专利名称：液体状态检测传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体状态检测传感器(下面，也简称为传感器)，用于通过测量电极之间的静电电容，检测(识别)容纳在液体容器(储存容器)内的液体的状态。
背景技术：
在从柴油车辆排放的废气中，除一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)之外，还包含有氧化氮(NOx)。因此，近年来，已经实际进行将有毒的氧化氮还原成无毒的气体。例如，已经提出了这样的方案，即，在柴油车辆的废气排放消声器中，配置NOx选择性还原(SCR)催化剂，将起着还原剂溶液作用的尿素水放入到与车辆分开设置的罐中，并将尿素水喷射到上述催化剂上，从而将NOx还原为无毒的气体，例如N2。由于这种系统在尿素水用光时变得不能促进NOx的还原，而导致NOx的大量排放，所以，采取了这样的措施，即，提供一种容纳尿素水的容器(下面，也称为“罐”)，该容器带有用于测量所容纳的尿素水的液位(下面也称为水位)的传感器，如果尿素水的剩余量等于或者小于预定的量，就会发出警报。
作为用于测量水位的传感器的例子，已知静电电容型的液体状态检测传感器。这种液体状态检测传感器包括由导体制成、起着外部电极(外部筒状电极)的作用的细长筒，该液体状态检测传感器测量外部筒状电极与内部电极之间的静电电容，用于根据该静电电容来检测水位，其中，所述内部电极呈细长柱或者管的形式，在外部筒状电极内同心地沿着其轴线方向配置。例如，在用于测量诸如尿素水的具有导电性的液体的水位的静电电容型液体状态检测传感器中，在内部电极的表面上形成用于防止外部筒状电极与内部电极之间短路的绝缘层，而且，以使外部筒状电极的轴向方向与水位的上下方向相一致的方式，将液体状态检测传感器置于作为待测量的对象的罐中。在测量这种导电性液体的水位的情况下，没有浸入液体内的部分的静电电容取决于内部和外部电极之间的间隙中的空气层，以及内部电极的绝缘层的厚度。另一方面，浸入到液体内的部分的静电电容，由于导电的液体与外部筒状电极是等电位的，所以，只取决于绝缘层的厚度，并且，比前者的静电电容大。因此，当浸入液体内的部分增加时，测得的静电电容变大，从而可以检测水位。
通常，这种液体状态检测传感器以外部筒状电极的轴向方向与水位的上下方向相一致的方式安装到罐的内部。例如，在外部筒状电极(和内部电极)以从罐的顶板上悬挂到其内部的状态安装的情况下，液体状态检测传感器在外部筒状电极的基(上)端被固定(或者支承)到(或在)具有用于安装到罐上的机构的基端支承构件上，从而，外部筒状电极的基端侧被配置到顶板侧。另一方面，以配置到外部筒状电极的内部并保持内部电极和外部筒状电极之间的绝缘的方式，将内部电极在基端部固定到外部筒状电极的基端侧。但是，由于两个电极只在其基端部固定和支承，各个电极可以说是处于一种前端侧自由的悬臂支承状态下，所以，当使传感器处于经受振动的使用条件下或者当处于沿着传感器的横向方向向该传感器施加外力的条件下时，各个电极会沿着径向方向发生倾斜或者发生弯曲变形。因此，两个电极之间的空间的尺寸会变得不稳定，或者，在某些情况下会导致两个电极接触，从而使之不能精确地测量静电电容。进而，通过反复发生这种倾斜或变形，会在每个电极上、特别是在内部电极的基部引起大的应力，从而，存在着电极被折断的危险。
因此，在这种传感器中，在两个电极之间配置间隔件或者支承构件，用作稳定电极的之间的空间尺寸的机构，或者用作保持两个电极之间的空间尺寸恒定的内部电极支承机构。例如，已知一种技术，围绕电极并沿着电极的纵向方向配置多个由绝缘材料制成的间隔件，以便将内部和外部电极保持同心(专利文献1)。进而，已知一种技术，在内部和外部电极的前端部，在电极之间配置有绝缘树脂制成的支承构件，并利用该支承构件保持两个电极之间的间隔(空间尺寸)恒定，同时保持电极之间的绝缘(专利文献2)。
专利文献1实开平01-151215号公报专利文献2特开平09-152368号公报但是，由于在前一文献中用于内部电极的支承机构要求多个间隔件，所以导致部件数目的增加。进而，由于必须首先将间隔件配置在内部电极的外周面上，然后通过一个端部开口在压力下将它们插入到外部电极内，所以组装工作很困难。进而，将树脂制造的支承构件配置到电极之间的技术，由于支承构件是由树脂制造的，且因此振动和外力难以被两个电极之间的支承构件吸收，所以，会遇到以下的问题。首先，当在由于某些制造误差和组装误差使得两个电极的轴线没有正确地处于一条线上的条件下、将支承构件配置到两个电极(前端)之间时，在每个电极中引起横向残余应力，或者每个电极受到一个局部负荷的作用，从而，会导致一个电极在其基部折断的情况。另一方面，为了避免发生这种情况下，必须显著提高包括电极在内的部件的尺寸精度，从而，导致制造成本增大。进而，由于通常用树脂制造的支承构件是比较硬的，所以，振动借助支承构件在两个电极之间传播。从而，例如，在表面上具有绝缘层的内部电极的情况下，存在着绝缘层容易受到破坏、绝缘能力受到损坏的危险。
发明内容
