专利名称：液体状态感测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体状态感测装置，此装置用于感测诸如液位的液体状态，更具体地涉及电容式液体状态感测装置。
背景技术：
已公布的日本专利申请63-79016公开了用于感测机动车辆的汽油或石油液位的电容式液位传感器。此传感器被布置至少部分地浸入被测液体以感测其液位。此液位传感器包含永久地浸入液体下的参考电极对，要部分地浸入液体的测量电极对，和通过参考电极间的电容和测量电极间的电容的比值测量液位的感测电路。
通过除测量电极以外还使用参考电极，尽管存在液体介电常数的变化，此液位传感器也可准确地测量液位。
发明内容
然而，由于杂散电容或寄生电容的存在，测量的准确性被降低，此寄生电容形成于从参考电极到感测电路的两条电流通路间或形成于从测量电极到感测电路的两条电流通路间。当参考电极的导电通路间的寄生电容与测量电极的两个通路间的寄生电容不等时，这两个寄生电容的差异将对液位测量准确度产生不利影响。
因此本发明的目的在于提供能更准确地测量液位的电容式液体状态感测装置。
根据本发明，至少将部分地浸入液体的用于感测液体状态的电容式液体状态感测装置包含第一电极对1-1电极和1-2电极，该电极对被布置来形成随液体状态变化的第一电容；第二电极对2-1电极和2-2电极，此电极对被布置来形成随液体状态变化的第二电容；由感测电路形成的电路板，此感测电路用于监测第一和第二电容并根据第一和第二电容感测液体状态；将1-1电极和感测电路相连的包含1-1导电部分的1-1导电通路；将1-2电极和感测电路相连的包含1-2导电部分的1-2导电通路；将2-1电极和感测电路相连的包含2-1导电部分的2-1导电通路；和将2-2电极和感测电路相连的包含2-2导电部分的2-2导电通路。
根据本发明的一个方面，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分被布置成一排，且并排展开；且1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2被这样布置以使形成于1-1导电部分和1-2导电部分间的第一寄生电容和形成于2-1导电部分和2-2导电部分间的第二寄生电容相等。
根据本发明的另一个方面，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分被排成一排，且并排展开；且2-1导电部分在1-1导电部分和1-2导电部分之间延伸，而1-2导电部分在2-1导电部分和2-2导电部分部分之间延伸。
根据本发明的再一个方面，1-1导电通路进一步包含与1-1电极相连的1-1接线端；1-2导电通路进一步包含与1-2电极相连的1-2接线端；2-1导电通路进一步包含与2-1电极相连的-1接线端；2-2导电通路进一步包含与2-2电极相连的2-2接线端；液体状态感测装置进一步包含挠性电极板，此挠性电极板包含垂直区域，在此区域里形成电极1-1，1-2，2-1和2-2；水平区域，在此区域里形成电极1-1，1-2，2-1和2-2接线端；和弯曲区域，此区域在垂直区域和水平区域之间弯曲；和电路板，此电路板与挠性电极板的水平区域相对。
感测电路可包含使1-1导电通路和1-2导电通路接地的第一接地部分；使2-1导电通路和2-2导电通路接地的第二接地部分；和电容测量部分，此部分在第一测量状态下测量第一电容，在第一测量状态下至少1-1导电通路和1-2导电通路中的一个不被接地，而2-1导电通路和2-2导电通路均被第二接地部分接地，且此部分在第二测量状态下测量第二电容，在第二测量状态下至少2-1导电通路和2-2导电通路中的一个不被接地，而1-1导电通路和1-2导电通路均被第一接地部分接地。
图1是根据本发明的一个实施例的液位传感器的前视图。
图2是示出图1中液位传感器的导柱布置的图。
图3是图1中液位传感器平面图。
图4是跨过图1所示的F4-F4线的液位传感器的截面图。
图5是装配状态下的跨过图3所示F5-F5线的液位传感器的截面图，在此状态下液位传感器被安装到油箱上。
图6A是示出图1所示的液位传感器的薄膜电极板的平面图；而图6B是跨过图6A所示的F6B-F6B线的液位传感器的截面图，该图示出了制造薄膜电极板的程序。
图7是示出支撑图6A和6B所示的薄膜电极板的框构件的透视图。
图8是示出图1中液位传感器的电路结构的图。
图9是石油液位感测控制程序的流程图，此控制程序通过图1的油位传感器的感测电路来实现。
图10是在图9的S120步骤下进行的参考测量程序的流程图。
图11是在图9的S130步骤下进行的传感器测量程序的流程图。
图12是在图9的S140步骤下进行的液位计算程序的流程图。
图13是在图12的S420步骤下进行的PWM输出程序的流程图。
图14是由图1中液位传感器的感测电路进行的定时器中断程序的流程图。
具体实施例方式
图1-5示出了液位传感器(作为电容式液体状态感测装置)100，而图8示出了此液位传感器的电路结构。液位传感器100被布置至少部分地浸入液体以感测液位。在此例中，液位传感器100被安装在机动车内燃机油箱底部LT，使得液位传感器100的轴线AX沿垂直方向V向上延伸到面朝上的前(顶)端100s，且液位传感器100被布置来感测油箱内油OL的液位。
如图1和3所示，液位传感器100包含树脂的底座构件121；和从底座构件121向上凸出并包封薄膜电极板(基板)131(在图6A中示出)的管状传感器盖111，薄膜电极板131带有电极132、133、138、139等，和如图5所示在垂直方向V上支撑薄膜电极板131的框构件141(图7中示出)。底座构件121支撑框构件141和传感器盖111。如图5所示，底座构件121被安装在油箱内油箱底部LT，使得框构件141和传感器盖111被设置在油箱内。
此例中的薄膜电极板131是挠性的。如图6A所示，薄膜电极板131从基端(下端)131k沿薄膜电极板131(如图6A所示向上)的纵向方向纵向延伸到前端(上端)131s。此例中的薄膜电极板131包含从基端131延伸到前端的宽矩形部分(下部)131h；从前(上)端131s延伸到基(下)端131k的窄矩形部分(上部)131n；和从宽矩形部分131h的上端延伸到窄矩形部分131n的下端的锥形部分(中间部分)131p，该锥形的宽度从宽矩形部分131h的上端到窄矩形部分131n下端逐渐减少。
