專利名稱：液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量液位的液位傳感器。
背景技術(shù)：
在存放液體的容器中，有些具有用來(lái)測(cè)量液位的液位傳感器。作為液位傳感器，例如，有為人們所知的有浮子式傳感器、使用超聲波的傳感器以及靜電電容式傳感器等等。
這里，在容器為例如高20mm，直徑20mm這樣的小型容器的情況下，在浮子式傳感器中，由于不得不把浮子做得小，因此浮子自身的浮力變得過(guò)小，所以存在不足以支撐可變電阻器、光學(xué)器件、磁器件等與浮子連動(dòng)的位置檢測(cè)器件這一問(wèn)題。另外，小型容器由于容積較小，液位的絕對(duì)值也變小，從而要求例如在高度方向上正負(fù)誤差在0.5mm左右的高測(cè)量精度。在具有這樣的特殊性的小型容器中，如果采用使用超聲波的傳感器，由于不能夠完全確保發(fā)送接收超聲波的距離，導(dǎo)致測(cè)量精度降低，無(wú)法高精度地測(cè)量液位。
與此相對(duì)，靜電電容式傳感器能夠比浮子式傳感器更加小型化，并且比使用超聲波的傳感器更高精度地測(cè)量液位。
靜電電容式傳感器中，將一對(duì)部分浸在液體內(nèi)的測(cè)量用電極配置在沿著容器的垂直方向上。這里，由于液體中的感應(yīng)率比空氣中的感應(yīng)率大，一對(duì)測(cè)量用電極中，浸在液體中的那部分的靜電電容量變大。因此，液位越高，靜電電容就越大，如果測(cè)出靜電電容，就能夠測(cè)量出液位。另外，在以往的液位傳感器中，具有一對(duì)被完全浸沒在液體中的參照用電極。通過(guò)該一對(duì)參照用電極所測(cè)量出的靜電電容，能夠計(jì)算出該溫度下的液體的感應(yīng)率。這樣，如果使用該感應(yīng)率測(cè)出測(cè)量用電極間的靜電電容，就能夠提高測(cè)量精度(參考例如專利文獻(xiàn)1)
專利文獻(xiàn)1特開平11-108735號(hào)公報(bào)。
然而，由于一對(duì)測(cè)量用電極與一對(duì)參照用電極之間容易產(chǎn)生靜電耦合，容易導(dǎo)致測(cè)量用電極中的靜電電容的測(cè)量值發(fā)生誤差。特別是，如果將液位傳感器小型化，由于測(cè)量用電極與參照用電極的接近，會(huì)更加容易發(fā)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述以前的問(wèn)題，目的在于提供一種能夠高精度地測(cè)量液位的液位傳感器。
本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，采用以下裝置。
本發(fā)明的液位傳感器，包括被配置在存放液體的容器內(nèi)的、被輸入規(guī)定信號(hào)的測(cè)量信號(hào)供給電極；以及被配置在距離上述測(cè)量信號(hào)供給電極規(guī)定距離處，測(cè)量對(duì)應(yīng)于液面的高度而變化的電氣特性的測(cè)量電極；以及用來(lái)測(cè)量上述測(cè)量信號(hào)供給電極與上述測(cè)量電極之間的電氣特性，取得上述電氣特性的參照值的參照電極，上述參照電極的一部分被電磁屏蔽。
這樣的液位傳感器，由于參照電極一部分被屏蔽，參照電極中被屏蔽的部分，不會(huì)與測(cè)量電極或者測(cè)量信號(hào)供給電極之間產(chǎn)生靜電耦合。該液位傳感器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電極與測(cè)量電極之間的電氣特性、以及在參照電極中沒有被屏蔽的部分所測(cè)量的電氣特性，來(lái)測(cè)量液位。
作為優(yōu)選方式，在上述液位傳感器中，上述參照電極，在與測(cè)量電路相連接的信號(hào)導(dǎo)通部的前端，具有測(cè)量上述參照值的參照用測(cè)量部，上述信號(hào)導(dǎo)通部被電磁屏蔽。
這樣的液位傳感器，在將參照用測(cè)量部所得到的信號(hào)導(dǎo)入到測(cè)量電路中的過(guò)程中，能夠防止信號(hào)中附加噪聲。特別是，由于參照用測(cè)量部位于容器的底面附近，因此很容易得到檢測(cè)液位時(shí)的基準(zhǔn)。
