液面検出装置及びその検出方法

专利摘要:
液面検出装置（１０）が、液面検出素子（１４）と静電容量−電圧コンバータ（１６）とコントローラ（１８）とを含む。液面検出素子（１４）が（ｉ）少なくとも２組のＮ個の導電性電極（２２）と（ｉｉ）Ｍ個の検出ライン（Ｓ１−Ｓ７）とを備え、Ｍは少なくとも２組の導電性電極の各組のＮより大きい又は等しい。Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい。静電容量−電圧コンバータ（１６）は、Ｍ個の検出ラインの各々のためにＬ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定する。コントローラ（１８）は、Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、初期液面高さ値とを規定する。コントローラ（１８）は、Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移をさらに検出する。測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラが液面高さ値を更新する。
公开号:JP2011508236A
申请号:JP2010540704
申请日:2008-11-25
公开日:2011-03-10
发明作者:ティ． オゾイナック、ブライス；ジェイ． ジー、フィリップ；エル． ジョンソン、ロバート
申请人:フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド；
IPC主号:G01F23-26

专利说明:

[0001] 本開示は、一般に検出技術に関し、より詳細には液面検出に関する。]
背景技術

[0002] 液体及び気体の両方を含む流体は、工業用及び民生用用途の両方において大抵コンテナに格納されている。例えば、工業分野において、石油化学系の気体及び液体、化学系の気体及び液体、製薬系の混合物又は化合物等の流体は、大抵コンテナに格納されている。気体及び流体等の製造に関する多くの処理において、気体及び流体等のレベルを、測定しなければならない。同様に、民生分野において、液面は、食器洗浄機、洗濯機、給湯器及び燃料タンクにおいて維持される。従来の液体検出技術は、圧力センサ又は静電容量センサの使用を含む。圧力センサは高価であり、従って多くのこれらの用途において良い選択とは言えない。]
[0003] 従来の静電容量センサは、液位の変化の検出に関して低い分解能等の問題にさらに悩まされる。さらに、従来の静電容量センサは、静電容量値の変化を液面の変化として記録するためのコントローラと関係するマルチプルピンを必要とする。]
[0004] 従って、上述のような関連分野におけるこれらの問題を克服するための改良された液面検出方法及びこれの装置が必要とされている。]
図面の簡単な説明

[0005] 液面検出のための典型的な用途の説明図。
本開示の一実施形態による典型的な液面検出素子の説明図。
図２の典型的な液面検出素子の概略図及び、液面と図２の液面検出素子によって検出された関連する静電容量変化とを示すグラフ。
本開示の一実施形態による液面検出のための典型的な方法のフローチャート図。
本開示の別の実施形態による典型的な液面検出素子の説明図。] 図２
実施例

[0006] 本発明は、一例として説明され、添付図面によって制限されず、同様の参照符号は同様の要素を指し示す。各図面における各構成要素は、簡明にするために説明され、必ずしも等尺に描かれてはいない。]
[0007] 本明細書で使用されるように、用語「バス（ｂｕｓ）」は、データ、アドレス、制御又はステータス等の一つ以上の様々な形式の情報を転送するために使用され得る、複数の信号又は複数の導体を指すために使用される。本明細書で記載されるような導体は、単一の導体、複数の導体、一方向性の導体、又は双方向性の導体に関して説明され、又は記載される。しかしながら、異なる実施形態によって、導体の実施が変化し得る。例えば、分離型一方向性導体は、双方向性導体よりむしろ使用され、逆もまた同様に使用され得る。さらに、複数の導体は、連続的に又は時間多重化法で多重信号を転送する単一の導体と交換され得る。同様に、多重信号を搬送する単一の導体が、これらの多重信号のサブセットを搬送する様々な導体内に分離され得る。従って、多くの選択肢が、信号を転送するために存在する。]
[0008] 液面検出方法及びこれのシステムが、静電容量検出の使用法に関して本明細書において記載される。一例として、図１は、液面検出のための典型的な用途例１０を示す。液面検出の用途例１０は、液体１３を収容するコンテナ１２を備え、コンテナ１２内の液体１３のレベルを検出することが同コンテナ１２に要求される。本明細書において使用されるように、液体は、レベルが検出される流体の液体形態及び気体形態のうちの一つ又は両方を指す。本開示の実施形態による液面検出素子１４は、コンテナ１２の側壁に位置決め又は取り付けられ得る。あるいはまた及び／又はさらに、液面検出素子１４は、コンテナ１２の外壁にさらに取り付けられ得る。あるいはまた及び／又はさらに、液面検出素子１４は、コンテナ１２内とほぼ同一の液位を維持するような態様でコンテナ１２と流体連通する分離コンテナ又はチューブの内壁又は外壁にさらに取り付けられ得る。液面検出素子１４は、適用環境に依存して多数の様々な方法でコンテナ１２と結合され得る。静電容量−電圧コンバータ１６は、液面検出素子１４に結合され得る。静電容量−電圧コンバータ１６は、静電容量値を電圧値に変換し得る。静電容量−電圧コンバータ１６は、コントローラ１８にさらに結合され得る。コントローラ１８は、以下にさらに記載されるように、且つ所与の液面検出を実施するための液面検出と関連するように、関連する制御機能性を提供し得る。] 図１