此例中的薄膜电极板131是一个包含聚酰亚胺树脂膜131b；形成第一和第二电容CP1和CP2(CP1b，CP2c)的电极132、133、138和139的导电层131d；和聚酰亚胺树脂膜131c的叠层。导电层131d被插入并夹在树脂膜131b和131c之间。树脂膜131b和131c有保持导电层131d的位置和保护导电层131d不受油OL或空气的损害以防止通过油OL产生的导电(或泄漏)以及防止油OL或空气造成的侵蚀的功能。在此例中，如图6A所示，导电层131d形成于树脂膜或树脂层131b上并被图案化。
此例中的导电层131d由铜箔制成。导电层131d被定形或图案化处理以形成2-1电极132；2-2电极133(在此例中该电极由2-21电极133b和2-22电极133c组成)；保护电极137；1-1电极138；1-2电极139。2-1和2-2电极132和133用作测量电极对；而1-1和1-2电极138和139用作参考电极对。
参考电极对的2-1电极132的形状为长矩形或带状，且纵向延伸进窄矩形部分131n和薄膜电极板的锥形部分131p。2-1电极132通过2-1电极连接线152f被电气连接到2-1电极接线端152t，152t被连接到后面提到的2-1导柱152r，而152r的形状像正方形。与2-1电极132类似，2-2电极133形成于窄矩形部分131n和薄膜电极板131的锥形部分上。2-2电极133包含2-21电极133b和2-22电极133c，这两个电极通过电极连接线135d电气连接。2-21电极133b形状为长矩形或带状，且通过电极连接线2-2被电气连接到2-2电极接线端153t，153t与后面提到的2-2导柱153r连接，而153r的形状像正方形。
2-1电极连接线152f和2-1电极接线柱152t是从2-1电极132延伸到感测电路161的2-1导电通路(或通道)152的一部分。2-2电极连接线153f和2-2电极接线柱153t是从2-2电极133延伸到感测电路161的2-2导电通路(或通道)153的一部分。感测电路161形成于后面提到的电路板124上。
2-1电极132沿薄膜电极板131的横向HK形成于2-21电极133b和2-22电极133c之间。事先确定宽度的第一间隙135形成于2-21电极133b和2-1电极132之间，该间隙沿薄膜电极底座构件131的纵向(AX)延伸。因此，2-1电极132和2-21电极133b形成横跨间隙135的电容器CP2b。类似地，事先确定宽度的第二间隙136形成于2-22电极133c和2-1电极132之间，该间隙沿薄膜电极底座构件131的纵向(AX)延伸，且2-1电极132和2-22电极133b形成横跨间隙136的电容器CP2c。因此，2-1电极132和2-2电极133通过组合电容器CP2b和CP2c在两电极间形成了联合电容器CP2。
参考电极对的1-1电极138通过1-1电极连接线158f电气连接到像正方形的1-1电极接线端158t。参考电极对的1-2电极139通过1-2电极连接线159f电气连接到像正方形的1-2电极接线端159t。
1-1电极连接线158f和1-1电极接线端158t是从1-1电极138延伸到感测电路161的1-1导电通路158的一部分。1-2电极连接线159f和1-2电极接线端159t是从1-2电极139延伸到感测电路161的1-2导电通路159的一部分。
每个参考电极(1-1电极138和1-2电极139)形状像梳状，两个参考电极相互交叉且被事先确定宽度的间隙140隔离。参考电极对138和139沿薄膜电极板131的纵向位于测量电极对132和133和薄膜电极板的基端131k之间。1-1参考电极138和1-2参考电极139形成横跨间隙140的电容器CP1。测量电极对132和133在电极板131的前端131s和参考电极对138和139之间延伸。
保护电极137在薄膜电极板131的边缘区域延伸，且包围电极132、133、138和139，电极连接线152f、153f、158f和159f，和电极接线端152t、153t、158t和159t。保护电极137被电气连接到像正方形的保护电极接线端157t并位于基端131k附近。如图6A所示，每个2-1电极接线端152t、2-2电极接线端153t、1-1电极接线端158t、1-2电极接线端159t和保护电极接线端157t上均形成圆形通孔以容纳后面提到的一个相应导柱。
上通孔131f形成于薄膜电极板131上，靠近处在横向HK中间的前(或上)端131s。此上通孔131f在电极板131的纵向上形状像长椭圆形。上通孔131f被用来在将薄膜电极板131安装到框构件141上的操作中定位薄膜电极板131，并被用来保持薄膜电极板131的顶部靠近前端131s以阻止顶部突出。此外，在薄膜电极板131的锥形部分131p形成了用来设置薄膜电极板131的两个圆形通孔131e。
如图6A和6B所示，电极132、133、137、138和139，电极连接线152f、153f、158f和159f，和电极接线端152t、153t、158t和159t均由同一薄膜电极板131的同一衬底上的单个导电层(例如层131b或131c)形成。
2-1电极接线端152t沿横向HK位于1-1电极接线端158t和1-2电极接线端159t之间。1-2电极接线端159t位于沿横向HK的2-1电极接线端152t和2-2电极接线端153t之间。如图6A所示，5个方形电极接线端153t，159t，157t、152t和158t在靠近基端131k的地方根据所提及的顺序被横向布置成一排。
为了达到对接线端的布置，2-1电极连接线152f围绕1-1电极接线端158t被延伸。2-1电极连接线152f包含从2-1电极132下端沿横向HK延伸到端部的第一段或部分；第二(纵向延伸)段或部分，该部分在保护电极137与参考电极对138和139之间沿电极板131的纵向从第一部分的端部向下延伸；和第三(横向延伸)部分，该部分用作迂回部分并沿横向HK从第二部分的低端通过1-1接线端158t和基端131k之间的区域延伸到接线端152t。如图6A所示，第三部分位于1-1电极接线端158t的下部。通过这样延伸2-1电极连接线152f来绕过1-1接线端158t，可能将1-1电极接线端158t、2-1电极接线端152t、1-2电极接线端159t和2-2电极接线端153t按此顺序布置成一排，而电极、连接线和接线端通过构图单个层来形成。
