容量結合式センサ装置
【課題】 高さ方向のレベルを連続的に検知可能であり、オフセット及び外乱の電気的影響を押さえることができる容量結合式センサ装置を提供する。
【解決手段】 円柱状の絶縁性の支持部材に配設された一対の送信電極５及び受信電極７と、これら送信電極５及び受信電極７の周端部を囲む接地されたシールド電極９とを有し、このシールド電極９とこれら送信電極５及び受信電極シールド電極９との間隙、及びこれら電極の表面は、密着した絶縁体で覆われ、電極間及び外部と電気的に絶縁されており、送信電極５に接続された高周波発信装置１１から高周波電圧を印加し、容量結合した負荷の交流電流を受信電極７に接続されたダイオード１５、１７で倍電圧に整流し、抵抗器１９とコンデンサ２１の平滑回路で直流に変換し出力端子２３から出力する。
【解決手段】 円柱状の絶縁性の支持部材に配設された一対の送信電極５及び受信電極７と、これら送信電極５及び受信電極７の周端部を囲む接地されたシールド電極９とを有し、このシールド電極９とこれら送信電極５及び受信電極シールド電極９との間隙、及びこれら電極の表面は、密着した絶縁体で覆われ、電極間及び外部と電気的に絶縁されており、送信電極５に接続された高周波発信装置１１から高周波電圧を印加し、容量結合した負荷の交流電流を受信電極７に接続されたダイオード１５、１７で倍電圧に整流し、抵抗器１９とコンデンサ２１の平滑回路で直流に変換し出力端子２３から出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量結合式センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の容量結合式センサは、測定対象に対向して一対の電極を設け、電極間の容量結合により測定対象の静電容量を測定するものであり、湿度計や液面計などに利用されている。
【０００３】
この種の容量結合式センサ装置として以下の提案がある。
国際公開第９８／３０９２２号公報に示す例では、板状ガラス窓の検知面と反対側の下面上に三つの平板上電極が配設された板状ガラス窓と、上面に接地シールド電極が形成された板状ガラス窓と、これら板状ガラス窓のそれぞれ、下面上の三つの平板上電極と、上面の接地シールド電極とを対向させ、二つの板状ガラス窓を分離してプラスチック板を挟んだサンドイッチ構造を有する差動式フロントガラス容量結合湿度センサが開示されており、三つの電極の各対となる電極間に接地シールド電極を設けることにより、三つの電極のうち中央の電極に対して電気的なガードリングを形成し、湿度零の基準点を示すオフセットを減少させている（特許文献１、１４ページ、６行〜１６行、ＦＩＧ．３Ａ、ＦＩＧ．３Ｂ）。
【０００４】
また特許第３４３２８１７号公報に示す例では、一平面上に平板上の、送信電極と、受信電極と、これらの電極間に接地シールド電極を配設したものを全体的に合成樹脂等の絶縁性の部材からなる保持体内に埋設し、検出面側の送信電極、受信電極及び接地シールド電極に対し他面側にノイズ防止用電極を埋設し、このノイズ防止用電極と接地シールド電極とを電気的に接続した構造の容量結合式センサ装置のセンサ部が開示されている（特許文献２、[００５１]、[００５２]、図１４、図１５及び図１６を参照）。
【０００５】
さらに特開平１１−３１１５６２号公報に示す例では、管状構造体の表面に、複数の電極対を低水位側から高水位側に向かう基準線に沿って所定間隔で配置されており、各電極対についての静電容量を電気的に測定することにより、どの位置までが液体に満たされているかを認識でき、観測点の配置間隔の精度で水位測定を行うことができる水位センサが開示されている（特許文献３、要約書[解決手段]第４行から末行、[請求項１]及び図４）。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／３０９２２号公報
【特許文献２】特許第３４３２８１７号公報
【特許文献３】特開平１１−３１１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記国際公開第９８／３０９２２号公報及び特許３４３２８１７号公報に示す例では、電極間に接地シールド電極を配設し、さらに、これらの電極をガードするシールド電極を設けて、このシールド電極と接地シールド電極とを電気的に接続することにより、オフセットを減少させ、容量結合する電極を電気的にガードしているが、いずれの電極も平板上であるため、隣接端及び電極面間のオフセットやノイズの原因となる接合容量を押さえるのに一定の限界があり、改善の余地がある。
【０００８】
また上記特開平１１−３１１５６２号公報に示す例では、電極対のある位置で水位が測定できるが、連続的に水位を測定するためには改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高さ方向のレベルを連続的に検知可能であり、オフセット及び外乱の電気的影響を押さえることができる容量結合式センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の容量結合センサ装置のうち請求項１記載の発明は、絶縁性の棒状支持部材の側面に配設された対をなす送信電極及び受信電極と、これらの電極の周端部と間隙を設けて棒状支持部材に配設された接地シールド電極と、これら受信電極、送信電極及び接地シールド電極の外周面を保護かつ絶縁する絶縁体と、送信電極に接続された高周波発信装置と、受信電極に接続された検波装置とを備え、送信電極及び受信電極と対面する負荷の静電容量を検知する構成を有している。
【００１１】
さらに請求項２記載の発明は、上記構成に加え、棒状支持部材が中空棒状支持部材であって、絶縁体を介して送信電極、受信電極及び接地シールド電極をシールドして配設された接地可能な外周シールドを有する構成とした。
また請求項３記載の発明は、送信電極及び受信電極の一対を、複数個有していることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、接地シールド電極が外周シールドと接続されていることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、外周シールドがメッシュ状の導電体であることを特徴とする構成とした。
【００１２】
請求項６記載の発明は、送信電極、受信電極及び接地シールド電極が中空棒状支持部材の側面の片側側面に配設されている構成を有している。
請求項７記載の発明は、外周シールドの底部を流体が出入り可能かつ電気的に閉じた構造にしたことを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、外周シールドの底部をメッシュ状のシールド円盤で電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、検波装置がシールド電極及び受信電極のいずれかに設けられていることを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、物質の有無を検知するために使用するものである。
請求項１１記載の発明は、物質の量を検知してレベルを検知するのに使用するものである。
請求項１２記載の発明は、電気的にシールドされた容器内で使用することを特徴とするものである。
請求項１３記載の発明は、電気的にシールドされていない容器内で使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の容量結合式センサ装置では、高さ方向に容量結合する対をなす電極が湾曲した構造であって、電極の周端部が接地シールド電極によりシールドされていることにより、オフセット及び外乱の影響が押さえられ、高さ方向の容量変化を極めて正確に検知することができるという効果を有する。
また外周シールドが設けられた容量結合センサ装置では、この外周シールドにより対地接合容量をなくすことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１から図１６に基づき、実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて本発明による容量結合式センサ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る実施形態１は、後述する外周シールドの無いタイプの容量結合式センサ装置である。
この容量結合式センサ装置は、被検出対象が容量結合させるものであれば種類を問わず検知可能である。例えば貯水タンクの水などの液体、ガソリンなどの燃料、薬液、天然ガスなどの気体、小麦粉などの粉体、粒状物、霧を含む大気などの混合物、湿度の高い大気等の容量検知に適用可能である。ここでは水などの液体を例にとって実施形態１を説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る実施形態１の概略外観図である。