[0009] 図２は、本開示の一実施形態による典型的な液面検出素子１４を示す。液面検出素子１４は、基板２０の第１の表面上に配置された電極２２を有する基板２０から構成され得る。電極２２は、ルーティング導体２４と導体バイアスとを用いて検出ライン２６にさらに結合され得る。一実施形態において、ルーティング導体２４（図２の破線で示される）は、基板２０の第２の表面上に配置され、この第２の表面は、第１の表面の反対側であり、さらに導体バイアスは、対応する電極とルーティング導体との交差点において示されるドットによって表されている。] 図２
[0010] 検出ライン２６は、所与の実施の要件によって多数の検出ラインを含むことができる。例えば、一実施形態において、検出ライン２６の数は、表示Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６及びＳ７によって示される７つの検出ラインを含む。一実施形態において、基板２０は、任意の好適なプリント回路基板材料を含む。例えば、基板２０は、ガラス繊維、フィルム又は他の好適なプリント回路基板材料を含む。電極２２は、銅又は銅合金等の金属を含む、任意の導電材料を使用して形成され得る。さらに、電極２２は、この電極２２が、液面が検出される液体から電気的に且つ物理的に絶縁されるように、低い誘電性を有するフィルム（図示せず）を使用してさらに覆われ得る。]
[0011] 一実施形態において、電極２２は複数の組にグループ化され、各組が１組の静電容量値を表し得る。さらに、基板２０は、電極２２の多重グループを含むことができる。図２は、拡大図における一つのグループを示す。図２に示されるように、一例において、グループは、７つの電極を含む。電極２２は、例えば、既定の間隔２３によって、互いに物理的に且つ均等に離間される。電極２２の間の既定の間隔２３は、液面検出素子１４の分解能に対応する。例えば、隣接する電極間の既定の間隔は２ｍｍであり、液面検出素子１４は２ｍｍ毎の液位の変化を検出できる。従って、電極２２は、所与の液面検出用途のために必要とされる分解能に依存して互いに適切な距離に離間され得る。さらに、隣接する電極の各対は、例えば、可変の静電容量２８によって示されるように、それらの電極の間に若干の静電容量を有し得る。静電容量２８は、隣接する電極同士の近くに液体が存在するか否かに応じて、より詳細には、所与の電極の対（又は電極の複数対）が、液体に浸漬されるか浸漬されないかに応じて変化し得る。] 図２
[0012] 一実施形態によると、液面検出装置は、液面検出素子と静電容量−電圧コンバータとコントローラとを備える。液面検出素子２０は、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極２４を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表す。液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表す。図２に示される実施形態において、検出ラインの数は７つである。Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、前記少なくとも２組の導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい。例えば、図２において、平行な結合導電性電極の第１の組は、検出ラインＳ１に結合され、平行な結合導電性電極の第２の組は、検出ラインＳ２に結合される。図２の例において、７組の平行な結合導電性電極が存在する。] 図２
[0013] 一実施形態によると、図１の静電容量−電圧コンバータ１６は、Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するために、液面検出素子２０のＭ個の検出ライン（Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ７）に結合される。さらに、図１のコントローラ１８は、静電容量−電圧コンバータ１６に結合され、コントローラは、（ａ）（ｉ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の各々についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成される。コントローラ１８は、例えば、図３に関連して本明細書中にさらに記載されるように、Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される。] 図１ 図３
[0014] 図３は、図２の典型的な液面検出素子１４の概略図３００、液面のグラフ４００及び図２の液面検出素子１４によって検出された関連する静電容量変化を示す。素子１４を用いた液体検出動作を説明するために、概略図３００は、液面検出素子１４の各部を示している。図示されているように、各検出ライン３０，３２及び３４（図３においてＳ１，Ｓ２，及びＳ７とラベルされ、図２の対応するルーティング導体２４にさらに関係する）は、検出ライン３０上で参照符号３６，３８，４０，及び４２によって示されるような、複数の可変静電容量値を含むように表現され得る。液面が第１のレベルからそれとは異なる第２のレベルに変化すると、各検出ラインに関連する可変静電容量値は、電極のそれぞれに影響する液面の変化が生じたか否かに応じて変化し得る。例えば、洗濯機内の液体との関連においては、図３に示されるように、水位は双方向の矢印３１及び３３によって示されるように、第１のレベルと第２のレベルとの間で上昇又は下降する。水位が上昇すると、例えば第１のグループの電極Ａ１−Ａ７、第２のグループの電極Ｂ１−Ｂ７など、その水位は一つ以上の電極を通過する。] 図２ 図３