如图6A所示，挠性薄膜电极电极板131被分成三个区域130S、130B和130C。第一区域130S是测量区域，它包含窄矩形部分131n、锥形区域131p和宽矩形部分131h的上半部分。测量和参考电极132、133、138和139形成于测量区域130S。第三区域130C是连接区域，它包含基端131k附近的宽矩形部分131h的下半部分。电极接线端152t、153t、158t、159t和157t形成于连接区域130C上。第二区域130B是一个在测量区域130S和130C之间延伸的弯曲区域。如图5所示，弯曲区域130B是一个呈曲线状或弯曲的区域。
框构件或支撑件141在图7中被很好地示出，在此状况下电极131被安装在框构件141上。框构件141由尼龙66制成。框构件141形如支撑薄膜电极板131的测量区域130S的边缘的框架。框构件141包含用作直立框构件的左边和右边部分141g；左右内凸起141b分别从左右边部分141g各自向内部凸出；上支撑销141d，左右中间支撑销141e和左右下支撑部分141c。
框构件141进一步包含在左右边部分141g之间延伸的支撑壁141f，且支撑壁141f被构造一个开口以裸露测量电极对2-1电极132和2-2电极133，和参考电极对1-1电极138和1-2电极139。框构件141被设计来支撑薄膜电极板131，此种支撑通过紧靠薄膜电极板131后表面的支撑壁141f和紧靠薄膜电极板13前表面的内凸起141b来实现，使得薄膜电极基板131沿厚度方向被插入支撑壁141f和内凸起141b之间。框构件141的上支撑销141d和左右支撑销141e通过上通孔131f和中通孔131e分别嵌入，且通过超声焊接结合。低支撑部分141c紧夹住电极基板131的基端131k。薄膜电极板131被框构件141以此方式牢固地支撑。
如图5和7所示，在液位传感器100被安装在油箱底部LT的装配情况下，薄膜电极基板131的测量区域130S直立起来，使得测量区域130S相当平坦并与垂直方向V平行。在另一方面，电极基板131的连接区域130C与水平设置的电路板124基本平行地水平放置，且弯曲区域130B形成垂直测量区域130S和水平连接区域130C之间的90°弯曲。
这样，挠性薄膜电极板131被弯曲成L形，测量区域130S沿垂直方向V延伸而连接区域沿水平方向H延伸，具有电极接线端的连接区域130C被水平设置在电路板124之上。因此，电极接线端和电路板124之间的电气连接是容易和牢固的。此外，由于电路板124和连接区域130C是平行的，所以可能减少液位传感器100的高度。进一步可能减少位于测量区域130S或测量和参考电极下的液位传感器100下部的垂直尺寸。因此，即使液位很低时液位传感器也可正确地感测液位和介电常数。由于连接部分130C在水平情况下可以容易地弯曲，所以电极、连接线和接线端可以形成于同一个基板131上时，挠性薄膜电极基板131可以促进装配操作。
传感器盖111由图1、3、4和5示出。传感器盖111由电介质材料制成。在此例中，传感器盖111由尼龙66制成。传感器盖111被直立设置，从而纵轴AX沿垂直方向V延伸。如图5所示，传感器盖111是管状的，且从开启的基(低)端111k延伸到闭合的前(上)端111s。传感器盖111包含宽管部分111h，111h在横向HK上较宽且从基端111k延伸到前端；窄管部分111n，此部分在横向HK上比宽管部分111h窄且从前(上)端111s延伸到基端111k；和形成于宽窄管状部分111h和111n之间的锥形管状部分111p。
如图4所示，导槽111g形成于传感器盖的窄管部分111n内。在传感器盖111里，导槽111g在两个面上沿纵向AX延伸且在横向HK上彼此相对。在每侧上，框构件141的侧部分141g装配在传感器盖111的导槽111g中。如图1和5所示，在靠近基端111k的传感器盖111的下部，构成了多个低连通孔111c用来使油OL在传感器盖111的内侧外侧之间流动。在靠近前端111s的传感器盖111的上部，存在多个上连通孔111b用来排气。
底座(或基座)构件121由图1、3和5示出。底座构件121适合于安装在油箱的底部LT并支撑传感器盖111。底座构件121包含主要部分122；连接器部分123，该部分包含用于连接外部设备的连接器接线端123c；插在连接器接线端123c和电极接线端153t、159t、157t、152t和158t之间的电路板124。感测电路161形成于电路板124上。电路板124被安装在底座构件121的主要部分122上。如图5所示，电路板124封闭并嵌在树脂填充构件128中。金属覆盖物127被安装在底座构件121的下部以覆盖填充构件128。
如图3所示，底座主要部分122包含用于容纳扣件的铆钉孔或螺钉孔122b，此扣件用来安装主要部分122到油箱底部LT；由导槽122h形成引导部分122g，导槽122h在横向上彼此相对并支撑传感器盖111。在传感器盖111的外凸起111j分别装配底座121上的导槽122h中的情况下，传感器盖111由底座构件121支撑。
如图1和5所示，2-1电极接线端152t通过2-1导柱152r与电路板124电气连接。2-2电极接线端153t通过2-2导柱153r与电路板124电气连接。保护电极接线端157t通过屏蔽导柱157r与电路板124电气连接。1-1电极接线端158t通过1-1导柱158r与电路板124电气连接。1-2电极接线端159t通过1-2导柱159r到电路板124电气连接。导柱152r、153r、157r、158r和159r被分别插入电极接线端152t、153t、157t、158t和159t的中间孔内，并通过焊接安装。类似地，电路板124通过焊接与这些导柱连接。
2-1导柱152r是2-1导电通路152的一部分，导电通路152从2-1电极132延伸到构造在电路板124上的感测电路161，且2-1导柱152r与2-1导电通路152的2-1导电部分相对应。2-2导柱153r是2-2导电通路153的一部分，导电通路153从2-2电极133延伸到构造在电路板124上的感测电路161，且2-2导柱153r与2-2导电通路153的2-2导电部分相对应。1-1导柱158r是1-1导电通路158的一部分，导电通路158从1-1电极138延伸到构造在电路板124上的感测电路161，且1-1导柱158r与1-1导电通路158的1-1导电部分相对应。1-2导柱159r是1-2导电通路159的一部分，导电通路159从1-2电极139延伸到构造在电路板124上的感测电路161，且1-2导柱159r与1-2导电通路159的1-2导电部分相对应。