図１を参照して、実施形態１に係る容量結合センサ装置１０は、棒状の装置であり、容量結合センサ８を絶縁体１１で覆ったものでシース型センサ装置である。
ここでは棒状として円柱状のものを例にとって説明する。
なお、図１において、２は出力端子線を、４はアース線を、６は入力端子線を示し、図１に示すような構造をシース型容量結合式センサ装置と呼ぶ。
【００１７】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
図３は、実施形態１の電極構造を示す概略外観図である。
図２及び図３を参照して、実施形態１に係る容量結合式センサ装置１０は、円柱状の絶縁性の支持部材３と、この支持部材３の側面に配設された一対の送信電極５及び受信電極７と、これら送信電極５及び受信電極７の周端部を囲む接地されたシールド電極９とを有し、このシールド電極９とこれら送信電極５及び受信電極シールド電極９との間隙、及びこれら電極の表面は、密着した絶縁体１１で覆われ、電極間及び外部と電気的に絶縁されている。
なお、密着した絶縁体１１で覆うとき、送信電極５と受信電極７との間隙に空気が封入されたままであってもよい。
【００１８】
図３に示す例では、送信電極５の端部と受信電極７の端部とが対向する間隙だけでなく、円周方向のその他の端部に対してもシールド電極９が配設されているが、送信電極５の端部と受信電極７の端部とが対向する間隙だけにシールド電極９を設けるようにしてもよい。
このシールド電極９は送信電極５と受信電極７との端部間の接合容量をなくすためのものであり、このシールド電極９によりオフセット電流がなくなる。
また図３に示す例では、一対の送信電極５と受信電極７とを設けているが、対をなす送信電極及び受信電極を複数個設けるようにしてもよい。
【００１９】
絶縁性の支持部材３及び絶縁体１１は誘電率の小さいもので、送信電極５及び受信電極７と電気的に絶縁可能な材料であればよく、プラスチックやゴム、水密加工した木材などでもよい。
電極は導電性材料であればよく、例えば、薄い金属板、金属箔、導電性塗料、蒸着された金属膜などでもよい。
【００２０】
ところで、送信電極５と受信電極７とが、例えば水を介して容量結合する場合、水の静電容量Ｃxと、送信電極５と絶縁体１１との静電容量Ｃ1及び受信電極７と絶縁体１１との静電容量Ｃ2とが直列に接続された構成となるため、Ｃxに比べ、Ｃ1及びＣ2が大きい方が望ましい。
したがって、Ｃ1及びＣ2を大きくするため、絶縁体１１を薄くして容量結合を大きくするのがよい。
【００２１】
また、支持部材３を介した送信電極５と受信電極７との間の静電容量Ｃ3は、被検出体の水の静電容量と並列に接続される構成となるため、Ｃxに比べ無視できるほどＣ3が小さい方が望ましい。
したがって、支持部材３はできるだけ誘電率の小さい材料であるのが望ましい。
また支持部材３は短い方がＣ3が小さくなるが、用途に応じ適宜に所定長さで設計することになる。
【００２２】
さらに、送信電極５とシールド電極９との間の静電容量Ｃ4及び受信電極７とシールド電極９との間の静電容量Ｃ5が生じ得るが、高周波電圧を有効に被検出体に印加し、有効な出力電圧を得るためには、リーク電流を小さくし、容量結合をできるだけ小さくするのが望ましい。
【００２３】
したがって、Ｃ4及びＣ5を小さくするため、送信電極５とシールド電極９との距離及び受信電極７とシールド電極９との距離を広くとるか、送信電極５と受信電極７との位置関係は同じでも、送信電極５と受信電極７との間のシールド電極９自体を細くして、実質的に距離を広くとるようにするのが望ましい。
【００２４】
図４は実施形態１の電極構造の概略側面図であり、容量結合式センサ装置の回路例を合わせて示した図である。
図４を参照して、実施形態１に係る容量結合式センサ装置１０は、送信電極５に接続された高周波発信装置１１と、受信電極７に接続された検波装置１３とを備え、シールド電極９はアースされている。
【００２５】
検波装置１３は、受信電極７とアース間に接続された第１のダイオード１５と、受信電極７に接続された第２のダイオード１７とアース間に接続にされた並列の抵抗器１９及びコンデンサ２１とを備え、出力端子２３から計測された信号が出力されるようになっている。
【００２６】
第１のダイオード１５及び第２のダイオード１７によって、受信電極７から出力される高周波電圧が倍電圧整流され、抵抗器１９及びコンデンサ２１による平滑作用によって直流電圧に変換される。
【００２７】
このような検波装置１３では、ダイオード１７を除いた各電気要素の一方の端子がアースに接続されているため、これらの電気要素をシールド電極９及び受信電極７にまとめて半田などで接続してマウントすることができ、検波装置１３自体のシールドがなくても容量検出感度は良好になる。
なお、ここでのシールドとは、計測する信号がノイズなど他からの影響を受けないようにするためのものである。
したがって、実施形態１では、シールド電極９及び受信電極７を電気要素の基板代わりに使用でき、検波装置１３の信号線のシールドを不要にできる。
【００２８】
次に実施形態１の作用について説明する。
図１及び図４を参照して、例えば貯水タンクに実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置１０を深さ方向に設置し、高周波発信装置１１から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印可する。この高周波電圧により貯水タンクの水を静電容量負荷として送信電極５と受信電極７とが容量結合し、交流電流が流れる。この交流電流を検波装置１３により直流電圧として出力する。
【００２９】
貯水タンクの水の量、即ち液面の高さによりシース型容量結合センサ装置１０が検出する水の静電容量が異なるため、静電容量の変化を液面の高さに対応した直流電圧値として検出することになる。
【００３０】
このとき送信電極５と受信電極７とがシールド電極９によりシールドされてオフセット電流がないため、被検出対象の正確な静電容量変化を検出することができる。
さらに送信電極５、受信電極７及びシールド電極９が円柱の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設させているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べ、絶縁体１１を介した各電極間の接合容量を小さくすることができる。
したがって、本実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置１０では、水などの液面の高さを正確に検出することができる。
【００３１】
なお、シース型容量結合センサ装置１０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、対地接合容量の影響を避けるために、電気的にシールドされているタンクで使用するか、鉄板製のタンクで使用するのが効果的である。
【００３２】
次に実施形態２について説明する。
実施形態２も実施形態１と同様に、中空棒状として中空円柱状のもので水などの液体を例にとって説明する。
図５は実施形態２に係る容量結合センサ装置の概略外観図である。
図５を参照して、実施形態２に係る容量結合センサ装置３０は、中空円柱状の支持部材３１の側面に容量結合センサ３８を配設して絶縁体で覆ったもので、中空部４２に水などの被検出対象物が満たされるようになっている。
なお、図５において、３２は出力端子線を、３４はアース線を、３６は入力端子線を示し、図５に示すような構造を円筒型容量結合センサ装置と呼ぶ。
【００３３】
図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。
図７は、図５に示す容量結合センサ装置電極構造の上部透視図である。
図８は、実施形態２の電極構造を示す概略外観一部断面図である。
【００３４】
図６及び図８を参照して、実施形態２に係る容量結合センサ装置３０は、中空円柱状の絶縁性支持部材３１と、この支持部材３１の側面に配設された一対の送信電極３３及び受信電極３５と、これら送信電極３３及び受信電極３５の周端部を囲んで接地されたシールド電極３７と、このシールド電極３７と送信電極３３及び受信電極３５との間隙、及びこれらの電極の表面に密着して覆う円筒状の絶縁体３９と、この円筒状の絶縁体３９に密着して覆って配設され、かつ、シールド電極３７に電気的に接続された外周シールド４１と、この外周シールド４１を密着して覆う絶縁体４３とを備えている。
【００３５】
なお、図６中、４２は中空部を示し、図７中の４４は開口部を示す。この開口部４４は実施形態２に係る容量結合センサ装置の底部、すなわち、円筒状の支持部材３１の下端の開口部と同一形状である。