作為優(yōu)選方式，在上述液位傳感器中，用防水性的絕緣膜覆蓋上述測(cè)量信號(hào)供給電極、上述測(cè)量電極、上述參照電極以及上述參照電極的屏蔽。
這樣的液位傳感器，能夠防止導(dǎo)電性的各個(gè)電極與屏蔽層以及液體間的接觸。
作為優(yōu)選方式，在上述液位傳感器中，上述參照電極被設(shè)置在絕緣材料上，上述參照電極的屏蔽包括在上述絕緣材料上沿著上述參照電極而設(shè)置在其兩側(cè)的一對(duì)屏蔽電極，以及一對(duì)屏蔽層使上述絕緣材料被夾持在中間。
這樣的液位傳感器，由于屏蔽電極以及屏蔽層被設(shè)置成將參照電極包圍住，因此能夠鞏固參照電極的電磁屏蔽。
作為優(yōu)選方式，上述液位傳感器中，上述測(cè)量電極與上述測(cè)量信號(hào)供給電極之間的距離，大致等于某一個(gè)上述屏蔽電極以及上述屏蔽層與上述測(cè)量信號(hào)供給電極之間的距離。
這樣的液位傳感器，能夠使測(cè)量信號(hào)供給電極震蕩產(chǎn)生的信號(hào)，均等地傳播給測(cè)量電極、屏蔽電極以及屏蔽層。
作為優(yōu)選方式，上述液位傳感器中，上述測(cè)量信號(hào)供給電極、上述測(cè)量電極以及上述參照電極各自的前端位置齊平。
這樣的液位傳感器，通過(guò)使各個(gè)電極的前端齊平，能夠從相當(dāng)深的位置測(cè)量液位。
作為優(yōu)選方式，上述液位傳感器中，上述參照電極，除了其前端部分之外的部分，至少是能夠浸在液體中的部分被屏蔽。
該液位傳感器中，在能夠測(cè)量液位的范圍內(nèi)，由于除了用來(lái)取得參照值的部分之外，因?yàn)閰⒄针姌O被屏蔽，所以即使液位變化，除參照電極的參照值測(cè)量部分以外，也不會(huì)與測(cè)量信號(hào)供給電極發(fā)生靜電耦合。
作為優(yōu)選方式，上述液位傳感器中，上述測(cè)量電極與上述測(cè)量信號(hào)供給電極以及上述參照電極被設(shè)置為互相靠近，且使各個(gè)電極成為被長(zhǎng)條型的絕緣膜覆蓋的長(zhǎng)條膜型。
該液位傳感器，能夠防止導(dǎo)電性的各個(gè)電極與屏蔽層或液體接觸。另外，由于是長(zhǎng)條型，因此安裝變得更容易，能夠可靠地固定電極間的距離。
發(fā)明效果通過(guò)本發(fā)明，由于將參照電極的一部分屏蔽，因此能夠防止被屏蔽的部分與測(cè)量電極或者測(cè)量信號(hào)供給電極之間的靜電耦合。這樣，增強(qiáng)了參照電極抵抗外部電磁噪聲的能力，從而能夠提高液位的測(cè)量精度。另外，通過(guò)膜覆蓋各個(gè)電極被浸沒在液體中的部分，更易于安裝。
另外，如果將參照電極除了前端部分之外都屏蔽起來(lái)，就更容易測(cè)量容器底面附近的電氣特性。
另外，如果使測(cè)量信號(hào)供給電極到測(cè)量電極之間的距離，與測(cè)量信號(hào)供給電極到屏蔽之間的距離大致相等，就使得來(lái)自測(cè)量信號(hào)供給電極的信號(hào)的傳播大致均等，從而降低測(cè)量誤差。
另外，如果使各個(gè)電極的前端相對(duì)容器的底面的高度相同，那么即使只有少量的液體，也能夠測(cè)量液位。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式中的液位傳感器的整體構(gòu)成圖。
圖2是說(shuō)明液位傳感器的傳感器部的示意圖。
圖3是液位傳感器的傳感器部的分解立體圖。
圖4是說(shuō)明液位傳感器的實(shí)測(cè)值的一個(gè)測(cè)量例的圖。
圖中2-傳感器部，3-測(cè)量電路，4、7-保護(hù)膜(絕緣膜)，5-第1絕緣膜(絕緣材料)，6-第2絕緣膜(絕緣材料)，9、15-屏蔽層，10-測(cè)量電極，10a、11a、13a-下端(前端)，11-驅(qū)動(dòng)電極(測(cè)量信號(hào)供給電極)，12-第1屏蔽電極，13-參照電極，14-第2屏蔽電極，25-參照用測(cè)量部，r1、r2-距離，h0-基準(zhǔn)位置。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)照附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)施方式中的液位傳感器，包括被固定在容器1中的傳感器部2，以及與傳感器部2電連接的測(cè)量電路3。