本发明是鉴于上述问题作出的，其目的是提供一种液体状态检测传感器，所述液体状态检测传感器不存在增加部件数目的问题，也没有组装方面的问题，并且能够吸收在电极的支承当中的误差，而且，即使在内部电极在其表面上形成有绝缘层的情况下，也不会引起绝缘层的损伤地支承电极。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种液体状态检测传感器，用于检测容纳在液体容器中的液体的状态，所述传感器包括用导体制造的外部筒状电极；用导体制造的内部电极，该内部电极沿着外部筒状电极的轴向方向配置在外部筒状电极的内部；以及基端支承构件，该基端支承构件在基端侧支承外部电极和内部电极，同时保持外部筒状电极与内部电极之间的绝缘，其特征在于，在内部电极的外部且在外部筒状电极的内部配置由弹性体制造的前端支承构件，所述前端支承构件将内部电极的前端或者靠近前端的部分弹性地支承在外部筒状电极的内部。同时，将由弹性体制造的前端支承构件配置在内部电极的前端或者靠近前端的部分的外部且在外部筒状电极的内部，包括直接配置在它们之间的情况，还包括借助另外的构件间接地配置在它们之间的情况。
根据本发明的另一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，在压力下将前端支承构件插入到内部电极的前端或靠近前端的部分的外侧且在外部筒状电极的内侧的位置上。
进而，根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，前端支承构件在外周面上具有向外突出的突起，外部筒状电极在靠近前端的部分具有通孔，该通孔径向地延伸通过靠近前端的部分，当所述前端支承构件在压力下被插入到所述内部电极的外部和所述外部筒状电极的内部的位置上时，所述突起被配合到所述通孔内。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件的所述突起在其外表面上具有倾斜部，该倾斜部沿前端支承构件的径向方向的突出量在所述前端支承构件本身在压力下被插入的方向上逐渐减小。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件的所述突起在其外表面上具有倾斜部，该倾斜部沿所述前端支承构件的径向方向的突出量在所述前端支承构件本身在压力下被插入的方向上逐渐减小，并且在所述倾斜部的构成最大突出部的后端具有倒角，该倒角在所述前端支承构件的径向方向上的突出量朝着后方逐渐减小。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件在其内周面上具有多个向内的突起，所述突起向内突出，并且当从轴向方向观察时，以角间隔排列，所述向内的突起弹性地支承所述内部电极。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，前端支承构件在压力下被插入到内部电极的前端或者靠近前端的部分的外侧且在外部电极的内侧的位置，所述向内的突起具有导向件，该导向件具有在所述前端支承构件本身在压力下插入的方向上展宽的形状。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件具有有底的筒状形状，包括配置在内部电极的外部和外部电极的内部的筒状体部，所述前端支承构件在其底部进一步具有通孔，该通孔与液体状态检测传感器本身的外部连通，并且，所述通孔和位于相邻的向内的突起之间连通凹槽一起构成液流通道。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，用于检测容纳在液体容器内的液体的状态，包括用导体制造的外部筒状电极；用导电材料制造的内部电极，该内部电极沿着所述外部筒状电极的轴向方向配置在该外部筒状电极的内部；以及基端支承构件，该基端支承构件在基端侧支承所述外部电极和所述内部电极，同时保持所述外部筒状电极与所述内部电极之间的绝缘；其特征在于，在外周面和内周面之一上具有弹性体的前端支承构件，配置在内部电极的外侧和外部筒状电极的内侧，所述内部电极的前端或者靠近前端的部分被所述前端支承构件支承在所述外部筒状电极的内侧。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述弹性体是橡胶。
根据本发明的又一个方面，提供一种液体状态检测传感器，其特征在于，所述液体是尿素水。
根据本发明的传感器，所述内部电极的前端或者靠近前端的部分被所述前端支承构件弹性地支承在所述外部筒状电极的内侧，使得所述传感器不会导致部件数目的任何增加，可以容易地进行组装，并且使得内部电极被稳定地支承在所述前端。进而，由于在内部电极的支承中采用由弹性体制造的前端支承构件，所以，电极的尺寸误差和组装误差等可以被吸收。进而，即使在所述内部电极的表面上形成绝缘层的情况下，也从来不会引起对该层的损坏。即，这种层是很薄的，从而，当传感器被暴露在振动的环境下使用时，在利用现有技术的硬树脂支承构件进行支承时，易于受到损害。但是，由于根据本发明，所述内部电极被由弹性体制造的前端支承构件支承，所以，这种危险很小。