这些导柱152r、153r、158r和159r形状和大小相同。如图2所示，导柱152r、153r、158r和159r是直立的且相互全等并相互平行。这些导柱的低端被排成了一条沿横向HK延伸的直线，且高端被排成了一条沿横向HK延伸的直线。这些导柱152r、153r、158r和159r被薄膜电极板131、电路板124和填充构件128包封。薄膜电极板131、电路板124和填充构件128的树脂材料均具有大于空气的介电常数。在此例中，薄膜电极板131、电路板124和填充构件128的树脂材料的介电常数处在εγ＝2.5～3.5之间。因此，形成于图2所示的1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的第一寄生电容Cc1和形成于在2-1导柱152r和2-2导柱153r之间的第二寄生电容Cc2有变大的趋势。
然而，在此实施例中，1-1、1-2、2-1和2-2导柱经布置使1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的第一间隙或距离G1和1-2导柱159r和2-2导柱153r之间的第二间隙(或距离)G2相等。因此，形成于图2所示的1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的第一寄生电容Cc1和形成于2-1导柱152r和2-2导柱153r之间的第二寄生电容Cc2相等。因此，通过使用第一寄生电容Cc1和第二寄生电容Cc2之间的比率，可能有效地减少来自于寄生电容的负面影响并准确地感测液位。
此外，这些导柱152r、153r、158r和159r被布置成一排，使得这些导柱受周围环境的影响相同，且第一第二寄生电容在诸如温度(例如OL油温)的周围环境条件发生变化时二者的变化相同。因此，液体状态感测装置可通过使用第一寄生电容Cs1和第二寄生电容Cs2之间的比率更准确地感测液位，并减少或消除周围环境条件的影响。
在此实施例中，导柱152r、153r、158r和159r被交替设置。在此例中，如图2所示，2-1导柱152r位于1-1和1-2导柱158r和159r之间；而1-2导柱159r位于2-1导柱152r和2-2导柱153r之间。
对导柱的这种交替设置使得增加1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的距离(G1)和2-1导柱159r和2-2导柱153r之间的距离(G2)，而不增加这些导柱所占的总面积成为可能。因此，液位传感器可降低寄生电容Cc1和Cc2，并进一步降低寄生电容器Cc1和Cc2对测量的影响。
如图5所示，油位传感器100被安装在油箱底部LT，同时置入来自于底座构件121的填料槽121p的环形密封125，此安装通过拧紧插入图3所示底座构件121的扣件孔122b的扣件并别分别拧进油箱底部LT的内螺纹螺旋孔来实现。如图5所示，传感器盖111从油箱底部LT向上延伸进油箱，使得液位传感器100的轴线AX沿垂直方向延伸。
液位传感器100与图8所示的电子控制单元(ECU)160相连接，并被布置来为ECU提供液位信息。当液位传感器100所感测的油位在正常范围之外时，ECU160执行油位警告程序以信号传送液位的不正常情况。此外，ECU160执行各种控制操作以控制机动车的内燃机。例如，ECU160执行控制引擎点火时刻的点火时刻控制程序，并执行探测诸如爆震的不正常燃烧程序。
通过连接器接线端123c、电路板124、和液位传感器100的2-1和2-2电极导柱152r和153r，将交流电压从ECU160应用在2-1和2-2电极接线端152t和153t之间。通过交流电压的应用，在液位传感器100的管状部分111n的横向(与垂直方向V垂直)部分，在2-1和2-21电极132和133b之间和2-1和2-22电极132和133c之间电通量线被制造出来。第二电容器CP2的第二电容Cs2产生于2-1和2-21电极132和133b之间的附加电容器CP2b和2-1和2-22电极132和133c之间的电容器CP2c产生的电容，第二电容Cs2随电通量线所经过的空间的介电常数的变化而变化。
当液位传感器100部分地浸入油OL时，垂直方向V上每单位长度的电容在测量电极浸入油面以下的部分和测量电极露在空气中的非浸入部分之间变化。因此，第二电容器CP2的第二电容Cs2随着测量电极在垂直方向的浸入部分所占比例变化。由于形成于测量电极132和133之间的电容器CP2的电容Cs2和垂直方向浸入部分的百分比之间存在特定的关系，所以可能从第二电容Cs2来确定测量电极的浸入部分(或浸入部分深度)的比例。因此，液位传感器100的测量电极对可能仅从第二电容Cs2来测量油OL的液位。
然而，由于各种诸如老化和加热的因素，油的特性随时间变化。此外，介电常数可由于不同类型的油的补充而发生变化。这种油的特性的变化影响第二电容Cs2和油位之间的关系，从而损害液位测量的准确度。
因此，进一步为此实施例中的液位传感器100提供参考电极对1-1和1-2电极138和139，除此之外还提供测量电极对2-1和2-2电极132和133(133b和133c)。参考电极对1-1和1-2电极138和139位于测量电极对的下方，在此位置1-1和1-2电极138和139总是整个浸入油里。本实施例的液位感测系统经布置通过测量形成于1-1和1-2电极138和139之间的电容器CP1的第一电容Cs1来确定油的介电常数的当前值，并通过使用介电常数来修正第二电容器CP2的第二电容Cs2以改善液位测量的准确度，第二电容Cs2由2-1和2-2电极132和133测量。
如图8所示，构造在液位传感器100的电路板124上的感测电路161包含电源电路163、微处理器165、信号输出/输入电路167、开关电路169、第一接地电路或170部分，第二接地电路或171部分。电能从ECU160提供给感测电路161，且在从ECU160所提供的电能的波形上去除高频分量之后由电源电路163提供给感测电路161的各个部分电能(电压为5V)。