【００３６】
図８に示す例では、送信電極３３の端部と受信電極３５の端部とが対向する間隙だけでなく、円周方向のその他の端部に対してもシールド電極３７が配設されているが、送信電極３３の端部と受信電極３７の端部とが対向する間隙だけにシールド電極３７を設けるようにしてもよい。
【００３７】
このシールド電極３７の作用効果は実施形態１と同様である。
また、外周シールド４１はシールド電極３７と接続されているが、接続しないで、外周シールド４１を別途アース線に接続するようにしてもよい。
この外周シールド４１は、円筒型容量結合センサ装置３０の外部との接合容量、例えば、対地接合容量を排除するのに効果的である。
【００３８】
さらに、図８に示す例では、一対の送信電極３３及び受信電極３５を設けているが、複数対設けてもよい。
支持部材３１、送信電極３３、受信電極３５、シールド電極３７及び外周シールド４１の材質は、実施形態１と同様である。
なお、外周シールド４１はメッシュ状でもよい。
【００３９】
図９は実施形態２の変形例の電極構造を示す図である。
図９に示すように、変形例の電極構造４０は、送信電極４３、受信電極４５及びシールド電極４７が実施形態２の電極構造を概略、縦方向に半分に割ったタイプのもので、送信電極４３と受信電極４５の対向していない送信電極端部５２，受信電極端部５４の周りにも間隙をあけてシールド電極が設けられている。
このタイプの作用効果は実施形態２と同様である（作用効果は後述する）。
【００４０】
ところで、送信電極３３と受信電極３５とが円筒内の、例えば水を介して容量結合する場合、円筒状の支持部材の静電容量Ｃ0が水の静電容量Ｃxと直列に接続された構成となるため、Ｃxに比べＣoが大きい方が望ましい。
したがって、Ｃoを大きくするため、支持部材３１を薄くして容量結合を大きくするのがよい。
【００４１】
次に実施形態２の作用を説明する。
なお、実施形態２の変形例も合わせて説明する。
図１０は実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置の機能ブロック図である。
図１０における発振部５１は、実施形態１の高周波発信装置１１に対応し、検波部５３及び平滑部５５は実施形態１の検波装置１３に対応し、その作用も外周シールド４１を除いて基本的に同様である。
【００４２】
図５を参照して、先ず、例えば貯水タンクに実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０を深さ方向に設置すると、水が円筒状の支持部材３１の中空部４２に満ちる。
次に、図１０を参照して、円筒型容量結合センサ装置３０の発振部５１から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印可する。この高周波電圧により貯水タンクの水を静電容量負荷として送信電極３３（送信電極４３）と受信電極３５（受信電極４５）とが容量結合し、交流電流が流れる。この交流電流を検波部５３で検出し、平滑部５５で整流して直流電圧として出力する。
【００４３】
貯水タンクの水の量、即ち液面の高さにより円筒型容量結合センサ装置３０が検出する水の静電容量が異なるため、静電容量の変化を液面の高さに対応した直流電圧値として検出することになる。
【００４４】
このとき、図８及び図９を参照して、送信電極３３（送信電極４３）と受信電極３５（受信電極４５）とがシールド電極３７（シールド電極４７）によりシールドされているのでオフセット電流がない。
さらに送信電極３３（送信電極４３）、受信電極３５（受信電極４５）及びシールド電極３７（シールド電極４７）が円筒の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設されているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べて、絶縁体３９を介した各電極間の接合容量が小さくなる。
また外周シールド４１が設けられているため、円筒型容量結合センサ装置３０の外部との接合容量、例えば、対地接合容量が排除される。
【００４５】
したがって、円筒型容量結合センサ装置３０では、被検出対象（例えば、水）の正確な静電容量変化を検出することができる。
このため、本実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、水などの液面の高さを正確に検出することができるようになる。
【００４６】
なお、実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、外周シールド４１が設けられているので、実施形態１のように例えば鉄板製のタンクでなくてもよく、種々の材質のタンクで使用できる。
【００４７】
次に実施形態３について説明する。
実施形態３は、図８で示した実施形態２のシールド電極３７と、外周シールド４１の下端部における電極構造と、シールド電極３７と外周シールド４１との接続構造が異なり、その他の構成は同様である。
したがって、実施形態２の図６に示した断面図は実施形態３と同一である。
【００４８】
図１１は実施形態３に係る電極構造の概略一部断面図である。
図６及び図１１を参照して、実施形態３に係る電極構造５０は、送信電極５３と受信電極５５とが円筒状支持部材３１の側面にて対向する送信電極端部５２と受信電極端部５４と、送信電極５３の送信電極上端部６１と受信電極５５の受信電極上端部６３とに、間隙を有してシールド電極５７が設けられている。
【００４９】
円筒状の外周シールド５６の底部はメッシュ状のシールド円盤５９で電気的に閉じられており、このシールド円盤５９は送信電極端部５２と受信電極端部５４とをシールドする外周シールドの脚部６５と電気的に接続されている。
このシールド円盤５９が送信電極５３の送信電極下端部６７と、受信電極５５の受信電極下端部６９と間隙を有してシールドするシールド電極の一部を担うようになっている。
【００５０】
図１１中、二点鎖線で示したリング７１は、図６及び図７で示す円筒状支持部材３１が当接する箇所を示している。
図６で示したように支持部材３１の中空部４２に水などの被検出対象物が満たされるため、円筒状支持部材の下端の開口部に相当する箇所だけをメッシュ状の円盤で形成されているのが望ましく、その他の箇所はドーナツ型の円盤状であってもよい。
【００５１】
次に実施形態３の作用について説明する。
実施形態３の作用は実施形態２の作用と基本的に同様であるが、円筒型容量結合センサ装置の底部が外周シールド５６によってシールドされていることにより、一部作用が異なる。
図５及び図１１を参照して、先ず、例えば貯水タンクに実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０を深さ方向に設置すると、水が外周シールド５６のメッシュ状のシールド円盤５９のところから浸入し、支持部材３１の中空部４２に満ちる。
【００５２】
この満ちた水の静電容量の検出と、静電容量の変化を液面の高さに対応させた直流電圧値として検出することは、実施形態２と同様である。
実施形態３では、送信電極５３と受信電極５５とがシールド電極５７及び外周シールドのシールド円盤５９とによりシールドされているのでオフセット電流がない。
【００５３】
さらに送信電極５３、受信電極５５及びシールド電極５７が中空円柱の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設しているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べて、絶縁体３９を介した各電極間の接合容量が小さくなる。
また外周シールド５６が円筒型容量結合センサ装置の底部をも覆うように設けられているため、対地接合容量が確実に遮断される。
【００５４】
したがって、実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、被検出対象（水）の正確な静電容量変化を検出することができる。
このため、本実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、水などの液面の高さを正確に検出することができるようになる。
【００５５】
なお、実施形態３に係る電極構造を持つ円筒型容量結合センサ装置３０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、実施形態３の外周シールド５６が液体につかる領域の全てにわたって配設されているので、どのような材質のタンクであっても対地接合容量を確実に遮断し、正確な容量を検出することができ、液面などのレベルを連続的に検出することができるようになる。
【００５６】
次に実施形態３の変形例を説明する。
この変形例は実施形態３の外周シールドのメッシュ状のシールド円盤を変形したものである。