如圖2以及圖3所示，傳感器部2為細(xì)長(zhǎng)的薄膜狀，按照長(zhǎng)邊方向一側(cè)的基端2a與測(cè)量電路3相連接，前端2b位于容器1的底面附近那樣固定。另外，從基端2a到前端2b之間，傳感器部2的寬度變寬。最好使從該寬度擴(kuò)展部分8開始的前端浸在液體中。
傳感器部2按順序?qū)臃e有保護(hù)膜4、第1絕緣膜5、第2絕緣膜6以及保護(hù)膜7。各個(gè)膜4、5、6、7由聚對(duì)苯二甲酸乙二(醇)酯(PET)、聚酯、尼龍、液晶聚合體等吸水率低的絕緣材料制成。
在位于某一側(cè)的最外層的保護(hù)膜4上，以薄片狀設(shè)置有寬度為保護(hù)膜4的寬度的一半左右的屏蔽層9。第1絕緣膜5被緊貼在保護(hù)膜4上，與保護(hù)膜4一起夾持屏蔽層9。在該第1絕緣膜5上，沿著第1絕緣膜5的長(zhǎng)邊方向間隔一定的距離大致并列地配置有各個(gè)線狀的測(cè)量電極10、驅(qū)動(dòng)電極(測(cè)量信號(hào)供給電極)11、第1屏蔽電極12、參照電極13、第2屏蔽電極14。第2絕緣膜6被密合在第1絕緣膜5上，與第1絕緣膜5一起夾持各個(gè)電極10、11、12、13、14。在該第2絕緣膜6上，以薄片狀設(shè)置有寬度為第2絕緣膜6的寬度的一半左右的屏蔽層15。另外，保護(hù)膜7被密合在第2絕緣膜6上，與第2絕緣膜6一起夾持屏蔽層15。
另外，如圖2所示，第2絕緣膜6以及保護(hù)膜7，在傳感器部2的基端2a側(cè)比保護(hù)膜4以及第1絕緣膜5短，在相當(dāng)于傳感器部2的上部的基端2a側(cè)，各個(gè)電極10、11、12、13、14分別以規(guī)定的長(zhǎng)度露出來(lái)。
如圖2以及圖3所示，驅(qū)動(dòng)電極11以規(guī)定的線寬以及厚度被設(shè)置在第1絕緣膜5的面17上從基端到前端的附近處。該驅(qū)動(dòng)電極11的上端，與位于傳感器部2的基端2a側(cè)的測(cè)量電路3(參考圖1)相連接，被輸入規(guī)定的驅(qū)動(dòng)用交流信號(hào)。另外，驅(qū)動(dòng)電極11的下端(前端)11a，位于第1絕緣膜5的前端5a的上方，距離第1絕緣膜5的前端5a為規(guī)定的距離r1。
測(cè)量電極10，被設(shè)置在面17上位于距離驅(qū)動(dòng)電極11規(guī)定距離處。測(cè)量電極10的線寬以及厚度與驅(qū)動(dòng)電極11相同。測(cè)量電極10的上端與位于傳感器部2的基端2a側(cè)的測(cè)量電路3相連接。另外，測(cè)量電極10的下端(前端)10a位于第1絕緣膜5的前端5a的上方，距離第1絕緣膜5的前端5a為規(guī)定的距離r1。
該測(cè)量電極10與驅(qū)動(dòng)電極11形成電容器件。其靜電電容值由測(cè)量電極10與驅(qū)動(dòng)電極11的表面積、電極間距離以及感應(yīng)率決定。相對(duì)空氣的感應(yīng)率來(lái)說(shuō)，液體的感應(yīng)率非常大。因此，測(cè)量電極10與驅(qū)動(dòng)電極11之間的靜電電容，大致與浸在液面下的表面積，也即從測(cè)量電極10與驅(qū)動(dòng)電極11的下端到后述的液面之間的長(zhǎng)度成正比。
另外，在面17上，第1屏蔽電極12被設(shè)置在與測(cè)量電極10相對(duì)驅(qū)動(dòng)電極11大致對(duì)稱的位置上。也即，驅(qū)動(dòng)電極11到測(cè)量電極10之間的距離，與驅(qū)動(dòng)電極11到第1屏蔽電極12之間的距離大致相同。第1屏蔽電極12的上端接地。另外，第1屏蔽電極12的下端(前端)12a位于第1絕緣膜5的前端5a的上方，距離第1絕緣膜5的前端5a為規(guī)定的距離r2。并且距離r2大于距離r1。
參照電極13，被設(shè)置在面17上距離驅(qū)動(dòng)電極11更遠(yuǎn)處。參照電極13的線寬以及厚度與驅(qū)動(dòng)電極11相同。參照電極13的上端與位于傳感器部2的基端2a側(cè)的測(cè)量電路3相連接。另外，參照電極13的下端(前端)13a位于第1絕緣膜5的前端5a的上方，距離第1絕緣膜5的前端5a為規(guī)定的距離r1。
