、上記第１の構成において、前記第
２の電極は金属製であり、該第２の電極を被覆する前記
誘電体材料は前記金属の金属酸化膜で形成してなること
を要旨とする。
２の電極は金属製であり、該第２の電極を被覆する前記
誘電体材料は前記金属の金属酸化膜で形成してなること
を要旨とする。
【００１２】
【作用】誘電体材料で被覆された第２の電極と導電性を
有する液体との間の静電容量値から液位が検出される。 したがって液体の粘性、表面張力等の影響がなくなって
精度のよい液位検出が可能となる。また、電極と電極と
の空隙箇所を持たないためにスペーサ等の部品が不要と
なり、組立て工程が簡素化される。
有する液体との間の静電容量値から液位が検出される。 したがって液体の粘性、表面張力等の影響がなくなって
精度のよい液位検出が可能となる。また、電極と電極と
の空隙箇所を持たないためにスペーサ等の部品が不要と
なり、組立て工程が簡素化される。
【００１３】上記誘電体材料を第２の電極を形成してい
る金属の金属酸化膜とすることにより製造容易性が得ら
れ、上記組立て工程の簡素化とともに量産に向いたもの
となる。
る金属の金属酸化膜とすることにより製造容易性が得ら
れ、上記組立て工程の簡素化とともに量産に向いたもの
となる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００１５】図１ないし図６は、この発明の一実施例を
示す図である。
示す図である。
【００１６】まず、図１ないし図３を用いて、静電容量
式液位センサの構成を説明する。
式液位センサの構成を説明する。
【００１７】導電性を有する液体８に電気的に接続され
る第１の電極１と、金属材料２ａを誘電体材料３で被覆
し、液体８に静電的に結合される第２の電極２とが絶縁
材料製の適宜形状からなる電極支持材４に、金属ねじ６
により適宜間隔をおいて一列に並ぶように取付けられて
いる。第１の電極１は液体８に電気的に接続されればよ
く、第１の電極１と第２の電極２とは、従来例のように
板面を対向させて電極間距離を一定に保つ必要はない。 ７は第２の電極２と液体８との間に形成される静電容量
の変化を電気的信号に変換する変換手段であり、プリン
ト基板に搭載されたＩＣ等の電子部品により構成されて
いる。第１の電極１及び第２の電極２は、金属ねじ６が
接続部材に兼用されて変換手段７に電気的に接続されて
いる。第１の電極１は変換手段７の接地側に接続されて
いる。
る第１の電極１と、金属材料２ａを誘電体材料３で被覆
し、液体８に静電的に結合される第２の電極２とが絶縁
材料製の適宜形状からなる電極支持材４に、金属ねじ６
により適宜間隔をおいて一列に並ぶように取付けられて
いる。第１の電極１は液体８に電気的に接続されればよ
く、第１の電極１と第２の電極２とは、従来例のように
板面を対向させて電極間距離を一定に保つ必要はない。 ７は第２の電極２と液体８との間に形成される静電容量
の変化を電気的信号に変換する変換手段であり、プリン
ト基板に搭載されたＩＣ等の電子部品により構成されて
いる。第１の電極１及び第２の電極２は、金属ねじ６が
接続部材に兼用されて変換手段７に電気的に接続されて
いる。第１の電極１は変換手段７の接地側に接続されて
いる。
【００１８】上記第２の電極２における誘電体材料３は
、金属材料２ａの金属酸化膜又は有機材料の塗布により
形成されて量産性が高められている。
、金属材料２ａの金属酸化膜又は有機材料の塗布により
形成されて量産性が高められている。
【００１９】次に、図４ないし図６を用いて、上述のよ
うに構成された静電容量式液位センサの作用を説明する
。
うに構成された静電容量式液位センサの作用を説明する
。
【００２０】図４において、第２の電極２は、その金属
材料２ａの幅をＷ、また誘電体材料３の厚さをｔとし、
導電性液体８の液位を金属材料２ａの下部よりＨとする
。まず液体８が全く無いとき、第１の電極１に導通する
物質がなく、空気のみが介在しているので、第１の電極
１、第２の電極２間の静電容量値Ｃ０ は零に近い値と
なる。次に、導電性の液体８が高さＨだけ供給された場
合の静電容量値Ｃｈ を求める。このときの等価回路を
図５に示す。液位によって第２の電極２に形成されてい
る誘電体材料３の液体８に浸されている面積ａが変わる
ことになる。よって、この場合の静電容量値Ｃｈ は次
式で表される。
材料２ａの幅をＷ、また誘電体材料３の厚さをｔとし、
導電性液体８の液位を金属材料２ａの下部よりＨとする
。まず液体８が全く無いとき、第１の電極１に導通する
物質がなく、空気のみが介在しているので、第１の電極
１、第２の電極２間の静電容量値Ｃ０ は零に近い値と
なる。次に、導電性の液体８が高さＨだけ供給された場
合の静電容量値Ｃｈ を求める。このときの等価回路を
図５に示す。液位によって第２の電極２に形成されてい