微处理器165包含CPU173、ROM174、RAM175、I/O端口176和A/D转换端口177，并根据第一和第二电容Cs1和Cs2通过执行后述的油位感测控制程序来感测油OL的液位。微处理器165用作测量Cs1的第一电容测量工具，和测量Cs2的第二电容测量工具。微处理器165进一步包含传送包含液位信息的PWN信号给ECU160的PWM输出部分178。
信号输入/输出电路167包含分压电路181、低通滤波器182和电流-电压转换电路183。分压电路181包含多个电阻元件，并从电源电路163提供供给电压的期望部分(5V)。分压电路181被布置来改变给低通滤波器182的输出电压，这种改变是通过改变电阻元件的对微处理器165指令信号的响应连接状态来实现的。通过改变阶梯式输出电压，分压电路181产生以阶梯变化的近似正弦波形。
低通滤波器182从分压电路181获得阶梯式正弦波，并传送低频分量。通过这样做，低通滤波器182从阶梯式正弦波产生平滑的正弦波，并传送平滑波形到开关电路169。电流电压转换电路183的电流从第一电极对1-1和1-2电极138和139或第二电极对2-1和2-2电极132和133获得电流波形信号(传递后信号(after passage signal))；将电流波形信号转化为电压波形信号；和提供电压波形信号给微处理器165。已公布的申请号为2003-110364的日本专利申请kokai公开了可被用作分压器电路181和低通滤波器182的电路。
开关电路169由模拟开关组成且被布置来根据微处理器165的指令信号(开关定时信号)将信号输出/输入电路167有选择地连接到参考电极对1-1和1-2电极138和139或测量电极对2-1和2-2电极132和133。输出/输入电路167通过开关电路169将正弦信号发送参考电极对或测量电极对以提供测量信号，而电流-电压转换电路183获得测量信号，此测量信号通过经过参考电极对(CP1)或测量电极对(CP2)的正弦信号的传递而获得。
第一接地电路170包含两个开关元件(开关晶体管)172a和172b，并根据微处理器165的指令信号(屏蔽转换定时信号)使参考电极138和139有选择地处于参考电极与地线连接的接地状态和参考电极与地线不相连的非接地状态。第二接地电路171包含两个开关元件(开关晶体管)172c和172d，并根据微处理器165的指令信号(屏蔽转换定时信号)使测量电极132和133有选择地处于测量电极与地线连接的接地状态和测量电极与地线不相连的非接地状态。
图9示出了由微处理器165执行的油位感测控制程序。此控制程序在内燃机引擎启动时开始。第一步S110用于对RAM175、I/O端口176和定时寄存器进行初始化。
在S110之后的S120步骤，微处理器165执行图10所示的参考测量程序。在图10所示的参考测量程序的第一步S210，微处理器165产生开关定时信号以选择参考电极对1-1和1-2电极138和139作为连接的目的地，并因此驱动开关电路169将信号输出/输入电路167与参考电极对连接。
在S220步骤，微处理器165产生屏蔽转换定时信号以导通第二接地电路171，并因此使第二接地电路171处在导通状态以将2-1连接通路152和2-2连接通路153连接到地线。此外，微处理器165产生屏蔽转换定时信号以关闭第一接地电路170，并因此使第一接地电路170处在断开状态以使参考电极138和139与地线断开。
因此，位于1-1和1-2导柱158r和159r和2-2导柱153r之间的2-1导柱152r作为接地电极使用，并因此有显著降低形成于1-1和1-2导柱158r和159r间的第一寄生电容Cc1的功能。结果，通过降低第一寄生电容Cc1的影响液位感测系统可准确地感测1-1和1-2电极138和139间的第一电容Cs1，第一寄生电容Cc1构成1-1导电通路158和1-2导电通路159之间的大部分寄生电容。
在步骤S230，微处理器165将输入波形产生指令信号发送到输出/输入电路167，驱动分压电路181，并使低通滤波器182产生阶梯式正弦波。通过这样做，输出/输入电路167(分压电路181和低通滤波器182)通过开关电路169将测量信号(正弦信号)传送给参考电极对的1-1电极138。
在步骤S240，微处理器165执行从输出/输入电路167(电流-电压转换电路183)获取输出信号的操作。从输出/输入电路167获取的信号是传递后信号(参考传递后信号)，此信号通过使测量信号(正弦信号)经过参考电极138和139形成的电容器CP1来生成。
在步骤S250，微处理器165执行计算从输出/输入电路167(电流-电压转换电路183)获取的传递后信号波形的最大幅度(参考最大幅度)的操作。参考传递后信号的最大幅度与第一电容Cs1成比例，而第一电容Cs1依赖于油的介电常数。因此，参考最大幅度表现出了油的介电常数。在步骤S250之后，微处理器165返回到图9的油位感测程序，并进行步骤S130。
在步骤S130，微处理器165执行图11所示的油位测量程序。在图11所示的油位测量程序的第一步骤S310，微处理器165产生开关定时信号以选择测量电极对2-1和2-2电极132和133作为连接的目的地，并因此驱动开关电路169以将输出/输入电路167和测量电极对连接在步骤S320，微处理器165产生屏蔽转换定时信号以关闭第二接地电路171，并因此使第二接地电路171处于关闭状态以使测量电极对132和133和地线断开。此外，微处理器165产生屏蔽转换定时信号以开启第一接地电路170，并因此使第一接地电路170处于开启状态以使1-1导电通路158和1-2导电通路159与地线连接。
因此，位于2-1和2-2导柱152r和153r和1-1导柱158之间的1-2导柱159r，作为接地电极，并因此有显著降低形成于2-1和2-2导柱152r和153r间的第二寄生电容Cc2的功能。结果，通过降低第二寄生电容Cc2的影响液位感测系统可准确地感测2-1和2-2电极132和133间的第二电容Cs2，第二寄生电容Cc2构成2-1导电通路152和2-2导电通路153之间的大部分寄生电容。