図１２は実施形態３の電極構造の変形例を示す一部部分断面切欠図である。
図１３は図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【００５７】
図１２及び図１３を参照して、この変形例の外周シールド６０は、円筒型容量結合センサ装置３０の底部を流出入口７５を有する導電性の円板７３でシールドしたもので、この円板の流出口に電気的な密閉構造とするための遮蔽部７７が設けられている。
流出入口７５は図５で示す支持部材３１の下端開口部に対応して設けられている。
このような構成の外周シールド６０では、水などの被検出対象物の出入りを可能にし、かつ、電気的にシールドを可能にする。
したがって、この変形例では対地接合容量を確実に遮断することができる。
【００５８】
以上に述べた各実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能であり、以下に述べるような使用が可能である。
実施形態１及び実施形態２に係る容量結合センサ装置は、物質の有無を検出するのに使用できる。この物質は実施形態１のところで説明したように、容量性のものであれば種類を問わない。
さらに実施形態１及び実施形態２に係る容量結合センサ装置は、物質の量を検出するための容量検出用として使用可能である。
【００５９】
物質の量は、実施形態１及び実施形態２で説明したように、例えば液体などでは液面の高さとして検出でき、レベルセンサ装置として使用可能である。
図１４は、本発明に係る容量結合センサ装置を液面計に使用した例を示す外観概略図である。
容量結合センサ装置８０は、水やガソリンなどの液体８１が貯蔵されているタンクなどの容器８３に設置されて使用される。
図に示した容量結合センサ装置８０は円柱状であるが、棒状であればよく、またタンクなどの容器の形状に合わせて適宜曲がった部分があってもよい。
【００６０】
図１４の容器８３は概略であるので上部が開口されて図示されているが、例えば自動車のガソリンタンクなどであり、容量結合センサ装置８０は適宜の位置に固定して設置され、出力端子線８５、アース線８７及び入力端子線８９は適宜、容器８３の外部と接続されている。
【００６１】
実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置を使用する場合は、容器８３は電気的にシールド可能な材質である方が望ましい。
実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置を使用する場合は、容器８３は電気的にシールドされていなくてもよく、例えばプラスチック製などの容器でも使用可能である。
このような構成では、容器８３内部の液体が減少すると、それに対応して静電容量が減少するので、検出した出力電圧を液体の高さに対応した信号とすることができる。
したがって、本発明に係る容量結合センサ装置は、レベルセンサとして使用可能である。
【００６２】
以上説明した実施形態の電極構造では、円柱状のものを例にしたが、これに限らず、例えば三角柱、四角柱などの多角柱でもよく、角柱の場合、特に正多角柱である方が望ましい。
図１５は電極構造が三角柱状のもの、図１６は四角柱状のものを示す。
また、送信電極及び受信電極は同一形状が望ましい。
さらに電極構造は、棒状の支持部材の形態に応じて適宜の態様をとりうるが、例えば容器の形態に合わせて適宜曲がった部分を設けた場合には、このような形態に応じて適宜、送信電極及び受信電極を形成する。
なお、図１５及び図１６中、９１及び１０１は送信電極を示し、９３及び１０３は受信電極を示し、９５及び１０５はシールド電極を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る容量結合センサ装置は、物質の有無及び物質の量を検出する容量結合センサ及びそれを利用した装置として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る実施形態１の概略外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施形態１の電極構造を示す概略外観図である。
【図４】実施形態１の電極構造の概略側面図であり、容量結合式センサ装置の回路例を合わせて示した図である。
【図５】実施形態２に係る容量結合センサ装置を設置の概略外観図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５に示す容量結合センサ装置電極構造の上部透視図である。
【図８】実施形態２の電極構造を示す概略外観一部断面図である。
【図９】実施形態２の変形例の電極構造を示す図である。
【図１０】実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置の機能ブロック図である。
【図１１】実施形態３に係る電極構造の概略一部断面図である。
【図１２】実施形態３の電極構造の変形例を示す部分断面切欠図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】本発明に係る容量結合センサ装置を液面計に使用した例を示す外観概略図である。
【図１５】電極構造が三角柱状のものを示す図である。
【図１６】電極構造が四角柱状のものを示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
２、３２、８５ 出力端子線
３ 支持部材
４、３４、８７アース線
５、３３、４３、５３ 送信電極
６、３６、８９ 入力端子線
７、３５、４５、５５ 受信電極
８、３８ 容量結合センサ
９、３７、４７、５７ シールド電極
１０、３０、８０ 容量結合センサ装置
１１、３９ 絶縁体
１３ 検波装置
１５ 第１のダイオード
１７ 第２のダイオード
１９ 抵抗器
２１ コンデンサ
２３ 出力端子
３１ 支持部材
４０、５０ 電極構造
４１、５６、６０ 外周シールド
４２ 中空部
４４ 開口部
５１ 発振部
５２ 送信電極端部
５３ 検波部
５４ 受信電極端部
５５ 平滑部
５９ シールド円盤
６１ 送信電極上端部
６３ 受信電極上端部
６５ 脚部
６７ 送信電極下端部
６９ 受信電極下端部
７３ 円板
７５ 流出入口
７７ 遮蔽板
８１ 容器
８３ 液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量結合式センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の容量結合式センサは、測定対象に対向して一対の電極を設け、電極間の容量結合により測定対象の静電容量を測定するものであり、湿度計や液面計などに利用されている。
【０００３】
この種の容量結合式センサ装置として以下の提案がある。
国際公開第９８／３０９２２号公報に示す例では、板状ガラス窓の検知面と反対側の下面上に三つの平板上電極が配設された板状ガラス窓と、上面に接地シールド電極が形成された板状ガラス窓と、これら板状ガラス窓のそれぞれ、下面上の三つの平板上電極と、上面の接地シールド電極とを対向させ、二つの板状ガラス窓を分離してプラスチック板を挟んだサンドイッチ構造を有する差動式フロントガラス容量結合湿度センサが開示されており、三つの電極の各対となる電極間に接地シールド電極を設けることにより、三つの電極のうち中央の電極に対して電気的なガードリングを形成し、湿度零の基準点を示すオフセットを減少させている（特許文献１、１４ページ、６行〜１６行、ＦＩＧ．３Ａ、ＦＩＧ．３Ｂ）。
【０００４】
また特許第３４３２８１７号公報に示す例では、一平面上に平板上の、送信電極と、受信電極と、これらの電極間に接地シールド電極を配設したものを全体的に合成樹脂等の絶縁性の部材からなる保持体内に埋設し、検出面側の送信電極、受信電極及び接地シールド電極に対し他面側にノイズ防止用電極を埋設し、このノイズ防止用電極と接地シールド電極とを電気的に接続した構造の容量結合式センサ装置のセンサ部が開示されている（特許文献２、[００５１]、[００５２]、図１４、図１５及び図１６を参照）。
【０００５】
さらに特開平１１−３１１５６２号公報に示す例では、管状構造体の表面に、複数の電極対を低水位側から高水位側に向かう基準線に沿って所定間隔で配置されており、各電極対についての静電容量を電気的に測定することにより、どの位置までが液体に満たされているかを認識でき、観測点の配置間隔の精度で水位測定を行うことができる水位センサが開示されている（特許文献３、要約書[解決手段]第４行から末行、[請求項１]及び図４）。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／３０９２２号公報
【特許文献２】特許第３４３２８１７号公報