[0015] 説明のために、水位が、グラフ４００中の参照符号４６によって示されるような第１のレベルから、参照符号４８によって示されるような第２のレベルに変化する洗濯機の例について検討する。グラフは、参照符号５０によって示されるような液面上昇を例示するとともに、参照符号５２によって示されるような液面下降を例示する。液面は、点線５４によって示されるように、上昇と下降との間のピークに到達する。本開示の実施形態による液面検出素子をさらに理解するために、液面４６においては、液面が、グラフ４００から理解されるように、未だ電極Ａ１に到達していない。液面が上昇し続けると、液面が電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，及びＡ７に到達して同電極を通過する。静電容量の対応する変化が、対応する検出ラインＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，及びＳ７において反映されることに留意されたい。液面が検出ラインＳ１の電極Ｂ１に到達して同電極を通過すると、静電容量の更なる変化が、グラフ４００から理解されるように、検出ラインＳ１上で生じる。この例示において、液面は、参照符号４８によって示されるレベルまで上昇し続ける。液面がレベル４８まで上昇し続けると、静電容量の更なる変化が検出ラインＳ２，Ｓ３及びＳ４上で生じる。続いて、参照符号５２によって示されるように液面が下降して、静電容量の対応する変化が検出ラインにおいて生じる。液面５２の減少については、説明の簡略化のために、検出ラインＳ４，Ｓ３及びＳ２における変化のみが示されることに留意されたい。液面が第１のレベルと第２のレベルとの間で上昇及び下降することに応じた各検出ラインに関する静電容量変化は、この例において説明したのと同様にして起きる。]
[0016] 図４を参照すると、この図面は、本開示の一実施形態による液面検出のための典型的な方法の概略フローチャートである。一実施形態において、液面検出を実施する方法は、液面検出素子を提供することを含む。液面検出素子は、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表す。液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表す。Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の一致する導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つに結合され、ＬはＭに等しい。] 図４
[0017] この方法は、液面検出素子のＭ個の検出ラインに結合された静電容量−電圧コンバータを介して、Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定することと、コントローラを静電容量−電圧コンバータに結合することとをさらに含む。コントローラは、（ａ）（ｉ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成され、（ｂ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される。]
[0018] １）各検出ライン（例えばＳ１−Ｓ７）についての基準値と、２）液面についての高さ値とを規定又は調整するステップが、図４のフローチャートのブロック６０によって示される。ブロック６２において、この方法は、検出ラインの各々（例えば、Ｓ１−Ｓ７）の静電容量を測定することを含む。ブロック６４において、この方法は、静電容量測定においてエッジが検出されたか否かを確認する。エッジが検出されない場合、次に、処理はブロック６２に戻り、検出ラインの静電容量を測定することが繰り返される。ブロック６４において、静電容量測定においてエッジが検出されると、次に、この方法はブロック６６に進む。ブロック６６において、この方法は検出されたエッジが単一のエッジを含むか否かを確認する。検出されたエッジが、静電容量の漸次的変化に対応する単一のエッジを含む場合、次に、この方法はブロック６８に進む。特に、検出された遷移が単一のエッジの遷移を含む場合、この遷移は、液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化に対応する。] 図４
[0019] ブロック６８において、以前の高さ値は、それぞれ液面高さの上昇又は液面高さの減少のいずれかを反映する立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジの関数として増加又は減少される。ブロック６８において高さ値を増加又は減少させた後で、この方法は再びブロック６０に進み、先に説明したように、１）検出ラインの基準値と、２）高さ値とを規定又は調整する。]
[0020] ブロック６６を再び参照すると、検出されたエッジが単一のエッジを含まない場合、この検出されたエッジは非漸次的変化に対応する。この非漸次的変化を検出すると、次に、この方法はブロック７０に進む。ブロック７０において、この方法はドリフト補償及び／又は誘電性補償のうちの一つを実行する。特に、１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化、又は２）少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトのいずれかの結果として、検出された遷移は、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化に対応する。適切なドリフト補償及び／又は誘電性補償を実行すると、この方法は、再びブロック６０に進み、以前議論されたような、１）検出ラインの基準値と、２）高さ値とを規定又は調整する。]