在步骤S330，微处理器165传送输波形产生指令信号给输出/输入电路167，驱动分压电路181，并使低通滤波器182产生阶梯式正弦波。通过这样做，输出/输入电路167(分压电路181和低通滤波器182)通过开关电路169传送测量信号(正弦信号)给测量电极对的2-1电极132。
在步骤S340，微处理器165执行从输出/输入电路167(电流-电压转换电路183)获取输出信号的操作。从输出/输入电路167获取的信号是传递后信号(测量传递后信号)，此信号通过使测量信号(正弦信号)经过由测量电极132和133形成的电容器CP2来产生。
在步骤S350，微处理器165执行计算从输出/输入电路167(电流-电压转换电路183)获取的传递后信号波形的最大幅度(测量最大幅度)。测量传递后信号的最大幅度与第二电容Cs2成比例，而第二电容Cs2依赖于浸入油中的部分所占的百分比。因此，测量最大幅度指示出油位。在步骤S350之后，微处理器165返回到图9的油位感测程序，并进行步骤S140。
在图9的步骤S140，微处理器165执行图12所示的油位计算程序。在图12所示的第一步骤S410，微处理器165用步骤S120(图10)计算所得的参考最大幅度和步骤S130(图11)计算所得的测量最大幅度计算油位。在此例中，微处理器165由参考最大幅度计算第一电容Cs1，并由测量最大幅度计算第二电容Cs2。然后，微处理器165确定第一和第二电容Cs1和Cs2之间的比率，并由这样确定的比率计算油位。
在步骤S420，微处理器165执行图13所示的PWN输出程序。在图13的第一步骤S510，微处理器165执行根据油位计算程序计算的油位产生脉冲宽度数据的操作。脉冲宽度数据至少包含脉冲宽度Hi数据和脉冲宽度Lo数据，Hi数据包含PWM信号的高电平输出时间，Lo数据包含PWM信号的低电平输出时间。在步骤S510，脉冲宽度数据被确定使得高电平输出时间随油位的升高而增加。
在步骤S520，微处理器165确定当前执行是否是用于PWM信号的第一输出。然后，在是的情况下，微处理器165进行步骤S530；在否的情况下，则终止图13的程序。在步骤S530，微处理器165执行将步骤S510准备好的脉冲宽度Hi数据传给定时寄存器的操作。
然后，微处理器165在步骤S540将PWM信号的输出状态设置为高电平，并在步骤S550开始输出PWM信号。步骤S550之后，微处理器165终止图13的PWM输出程序，并重新开始图12的液位计算程序。当在步骤S550开始PWM信号输出时，定时器开始测量经过时间。此后，当对应于步骤S530所设置的脉冲宽度Hi数据的时间过去时，执行定时器中断程序。
图14示出了定时器中断程序。在图14的步骤S610的第一步骤，微处理器165检查PWM信号的输出状态是否被设置为高电平。从步骤S610开始，在是(PWM输出状态被设置为高电平)的情况下，微处理器165进行步骤S620；在否的情况下，微处理器165进行步骤S640。在步骤S620，微处理器165将PWM输出程序的步骤S510准备好的脉冲宽度数据Lo设置到定时寄存器上。然后，在步骤S630，微处理器165将PWM信号的输出状态设置为低电平。
另一方面，在步骤S640，微处理器165将PWM输出程序的步骤S510中准备好的脉冲宽度Hi数据设置给定时寄存器。然后，在步骤S650，微处理器165将PWM信号的输出状态设置为高电平。
步骤S630或步骤S650之后，微处理器165进行S660步骤，并开始输出PWM信号的操作。当PWM信号输出开始时，定时器开始测量经过时间，测量所得的经过时间超过定时寄存器所设定的时间，定时器中断程序被执行。通过图13的PWM输出程序和图14的定时器中断程序，感测电路161根据图12的液位计算程序计算的液位转换脉冲宽度数据(高电平输出时间和低电平输出时间)。因此，在此例中，液位传感器100以PWM信号的形式通报ECU160油的液位OL。
PWM输出程序完成之后，微处理器165返回图9的油位感测控制程序，并在步骤S140之后返回步骤S120。这样，微处理器165计算油位并通过重复图9的步骤S110-S140提供对ECU160的计算结果。
液体状态传感器100可通过下列制造程序来制造。液体状态传感器制造程序包含制造图6A和6B所示的薄膜电极板或基板131的准备步骤。在此例中，电极板制造步骤包含形成聚酰亚胺衬底或膜131b和形成于聚酰亚胺衬底131b层上的具有图6A所示图形的导电层131d的双层结构的第一分步，这通过公知的对黏附在聚酰亚胺衬底膜上的铜箔的蚀刻步骤来实现；黏附并接合被环氧树脂膏EP所覆盖的膜131c到第一分步准备好的双层结构的导电层131d的第二分步；干燥如此准备的三层结构的第三分步，在此三层结构中导电层131d夹在绝缘层131b和131c之间；以及完成薄膜电极板131的第四分步，此步骤通过使用已知的技术钻出上通孔131f和中通孔131e，和钻出图6A所示的每个电极接线端152t、153t、157t、158t和159t的中心通孔来实现。
液体状态传感器的制造程序进一步包含在图7所示的框构件141上设置薄膜电极板131的设置步骤。在示出的实例中，薄膜电极(基)板131的窄矩形部分131n被设置在内凸起141b和支撑壁141f之间，且框构件141的上支撑销141d通过电极板131的上通孔131f插入。此外，薄膜电极板131的宽矩形部分131h上的基端131k安装在框构件141的下支撑部分141c的凹槽中，且框构件141的中间支撑销141e通过图7所示的薄膜电极板131的中间通孔131e插入，并被变形以通过铆接或焊接将薄膜电极131和框构件141结合。
液体状态传感器制造程序进一步包含连接电极板131和电路板124的连接步骤。在示出的实例中，首先，包含薄膜电极板131的框构件141被安装到包含电路板124的底座构件121上。框构件141和底座构件121通过将形成于框构件141下部的外凸起141h安装进形成于底座构件121相应凹槽被从而结合在一起。此外，电极接线端153t、158t、157t、152t和159t通过导柱153r、158r、157r、152r和159r与电路板124相连。每个导柱的顶端和底端通过已知的焊接技术安装到电极板131和电路板124的相应接线端。
然后，填充构件128通过用树脂填充设置电路板124的内部空间来形成，且金属覆盖127被固定到底座构件121的底部以覆盖填充构件128。环状密封125被安装到形成于邻接表面的环状填料槽121p，此邻接表面是底座构件的与油箱底面邻接的表面。液位传感器100由此完成。