【特許文献３】特開平１１−３１１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記国際公開第９８／３０９２２号公報及び特許３４３２８１７号公報に示す例では、電極間に接地シールド電極を配設し、さらに、これらの電極をガードするシールド電極を設けて、このシールド電極と接地シールド電極とを電気的に接続することにより、オフセットを減少させ、容量結合する電極を電気的にガードしているが、いずれの電極も平板上であるため、隣接端及び電極面間のオフセットやノイズの原因となる接合容量を押さえるのに一定の限界があり、改善の余地がある。
【０００８】
また上記特開平１１−３１１５６２号公報に示す例では、電極対のある位置で水位が測定できるが、連続的に水位を測定するためには改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高さ方向のレベルを連続的に検知可能であり、オフセット及び外乱の電気的影響を押さえることができる容量結合式センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の容量結合センサ装置のうち請求項１記載の発明は、絶縁性の棒状支持部材の側面に配設された対をなす送信電極及び受信電極と、これらの電極の周端部と間隙を設けて棒状支持部材に配設された接地シールド電極と、これら受信電極、送信電極及び接地シールド電極の外周面を保護かつ絶縁する絶縁体と、送信電極に接続された高周波発信装置と、受信電極に接続された検波装置とを備え、送信電極及び受信電極と対面する負荷の静電容量を検知する構成を有している。
【００１１】
さらに請求項２記載の発明は、上記構成に加え、棒状支持部材が中空棒状支持部材であって、絶縁体を介して送信電極、受信電極及び接地シールド電極をシールドして配設された接地可能な外周シールドを有する構成とした。
また請求項３記載の発明は、送信電極及び受信電極の一対を、複数個有していることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、接地シールド電極が外周シールドと接続されていることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、外周シールドがメッシュ状の導電体であることを特徴とする構成とした。
【００１２】
請求項６記載の発明は、送信電極、受信電極及び接地シールド電極が中空棒状支持部材の側面の片側側面に配設されている構成を有している。
請求項７記載の発明は、外周シールドの底部を流体が出入り可能かつ電気的に閉じた構造にしたことを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、外周シールドの底部をメッシュ状のシールド円盤で電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、検波装置がシールド電極及び受信電極のいずれかに設けられていることを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、物質の有無を検知するために使用するものである。
請求項１１記載の発明は、物質の量を検知してレベルを検知するのに使用するものである。
請求項１２記載の発明は、電気的にシールドされた容器内で使用することを特徴とするものである。
請求項１３記載の発明は、電気的にシールドされていない容器内で使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の容量結合式センサ装置では、高さ方向に容量結合する対をなす電極が湾曲した構造であって、電極の周端部が接地シールド電極によりシールドされていることにより、オフセット及び外乱の影響が押さえられ、高さ方向の容量変化を極めて正確に検知することができるという効果を有する。
また外周シールドが設けられた容量結合センサ装置では、この外周シールドにより対地接合容量をなくすことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１から図１６に基づき、実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて本発明による容量結合式センサ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る実施形態１は、後述する外周シールドの無いタイプの容量結合式センサ装置である。
この容量結合式センサ装置は、被検出対象が容量結合させるものであれば種類を問わず検知可能である。例えば貯水タンクの水などの液体、ガソリンなどの燃料、薬液、天然ガスなどの気体、小麦粉などの粉体、粒状物、霧を含む大気などの混合物、湿度の高い大気等の容量検知に適用可能である。ここでは水などの液体を例にとって実施形態１を説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る実施形態１の概略外観図である。
図１を参照して、実施形態１に係る容量結合センサ装置１０は、棒状の装置であり、容量結合センサ８を絶縁体１１で覆ったものでシース型センサ装置である。
ここでは棒状として円柱状のものを例にとって説明する。
なお、図１において、２は出力端子線を、４はアース線を、６は入力端子線を示し、図１に示すような構造をシース型容量結合式センサ装置と呼ぶ。
【００１７】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
図３は、実施形態１の電極構造を示す概略外観図である。
図２及び図３を参照して、実施形態１に係る容量結合式センサ装置１０は、円柱状の絶縁性の支持部材３と、この支持部材３の側面に配設された一対の送信電極５及び受信電極７と、これら送信電極５及び受信電極７の周端部を囲む接地されたシールド電極９とを有し、このシールド電極９とこれら送信電極５及び受信電極シールド電極９との間隙、及びこれら電極の表面は、密着した絶縁体１１で覆われ、電極間及び外部と電気的に絶縁されている。
なお、密着した絶縁体１１で覆うとき、送信電極５と受信電極７との間隙に空気が封入されたままであってもよい。
【００１８】
図３に示す例では、送信電極５の端部と受信電極７の端部とが対向する間隙だけでなく、円周方向のその他の端部に対してもシールド電極９が配設されているが、送信電極５の端部と受信電極７の端部とが対向する間隙だけにシールド電極９を設けるようにしてもよい。
このシールド電極９は送信電極５と受信電極７との端部間の接合容量をなくすためのものであり、このシールド電極９によりオフセット電流がなくなる。
また図３に示す例では、一対の送信電極５と受信電極７とを設けているが、対をなす送信電極及び受信電極を複数個設けるようにしてもよい。
【００１９】
絶縁性の支持部材３及び絶縁体１１は誘電率の小さいもので、送信電極５及び受信電極７と電気的に絶縁可能な材料であればよく、プラスチックやゴム、水密加工した木材などでもよい。
電極は導電性材料であればよく、例えば、薄い金属板、金属箔、導電性塗料、蒸着された金属膜などでもよい。
【００２０】
ところで、送信電極５と受信電極７とが、例えば水を介して容量結合する場合、水の静電容量Ｃxと、送信電極５と絶縁体１１との静電容量Ｃ1及び受信電極７と絶縁体１１との静電容量Ｃ2とが直列に接続された構成となるため、Ｃxに比べ、Ｃ1及びＣ2が大きい方が望ましい。
したがって、Ｃ1及びＣ2を大きくするため、絶縁体１１を薄くして容量結合を大きくするのがよい。
【００２１】
また、支持部材３を介した送信電極５と受信電極７との間の静電容量Ｃ3は、被検出体の水の静電容量と並列に接続される構成となるため、Ｃxに比べ無視できるほどＣ3が小さい方が望ましい。
したがって、支持部材３はできるだけ誘電率の小さい材料であるのが望ましい。
また支持部材３は短い方がＣ3が小さくなるが、用途に応じ適宜に所定長さで設計することになる。
【００２２】
さらに、送信電極５とシールド電極９との間の静電容量Ｃ4及び受信電極７とシールド電極９との間の静電容量Ｃ5が生じ得るが、高周波電圧を有効に被検出体に印加し、有効な出力電圧を得るためには、リーク電流を小さくし、容量結合をできるだけ小さくするのが望ましい。
【００２３】
したがって、Ｃ4及びＣ5を小さくするため、送信電極５とシールド電極９との距離及び受信電極７とシールド電極９との距離を広くとるか、送信電極５と受信電極７との位置関係は同じでも、送信電極５と受信電極７との間のシールド電極９自体を細くして、実質的に距離を広くとるようにするのが望ましい。
【００２４】
図４は実施形態１の電極構造の概略側面図であり、容量結合式センサ装置の回路例を合わせて示した図である。
図４を参照して、実施形態１に係る容量結合式センサ装置１０は、送信電極５に接続された高周波発信装置１１と、受信電極７に接続された検波装置１３とを備え、シールド電極９はアースされている。
【００２５】