进而，根据本发明，无需粘结剂等手段，可以容易而且可靠地将所述前端支承构件锁定(防止脱落)。进而，由于前端支承构件的突起设有倾斜部，所述倾斜部在压力下插入时起着导向件的作用，从而，可以在压力下顺滑地插入。
进而，根据本发明，在由弹性体构成的前端支承构件在压力下插入时，获得这样的效果，即，可以容易地将突起配合到外部筒状电极的通孔内。后面将对这种效果进行详细的描述。
进而，根据本发明，由于所述内部电极被多个向内突出的向内的突起弹性地支承，所以，两者之间的接触面积小。从而，可以降低在压力下插入时的阻力，因此，可以使得在压力下的插入变得更容易。进而，在于内部电极的表面上形成绝缘层的情况下，可以在与降低阻力的量相对应的程度上有助于防止绝缘层损伤。进而，在向内的突起形成有导向件的情况下，可以使在压力下的插入更加容易和顺滑。
在将前端支承构件形成有底的圆筒状的形状、并且具有在底部的通孔和位于相邻的向内的突起之间的连通凹槽、且所述通孔彼此连通的传感器中，可以获得下面所述的独特的效果。即，如果前端支承构件的底部被封闭，不像本发明那样提供连通的话，则有必要对外部筒状电极的下部单独设置液体入口和出口(孔或者狭缝)，存在于所述外部筒状电极和所述内部电极之间的空间内的液体可以通过所述液体入口和出口进、出。在这种情况下，即使在外部筒状电极的下端设置液体入口和出口，液体仍然存在于(保留在)外部筒状电极内侧比液体入口和出口的下端低的部位，在传感器的测量范围内的液位的下限由液体入口和出口的下端决定。从而，在液体入口和出口的下端和外部筒状电极的下端之间的部分，对于液位的检测不起作用。与此相反，由于根据本发明，位于相邻的向内的突起之间的连通凹槽与所述通孔一起构成液体流道，所以，与这种入口和出口的设置无关，可以在前端支承构件的内部获得液位的降低(改变)。因此，即使传感器具有相样的总长度，也可以扩大传感器的测量范围。从而，如果被测量对象在预定的测量范围内的话，可以缩小传感器的总长度，从而可以将传感小型化。
根据本发明的用弹性体制造的前端支承构件，只要能够将内部电极的前端或者其相邻部分弹性地支承在外部筒状电极的内侧就足够了。从而，用弹性体制造的前端支承构件并不局限于其全部都是用弹性体制造的情况，也可以将其制成它的一部分包含有非弹性体。例如，可以将在外周面和内周面之一上具有弹性体的前端支承构件配置在内部电极的外侧、外部筒状电极的内侧。同时，利用橡胶制作所述弹性体是合适的。
尽管本发明的传感器适合于检测各种液体的状态(液位、浓度等)，不过该传感器特别适合于液体是尿素水的情况。因为尿素水具有导电性，必需在内部电极的表面上形成由氟树脂构成的绝缘层。另一方面，在内部电极的前端由如本发明中所述的前端支承构件弹性地支承的情况下，绝缘层受到有效的保护，即使当振动或者外力作用到传感器上，所述绝缘层也不会受到损伤。
图1是根据本发明的实施例的静电型液体状态检测传感器的纵剖视图；图2是图1的主要部分的下端部的放大图；图3是在将由弹性体构成的前端支承构件在压力下插入之前的状态下，传感器的靠近前端的主要部分的剖视图；图4是当从下面观察时看到的传感器的靠近下端的部分的放大透视图；图5是当从上面观察时看到的前端支承构件的透视图；图6是前端支承构件的平面图；图7是前端支承构件的侧视图，以及沿着延伸通过前端支承构件的轴线、并通过突出部中心的平面截取的纵剖视图，用于表示突出部及其附近的部分；图8是从图7的右手侧取的图示；图9是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示向内的突出部的导向件的另外一个例子；图10是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示根据另外一个实施例的前端支承构件；图11是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示根据又一个实施例的前端支承构件；图12是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示根据又一个实施例的前端支承构件；图13是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示根据又一个实施例的前端支承构件；以及图14是作为液体状态检测传感器的主要部分的下端部的放大图，表示根据又一个实施例的前端支承构件。
具体实施例方式
下面将参照附图描述根据本发明的实施例的静电电容型液体状态检测传感器。首先，参照图1，作为液体状态检测传感器的一个例子，说明液位传感器1。图1是液位传感器1的纵剖视图。图2表示图1的前端部分(图1的下端部的放大图)。图3是在由弹性体制造的前端支承构件被在压力下插入之前的状态下，传感器的下端侧的主要部分的剖视图。图4是当从下面观察时看到的靠近下端的部分的放大透视图。
本实施例的液位传感器(下面也简称为传感器)1安装在保存尿素水的罐上，所述尿素水用于将包含在柴油机动车辆的排放废气中的氧化氮(NOx)还原，所述传感器用于检测所述罐内的液体的状态(测量尿素水的水位)。在图1中，表示传感器处于以悬挂的方式安装到罐T的顶部(顶板)上的状态。