因此，液体状态传感器的制造程序包含形成诸如薄膜电极板131的电极板的准备步骤，将电极板设置到前面确定的诸如具有垂直区域、水平区域和弯曲区域的L形的结构上的设置步骤，和电气连接电极板和感测电路的连接步骤。
虽然本发明通过参考本发明的特定实施例在上文得到了描述，但是本发明并不局限于上面描述的实施例。根据本发明的理论，本领域的技术人员可以对上述实施例进行修正和改变。例如，可以用单2-2电极替换由两个单个电极133b和133c组成的双2-2电极133，此单2-2电极仅有一个与2-1电极132相对的电极以形成单个电容器。
在示出的实施例中，1-1、1-2、2-1和2-2导柱经设置使得1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的第一间隙(或距离)G1和1-2导柱159r和2-2导柱153r之间的第二间隙(或距离)G2相等，并使形成于1-1导柱158r和1-2导柱159r之间的第一寄生电容Cc1和形成于2-1导柱152r和2-2导柱153r之间的第二寄生电容Cc2相等。因此，通过使用第一电容和第二电容之间的比率，电容式液体状态感测装置可以有效地减少来自于寄生电容的负面影响并准确地感测液体状态。
此外，这些导柱152r、153r、158r和159r被紧凑地排成一列，使这些导柱受到周围环境的影响相同，且第一第二寄生电容在诸如温度(例如油OL的温度)的周围环境条件发生变化时二者的变化相同。因此，液体状态感测装置可通过使用第一寄生电容Cs1和第二寄生电容Cs2之间的比率更准确地感测液位，并减少或消除周围环境条件变化的影响。
通过液体状态感测装置感测的液体状态可以是液位、液体电介质，等等。被测量的液体是具有不同于空气的介电常数的液体。例如，此液体可以是机器润滑油、汽油(或其它燃料)，或机油。
1-1、1-2、2-1和2-2电极能以各种形式形成。例如，这些电极可以是导电层的形式，例如盘状印刷电路板、挠性印刷电路板、或薄膜衬底上的铜箔；或者可以是棒、管或盘状金属件的形式。
1-1、1-2、2-1和2-2导电通路可以以各种形式形成。例如，这些导电通路可以全部或部分地以印刷电路或接线板或其它衬底上的导电层的形式形成，或以棒状导柱的形式形成，或以诸如绞合线的引线的形式形成。
1-1、1-2、2-1和2-2导电部分可以交替布置。例如，2-1导电部分位于1-1和1-2导电部分之间；而1-2导电部分位于2-1和2-2导电部分之间。
这种对导电部分的交替布置使在不增加导电部分的总面积的情况下增加1-1和1-2导电部分之间的距离和2-1和2-2导电部分之间的距离成为可能。因此，液体状态感测装置可降低1-1和1-2导电部分之间的寄生电容和2-1和2-2导电部分之间的电容，并因此进一步降低寄生电容器对测量的影响。
1-1、1-2、2-1和2-2导电部分可以是封闭或掩埋在介电系数高于空气的材料中的1-1、1-2、2-1和2-2导柱。在这种情况下，虽然寄生电容可能相对较大，但液体状态感测装置可降低寄生电容对液体状态测量的影响。
感测电路可包含使1-1导电通路和1-2导电通路接地的第一接地电路部分；使2-1导电通路和2-2导电通路接地的第二接地电路部分；和电容测量部分，此部分测量第一测量状态下的第一电容的电容，在第一测量状态下至少1-1导电通路和1-2导电通路的一个不被接地，而2-1导电通路和2-2导电通路均通过第二接地部分接地，并测量第二测量状态下的第二电容，在第二测量状态下2-1导电通路和2-2导电通路中的至少一个不被接地，而1-1导电通路和1-2导电通路均通过第一接地部分接地。
因此，在测量第一电容进行的情形中，接地的2-1部分介于1-1和1-2部分之间，因此，起到进一步降低1-1和1-2部分之间的寄生电容的作用。此外，这种布置降低了第一电容测量程序中产生噪声的可能性。类似地，在对第二电容进行测量的情况下，接地的1-2部分介于2-1和2-2部分之间，因此，进一步降低了2-1和2-2部分之间的寄生电容以减少干扰。结果，寄生电容的影响被降低，且测量的准确度得到提高。
本发明基于先前的2005年7月4日申请的2005-195087的日本专利和先前的2006年3月15日申请的2006-135632的日本专利。2005-195087和2006-135632这些日本专利申请的全部内容以参考方式并入此处。
虽然以上通过参考本发明的某些实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上面描述的实施例。本发明的范围参考下列权利要求来限定。
权利要求
1.一种电容式液体状态感测装置，至少部分地浸入液体以感测液体状态，该液体状态感测装置包含第一电极对1-1电极和1-2电极，此电极对被布置来形成随液体状态变化的第一电容；第二电极对2-1电极和2-2电极，此电极对被布置来形成随液体状态变化的第二电容；形成有感测电路的电路板，用来监测第一和第二电容并根据第一和第二电容来感测液体状态；
1-1导电通路，此导电通路将1-1电极连接到感测电路并包含1-1导电部分；
1-2导电通路，此导电通路将1-2电极连接到感测电路并包含1-2导电部分；
2-1导电通路，此导电通路将2-1电极连接到感测电路并包含2-1导电部分；和
2-2导电通路，此导电通路将2-2电极连接到感测电路并包含2-2导电部分；
1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分被布置成一排，并且并排地延伸；以及
1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分被布置成使得形成于1-1导电部分和1-2导电部分之间的第一寄生电容与形成于2-1导电部分和2-2导电部分之间的第二寄生电容相等。
2.如权利要求1所述的电容式液体状态感测装置，其中，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分部分被布置成使得1-1导电部分和1-2导电部分之间的第一距离与形成于2-1导电部分和2-2导电部分之间的第二距离相等。