検波装置１３は、受信電極７とアース間に接続された第１のダイオード１５と、受信電極７に接続された第２のダイオード１７とアース間に接続にされた並列の抵抗器１９及びコンデンサ２１とを備え、出力端子２３から計測された信号が出力されるようになっている。
【００２６】
第１のダイオード１５及び第２のダイオード１７によって、受信電極７から出力される高周波電圧が倍電圧整流され、抵抗器１９及びコンデンサ２１による平滑作用によって直流電圧に変換される。
【００２７】
このような検波装置１３では、ダイオード１７を除いた各電気要素の一方の端子がアースに接続されているため、これらの電気要素をシールド電極９及び受信電極７にまとめて半田などで接続してマウントすることができ、検波装置１３自体のシールドがなくても容量検出感度は良好になる。
なお、ここでのシールドとは、計測する信号がノイズなど他からの影響を受けないようにするためのものである。
したがって、実施形態１では、シールド電極９及び受信電極７を電気要素の基板代わりに使用でき、検波装置１３の信号線のシールドを不要にできる。
【００２８】
次に実施形態１の作用について説明する。
図１及び図４を参照して、例えば貯水タンクに実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置１０を深さ方向に設置し、高周波発信装置１１から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印可する。この高周波電圧により貯水タンクの水を静電容量負荷として送信電極５と受信電極７とが容量結合し、交流電流が流れる。この交流電流を検波装置１３により直流電圧として出力する。
【００２９】
貯水タンクの水の量、即ち液面の高さによりシース型容量結合センサ装置１０が検出する水の静電容量が異なるため、静電容量の変化を液面の高さに対応した直流電圧値として検出することになる。
【００３０】
このとき送信電極５と受信電極７とがシールド電極９によりシールドされてオフセット電流がないため、被検出対象の正確な静電容量変化を検出することができる。
さらに送信電極５、受信電極７及びシールド電極９が円柱の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設させているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べ、絶縁体１１を介した各電極間の接合容量を小さくすることができる。
したがって、本実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置１０では、水などの液面の高さを正確に検出することができる。
【００３１】
なお、シース型容量結合センサ装置１０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、対地接合容量の影響を避けるために、電気的にシールドされているタンクで使用するか、鉄板製のタンクで使用するのが効果的である。
【００３２】
次に実施形態２について説明する。
実施形態２も実施形態１と同様に、中空棒状として中空円柱状のもので水などの液体を例にとって説明する。
図５は実施形態２に係る容量結合センサ装置の概略外観図である。
図５を参照して、実施形態２に係る容量結合センサ装置３０は、中空円柱状の支持部材３１の側面に容量結合センサ３８を配設して絶縁体で覆ったもので、中空部４２に水などの被検出対象物が満たされるようになっている。
なお、図５において、３２は出力端子線を、３４はアース線を、３６は入力端子線を示し、図５に示すような構造を円筒型容量結合センサ装置と呼ぶ。
【００３３】
図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。
図７は、図５に示す容量結合センサ装置電極構造の上部透視図である。
図８は、実施形態２の電極構造を示す概略外観一部断面図である。
【００３４】
図６及び図８を参照して、実施形態２に係る容量結合センサ装置３０は、中空円柱状の絶縁性支持部材３１と、この支持部材３１の側面に配設された一対の送信電極３３及び受信電極３５と、これら送信電極３３及び受信電極３５の周端部を囲んで接地されたシールド電極３７と、このシールド電極３７と送信電極３３及び受信電極３５との間隙、及びこれらの電極の表面に密着して覆う円筒状の絶縁体３９と、この円筒状の絶縁体３９に密着して覆って配設され、かつ、シールド電極３７に電気的に接続された外周シールド４１と、この外周シールド４１を密着して覆う絶縁体４３とを備えている。
【００３５】
なお、図６中、４２は中空部を示し、図７中の４４は開口部を示す。この開口部４４は実施形態２に係る容量結合センサ装置の底部、すなわち、円筒状の支持部材３１の下端の開口部と同一形状である。
【００３６】
図８に示す例では、送信電極３３の端部と受信電極３５の端部とが対向する間隙だけでなく、円周方向のその他の端部に対してもシールド電極３７が配設されているが、送信電極３３の端部と受信電極３７の端部とが対向する間隙だけにシールド電極３７を設けるようにしてもよい。
【００３７】
このシールド電極３７の作用効果は実施形態１と同様である。
また、外周シールド４１はシールド電極３７と接続されているが、接続しないで、外周シールド４１を別途アース線に接続するようにしてもよい。
この外周シールド４１は、円筒型容量結合センサ装置３０の外部との接合容量、例えば、対地接合容量を排除するのに効果的である。
【００３８】
さらに、図８に示す例では、一対の送信電極３３及び受信電極３５を設けているが、複数対設けてもよい。
支持部材３１、送信電極３３、受信電極３５、シールド電極３７及び外周シールド４１の材質は、実施形態１と同様である。
なお、外周シールド４１はメッシュ状でもよい。
【００３９】
図９は実施形態２の変形例の電極構造を示す図である。
図９に示すように、変形例の電極構造４０は、送信電極４３、受信電極４５及びシールド電極４７が実施形態２の電極構造を概略、縦方向に半分に割ったタイプのもので、送信電極４３と受信電極４５の対向していない送信電極端部５２，受信電極端部５４の周りにも間隙をあけてシールド電極が設けられている。
このタイプの作用効果は実施形態２と同様である（作用効果は後述する）。
【００４０】
ところで、送信電極３３と受信電極３５とが円筒内の、例えば水を介して容量結合する場合、円筒状の支持部材の静電容量Ｃ0が水の静電容量Ｃxと直列に接続された構成となるため、Ｃxに比べＣoが大きい方が望ましい。
したがって、Ｃoを大きくするため、支持部材３１を薄くして容量結合を大きくするのがよい。
【００４１】
次に実施形態２の作用を説明する。
なお、実施形態２の変形例も合わせて説明する。
図１０は実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置の機能ブロック図である。
図１０における発振部５１は、実施形態１の高周波発信装置１１に対応し、検波部５３及び平滑部５５は実施形態１の検波装置１３に対応し、その作用も外周シールド４１を除いて基本的に同様である。
【００４２】
図５を参照して、先ず、例えば貯水タンクに実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０を深さ方向に設置すると、水が円筒状の支持部材３１の中空部４２に満ちる。
次に、図１０を参照して、円筒型容量結合センサ装置３０の発振部５１から、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印可する。この高周波電圧により貯水タンクの水を静電容量負荷として送信電極３３（送信電極４３）と受信電極３５（受信電極４５）とが容量結合し、交流電流が流れる。この交流電流を検波部５３で検出し、平滑部５５で整流して直流電圧として出力する。
【００４３】
貯水タンクの水の量、即ち液面の高さにより円筒型容量結合センサ装置３０が検出する水の静電容量が異なるため、静電容量の変化を液面の高さに対応した直流電圧値として検出することになる。
【００４４】
このとき、図８及び図９を参照して、送信電極３３（送信電極４３）と受信電極３５（受信電極４５）とがシールド電極３７（シールド電極４７）によりシールドされているのでオフセット電流がない。
さらに送信電極３３（送信電極４３）、受信電極３５（受信電極４５）及びシールド電極３７（シールド電極４７）が円筒の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設されているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べて、絶縁体３９を介した各電極間の接合容量が小さくなる。
また外周シールド４１が設けられているため、円筒型容量結合センサ装置３０の外部との接合容量、例えば、対地接合容量が排除される。