第2屏蔽電極14被設(shè)置在面17上，與第1屏蔽電極12共同夾著參照電極13。也即，參照電極13到第2屏蔽電極14之間的距離，與參照電極13到第1屏蔽電極12之間的距離大致相等。第2屏蔽電極14的上端接地。另外，第2屏蔽電極14的下端(前端)14a位于第1絕緣膜5的前端5a的上方，距離第1絕緣膜5的前端5a為規(guī)定的距離r2。
另外，屏蔽層9被設(shè)置在與屏蔽電極12、14以及屏蔽層15重合處。具體的說(shuō)，屏蔽層15的寬度大致等于屏蔽電極12與14的電極間的距離加上各個(gè)屏蔽電極12、14的寬度。另外，屏蔽層9的下端(前端)與屏蔽電極12、14一樣，位于第1絕緣膜5以及第2絕緣膜6的前端的上方，距離第1絕緣膜5以及第2絕緣膜6的前端為規(guī)定的距離r2。這里，屏蔽層9由導(dǎo)電性材料制成。經(jīng)過(guò)形成在第1絕緣膜5上的導(dǎo)電穿孔部20，與第2屏蔽電極14電連接。另外，導(dǎo)電穿孔部20，例如可以通過(guò)給形成在第1絕緣膜5上的穿孔鍍上導(dǎo)電性的材料而形成。
屏蔽層15由導(dǎo)電性材料形成，形狀與屏蔽層9相同。另外，屏蔽層15，形成在第2絕緣膜6與第1絕緣膜5的面17相密合的面的相反側(cè)的面21上。其下端(前端)位于和屏蔽電極12、14以及屏蔽層9相同的位置上。另外，該屏蔽層15，經(jīng)形成在第2絕緣膜6上的導(dǎo)電穿孔部23，與第2屏蔽電極14電連接。
屏蔽層9與屏蔽層15，通過(guò)第1絕緣膜5以及第2絕緣膜6，被設(shè)置在夾持參照電極13以及屏蔽電極12、14的位置上。因此，一對(duì)屏蔽電極12、14與一對(duì)屏蔽層9、15，按照將參照電極13包圍起來(lái)那樣，且保持電連接設(shè)置。由于一對(duì)屏蔽電極12、14如上所述接地，因此一對(duì)屏蔽電極12、14與一對(duì)屏蔽層9、15形成參照電極13的電磁屏蔽。
參照電極13，在下端13a的附近，從屏蔽突出的部分形成參照用測(cè)量部25，被屏蔽的部分作為信號(hào)導(dǎo)通部26。參照用測(cè)量部25與驅(qū)動(dòng)電極11形成電容器件。其靜電電容值由參照用測(cè)量部25以及驅(qū)動(dòng)電極11的表面積、電極間距離與感應(yīng)率決定。參照用測(cè)量部25的長(zhǎng)度為規(guī)定的距離r2減去規(guī)定的距離r1所得到的長(zhǎng)度，將此時(shí)的靜電電容(感應(yīng)率)的值設(shè)為液位測(cè)量時(shí)的參照值。信號(hào)導(dǎo)通部26，其上端與測(cè)量電路3相連接，用來(lái)將參照用測(cè)量部25所產(chǎn)生的規(guī)定信號(hào)輸入給測(cè)量電路30。
另外，各個(gè)電極10、11、12、13、14與屏蔽層9、15，通過(guò)在貼合有規(guī)定厚度的導(dǎo)電性材料的薄膜4、5、6上，將導(dǎo)電材料部分地蝕刻而形成。另外，傳感器部2的寬度擴(kuò)展部分8上，各個(gè)電極10、11、12、13、14之間的配置間隔也以第1屏蔽電極12為中心相應(yīng)地變大。
如圖1所示，測(cè)量電路3具有例如產(chǎn)生方波交流信號(hào)的震蕩電路31。該震蕩電路31包括3個(gè)反向器32、33、34所構(gòu)成的串聯(lián)電路，與該串聯(lián)電路的輸入端及輸出端相連接的電阻器35以及與反向器32的輸入端以及反向器33的輸出端相連接的電容器36。串聯(lián)電路的輸出端與傳感器部2的驅(qū)動(dòng)電極11相連接。
另外，測(cè)量電路3具有與測(cè)量電極10的一端相連接的電阻器37以及模擬開關(guān)38。另外，測(cè)量電路3具有與參照電極13的一端相連接的電阻器39以及模擬開關(guān)40。電阻器37、39各自的另一端分別接地。模擬開關(guān)38、40與低通濾波器41相連接。另外，模擬開關(guān)38、40各自的控制端與震蕩電路31相連接，根據(jù)震蕩電路31的輸出波形，在開關(guān)的ON或OFF之間進(jìn)行切換。
