CN100453971C - 静电电容式液体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电电容式液体传感器，其利用液体表面始终维持水平面这一事实来检测物体的倾斜角及加速度。其中，电绝缘体制的筒状密闭容器(6)具有平行的两个侧面(2、3)，在该两个侧面上设置开口(13、14)，至少在板状主电极(4、5)的单面上形成有硅氧化覆盖膜，将氧化覆盖膜设为容器的内侧使上述板状主电极抵接于上述侧面以将该开口阻塞。密封剂(28)液密地介在于板状主电极和侧面的间隙，在容器中密封入内容积的大致1/2量的导电性液体(27)。将与该导电性液体电接触的副电极(8)设置在容器内。

Description

静电电容式液体传感器

技术领域

本发明涉及适合用作倾斜传感器或者加速传感器、感震器的使用了导电性液体的静电电容式传感器。

背景技术

倾斜传感器是一种被安装于被测定物用来测量该被测定物自水平面或铅垂轴的倾斜角的传感器。另一方面，加速传感器和感震器是一种被固定于物体用来测量该物体所受到的加速度的传感器。由于两者的测定对象不同，所以通常是选择使用适合于各种物理量的测量的各自的传感器。

但是，作为虽然是同一传感器但可用来测量倾斜角和加速度双方的传感器，历来人们公知有使用了导电性液体的液体传感器。这种传感器利用液体的表面在静止状态下始终保持水平的原理，在内部加入了液体的传感器的容器倾斜时，检测出容器相对于内部的液体表面的角度以测定容器的倾斜角。相反，在对水平放置的传感器的容器施加了水平方向的加速度的情况下，根据传感器内的液体表面发生倾斜，检测出其倾斜角以测定所施加的加速度。在本发明说明书中，将利用这种原理来测量倾斜角或加速度的传感器称为液体传感器。

作为液体传感器中、检测内部所加入的液体的表面与容器之间的倾斜角的方式，人们公知有电阻式和静电电容式。

关于电阻式，例如在日本专利公开特开2001-13160号公报中披露了相关技术。该传感器，如图20的纵剖面图所示那样在一端封闭的圆筒状的金属制容器101内密封适量的导电性液体102，开口部用金属制圆板103堵塞。并且，从下部的圆板103将一对或两对金属制电极104电绝缘地贯通并固定于圆板103。若容器101倾斜或者容器101被施加水平方向的加速度，则容器101与内部的液体表面105所成的角度发生变化而使金属制电极104与导电性液体102的接触面积改变，使得金属制容器101和各金属制电极104之间的电阻发生变化。从而，对其电阻值的变化进行测量，以检测出容器101的倾斜角或者容器101上所施加的加速度的大小。

但是，对于这种电阻式液体传感器，由于金属制电极和导电性液体(电解液)直接接触，通过其分界面流过用于测量电阻值的电流。为此，将发生构成电极的金属的析出、导电性液体的电解之类的化学反应，所以就有难以长期确保传感器的稳定性和可靠性之类的问题。

另一方面，关于静电电容式，例如在日本专利公开特开平5-172571号公报中披露了相关技术。该传感器，如图21所示那样在用绝缘板111覆盖水平放置的导电性材料的筒状架110的两端开口部的容器112内，密封入容积为大致一半的导电性液体113和比重小于该导电性液体113的绝缘性液体114，并在两端的绝缘板111的外面设置外部电极115，该外部电极115呈将半圆或圆形分割成多个而得到的弧状。若容器112发生倾斜，则由两端绝缘板111以及夹着两端绝缘板111的弧状外部电极115和导电性液体113所构成的电容器的静电电容发生变化，因此对其变化量进行测定以检测出容器的倾斜度。

但是，在这种静电电容式传感器的情况下，使用通常的绝缘板作为形成电容器的电介质。由于该绝缘板构成容器112的一部分故其厚度不能过小。从而，存在很难使电容器的静电电容增大、检测灵敏度低、难以提高检测精度之类的问题。

另外，在日本专利公开特开平11-118412号公报中，披露了使用静电电容式的位移信号发生装置。该装置的构成为，在容器中所加入的电解液中浸渍一根电极单体和具有化成铝箔这样的电极的两根电介质构造体的电极，在这些电极之间连接着电气元件。若加入有电解液的容器或电极自身发生位移，则电介质构造体的电极与电解液的接触面积改变，使电极单体和电极间的静电电容发生变化。从而，该装置对其变化进行测定以检测出位移。