[0021] 本開示の実施形態によると、コントローラ１８は、以下の複数の処理を実行するように構成される。測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新するように構成される。さらに、液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される。さらに、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、ドリフトの関数としてＬ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整することによって静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される。]
[0022] さらに本開示の実施形態によると、静電容量−電圧コンバータ１６は、既定の順番で、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極の静電容量を測定するように構成される。一実施形態において、この既定の順番は、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの最も低い導電性電極の検出ラインから最も高い導電性電極の検出ラインへの順番になる。]
[0023] 一実施形態によると、液面検出を実施する方法は、液面検出素子を提供することを含み、静電容量−電圧コンバータを介して液面検出素子の導電性電極の静電容量を周期的に測定すること、及びコントローラを静電容量−電圧コンバータに結合することを含む。液面検出素子は、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表す。液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表す。Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の一致する導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つに結合される。一実施形態において、平行な結合導電性電極のＬ組の数は、Ｍ個の検出ラインの数に等しい。]
[0024] 静電容量−電圧コンバータ１６を介して液面検出素子の導電性電極の静電容量を周期的に測定することは、液面検出素子２０のＭ個の検出ライン（Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ７）に結合されたＬ組の平行な結合導電性電極２２の静電容量を測定することを含む。コントローラ１８を静電容量−電圧コンバータ１６に結合することに加えて、コントローラ１８は、（ａ）（ｉ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成される。コントローラ１８は、（ｂ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される。]
[0025] 一実施形態において、検出された遷移は、静電容量の漸次的変化と非漸次的変化とからなるグループから選択された少なくとも一つに対応する。漸次的変化は、液面検出素子１４に対する液体１３の液位の物理的変化に応じた、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化を表す。非漸次的変化は、誘電率変化及び／又は測定ドリフトのうちの一つに応じた、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化を表す。誘電率変化の一例は、液面の検出対象となる液体の誘電率の変化を含むことができる。例えば、洗濯機の水に加えられた石鹸洗剤は、洗濯機に含まれる液体の誘電率を変化させる可能性を有する。本開示の方法は、液面が監視される液体の特性が変化することを考慮する。測定ドリフトの一例は、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトを含むことができる。]
[0026] この方法は、測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラが測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新することをさらに含む。さらに、液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行する。さらに、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、ドリフトの関数としてＬ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整することによって静電容量測定補償を実行する。]
[0027] この方法の別の実施形態において、静電容量−電圧コンバータは、既定の順番で、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極の静電容量を測定するように動作する。既定の順番は、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの最も低い導電性電極の検出ラインから最も高い導電性電極の検出ラインへの順番になる。]
[0028] 図５は、本開示の別の実施形態による典型的な液面検出素子８０の説明図である。液面検出素子８０は、図２の検出素子２０と同様であるが、以下の相違を有する。液面検出素子８０は基板２０を有し、基板２０は同基板２０の一つの表面上に配置された電極８２を有する。電極８２は、ルーティング導体８４を用いて検出ライン２６にさらに結合され得る。この実施形態において、ルーティング導体８４（図５上に実線で示される）は、電極８２と同じ基板２０の面上に配置され、対応する電極とルーティング導体との交差点においてドットが示される。] 図２ 図５