低通濾波器41具有一端與模擬開關(guān)38相連接的電容器42以及電阻器43，電阻器43的另一端與電容器44、電阻器45以及電容器46相連接。另外，低通濾波器41具有一端與模擬開關(guān)40相連接的電容器47以及電阻器48，電阻器48的另一端與電容器49、電阻器50以及電容器46相連接。該低通濾波器41的輸出與差分放大電路51相連接。另外，電容器42、47、電容器44、49、電阻器45、50各自的另一端分別接地。電容器46跨接在電阻器43與電阻器48各自的另一端之間。
差分放大電路51主要由3個(gè)運(yùn)算放大器52、53、54構(gòu)成。運(yùn)算放大器52的非反相輸入端與低通濾波器41的測(cè)量電極10側(cè)的輸出相連接。該運(yùn)算放大器52的輸出端與反相輸入端經(jīng)電阻器55相連接，形成負(fù)反饋回路。另外，運(yùn)算放大器52的輸出端經(jīng)電阻器56的與運(yùn)算放大器54的反相輸入端相連接。另外，運(yùn)算放大器52的反相輸入端經(jīng)電阻器57以及可變電阻器58與運(yùn)算放大器53的反相輸入端相連接。
運(yùn)算放大器53的非反相輸入端與低通濾波器41的參照電極13側(cè)的輸出相連接。該運(yùn)算放大器53的輸出端與反相輸入端之間也跨接有電阻器59。另外，運(yùn)算放大器53的輸出端與電阻器60以及電阻器61分別相連接。電阻器60接地，電阻器61與運(yùn)算放大器54的非反相輸入端相連接。
運(yùn)算放大器54的輸出端與電阻器62的一端相連接。該電阻器62與其他控制電路相連接，從這里輸出對(duì)應(yīng)于從基準(zhǔn)位置h0到液面之間的距離(液位)的信號(hào)。另外，該電阻器62的另一端與運(yùn)算放大器54的反相輸入端之間，并聯(lián)有電阻器63以及電容器64。
接下來(lái)，對(duì)該液位傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。另外，圖1中所示的容器1的內(nèi)面固定有傳感器部2。這里，最好使傳感器部2的各個(gè)電極10、11、12、13、14的長(zhǎng)度方向與容器1的垂直方向一致，且傳感器部2的前端與容器1的底面相接觸。
首先，在容器1中，如圖2所示，加入高度等于距離r2(基準(zhǔn)位置h0)的液體。在該狀態(tài)下，震蕩電路31產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)用交流信號(hào)，并輸入給驅(qū)動(dòng)電極11。交流信號(hào)以空氣以及液體為媒介，從驅(qū)動(dòng)電極11傳播到測(cè)量電極10、第1屏蔽電極12、屏蔽層9、15以及參照用測(cè)量部25。另外，由于第1屏蔽電極12以及屏蔽層9、15接地，參照電極13中，信號(hào)導(dǎo)通部26中不會(huì)傳播信號(hào)。
測(cè)量電極10中，由于信號(hào)的傳播，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于基于液體的感應(yīng)率的靜電電容，也即液位的接收電壓(接收信號(hào))。該接收電壓被輸入給測(cè)量電路3的模擬開關(guān)38。另外，參照用測(cè)量部25中，由于信號(hào)的傳播，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于基于液體的感應(yīng)率的靜電電容的接收電壓(接收信號(hào))。該接收電壓被輸入給測(cè)量電路3的模擬開關(guān)40。
這里，由于模擬開關(guān)38、40，對(duì)應(yīng)于震蕩電路31的驅(qū)動(dòng)交流，切換開關(guān)的閉合斷開，因此測(cè)量電極10的接收電壓與參照電極13的接收電壓的接收電壓被同步檢波。模擬開關(guān)38、40所同步檢波的各個(gè)接收電壓被輸入給低通濾波器41，去除多余的交流成分，取出直流成分。進(jìn)一步被輸入給差分放電電路51，放大之后，輸出與測(cè)量電極10的接收電壓減去作為參照值的參照電極13的接收電壓所得到的差成正比的信號(hào)。另外，測(cè)量電極10與驅(qū)動(dòng)電極11被浸在液體中的部分之間的感應(yīng)率，與測(cè)量電極10與參照電極13的參照用測(cè)量部25之間的感應(yīng)率相同。