【００４５】
したがって、円筒型容量結合センサ装置３０では、被検出対象（例えば、水）の正確な静電容量変化を検出することができる。
このため、本実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、水などの液面の高さを正確に検出することができるようになる。
【００４６】
なお、実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置３０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、外周シールド４１が設けられているので、実施形態１のように例えば鉄板製のタンクでなくてもよく、種々の材質のタンクで使用できる。
【００４７】
次に実施形態３について説明する。
実施形態３は、図８で示した実施形態２のシールド電極３７と、外周シールド４１の下端部における電極構造と、シールド電極３７と外周シールド４１との接続構造が異なり、その他の構成は同様である。
したがって、実施形態２の図６に示した断面図は実施形態３と同一である。
【００４８】
図１１は実施形態３に係る電極構造の概略一部断面図である。
図６及び図１１を参照して、実施形態３に係る電極構造５０は、送信電極５３と受信電極５５とが円筒状支持部材３１の側面にて対向する送信電極端部５２と受信電極端部５４と、送信電極５３の送信電極上端部６１と受信電極５５の受信電極上端部６３とに、間隙を有してシールド電極５７が設けられている。
【００４９】
円筒状の外周シールド５６の底部はメッシュ状のシールド円盤５９で電気的に閉じられており、このシールド円盤５９は送信電極端部５２と受信電極端部５４とをシールドする外周シールドの脚部６５と電気的に接続されている。
このシールド円盤５９が送信電極５３の送信電極下端部６７と、受信電極５５の受信電極下端部６９と間隙を有してシールドするシールド電極の一部を担うようになっている。
【００５０】
図１１中、二点鎖線で示したリング７１は、図６及び図７で示す円筒状支持部材３１が当接する箇所を示している。
図６で示したように支持部材３１の中空部４２に水などの被検出対象物が満たされるため、円筒状支持部材の下端の開口部に相当する箇所だけをメッシュ状の円盤で形成されているのが望ましく、その他の箇所はドーナツ型の円盤状であってもよい。
【００５１】
次に実施形態３の作用について説明する。
実施形態３の作用は実施形態２の作用と基本的に同様であるが、円筒型容量結合センサ装置の底部が外周シールド５６によってシールドされていることにより、一部作用が異なる。
図５及び図１１を参照して、先ず、例えば貯水タンクに実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０を深さ方向に設置すると、水が外周シールド５６のメッシュ状のシールド円盤５９のところから浸入し、支持部材３１の中空部４２に満ちる。
【００５２】
この満ちた水の静電容量の検出と、静電容量の変化を液面の高さに対応させた直流電圧値として検出することは、実施形態２と同様である。
実施形態３では、送信電極５３と受信電極５５とがシールド電極５７及び外周シールドのシールド円盤５９とによりシールドされているのでオフセット電流がない。
【００５３】
さらに送信電極５３、受信電極５５及びシールド電極５７が中空円柱の側面に湾曲を持って配設され、各電極の端部を対向させて配設しているため、平面上に配設した従来の平板上の電極構成に比べて、絶縁体３９を介した各電極間の接合容量が小さくなる。
また外周シールド５６が円筒型容量結合センサ装置の底部をも覆うように設けられているため、対地接合容量が確実に遮断される。
【００５４】
したがって、実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、被検出対象（水）の正確な静電容量変化を検出することができる。
このため、本実施形態３に係る円筒型容量結合センサ装置３０では、水などの液面の高さを正確に検出することができるようになる。
【００５５】
なお、実施形態３に係る電極構造を持つ円筒型容量結合センサ装置３０を液面計などのレベルゲージとして使用する場合は、実施形態３の外周シールド５６が液体につかる領域の全てにわたって配設されているので、どのような材質のタンクであっても対地接合容量を確実に遮断し、正確な容量を検出することができ、液面などのレベルを連続的に検出することができるようになる。
【００５６】
次に実施形態３の変形例を説明する。
この変形例は実施形態３の外周シールドのメッシュ状のシールド円盤を変形したものである。
図１２は実施形態３の電極構造の変形例を示す一部部分断面切欠図である。
図１３は図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【００５７】
図１２及び図１３を参照して、この変形例の外周シールド６０は、円筒型容量結合センサ装置３０の底部を流出入口７５を有する導電性の円板７３でシールドしたもので、この円板の流出口に電気的な密閉構造とするための遮蔽部７７が設けられている。
流出入口７５は図５で示す支持部材３１の下端開口部に対応して設けられている。
このような構成の外周シールド６０では、水などの被検出対象物の出入りを可能にし、かつ、電気的にシールドを可能にする。
したがって、この変形例では対地接合容量を確実に遮断することができる。
【００５８】
以上に述べた各実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能であり、以下に述べるような使用が可能である。
実施形態１及び実施形態２に係る容量結合センサ装置は、物質の有無を検出するのに使用できる。この物質は実施形態１のところで説明したように、容量性のものであれば種類を問わない。
さらに実施形態１及び実施形態２に係る容量結合センサ装置は、物質の量を検出するための容量検出用として使用可能である。
【００５９】
物質の量は、実施形態１及び実施形態２で説明したように、例えば液体などでは液面の高さとして検出でき、レベルセンサ装置として使用可能である。
図１４は、本発明に係る容量結合センサ装置を液面計に使用した例を示す外観概略図である。
容量結合センサ装置８０は、水やガソリンなどの液体８１が貯蔵されているタンクなどの容器８３に設置されて使用される。
図に示した容量結合センサ装置８０は円柱状であるが、棒状であればよく、またタンクなどの容器の形状に合わせて適宜曲がった部分があってもよい。
【００６０】
図１４の容器８３は概略であるので上部が開口されて図示されているが、例えば自動車のガソリンタンクなどであり、容量結合センサ装置８０は適宜の位置に固定して設置され、出力端子線８５、アース線８７及び入力端子線８９は適宜、容器８３の外部と接続されている。
【００６１】
実施形態１に係るシース型容量結合センサ装置を使用する場合は、容器８３は電気的にシールド可能な材質である方が望ましい。
実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置を使用する場合は、容器８３は電気的にシールドされていなくてもよく、例えばプラスチック製などの容器でも使用可能である。
このような構成では、容器８３内部の液体が減少すると、それに対応して静電容量が減少するので、検出した出力電圧を液体の高さに対応した信号とすることができる。
したがって、本発明に係る容量結合センサ装置は、レベルセンサとして使用可能である。
【００６２】
以上説明した実施形態の電極構造では、円柱状のものを例にしたが、これに限らず、例えば三角柱、四角柱などの多角柱でもよく、角柱の場合、特に正多角柱である方が望ましい。
図１５は電極構造が三角柱状のもの、図１６は四角柱状のものを示す。
また、送信電極及び受信電極は同一形状が望ましい。
さらに電極構造は、棒状の支持部材の形態に応じて適宜の態様をとりうるが、例えば容器の形態に合わせて適宜曲がった部分を設けた場合には、このような形態に応じて適宜、送信電極及び受信電極を形成する。
なお、図１５及び図１６中、９１及び１０１は送信電極を示し、９３及び１０３は受信電極を示し、９５及び１０５はシールド電極を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る容量結合センサ装置は、物質の有無及び物質の量を検出する容量結合センサ及びそれを利用した装置として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る実施形態１の概略外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施形態１の電極構造を示す概略外観図である。
【図４】実施形態１の電極構造の概略側面図であり、容量結合式センサ装置の回路例を合わせて示した図である。