[0029] 液面検出素子と静電容量−電圧コンバータとコントローラとを備える液面検出装置が提供されることが認識される。この液面検出素子は（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表す。液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表し、Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい。静電容量−電圧コンバータは、Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するために、液面検出素子のＭ個の検出ラインに結合される。コントローラは、静電容量−電圧コンバータに結合され、コントローラは、（ａ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値と（ａ）を規定するように構成される。コントローラは、（ｂ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される。]
[0030] 検出された遷移は、（ｂ）（ｉ）液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化と、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化と、のうちの一つ以上に対応し、非漸次的変化は、（ｂ）（ｉｉ）（１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化と、（ｂ）（ｉｉ）（２）少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトとから選択された一つに応じて生じる。]
[0031] さらに、測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新するようにさらに構成される。漸次的変化に対応する立ち上がり遷移の検出に応答して、コントローラは、液面高さ値を増加させることによって液面高さ値を更新する。漸次的変化に対応する立ち下がり遷移の検出に応答して、コントローラは、液面高さ値を減少させることによって液面高さ値を更新する。]
[0032] さらに、液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出した遷移に応答して、コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される。さらに、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、ドリフトの関数としてＬ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整することによって静電容量補償を実行するようにさらに構成される。]
[0033] 更なる実施形態において、静電容量−電圧コンバータは、既定の順番で、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極の静電容量を測定するように動作される。さらに、既定の順番は、Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの最も低い導電性電極の検出ラインから開始し、最も高い導電性電極の検出ラインまで継続することを含むことができる。]
[0034] 別の実施形態において、導電性電極は、既定の間隔Ｒによって互いに離間され、Ｒは、液面検出素子の分解能を表す。さらに、少なくとも２組のＮ個の導電性電極の隣接する各対は、測定された静電容量の遷移を検出するために用いられる対応する電極の間の可変静電容量を、液面の検出対象となる液体の関数として表す。さらに、一実施形態において、対応する電極間の可変静電容量は、ピコファラッド（ｐＦ）の範囲内の値を含む。さらに別の実施形態において、分解能は、プラス又はマイナス（＋／−）１−２ｍｍオーダの液面高さの変化を検出することを含むことができる。]
[0035] 一実施形態において、導電性電極と検出ラインとは、（ｉ）基板の一つの面上に配置された導電性電極と検出ライン、（ｉｉ）基板の二つ以上の面上に配置された導電性電極と検出ライン、及び（ｉｉｉ）基板内に形成された導電性電極と検出ライン、のうちの一つ以上を含むことができる。さらに、所与の実施のために必要とされるように、誘電性層が、液面の検出対象となる液体から導電性電極と検出ラインとを電気的に絶縁するために提供される。]
[0036] 別の実施形態において、液面検出装置は、例えば、燃料システムの液面高さ検出を採用するシステムにより実施される。さらに別の実施形態において、液面検出装置は、液面高さ検出を採用するシステム装置により実施され、例えば、システム装置は、民生用の電化製品を含む。典型的な民生用電化製品は、洗濯機、食器洗浄器又は液体を使用する類似の民生用の電化製品を含み得る。]
[0037] 一実施形態によると、液面検出装置は、液面検出素子と静電容量−電圧コンバータとコントローラとを備える。液面検出素子は、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表す。液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表す。Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい。さらに、導電性電極と検出ラインとは、（ａ）基板の一つの面上に配置された導電性電極と検出ライン、（ｂ）基板の二つ以上の面上に配置された導電性電極と検出ライン、及び（ｃ）基板内に形成された導電性電極と検出ライン、のうちの一つ以上を備えることができる。]