る誘電体材料３の液体８に浸されている面積ａが変わる
ことになる。よって、この場合の静電容量値Ｃｈ は次
式で表される。
【００２１】
Ｃｈ ＝ε０ ・εｔ ・（Ｗ・Ｈ／ｔ）・２
…（３
）但し、ε０ ：真空中の誘電率 εｔ ：絶縁材料の比誘電率 Ｗ：第２の電極の導電材料の幅 ｔ：絶縁材料の厚さ Ｈ：液位 上記（３）式から液位Ｈは、 Ｈ＝Ｃｈ ・ｔ／（２・ε０ ・εｔ ・Ｗ）
…
（４）として求められる。このＨの値は、電気的信号の
レベルとして変換手段７から出力される。図６は、上記
（４）式による液位Ｈと静電容量値Ｃｈ との関係を特
性で示している。液位Ｈと静電容量値Ｃｈ は比例的に
変化し、また、表面張力等の影響がないことから、容易
且つ精度のよい液位検出が可能となる。さらに、このよ
うな液位検出に際し、第１の電極１が変換手段７の接地
側に接続されているので、外乱の影響や、導電性液体８
の対地間浮遊容量の影響を取り除くことができ、安定し
た液位検出が可能となる。
…（３
）但し、ε０ ：真空中の誘電率 εｔ ：絶縁材料の比誘電率 Ｗ：第２の電極の導電材料の幅 ｔ：絶縁材料の厚さ Ｈ：液位 上記（３）式から液位Ｈは、 Ｈ＝Ｃｈ ・ｔ／（２・ε０ ・εｔ ・Ｗ）
…
（４）として求められる。このＨの値は、電気的信号の
レベルとして変換手段７から出力される。図６は、上記
（４）式による液位Ｈと静電容量値Ｃｈ との関係を特
性で示している。液位Ｈと静電容量値Ｃｈ は比例的に
変化し、また、表面張力等の影響がないことから、容易
且つ精度のよい液位検出が可能となる。さらに、このよ
うな液位検出に際し、第１の電極１が変換手段７の接地
側に接続されているので、外乱の影響や、導電性液体８
の対地間浮遊容量の影響を取り除くことができ、安定し
た液位検出が可能となる。
【００２２】次いで、図７には、この発明の他の実施例
を示す。この実施例は、電極支持材５の形状を、前記一
実施例のものと比べて簡素な形状とし、変換手段７を構
成しているプリント基板を各電極１，２の板面に平行に
取付けて、より一層の組立容易性を実現したものである
。
を示す。この実施例は、電極支持材５の形状を、前記一
実施例のものと比べて簡素な形状とし、変換手段７を構
成しているプリント基板を各電極１，２の板面に平行に
取付けて、より一層の組立容易性を実現したものである
。
【００２３】液位の検出作用等は、前記一実施例のもの
と同様である。
と同様である。
【００２４】なお、上述の各実施例において第１の電極
１は板状としたが、第１の電極１は導電性の液体８に電
気的に接続されるものであればよいので、その形状はど
のようなものであってもよく、例えば針状としてもよい
。
１は板状としたが、第１の電極１は導電性の液体８に電
気的に接続されるものであればよいので、その形状はど
のようなものであってもよく、例えば針状としてもよい
。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、導電性を有する液体に電気的に接続される第１の電極
と、誘電体材料で被覆され前記液体に静電的に結合させ
る第２の電極と、この第２の電極と液体との間に形成さ
れる静電容量の変化を電気的信号に変換する変換手段と
を具備させ、誘電体材料で被覆された第２の電極と導電
性を有する液体との間の静電容量値から液位を検出する
ようにしたため、表面張力等の影響がなくなって精度よ
く液位を検出することができる。また、電極間に空隙箇
所を持たないためスペーサ等の部品が不要となり組立て
工程を簡素化することができる。
、導電性を有する液体に電気的に接続される第１の電極
と、誘電体材料で被覆され前記液体に静電的に結合させ
る第２の電極と、この第２の電極と液体との間に形成さ
れる静電容量の変化を電気的信号に変換する変換手段と
を具備させ、誘電体材料で被覆された第２の電極と導電
性を有する液体との間の静電容量値から液位を検出する
ようにしたため、表面張力等の影響がなくなって精度よ
く液位を検出することができる。また、電極間に空隙箇
所を持たないためスペーサ等の部品が不要となり組立て
工程を簡素化することができる。
【００２６】さらに、誘電体材料を第２の電極を形成し
ている金属の酸化膜とすることにより、製造容易性が得
られ、上記組立て工程の簡素化とともに量産性を向上さ
せることができる。
ている金属の酸化膜とすることにより、製造容易性が得
られ、上記組立て工程の簡素化とともに量産性を向上さ
せることができる。
【図１】この発明に係る静電容量式液位センサの一実施
例を概略的に示す斜視図である。
例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の静電容量式液位センサの構成を示す分解
斜視図である。
斜視図である。