【図５】実施形態２に係る容量結合センサ装置を設置の概略外観図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５に示す容量結合センサ装置電極構造の上部透視図である。
【図８】実施形態２の電極構造を示す概略外観一部断面図である。
【図９】実施形態２の変形例の電極構造を示す図である。
【図１０】実施形態２に係る円筒型容量結合センサ装置の機能ブロック図である。
【図１１】実施形態３に係る電極構造の概略一部断面図である。
【図１２】実施形態３の電極構造の変形例を示す部分断面切欠図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】本発明に係る容量結合センサ装置を液面計に使用した例を示す外観概略図である。
【図１５】電極構造が三角柱状のものを示す図である。
【図１６】電極構造が四角柱状のものを示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
２、３２、８５ 出力端子線
３ 支持部材
４、３４、８７アース線
５、３３、４３、５３ 送信電極
６、３６、８９ 入力端子線
７、３５、４５、５５ 受信電極
８、３８ 容量結合センサ
９、３７、４７、５７ シールド電極
１０、３０、８０ 容量結合センサ装置
１１、３９ 絶縁体
１３ 検波装置
１５ 第１のダイオード
１７ 第２のダイオード
１９ 抵抗器
２１ コンデンサ
２３ 出力端子
３１ 支持部材
４０、５０ 電極構造
４１、５６、６０ 外周シールド
４２ 中空部
４４ 開口部
５１ 発振部
５２ 送信電極端部
５３ 検波部
５４ 受信電極端部
５５ 平滑部
５９ シールド円盤
６１ 送信電極上端部
６３ 受信電極上端部
６５ 脚部
６７ 送信電極下端部
６９ 受信電極下端部
７３ 円板
７５ 流出入口
７７ 遮蔽板
８１ 容器
８３ 液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の棒状支持部材の側面に配設された対をなす送信電極及び受信電極と、これらの電極の周端部と間隙を設けて上記棒状支持部材に配設された接地シールド電極と、これら受信電極、送信電極及び接地シールド電極の外周面を保護かつ絶縁する絶縁体と、上記送信電極に接続された高周波発信装置と、上記受信電極に接続された検波装置とを備え、
上記送信電極及び受信電極と対面する負荷の静電容量を検知する容量結合センサ装置。
【請求項２】
前記棒状支持部材が中空棒状支持部材であって、前記絶縁体を介して前記送信電極、受信電極及び接地シールド電極をシールドして配設された接地可能な外周シールドを有していることを特徴とする、請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項３】
前記送信電極及び受信電極の一対を、複数個有していることを特徴とする請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項４】
前記接地シールド電極が前記外周シールドと接続されていることを特徴とする、請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項５】
前記外周シールドがメッシュ状の導電体であることを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項６】
前記送信電極、受信電極及び接地シールド電極が前記中空棒状支持部材の側面の片側側面に配設されていることを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項７】
前記外周シールドの底部を流体が出入り可能かつ電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項８】
前記外周シールドの底部をメッシュ状のシールド円盤で電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項９】
前記検波装置が前記シールド電極及び受信電極のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１０】
物質の有無を検知するために使用する請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１１】
物質の量を検知してレベルを検知するのに使用する請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１２】
電気的にシールドされた容器内で使用する請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項１３】
電気的にシールドされていない容器内で使用する請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項１】
絶縁性の棒状支持部材の側面に配設された対をなす送信電極及び受信電極と、これらの電極の周端部と間隙を設けて上記棒状支持部材に配設された接地シールド電極と、これら受信電極、送信電極及び接地シールド電極の外周面を保護かつ絶縁する絶縁体と、上記送信電極に接続された高周波発信装置と、上記受信電極に接続された検波装置とを備え、
上記送信電極及び受信電極と対面する負荷の静電容量を検知する容量結合センサ装置。
【請求項２】
前記棒状支持部材が中空棒状支持部材であって、前記絶縁体を介して前記送信電極、受信電極及び接地シールド電極をシールドして配設された接地可能な外周シールドを有していることを特徴とする、請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項３】
前記送信電極及び受信電極の一対を、複数個有していることを特徴とする請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項４】
前記接地シールド電極が前記外周シールドと接続されていることを特徴とする、請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項５】
前記外周シールドがメッシュ状の導電体であることを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項６】
前記送信電極、受信電極及び接地シールド電極が前記中空棒状支持部材の側面の片側側面に配設されていることを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項７】
前記外周シールドの底部を流体が出入り可能かつ電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項８】
前記外周シールドの底部をメッシュ状のシールド円盤で電気的に閉じた構造にしたことを特徴とする請求項２記載の容量結合センサ装置。
【請求項９】
前記検波装置が前記シールド電極及び受信電極のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１０】
物質の有無を検知するために使用する請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１１】
物質の量を検知してレベルを検知するのに使用する請求項１又は２に記載の容量結合センサ装置。
【請求項１２】
電気的にシールドされた容器内で使用する請求項１記載の容量結合センサ装置。
【請求項１３】
電気的にシールドされていない容器内で使用する請求項２記載の容量結合センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２２０５４２（Ｐ２００６−２２０５４２Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４３０７（Ｐ２００５−３４３０７）
【出願日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【特許番号】特許第３６９１８３９号（Ｐ３６９１８３９）
【特許公報発行日】平成１７年９月７日（２００５．９．７）
【出願人】（３９３０２９０１１）株式会社アルボ (2)
【出願人】（３９３０２９０００）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【特許番号】特許第３６９１８３９号（Ｐ３６９１８３９）
【特許公報発行日】平成１７年９月７日（２００５．９．７）
【出願人】（３９３０２９０１１）株式会社アルボ (2)
【出願人】（３９３０２９０００）
【Ｆターム（参考）】
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