如图1所示，传感器1由以下部分构成外部筒状电极10；柱形的内部电极20，所述内部电极20沿着外部筒状电极10的轴线G的方向配置在外部筒状电极10内；基端支承构件40，该基端支承构件40以将外部筒状电极10和内部电极20保持在彼此不接触的条件下的方式支承所述外部筒状电极10和内部电极20。如后面将要详细描述的那样，两个电极10和20在各基端部(图中的上端部)12和22侧固定到基端支承构件40上，所述基端支承构件40起着用于将电极安装到罐T上的机构的作用，并且，其结构使得两个电极10和20的前端被配置在基本上相同的位置(高度)上。
外部筒状电极10用导电金属材料(在本实施例中为SUS 304)制成，并包括细长的薄壁圆筒(圆管)，其中间部分在图1中省略。在外部筒状电极10的靠近对应于液位传感器1的前端侧(图1中的下端侧)的前端部11(在靠近前端的部分)的筒状壁上，设置圆形通孔(开口部)13，在本实施例中，当从轴线G的方向观察时，所述通孔13以相等的角间隔设置在3个部位上，在压力下将前端支承构件(下面称为橡胶制弹性体)30插入到所述通孔13内，从而，以保持不会脱落的方式安装所述前端支承构件。同时，在本实施例中，在外部筒状电极的周面上沿着其母线从前端部11侧到基端部12(液位传感器1的基端支承构件40的基端侧)独立地依次形成窄的狭缝14和16。设置狭缝14和16的目的是使得液体(尿素水)或者气体(空气)能够自由地进、出外部筒状电极。在本实施例中，狭缝具有相同的形状，以近似相同的间隔配置，并进而沿着三条母线间歇地排列，当从轴线G的方向观察时，所述三条母线以相等的角间隔配置。同时，虽然图中未示出，但是，在外部筒状电极10的适当的部分(在图中靠近上端部处)处形成排气用的孔。
如图1所示，这种外部电极10配合(以包围的方式配合)到形成在基端支承构件(基部构件)40下部的电极支承部41的中空圆筒形的外周上的基端部12上，并且焊接于其上。基端支承构件40具有沿径向方向向外突出的凸缘42，用于安装到罐T上。在本实施例中，由绝缘材料制成的中空圆筒形的内部壳体50，借助设置在该内部壳体的上部外周部上的凸缘51结合到电极支承部41的内侧的上端面上。内部电极20被固定地保持在内部壳体50内侧的基端部(图中的上端部)上，并且与外部筒状电极10同心地、不与之接触地配置在其内。同时，在本实施例中，内部电极20是导电金属棒(SUS 304制造的棒)，呈实心柱状。但是，前端部21侧(图1中的下侧)的外周面设有圆的倒角25。进而，在内部电极20的表面上，通过涂敷形成绝缘层(未示出)，所述绝缘层例如由氟树脂制成，约300μm厚。
这种内部电极20在靠近基端部22的外周与环形管状导向件55连接，并且，通过将管状导向件55置于内部壳体50的上端面上以将前者与后者结合，以悬垂的状态支承在外部筒状电极10内。同时，内部壳体50在内周面和外周面上形成圆周槽，在所述圆周槽内安装液密性和气密性的环形填密件53和54。进而，被如上所述地支承的内部电极20被螺钉58固定地保持在容纳部43内，所述螺钉58通过置于管状导向件55上的树脂压板56和金属压板57拧入到前端支承构件中。在容纳部43内设置继电电路板60，该继电电路板60在图中未示出的端子处与从内部电极20引出的导线59连接，并经由配线电缆61连接到外部连接器62上。同时，电路板60在未示出的接地侧电极处连接到基端支承构件40上，藉此，将外部筒状电极10电连接到接地侧。图中的45是容纳部43的盖。
然后，由基端支承构件40的电极支承部41支承的内部电极20被橡胶弹性体30支承，使前端部21不与外部筒状电极10的前端部11接触。即，在本实施例的传感器中，具有有底筒状形状(杯形)的橡胶弹性体30的主体部32在压力下从图1的下侧被插入到在外部筒状电极10的前端的内侧且在内部电极20的前端(或者靠近前端的部分)的外侧的位置上。藉此，橡胶弹性体30的主体部32的外周面32a进入在压力下与外部筒状电极10的靠近前端的部分的内周面接触的状态，主体部32的内周面32b进入在压力下与内部电极20的靠近前端的部分的外周面(在本实施例中，为绝缘层的表面)接触的状态。如上所述，在本实施例中，在两个电极10和20的靠近前端的部分之间，插入具有有底筒状形状的橡胶弹性体30，藉此，内部电极20的前端(或者靠近前端的部分)被弹性地支承在外部筒状电极10的内侧。然而，在本实施例中，主体部32的外周面32a设有向外突出的突起35，该突起35的结构为，当将橡胶弹性体30在压力下被插入到外部筒状电极10内时，所述突起35通过弹性变形配合到设置在外部筒状电极10上的通孔13内，藉此，保持橡胶弹性体不会脱落。
下面，将参照图2至8，描述作为本发明的要点的这种橡胶弹性体30的具体的形状和结构。即，当沿着轴线G的方向观察时，橡胶弹性体30具有接近圆形杯的形状。但是，在底部30t的中心形成竖直贯穿延伸的通孔33。位于通孔33上方的筒状主体部32的内周面32b的内径稍大于通孔33的直径。在筒状主体部32的内周面32b处，形成沿着轴线G的方向延伸的切口36。在本实施例中，切口36在平面视图中以相等的角间隔配置在四个部位处，并且，使没有形成切口36的筒状主体部32的内周面部32b在压力下与内部电极20的外周面接触。