【図３】図１の静電容量式液位センサの正面等からみた
図である。
図である。
【図４】図１の静電容量式液位センサの作用を説明する
ための図である。
ための図である。
【図５】図１の静電容量式液位センサの等価回路を示す
図である。
図である。
【図６】図１の静電容量式液位センサの液位と静電容量
との関係を示す特性図である。
との関係を示す特性図である。
【図７】この発明の他の実施例を正面等からみた図であ
る。
る。
【図８】従来の静電容量式液位センサを示す斜視図であ
る。
る。
【図９】図８の静電容量式液位センサの作用を説明する
ための図である。
ための図である。
【図１０】他の従来例を説明するための図である。
【図１１】従来例の問題点を説明するための図である。
１ 第１の電極
２ 第２の電極
３ 誘電体材料
７ 変換手段
８ 導電性を有する液体
Claims (2)
- 【請求項１】 導電性を有する液体の液位を検出する
静電容量式液位センサであって、前記液体に電気的に接
続される第１の電極と、誘電体材料で被覆され前記液体
に静電的に結合される第２の電極と、該第２の電極と前
記液体との間に形成される静電容量の変化を電気的信号
に変換する変換手段とを有することを特徴とする静電容
量式液位センサ。 - 【請求項２】 前記第２の電極は金属製であり、該第
２の電極を被覆する前記誘電体材料は前記金属の金属酸
化膜で形成してなることを特徴とする請求項１記載の静
電容量式液位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002146A JPH04363629A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 静電容量式液位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002146A JPH04363629A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 静電容量式液位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04363629A true JPH04363629A (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=11521211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3002146A Pending JPH04363629A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 静電容量式液位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04363629A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100970402B1 (ko) * | 2007-05-14 | 2010-07-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접 메탄올 연료 전지 시스템용 커패시티브 액체 레벨검출기 |
| US8047073B2 (en) | 2007-05-14 | 2011-11-01 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Capacitive liquid level detector for direct methanol fuel cell systems |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP3002146A patent/JPH04363629A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100970402B1 (ko) * | 2007-05-14 | 2010-07-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접 메탄올 연료 전지 시스템용 커패시티브 액체 레벨검출기 |
| US8047073B2 (en) | 2007-05-14 | 2011-11-01 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Capacitive liquid level detector for direct methanol fuel cell systems |
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