進(jìn)一步，當(dāng)容器1內(nèi)的液體的量增加，液面上升到超過(guò)基準(zhǔn)位置h0之后，驅(qū)動(dòng)電極11與測(cè)量電極10之間的靜電電容大致與液位成正比增加。與此相對(duì)，參照電極13由于其超過(guò)基準(zhǔn)位置h0的部分被屏蔽電極12、14以及屏蔽層9、15屏蔽，因此其靜電電容不會(huì)從相當(dāng)于基準(zhǔn)位置h0時(shí)的靜電電容開始變化。如上所述，傳感器的輸出，和對(duì)應(yīng)于測(cè)量電極10側(cè)的靜電電容的信號(hào)與對(duì)應(yīng)于參照電極13側(cè)的靜電電容的信號(hào)之間的差成正比。因此，如果液位上升，便與其成正比增加。
另外，在基準(zhǔn)位置h0以上的區(qū)域，如果液位下降，驅(qū)動(dòng)電極11與測(cè)量電極10之間的靜電電容值便減少。與此相對(duì)，在基準(zhǔn)位置h0以上的區(qū)域，即使液位下降，驅(qū)動(dòng)電極11與參照電極13之間的靜電電容值也不會(huì)變化。因此，如果液位下降，傳感器的輸出便隨之正比減少。
這樣，傳感器的輸出就成為以參照用測(cè)量部25的接收電壓為基準(zhǔn)，大小大致與液位成正比的信號(hào)。所以，根據(jù)信號(hào)的大小便能夠得知液位的絕對(duì)值。
(實(shí)施例)圖4中顯示了使用圖2中所示的結(jié)構(gòu)的液位傳感器所實(shí)測(cè)的液位與靜電電容值之間的關(guān)系的一個(gè)測(cè)量例。測(cè)量中所使用的傳感器部2，使用液晶聚合體所制成的膜4、5、6、7，其厚度為25μm，寬度約為11mm，長(zhǎng)度為50mm。各個(gè)電極10、11、12、13、14為銅制，寬度約為1mm，厚度為125μm。另外，驅(qū)動(dòng)電極11的中心與測(cè)量電極10的中心之間的距離約為1.8mm，驅(qū)動(dòng)電極11的中心與第1屏蔽電極12的中心之間的距離約為1.8mm。另外，驅(qū)動(dòng)電極11的中心與參照電極13的中心之間的距離約為3.6mm。參照電極13從屏蔽電極12、14突出的長(zhǎng)度約為1mm。從驅(qū)動(dòng)電極11與測(cè)量電極10以及參照電極13的下端10a、11a、13a到傳感器部2的前端2b之間的距離約為0.5mm。
用上述構(gòu)成的液位傳感器測(cè)量容器1內(nèi)的純水的液位。另外，使傳感器部2的前端2b位于容器1的底面，傳感器部2的基端2a朝向容器1的上部側(cè)，幾乎垂直地安裝在容器1內(nèi)面上而進(jìn)行測(cè)量。
圖4中，縱軸為靜電電容值，橫軸為液位。液位為-10mm時(shí)，表示容器處于空的狀態(tài)，為0mm時(shí)，表示液面高度相當(dāng)于圖2中所示的基準(zhǔn)位置h0。另外，線L1表示驅(qū)動(dòng)電極11與測(cè)量電極10之間的靜電電容值的變化。線L2表示驅(qū)動(dòng)電極11與參照電極13的參照用測(cè)量部25之間的靜電電容值的變化。
如線L2所示，驅(qū)動(dòng)電極11與參照電極13之間的靜電電容值，在液位從0mm到55mm時(shí)，約為0.5pF。與此相對(duì)，如線L1所示，驅(qū)動(dòng)電極11與測(cè)量電極10之間的靜電電容，在液位從0mm到55mm時(shí)，與液位的增加大致成正比增加。所以，通過(guò)測(cè)量各自的靜電電容的值，就能夠高精度地測(cè)量液位。另外，在液位為0mm時(shí)，線L2的靜電電容的值之所以比線L1的靜電電容的值還小，是因?yàn)轵?qū)動(dòng)電極11到參照電極13之間的距離，比驅(qū)動(dòng)電極11到測(cè)量電極10之間的距離長(zhǎng)。