即，在本实施例中，作为设置切口36的结果，橡胶弹性体30的内周面32b形成有向内突出的四个向内的突起37，当沿着轴线方向观察时，所述四个突起以相等的角间隔排列，并且所述多个向内的突起37弹性地支承内部电极20。同时，将筒状主体部32的上端部(向内的突起37的内侧上端部)被倒成圆角，并且形成大的圆弧，以便当内部电极20在压力下插入时构成导向件39。例如，以半径(例如，R5)比内部电极20的前端部21的端面周边的圆形倒角的半径(例如，R3.5)大的圆形倒角，将导向件39倒成圆角。进而，在本实施例中，其结构为，当将橡胶弹性体30在压力下被插入到两个电极10和20的前端之间的空间中时，内部电极20的前端面达不到橡胶弹性体30的底部30t。藉此，液体(尿素水)可以通过起流道作用的切口36(对应于向内的突起37之间的连通凹槽)从底部30t的通孔33流入外部筒状电极10的内侧。同时，理想的是，利用具有防液体性质的材料形成这种橡胶弹性体30，并且，将橡胶弹性体的硬度确定为约Hs70是恰当的。在本实施例中，橡胶弹性体是EPDM(三元乙丙橡胶)的单体成形件。
本实施例中，橡胶弹性体30在外周31的下端部(前端部)是锥形的，主体部32近似形成中空圆筒形。但是，在主体部32的外周面32a的下端部并且从下端部外周31的锥形起连续地形成凸缘34，该凸缘34向外突出，并且沿着圆周间歇地排列。当橡胶弹性体30在压力下被插入到外部筒状电极10内时，凸缘34起着止动件的作用。进而，在本实施例中，如上所述，在筒状主体部32的外周面32a形成向外突出的突起35。如图7的放大图所示，突起35在自由状态下(在橡胶弹性体30在压力下插入之前)在外侧面上具有倾斜部35b，该倾斜部在橡胶弹性体30的径向方向上的突出量沿着橡胶弹性体本身被插入的方向(图中向上的方向)逐渐减小，使得不会对橡胶弹性体30在压力下向外部筒状电极10内的插入产生任何妨碍。即，当在由平行地延伸通过轴线G并且延伸通过从轴线侧观察的突起35的中心的平面截取的截面中观察时，突起35形成具有大致锯齿形状。进而，在构成最为突出的部分的倾斜部35b的后端，设置与该倾斜部的倒角相对的倾斜的倒角35m，使得当橡胶弹性体30在压力下被插入时，该突起35易于配合到外部筒状电极10的通孔13内。在本实施例中，在三个部位处设置突起35，并且当沿着轴线G的方向观察时，所述三个突起35以相等的角间隔排列。同时，这种橡胶弹性体30在自由状态下被构造成使得筒状主体部32的外周面32a的直径稍大于外部筒状电极10的内径，并且，内周面32b的直径稍小于内部电极20的外径。进而，在本实施例中，在主体部32的上端配置在压力下插入时的导向件38，所述导向件38排列成圆形排列，以便具有比主体部32的外径稍小的外径。
通过将基端支承构件40的凸缘42以就座的方式经由填密件(未示出)或类似物置于顶板上并拧紧螺钉等，将本实施例中的传感器1安装在容纳尿素水的罐的顶板上，在所述传感器1中，两个电极10和20被所述橡胶弹性体30支承在所述前端。按照这种方式，将两个电极10和20以悬垂的状态配置的罐T内，并检测作为罐T内的尿素水的液体状态的水位。
因此，在本实施例的这种传感器1中，内部电极20被橡胶弹性体30弹性地支承在所述前端。从而，不会增加部件的数目，可以容易地进行组装工作，因为，在组装的最后的阶段，只需要在压力下将橡胶弹性体30插入。进而，由于被弹性地支承，所以可以将内部电极20稳定地支承在所述前端。进而，因为通过利用橡胶弹性体30支承电极，所以，即使电极的尺寸存在误差等，或者在电极组装中存在误差，例如电极稍稍倾斜，这种误差也可以被橡胶弹性体本身的弹性所吸收，因此，不要求严格的精度，能够降低成本。另外，由于内部电极20不是被由硬的树脂制造的支承构件所支承，所以，可以避免过大的力(负载)施加到内部电极20上，从而，可以提高耐久性。进而，迄今为止，如果这种传感器1的内部电极20等受到振动和外力的话，在内部电极20的外周面上形成的绝缘层很容易被损坏，这是因为该绝缘层很薄，从而存在着很高的引起某些缺陷的可能性。但是，在本实施例中，由于通过采用橡胶弹性体30对电极进行弹性支承，所以振动等可以被吸收，可以降低上面所述的可能性。因此，在传感器用于检测诸如尿素水等具有导电性的液体的状态、并且在经受振动的条件下使用的情况下，可以获得显著的效果。
特别是，由于在本实施例中，突起35在外周面上具有倾斜部35b，所以，可以容易地在压力下将其插入。进而，由于在倾斜部35b的后端设置倒角35m，该倒角35m构成最突出的部分，且该倒角部的设置方式为该倒角在橡胶弹性体30的径向方向上的突出量向后方逐渐减小，所以，可以获得以下的效果。即，在本实施例中，在橡胶弹性体30的外周面上的突起35的形状为，在由平行地延伸通过轴线G且延伸通过从轴侧观察时的突起35的中心的平面截取的截面中观察时，倒角35m处于最大的突出部。下面，将描述突起35的作用和效果。