[0038] 静電容量−電圧コンバータは、液面検出素子のＭ個の検出ラインに結合される。静電容量−電圧コンバータは、Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するように構成される。さらに、コントローラが、静電容量−電圧コンバータに結合される。コントローラは、（ａ）（ｉ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成される。コントローラは、（ｂ）Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される。検出された遷移は、（ｂ）（ｉ）液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化と、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化とからなるグループから選択された少なくとも一つに対応する。非漸次的変化は、（１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化と、（２）測定された静電容量のドリフトとを含むことができる。]
[0039] 測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新するようにさらに構成される。液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出されたエッジ遷移に応答して、コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される。少なくとも２組の導電性電極におけるＬ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出されたエッジ遷移に応答して、コントローラは、ドリフトの関数としてＬ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値（及びその後再び初期化測定された任意の基準静電容量値）を調整することによって静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される。]
[0040] 本願発明を実施する装置は、そのほとんどが当業者に公知の電子構成要素及び回路からなるので、本願発明に内在する概念の理解及び認識をするため、及び本願発明の教示から混乱又は混同を生じさせることのないように、回路の詳細は上述の説明において必要とされる構成よりもより広範な構成として説明されていない。]
[0041] 本発明は特定の導電性の形式又は電位の極性に関して記載されるが、当業者は導電性の形式及び電位の極性が逆転され得ることを認識する。
さらに、明細書及び特許請求の範囲における用語「前の」「後の」「頂部」「底部」「上の」「下の」等は、位置を説明する目的で使用され、必ずしも恒久的な相対位置を説明するために使用されていない。これらの用語は、本明細書に記載される本発明の実施形態が、例えば、本明細書に説明又は他に記載される向き以外の他の向きで動作可能であるように、適切な状況の下で互換性を有して使用されることを理解されたい。]
[0042] 本発明は、特定の実施形態に関して本明細書に説明されるが、様々な改変及び変更は、以下に記載されるように、本願発明の特許請求の範囲から逸脱すること無しに行われる。従って、明細書及び図面は、制限された意味よりもむしろ例示としてみなされ、全ての上述の改変が、本願発明の特許請求の範囲内に含まれることを意図される。特定の実施形態に関して明細書に記載される利益、利点又は問題の解決法は、任意の又は全ての特許請求の範囲の重要な、必要とされる又は本質的な特徴として解釈されることを意図されていない。]
[0043] 本明細書中で使用される用語「結合された」は、直接的な結合又は機械的な結合を制限することを意図しない。
さらに、本明細書中で使用される用語「一つの（“ａ”又は“an”）」は一つ以上として規定される。さらに、同一の特許請求の範囲内において、「一つ以上」又は「少なくとも一つ」の導入句、及び「一つの」等の不明確な用語を含む場合に、特許請求の範囲における「少なくとも一つの」及び「一つ以上の」等の導入句の使用は、不明確な用語「一つの」によって別の特許請求の要素の導入句が、上述の「一つ以上」又は「少なくとも一つ」の要素のみを含む発明へ上述の「一つの」が導入された特許請求の範囲の要素を含む特定の特許請求の範囲を制限することを暗示するように解釈されるべきではない。同様のことが、明確な用語の使用のために当てはまる。]
[0044] 他に述べた場合を除いて、「第１の」及び「第２の」等の用語は、上述の用語の説明等の要素間を適宜に区別するために使用される。従って、これらの用語は、上述の要素の一時的な又は他の優先順位付けを指示することを必ずしも意図しない。]

权利要求:

請求項1
液面検出素子であって、該液面検出素子が（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表し、前記液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表し、前記Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、少なくとも２組の導電性電極の各組におけるＮ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい、前記液面検出素子と、前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するために、前記液面検出素子の前記Ｍ個の検出ラインに結合された静電容量−電圧コンバータと、前記静電容量−電圧コンバータに結合されたコントローラであって、該コントローラは、（ａ）（ｉ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成され、前記コントローラは、（ｂ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される、前記コントローラと、を備える、液面検出装置。