3.如权利要求1所述的电容式液体状态感测装置，其中，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分部分相互平行；且其中1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分部分形状和大小彼此相同。
4.如权利要求1所述的电容式液体状态感测装置，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分部分分别是1-1导柱，1-2导柱，2-1导柱和2-2导柱，且每一个导柱用介电常数大于空气的电介质包围。
5.如权利要求1所述的电容式液体状态感测装置，其中2-1导电部分在1-1导电部分和1-2导电部分之间延伸，且1-2导电部分在2-1导电部分和2-2导电部分部分之间延伸。
6.如权利要求1-5中任一条所述的液体状态传感器，其中
1-1导电通路进一步包含通过焊接连接到1-1导电部分的1-1接线端，和将1-1电极与1-1接线端相连的1-1连接线；
1-2导电通路进一步包含通过焊接连接到1-2导电部分的1-2接线端，和将1-2电极与1-2接线端相连的1-2连接线；
2-1导电通路进一步包含通过焊接连接到2-1导电部分上的2-1接线端，和将2-1电极与2-1接线端相连的2-1连接线；
2-2导电通路进一步包含通过焊接连接到2-2导电部分上的2-2接线端，和将2-2电极与2-2接线端相连的2-2连接线；以及
1-1、1-2、2-1和2-2电极，1-1、1-2、2-1和2-2连接线，和1-1、1-2、2-1和2-2接线端都被集成地形成于电极板上。
7.如权利要求6所述的液体状态感测装置，其中，1-1、1-2、2-1和2-2电极，1-1、1-2、2-1和2-2连接线，和1-1、1-2、2-1和2-2接线端均形成于电极板中的单一层上。
8.如权利要求6所述的液体状态感测装置，其中，电极板是挠性板，它包含垂直区域，在此区域里形成2-1和2-2电极；水平区域，在此区域里形成1-1，1-2，2-1和2-2接线端；和弯曲区域，此区域在垂直区域和水平区域之间弯曲；以及电路板，此电路板与挠性板的水平区域相对。
9.如权利要求6所述的液体状态感测装置，其中，每个导电部分从插入形成于电极板中接线端的相应一个中的通孔中的第一端部和插入形成于电路板中的通孔的相应一个中的第二端部延伸。
10.如权利要求7所述的液体状态感测装置，其中，2-1连接线包含绕行1-1接线端并延伸通过一个区域的环绕部分，所述区域被设置成使得1-1接线端位于第一电极对和该区域之间。
11.如权利要求10所述的液体状态感测装置，其中1-1连接线包含纵向延伸部分，该纵向延伸部分沿电极板的纵向延伸，将1-1电极和1-1接线端相连接，并且2-1连接线包含纵向延伸部分，该纵向延伸部分沿1-1连接线的纵向延伸部分延伸，而所述环绕部分沿电极板的横向延伸并将2-1连接线的纵向延伸部分与2-1接线端相连接，1-1接线端在纵向上位于1-1连接线的纵向延伸部分与2-1连接线的环绕部分之间，而在横向上位于2-1接线端和2-1连接线的纵向延伸部分之间。
12.如权利要求11所述的电容式液体状态感测装置，其中1-1，1-2，2-1和2-2接线端在电极板的横向上被布置成一排，且2-1接线端在横向上位于1-1和1-2接线端之间。
13.如权利要求5所述的电容式液体状态感测装置，其中电极板的感测电路包含使1-1导电通路和1-2导电通路接地的第一接地部分；使2-1导电通路和2-2导电通路接地的第二接地部分；和电容测量部分，此部分用来测量第一测量状态下的第一电容，并测量在第二测量状态下的第二电容，在第一测量状态下1-1导电通路和1-2导电通路中的至少一个不接地，而2-1导电通路和2-2导电通路均被第二接地部分接地；在第二测量状态下2-1导电通路和2-2导电通路中的至少一个不接地，而1-1导电通路和1-2导电通路均被第一接地部分接地。
14.一种电容式液体状态感测装置，至少部分地浸入液体以感测液体的液体状态，该液体状态感测装置包含第一电极对1-1电极和1-2电极，它们被布置来形成随液体状态变化的第一电容；第二电极对2-1电极和2-2电极，它们被布置来形成随液体另一状态变化的第二电容；由感测电路形成的电路板，以监测第一和第二电容并根据第一和第二电容来感测液体状态；1-1导电通路，将1-1电极连接到感测电路，并包含1-1导电部分；1-2导电通路，将1-2电极连接到感测电路，并包含1-2导电部分；2-1导电通路，将2-1电极连接到感测电路，并包含2-1导电部分；和2-2导电通路，将2-2电极连接到感测电路，并包含2-2导电部分；其中，1-1导电部分，1-2导电部分，2-1导电部分和2-2导电部分被布置成一排，并且并排地延伸；以及其中，2-1导电部分在1-1导电部分和1-2导电部分之间延伸，而1-2导电部分在2-1导电部分和2-2导电部分之间延伸。
15.如权利要求14所述的液体状态感测装置，其中感测电路包含使1-1导电通路和1-2导电通路接地的第一接地部分；使2-1导电通路和2-2导电通路接地的第二接地部分；以及电容测量部分，用来测量第一测量状态下的第一电容，并测量在第二测量状态下的第二电容，在第一测量状态下1-1导电通路和1-2导电通路中的至少一个不接地，而2-1导电通路和2-2导电通路均被第二接地部分接地；在第二测量状态下2-1导电通路和2-2导电通路中的至少一个不接地，而1-1导电通路和1-2导电通路均被第一接地部分接地。
全文摘要
电容式液体状态感测装置，包含一对被布置来形成第一电容的电极1－1和1－2；一对被布置来形成第二电容的电极2－1和2－2；由感测电路形成的电路板，此电路板根据第一第二电容来感测诸如液位的液体状态；和1－1、1－2、2－1和2－2导电通路，这些导电通路分别将1－1、1－2、2－1和2－2电极连接到感测电路，并分别包含1－1、1－2、2－1和2－2导电部分。1－1、1－2、2－1和2－2导电部分被排成一排且并排延伸。1－1、1－2、2－1和2－2导电部分经布置使形成于1－1导电部分和1－2导电部分之间的第一寄生电容与形成于2－1导电部分和2－2导电部分之间的第二寄生电容相等。
文档编号G01F23/22GK1892189SQ20061010620
公开日2007年1月10日 申请日期2006年7月4日 优先权日2005年7月4日
发明者佐佐木寿, 林伸一 申请人:日本特殊陶业株式会社