即，在橡胶弹性体30插入到外部筒状电极10内的过程中，除非突起35本身到达相对于轴线G的方向插入到通孔13内的位置上，否则该突起35不能顺滑地配合到通孔13内。如果突起35只设有锯齿状的倾斜部35b，则根据通孔13的直径，将会导致同样的情况。这是因为，尽管如上所述在突起35上设置有锯齿状的倾斜部35b，在压力下插入的开始阶段该倾斜起着导向件的作用，在将橡胶弹性体30在压力下插入到外部筒状电极10的内周面中的过程中，突起35的倾斜部35b被外部筒状电极10的内周面沿着径向方向逐渐增大地压缩或者挤压，从而，对在压力下插入的阻力或者在压力下插入的摩擦力变大。因此，突起35的倾斜部35b的后端变形成被向后方(向着与在压力下插入的方向相反的方向)牵引的形状，即，变形成向后方移动的形状(或者被拉长的形状)。从而，有可能发生这样的情况，即，尽管橡胶弹性体30在压力下被插入到外部筒状电极10内、并且突起35位于用于配合到通孔13内的所设计的轴向位置上，但是，由于变形，倾斜部35b的后端不能越过通孔13的边缘(外部筒状电极10的前端侧边缘)。即，由于突起35的倾斜部35b的后端位于比靠近外部筒状电极10的前端的通孔13的边缘稍稍更靠近前端侧的位置上，所以，突起35不能配合到通孔13内。但是，如上所述，在本实施例的情况下，在构成最突出的部分的突起35的后端设置倒角35m，可以将倒角35m的部分置于靠近外部筒状电极10的前缘的通孔13的边缘处。因此，即使在突起35没有正确地对应于通孔13的情况下，倒角35m的部分和突起35本身的弹性一起起作用，从而积极地进入通孔13内，从而突起35可以容易地配合到通孔13内。
进而，由于在上面描述的实施例中，内部电极20被前端支承构件30的向内突出的多个向内的突起37弹性地支承，所以可以降低在压力下插入时的阻力，因此，可以容易地在压力下插入。因此，在表面上具有绝缘层的内部电极20用于上述传感器1的情况下，获得能够保持绝缘层不会遭到损坏的效果。同时，在本实施例中，前端支承构件30的内周面32b沿着轴线G的方向设有切口36，使得向内的突起37设置在所述切口之间，从而，向内的突起37形成竖直延伸的肋的形状，但是，也可以将向内的突起37形成向内突出的凸台或岛屿状，而不是竖直地延伸。
进而，由于在上述实施例中，向内的突起37设置有导向件39，所以，在压力下的插入可以更加容易或顺滑。同时，尽管在上述实施例中，导向件39被表示为圆形的倒角，但是，只要是允许前端支承构件30本身具有喇叭形，任何导向件39都可以，即，只要允许向内的突起37在前端支承构件30的径向方向上的突出量沿着在压力下的插入方向(图1至3中向上的方向)逐渐减小即可。从而，在如图9所示的另外一个实施例中，导向件39可以是倾斜的倒角。同时，在倒角是这种倾斜的倒角的情况下，可以采用具有不同倾斜度的多个倾斜的倒角，或者可以将倾斜的倒角与圆形倒角结合使用。由于图9与图2的不同之处仅在于导向件39是倾斜的倒角，所以，和上述实施例中的类似的和对应的部分，赋予类似的附图标记，不再进行说明。在下面的描述中，情况也一样。
进而，在前面的实施例中采用的前端支承构件30中，因为在向内的突起37之间的空间(切口36)与设置在底部30t的中心处的通孔33连通，所以随着在罐T内的液位的变化，在前端支承构件30的内侧也会产生液位的变化。因此，传感器的测量范围(液位)可以更大，从而可以将传感器从尺寸制造得更小。例如，在上述实施例中，外部筒状电极10和内部电极20的前端(最下端)配置在相同的高度，圆形倒角25沿着轴线G的起始点P是可以测量的最低高度(液位)。
同时，尽管对于橡胶弹性体30是一个整体模制件的情况进行了描述，但是，如果对于模制等存在任何妨碍的话，所述橡胶弹性体也可以是多个独立体(模制件)的组合。进而，尽管对于将橡胶弹性体30通过在压力下插入而使其介于电极之间的情况下进行了描述，但是，本发明的橡胶弹性体也可以不通过在压力插入、而是通过粘结剂等使其介于电极之间。进而，尽管对于橡胶弹性体30在内部电极20的前端处被直接配合到外周面(绝缘层的外周面)上、从而介于电极之间的情况进行了描述，但是，无论是否设置绝缘层，也可以例如将环形套圈等配合到内部电极20的前端上，然后，可以将橡胶弹性体恰当地配置在电极之间。
本发明并不局限于上面描述的实施例，而是可以在不超出本发明的精神的范围内进行各种改型。例如，尽管在上述的实施例中橡胶弹性体是由EPDM制造，但是，橡胶的材料并不局限于此，只要对于作为检测对象的液体具有液体耐受性并且具有耐用性和合适的弹性即可。所述橡胶弹性体可以用各种橡胶制造，例如，硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或者合成橡胶。进而，可以将橡胶弹性体制成适当的形状和结构。同时，尽管在上面描述的实施例中，通孔33形成在橡胶弹性体30的底部30t的中心，以便竖直贯穿延伸，并且在橡胶弹性体的内侧设置切口36，以便形成液体进、出用的液流通道，但是，如果外部筒状电极具有允许液体自由地进入外部筒状电极的开口(液体入口)的话，则这种通孔等并不总是必需的。
进而，尽管前面对于前端支承构件30完全由弹性体(橡胶)制成的情况进行了说明，但是，在本发明的传感器中，前端支承构件30并不总是必须完全由弹性体(橡胶)制造。即，如图10所示，上述前端支承构件30可以按照形成插入件的方式在内部设置呈环状体(短管)形式的芯构件(金属部或者硬树脂管(环))71。在如上所述以这种方式设置芯构件71以便形成插入件的情况下，可以达到防止由诸如橡胶的弹性体制造的前端支承构件30变形的效果，从而，可以增大用于将前端支承构件30固定地保持在电极之间的力。