請求項2
前記検出された遷移は、（ｂ）（ｉ）前記液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化と、（ｂ）（ｉｉ）前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化と、からなるグループから選択された少なくとも一つに対応し、前記非漸次的変化は、（ｂ）（ｉｉ）（１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化と、（ｂ）（ｉｉ）（２）前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトと、から選択された一つに応じて生じる、請求項１に記載の装置。
請求項3
測定された静電容量値の漸次的変化に対応する前記検出された遷移に応答して、前記コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として前記液面高さ値を更新するようにさらに構成される、請求項２に記載の装置。
請求項4
さらに、漸次的変化に対応する立ち上がり遷移の検出に応答して、前記コントローラは、前記液面高さ値を増加させることによって該液面高さ値を更新し、漸次的変化に対応する立ち下がり遷移の検出に応答して、前記コントローラは、前記液面高さ値を減少させることによって前記液面高さ値を更新する、請求項３に記載の装置。
請求項5
液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する前記検出された遷移に応答して、前記コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成され、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する前記検出された遷移に応答して、前記コントローラは、ドリフトの関数として前記Ｌ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整することによって静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される、請求項２に記載の装置。
請求項6
前記静電容量−電圧コンバータは、既定の順番で、前記少なくとも２組の導電性電極の前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を測定するために動作する、請求項１に記載の装置。
請求項7
前記既定の順番は、前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの最も低い導電性電極の検出ラインから最も高い導電性電極の検出ラインへの順番となる、請求項６に記載の装置。
請求項8
前記導電性電極は、既定の間隔Ｒによって互いに離間され、Ｒは液面検出素子の分解能を表す、請求項１に記載の装置。
請求項9
前記少なくとも２組のＮ個の導電性電極の隣接する各対は、測定された静電容量の遷移を検出するために用いられる対応する電極の間の可変静電容量を、液面の検出対象となる液体の関数として表す、請求項８に記載の装置。
請求項10
前記対応する電極間の可変静電容量は、ピコファラド（ｐＦ）の範囲内の値を含む、請求項９に記載の装置。
請求項11
前記分解能は、プラス又はマイナス（＋／−）１−２ｍｍのオーダの液面高さの変化を検出することを含む、請求項８に記載の装置。
請求項12
前記導電性電極と検出ラインとは、（ｉ）基板の一つの面上に配置される導電性電極と検出ライン、（ｉｉ）基板の二つ以上の面上に配置される導電性電極と検出ライン、及び（ｉｉｉ）基板内に形成された導電性電極と検出ライン、からなるグループから選択された一つを備える、請求項１に記載の装置。
請求項13
液面の検出対象となる液体から導電性電極と検出ラインとを電気的に絶縁させるための誘電性層をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
請求項14
液面検出装置は、液面高さ検出を採用するシステムと液面高さ検出を採用するシステム装置とからなるグループから選択された一つにより実施される、請求項１に記載の装置。
請求項15
前記システムは燃料システムを含み、前記システム装置は洗濯機と食器洗浄機とからなるグループから選択された一つの民生用電化製品を含む、請求項１４に記載の装置。
請求項16
液面検出素子であって、該液面検出素子が、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表し、前記液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表し、Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、前記少なくとも２組の導電性電極の各組における前記Ｎ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しく、さらに導電性電極と検出ラインとは、（ａ）基板の一つの面上に配置された導電性電極と検出ライン、（ｂ）基板の二つ以上の面上に配置された導電性電極と検出ライン、及び（ｃ）基板内に形成された導電性電極と検出ライン、からなるグループから選択された一つを備える、前記液面検出素子と、前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するために、前記液面検出素子の前記Ｍ個の検出ラインに結合された静電容量−電圧コンバータと、前記静電容量−電圧コンバータに結合されたコントローラと、を備え、該コントローラは、（ａ）（ｉ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