根據(jù)該實(shí)施方式，由于參照電極13中只有測(cè)量參照用靜電電容的部分露出來(lái)，而浸沒到液體中的其他部分(圖2中寬度擴(kuò)展部8的下側(cè))被屏蔽，因此能夠高精度地測(cè)量作為基準(zhǔn)而使用的靜電電容值。另外，沒有被屏蔽的部分，也即參照用測(cè)量部25，被設(shè)置為在參照電極13的下端部分接近容器1的底面附近，因此較容易測(cè)量作為基準(zhǔn)使用的靜電電容。所以，即使液量很少，也能夠高精度地測(cè)量液位。這里，是將到基準(zhǔn)位置h0的距離作為液位而求得的，由于基準(zhǔn)位置h0是由液位傳感器在容器1中的安裝位置所決定的已知的值，因此能夠簡(jiǎn)單地求出從容器1的底面到液面之間的距離的絕對(duì)值。
另外，測(cè)量電極10與參照電極13共用驅(qū)動(dòng)電極11，通過(guò)3根電極來(lái)測(cè)量液位，因此能夠使液位傳感器小型化。另外，電極10、11、13由于被吸水率低的膜4、5、6、7所覆蓋，從而能夠防止電極10、11、13與液體之間的接觸。
另外，傳感器部2，由于使膜4、5、6、7層積而形成為長(zhǎng)條膜型，因此較容易安裝。特別是多個(gè)電極10、11、12、13、14之間的距離較容易時(shí)常保持一定。另外，由于參照電極13的屏蔽是立體的，因此能夠?qū)⒄针姌O13的信號(hào)導(dǎo)通部26大約全周都屏蔽起來(lái)。所以，當(dāng)液位比基準(zhǔn)位置h0高時(shí)，能夠可靠地屏蔽參照電極13，提高液位的測(cè)量精度。另外，通過(guò)調(diào)整屏蔽的長(zhǎng)度，能夠調(diào)整基準(zhǔn)位置h0。
另外，由于驅(qū)動(dòng)電極11到測(cè)量電極10之間的距離，與驅(qū)動(dòng)電極11到地1屏蔽電極12之間的距離大致相同，因此能夠使加載在驅(qū)動(dòng)電極11上的交流信號(hào)大致均等地傳播給其他的電極10、12，防止測(cè)量誤差的產(chǎn)生。
另外，作為該液位傳感器的適用例，可以用在作為PDA(掌上記事本)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話機(jī)等便攜式終端裝置的電源、或者車輛的驅(qū)動(dòng)源所開發(fā)出來(lái)的燃料電池中，或者用來(lái)檢測(cè)存儲(chǔ)燃料的容器或存儲(chǔ)廢液的容器的存儲(chǔ)量(殘余量)中。由于能夠通過(guò)參照電極13高精度地測(cè)量基準(zhǔn)用靜電電容值，因此即使在容器中被注入純甲醇或者甲酸與甲醛的混合液等感應(yīng)率不同的液體的情況下，也能夠可靠地檢測(cè)出液位。另外，該液位傳感器還可以應(yīng)用于洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電鍋、浴缸等容器中存儲(chǔ)有水等液體的設(shè)備中。
這里，由于液位傳感器能夠高精度地測(cè)量基準(zhǔn)靜電電容值，因此能夠可靠地檢測(cè)出基準(zhǔn)位置h0。另外，通過(guò)液位傳感器的輸出，能夠容易地計(jì)算液位與基準(zhǔn)位置h0的比。這樣，如果液位達(dá)到基準(zhǔn)位置h0(上述比為1)，能夠發(fā)出警告從而進(jìn)行控制。另外，在液位傳感器被安裝在廢液等的儲(chǔ)存罐中時(shí)，由于能夠通過(guò)傳感器的輸出值而容易地判斷液位是否達(dá)到規(guī)定位置，從而能夠在存儲(chǔ)罐溢滿之前發(fā)出警告而進(jìn)行控制。
另外，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式，還能夠進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。
例如，可以作為具有利用阻抗與浸沒在液體中的電極面積成正比這一點(diǎn)，測(cè)量作為靜電電容的上位概念的阻抗，從而檢測(cè)出液位的電流檢測(cè)電路以及電壓檢測(cè)電路的測(cè)量電路。
另外，測(cè)量電路3中，在模擬開關(guān)38、40與震蕩電路31之間，可以跨接信號(hào)錯(cuò)位了90°的移相電路70(參考圖1)。由于能夠通過(guò)相位相對(duì)驅(qū)動(dòng)波形錯(cuò)位90°的接收電壓的信號(hào)強(qiáng)度大的相位部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的高靈敏度化。