图11表示本发明的又一个实施例。在本实施例中，前端支承构件80不形成如上所述的切口36、底部30t的通孔33t、以及突起35，但是，除了这种差别之外，与上面所述的橡胶弹性体基本上类似，其不同之处仅在于包括内周面和外周面的部分由弹性体85和83形成。即，前端支承构件80包括通过粘结剂等设置在由金属或硬树脂制造的前端支承构件主体(芯构件)81的外周面上的中空圆筒形弹性体(例如橡胶)85，类似地设置在主体81的内周面上的有底的中空圆筒形弹性体(例如，橡胶)。同时，由于前端支承构件在底部30t不设置通孔，所以，外部筒状电极10在靠近下端的部分具有延伸通过该靠近下端的部分的液体进、出口18。
同样，在采用图11所示的前端支承构件80的情况下，除了由于上述结构上的差别引起的在效果上的差别之外，可以获得与前面所述的实施例类似的效果。同时，在本实施例中使用的前端支承构件80适合于在压力下插入到内部电极20的前端或者靠近前端的部分的外侧和外部筒状电极10的内侧的位置上，并且，其结构为，于在压力下插入之前，设置弹性体83的外周部分的外径稍大于外部筒状电极10的内径，设置弹性体85的内周部分的内径稍小于内部电极20的外径。同时，在图11中，为了吸收在组装中产生的尺寸误差，在位于内周面处的弹性体85的底部88与内部电极20的前端部21之间，设置间隙(空间)K。但是，提供内周面的弹性体85也可以形成简单的中空圆筒形状，而不设置这样的底部88。
尽管在上述实施例中，对于前端支承构件80的内周面和外周面两者都是由弹性体85和83形成的情况进行了描述，但是，在上面所述的实施例中，也可以不设置外周面处的弹性体83，并且前端支承构件81可以只在内周面处设有弹性体85。在这种情况下，理想的是，将弹性体85的内径设定得稍小于内部电极20的外径。另一方面，如果需要的话，可以利用小的静配合或者粘结剂将前端支承构件主体81的对应于(配合到)外部筒状电极10的内侧的部分(外周面)82固定到外部电极10的内侧(内周面)上。
类似地，例如，在如图13中所示的前端支承构件80中，前端支承构件81可以和前述实施形式不同，不在内周面处设置弹性体85，而是只在外周面处设置弹性体83。即，在这种情况下，可以设定前端支承构件主体81的对应于内部电极20的外侧(外周面)的内周面84的内径，使得前端支承构件通过小的静配合而固定，但是，在如上所述内部电极20在外表面上具有绝缘层的情况下，理想的是，通过粘结剂将内周面84和内部电极20的外周面粘接到一起，从而相互固定。在这种情况下，前端支承构件主体81作为所谓的套圈(环)配置在内部电极20的前端或者靠近前端的部分的外周面上，主体81借助位于外周面处的弹性体83被弹性地支承在外部筒状电极10的内侧。在这种情况下，当在压力下插入时，理想的是，构成外周面的弹性体83的外径比外部筒状电极的内径稍稍大出相当于强迫插入的量。
图14所示的前端支承构件80是图11所示的实施例的改型。在本实施例中，前端支承构件主体81在外周面上且围绕着轴线G具有圆周槽87和88，例如，O型环形式的由橡胶填密件形成的弹性体91和92配置(安装)到各个槽87和88内，代替图11中的弹性体85和83。按照这种方式，根据本发明，可以利用各种方式形成用于使前端支承构件能够将内部电极的前端或者靠近前端的部分弹性地支承在外部筒状电极的内侧的弹性体。
同时，在前端支承构件主体81的外周面和内周面中的至少一个上具有弹性体的前端支承构件的情况下，可以说，适合用于弹性体的材料是橡胶。但是，在本发明中，作为弹性体，可以采用由金属或者硬塑料制造的具有弹簧特性的各种弹簧。
进而，尽管在上面所述的实施例中，对于内部电极是呈实心柱形式的金属棒的情况进行了描述，但是，内部电极也可以是方形柱，而且并不需要是实心的，而是也可以是中空筒状(管状)的。进而，外部筒状电极并不必须是圆筒状，而是也可以是方筒状。
同时，尽管在上述实施例中，作为被检测对象的液体的一个例子，对于尿素水的情况进行了说明，但是，这并不是为了进行限定的目的。进而，如果被检测的对象不是像尿素水那样的具有导电性的液体(非导电性液体)，则不需要在内部电极的外周面上形成绝缘层。在这种情况下，由于在空气和作为被检测对象的液体之间介电常数存在差异，所以，可以通过测量内部和外部电极之间的静电电容来检测静电电容的变化。
进而，尽管作为被液体状态检测传感器检测的对象的液体状态的例子，对液位进行了描述，但是，除此之外，液体的状态也可以是液体的密度、液体的变质程度、液体的质量、或者杂质与液体混合的程度等。即，本发明的传感器，通过测量两个电极之间的静电电容，可以被广泛地应用于液体的各种状态的检测。
进而，尽管在上面描述的实施例中，对于以从上面悬挂的状态配置传感器的情况进行了描述，但是，与上面所述的实施例相反，在以向上竖立的方式配置在诸如罐等液体容器的底部的传感器中也可以同样实施本发明。
权利要求