但是，在这种静电电容式传感器的情况下，在电介质构造体的电极上使用化成铝箔。化成铝箔是对铝箔的表面进行阳极氧化而形成作为电介质的铝氧化覆盖膜(被膜)。由于该化成铝膜在稳定性上存在问题，所以很难长期确保传感器的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明就是为了解决这样的现有技术中的问题点而完成的，其目的在于，提供一种能够长期维持稳定性和可靠性的静电电容式的液体传感器。

本发明提供了一种液体传感器，在容器内充满导电性液体，使表面形成有电介质覆盖膜的电极的一部分与该导电性液体相接触，根据上述电极与上述导电性液体之间的静电电容的变化来测定伴随着上述导电性液体的液面的移动的、该电极和上述导电性液体的接触面积的变化，根据该测定值的变化检测出上述电极相对于上述导电性液体的液面的倾斜角的变化或施加于上述容器的加速度，其特征在于，使用硅氧化覆盖膜作为上述电介质覆盖膜。

本发明提供了一种静电电容式液体传感器，其特征在于，电绝缘体制的筒状密闭容器具有平行的两个侧面，在该两个侧面上设置开口，至少在板状主电极的单面上形成有硅氧化覆盖膜，将氧化覆盖膜设为容器的内侧并使上述板状主电极抵接于上述侧面以将该开口阻塞，密封剂液密地介在于上述板状主电极与上述侧面的间隙，在上述容器内密封入内容积的1/2量的导电性液体，将与该导电性液体电接触的副电极设置在容器内。

本发明提供了一种静电电容式液体传感器，其特征在于，电绝缘体制的筒状密闭容器具有平行的两个侧面，并用盖密闭其上下的开口部，在上述两个侧面上设置沿上下方向延伸的长方形开口，设置切去位于形成该开口的容器的外壁侧的角从而可以嵌入板状部件的缺口部，在该缺口部中嵌入至少在单面上形成有硅氧化覆盖膜的板状主电极，将氧化覆盖膜设为容器的内侧并使上述板状主电极抵接于上述缺口部的底面，同时密封剂液密地介在于该缺口部的底面与板状主电极的抵接部分的间隙以及板状主电极的外周面与上述缺口部侧面的间隙，在该容器内封入内容积的1/2量的导电性液体，自上述容器上盖的中央装入金属制副电极棒以使其前端以足够的深度浸入容器内的导电性液体中。

本发明提供一种静电电容式液体传感器，其特征在于，具有：密闭容器；导电性液体，密封于上述密闭容器内部、占上述密闭容器的1/2的内容积；一对引线端子，从上述密闭容器的一个端面电绝缘地贯穿固定于上述密闭容器；主电极，该主电极为表面形成有硅氧化覆盖膜的电极，按以下方式进行配置，即，安装于上述引线端子各自的前端，并在上述密闭容器处于静止的状态下使该电极的一部分位于上述导电性液体的液面上；以及副电极，与上述导电性液体导电地进行接触。

本发明的目的通过提供以下静电电容式液体传感器而达到，其特征在于，电绝缘体制的筒状密闭容器具有平行的两个侧面，在该两个侧面上设置开口，至少在板状主电极的单面上形成有硅氧化覆盖膜，将氧化覆盖膜设为容器的内侧并使上述主电极抵接于上述侧面以将该开口阻塞，密封剂液密地介在于上述板状主电极和上述侧面的间隙进行固定。然后在容器中密封入内容积的大致1/2量的导电性液体，并在容器内设有与该导电性液体电接触的副电极。

这样构成的液体传感器，由于形成电容器的电介质在电和化学方面的稳定性优良，并且使用非常薄的硅氧化覆盖膜，所以具有能够长期维持稳定性和可靠性，且可小型地进行制造的优点。

另外，本发明的目的还可通过提供以下静电电容式液体传感器而达到，其特征在于，具有：密闭容器；导电性液体，密封于该密闭容器内部、占上述密闭容器的大致1/2的内容积；一对引线端子，从上述密闭容器的一个端面电绝缘地贯穿固定于上述密闭容器；主电极，该主电极为表面形成有硅氧化覆盖膜的电极，按以下方式进行配置，即，安装于上述引线端子各自的前端，在上述密闭容器处于静止的状态下该电极的一部分位于上述导电性液体的液面上；以及副电极，与上述导电性液体导电地进行接触。