另外，膜4、5、6、7中，可以只使最外層的保護(hù)膜4、7為無(wú)吸水性的材料，或者幾乎沒有吸水性的材料，另外，可以通過(guò)在膜的外表面涂覆玻璃，或者通過(guò)進(jìn)一步覆蓋其他防水材料，來(lái)防止吸水。
另外，屏蔽電極12、14之間，還可以設(shè)置參照電極13的驅(qū)動(dòng)用電極?？梢詫⒃擈?qū)動(dòng)用電極與驅(qū)動(dòng)電極11連接到相同的震蕩電路31上，通過(guò)兩對(duì)電極來(lái)測(cè)量液位。
權(quán)利要求
1.一種液位傳感器，其特征在于，包括測(cè)量信號(hào)供給電極，其被配置在容納液體的容器內(nèi)，輸入規(guī)定信號(hào)；測(cè)量電極，其被配置在距離上述測(cè)量信號(hào)供給電極規(guī)定距離處，測(cè)量對(duì)應(yīng)于液面的高度而變化的電氣特性；和參照電極，其來(lái)測(cè)量上述測(cè)量信號(hào)供給電極與上述測(cè)量電極之間的電氣特性，取得上述電氣特性的參照值，其中，上述參照電極的一部分被電磁屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于，上述參照電極具有參照用測(cè)量部，該參照用測(cè)量部在與測(cè)量電路相連接的信號(hào)導(dǎo)通部的前端，測(cè)量上述參照值，上述信號(hào)導(dǎo)通部被電磁屏蔽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于，用防水性的絕緣膜覆蓋上述測(cè)量信號(hào)供給電極、上述測(cè)量電極、上述參照電極以及上述參照電極的屏蔽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于，上述參照電極被設(shè)置在絕緣材料上；上述參照電極的屏蔽包括在上述絕緣材料上沿著上述參照電極而設(shè)置在其兩側(cè)的一對(duì)屏蔽電極，以及被設(shè)置為夾持上述絕緣材料的一對(duì)屏蔽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液位傳感器，其特征在于，上述測(cè)量電極與上述測(cè)量信號(hào)供給電極之間的距離，大致等于某一個(gè)上述屏蔽電極以及上述屏蔽層與上述測(cè)量信號(hào)供給電極之間的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于上述測(cè)量信號(hào)供給電極、上述測(cè)量電極以及上述參照電極各自的前端位置齊平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于，上述參照電極，除了其前端部分的之外的部分，至少屏蔽能夠被浸在液體中的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位傳感器，其特征在于，上述測(cè)量電極與上述測(cè)量信號(hào)供給電極以及上述參照電極，被設(shè)置為互相靠近，且使各個(gè)電極成為被長(zhǎng)條型的絕緣膜所覆蓋的長(zhǎng)條膜型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠高精度地測(cè)量液位的液位傳感器。液位傳感器具有被安裝在容器內(nèi)的傳感器部(2)以及測(cè)量電路。傳感器部(2)具有輸入交流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電極(11)、測(cè)量電極(10)以及參照電極(13)，參照電極(13)具有被第1屏蔽電極(12)以及第2屏蔽電極(14)與屏蔽層(9、15)所構(gòu)成的屏蔽所包圍的信號(hào)導(dǎo)通部(26)，以及從屏蔽中凸出的參照用測(cè)量部(25)。
文檔編號(hào)G01F23/00GK1616933SQ20041009238
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者木內(nèi)慎 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社