1.一种液体状态检测传感器，用于检测容纳在液体容器内的液体的状态，包括用导体制造的外部筒状电极；用导体制造的内部电极，该内部电极沿着所述外部筒状电极的轴向方向配置在所述外部筒状电极内；以及基端支承构件，该基端支承构件在基端侧支承外部筒状电极和内部电极，同时保持外部筒状电极与内部电极之间的绝缘；其特征在于，在内部电极的外侧且在外部筒状电极的内侧配置由弹性体制造的前端支承构件，所述前端支承构件将内部电极的前端或者靠近前端的部分弹性地支承在外部筒状电极的内部。
2.如权利要求1所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件在压力下被插入到在所述内部电极的前端或者靠近前端的部分的外侧且在外部筒状电极的内侧的位置上。
3.如权利要求2所述的液体状态检测传感器，其特征在于，前端支承构件在外周面上具有向外突出的突起，外部筒状电极在靠近前端的部分具有通孔，该通孔径向地延伸贯通所述靠近前端的部分，当所述外部筒状电极在压力下被插入到在所述内部电极的外侧且在所述外部筒状电极的内侧的位置上时，所述突起被配合到所述通孔内。
4.如权利要求3所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件的突起在其外表面上具有倾斜部，该倾斜部沿前端支承构件的径向方向的突出量在所述前端支承构件本身在压力下被插入的方向上逐渐减小。
5.如权利要求3所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件的所述突起在其外表面上具有倾斜部，该倾斜部沿所述前端支承构件的径向方向的突出量在所述前端支承构件本身在压力下被插入的方向上逐渐减少，并且在所述倾斜部中构成最大突出部的后端具有倒角，该倒角在所述前端支承构件的径向方向上的突出量朝着后方逐渐减少。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件在内周面上具有多个向内的突起，所述向内的突起向内突出，并且当沿轴向方向观察时以间隔角排列，并且所述向内的突起弹性地支承所述内部电极。
7.如权利要求6所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件在压力下被插入到在内部电极的前端或者靠近前端部的部分的外侧且在外部电极的内侧的位置，并且所述向内的突起具有导向件，该导向件具有沿着所述前端支承构件本身在压力下插入的方向展宽的形状。
8.如权利要求6或7所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述前端支承构件具有有底的圆筒状形状，包括配置在内部电极的外侧且在外部电极的内侧的筒状体部，所述前端支承构件在其底部进一步具有通孔，该通孔与液体状态检测传感器本身的外部连通，并且，所述通孔和位于向内的突起之间连通凹槽一起构成液流通道。
9.一种液体状态检测传感器，用于检测容纳在液体容器内的液体的状态，包括用导体制造的外部筒状电极；用导体制造的内部电极，该内部电极沿着所述外部筒状电极的轴向方向配置在该外部筒状电极内；以及基端支承构件，该基端支承构件在基端侧支承所述外部筒状电极和所述内部电极，同时保持所述外部筒状电极与所述内部电极之间绝缘；其特征在于，在外周面和内周面之一上具有弹性体的前端支承构件，配置在内部电极的外侧且在外部筒状电极的内侧，所述内部电极的前端或者靠近前端的部分被所述前端支承构件支承在所述外部筒状电极的内侧。
10.如权利要求1至9任何一项所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述弹性体是橡胶。
11.如权利要求1至10任何一项所述的液体状态检测传感器，其特征在于，所述液体是尿素水。
全文摘要
本发明提供一种液体状态检测传感器，该传感器不存在增加部件数目的问题，也不存在组装中的问题，进而，在电极的支承中，能够吸收误差，并且，即使在内部电极在表面上具有绝缘层的情况下，也能够对所述绝缘层不引起任何损伤地支持两个电极。所述液体状态检测传感器包括呈筒状的由导体形成的外部筒状电极(10)；杆状的内部电极(20)，该内部电极沿着轴线方向(G)配置在外筒状电极内；基端支承构件(40)，在两个电极(10)和(20)的基端侧支承两个电极(10)和(20)，同时将两个电极保持相互绝缘，并且通过测量电极之间的静电电容，检测储存容器(T)内的液位等，其中，通过在压力下插入，将由橡胶制造的弹性体(30)配置在内部电极(20)的前端或者该前端的附近的部分的外侧和外部筒状电极(10)的内侧的位置上。由于内部电极(20)的前端或者其附近的部分被弹性地支承在外部筒状电极(10)的内侧，所以，可以很容易地进行组装，并且可以吸收部件的尺寸误差及其振动。
文档编号G01F23/22GK1914487SQ200580003650
公开日2007年2月14日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年10月29日
发明者佐藤美邦, 山本享史, 笹沼威夫, 水野雄贵 申请人:日本特殊陶业株式会社