成され、前記コントローラは、（ｂ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成され、前記検出された遷移は、（ｂ）（ｉ）液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化であって、測定された静電容量値の漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、前記コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新するようにさらに構成される、前記漸次的変化と、（ｂ）（ｉｉ）前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の一組以上の静電容量の非漸次的変化と、からなるグループから選択された少なくとも一つに対応し、前記非漸次的変化は、（ｂ）（ｉｉ）（１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化であって、液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出されたエッジ遷移に応答して、前記コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される、前記誘電率の変化と、（ｂ）（ｉｉ）（２）前記少なくとも２組の導電性電極の前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトであって、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、前記コントローラは、ドリフトの関数として前記Ｌ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整することによって静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される、前記ドリフトと、から選択された一つに応じて生じる、液面検出装置。
請求項17
液面検出を実施するための方法であって、液面検出素子を提供するステップであって、前記液面検出素子は、（ｉ）互いに平行に配列されたＮ個の導電性電極を少なくとも２組含み、Ｎは導電性電極の個々の組における導電性電極の数を表し、前記液面検出素子はさらに、（ｉｉ）Ｍ個の検出ラインを含み、Ｍは導電性電極の数Ｎより大きい又は等しい検出ラインの数を表し、Ｍ個の検出ラインの各々は、Ｌ組の平行な結合導電性電極を形成するように、前記少なくとも２組の一致する導電性電極の各組における前記Ｎ個の導電性電極から選択された一つにさらに結合され、ＬはＭに等しい、前記液面検出素子を提供するステップと、前記液面検出素子の前記Ｍ個の検出ラインに結合された静電容量−電圧コンバータを介して前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を周期的に測定するステップと、コントローラを前記静電容量−電圧コンバータに結合するステップであって、前記コントローラは、（ａ）（ｉ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の各組についての初期測定基準静電容量値と、（ａ）（ｉｉ）初期液面高さ値とを（ａ）規定するように構成され、前記コントローラは、（ｂ）前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の測定された静電容量の遷移を検出するようにさらに構成される、前記結合するステップと、を備える、液面検出を実施する方法。
請求項18
前記検出された遷移は、（ｂ）（ｉ）前記液面検出素子に対する液位の物理的変化に応じた、前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の漸次的変化と、（ｂ）（ｉｉ）前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の静電容量の非漸次的変化と、からなるグループから選択された少なくとも一つに対応し、前記非漸次的変化は、（ｂ）（ｉｉ）（１）液面の検出対象となる液体の誘電率の変化と、（ｂ）（ｉｉ）（２）前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの一組以上の測定された静電容量値のドリフトと、から選択された一つに応じて生じる、請求項１７に記載の方法。
請求項19
さらに、測定された静電容量値の漸次的変化に対応する前記検出された遷移に応答して、前記コントローラは、測定された静電容量値の複数の漸次的変化の関数として液面高さ値を更新するようにさらに構成され、液体の誘電率の変化に相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する前記検出された遷移に応答して、前記コントローラは、液体の誘電率の変化の関数として静電容量測定補償を実行するようにさらに構成され、測定された静電容量値のドリフトに相当する、測定された静電容量値の非漸次的変化に対応する検出された遷移に応答して、前記コントローラは、ドリフトの関数として前記Ｌ組の平行な結合導電性電極についての初期測定基準静電容量値を調整するステップによって静電容量測定補償を実行するようにさらに構成される、請求項１８に記載の方法。
請求項20
静電容量−電圧コンバータは、既定の順番で、前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極の静電容量を測定するように動作し、前記既定の順番は、前記少なくとも２組の導電性電極における前記Ｌ組の平行な結合導電性電極のうちの最も低い対応する導電性電極の検出ラインから最も高い対応する導電性電極の検出ラインへの順番になる、請求項１７に記載の方法。