这样构成的液体传感器，由于形成电容器的电介质也在电和化学方面的稳定性优良，并且使用非常薄的硅氧化覆盖膜，所以也具有能够长期维持稳定性和可靠性，且可小型地进行制造的优点。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的液体传感器的纵剖面图。

图2是本发明的第一实施例的液体传感器的外形透视图。

图3是本发明的第一实施例的液体传感器的主视图。

图4是本发明的第一实施例的液体传感器的横剖面图。

图5是将本发明的第一实施例的液体传感器用作倾斜传感器的情况下的说明图。

图6是将本发明的第一实施例的液体传感器用作加速度传感器的情况下的说明图。

图7是将主电极表面上的电容器的静电容量之差变换成电压的交流电桥电路的一例。

图8是本发明的第二实施例的液体传感器的外形透视图。

图9是本发明的第二实施例的液体传感器的横剖面图。

图10是表示向筒状容器上安装主电极的方法的其它实施例的横剖面图。

图11是本发明的第三实施例的液体传感器的纵剖面图。

图12是表示本发明第三实施例的液体传感器的容器内部的电极配置的透视图。

图13是将本发明的第三实施例的液体传感器用作倾斜传感器的情况下的说明图。

图14是将本发明的第三实施例的液体传感器用作加速度传感器的情况下的说明图。

图15是表示本发明的第四实施例的液体传感器的容器内部的电极配置的透视图。

图16是表示本发明的第三实施例的液体传感器的内部电极配置的其它实施例的透视图。

图17是将具有图16所示的电极配置的液体传感器用作倾斜传感器的情况下的说明图。

图18是表示本发明的第四实施例的液体传感器的内部电极配置的其它实施例的透视图。

图19是在第三、第四实施例的液体传感器上设置了贯穿下部圆板的副电极的情况下的纵剖面图。

图20是现有技术的电阻式液体传感器的一例的纵剖面图。

图21是现有技术的静电电容式液体传感器的一例。

具体实施方式

为了进一步详细地阐明本发明，按照附图对其进行说明。

(第一实施例)

参照附图对本发明的第一实施例进行说明。图2中示出本实施例的液体传感器的外形透视图，图3中示出其正视图，图1中示出其纵剖面图(A-A剖面)，图4中示出其横剖面图(B-B剖面)。

本实施例的液体传感器1的构造为，在两端封闭的筒状容器6的平行的两个侧面2、3上设置开口13、14，在该开口13、14中嵌入表面覆盖着硅氧化覆盖膜的板状主电极4、5进行密封，并在内部封入适量导电性液体7，将金属制副电极棒8从上盖11插入导电性液体7中。

筒状容器6为具有平行的两个侧面2、3的筒状容器。只要在侧面上具有平行的两个面即可横截面未必一定为矩形。上下的开口部9、10由上盖11、下盖12所密闭。该筒状容器6，包含上盖11、下盖12在内由陶瓷、硬质玻璃、合成树脂等电绝缘材料形成。

在平行的两个侧面2、3上，形成有沿上下方向细长地延伸的长方形的开口13、14。形成该开口13、14的各四个端面15、16，其全部外侧的角17、18在各端面15、16的延伸方向的范围上截面呈长方形形状进行切口以形成可嵌入板状部件的缺口部19、20。借助于该缺口部19、20，开口13、14的开口截面积以侧面2、3的厚度方向中间位置为边界，容器内侧的开口13、14的截面积小于容器外侧的开口21、22的截面积。

在该开口21、22中嵌入有板状主电极4、5。该板状主电极4、5由硅(Si)制成，至少在其单侧整个表面上形成有硅氧化覆盖膜。其形状形成为面积大于容器内侧的开口13、14的截面积，且稍小于容器外侧的开口21、22的截面积，并且具有硅氧化覆盖膜的面以抵接于上述缺口部19、20的底面23、24的方式嵌入其中。通过在去除掉硅氧化覆盖膜的电极表面部分上进行导电性钎焊或锡焊等，将用于取出主电极的电位的引线25、26连接于板状主电极4、5的外面。

此外，作为主电极4、5的材料的硅(Si)可以使用单晶硅、非结晶硅、多晶硅等。另外，硅氧化覆盖膜可以采用热氧化法、CVD法等IC制造工艺中所使用的一般方法来成膜。

在该板状主电极4、5嵌入时，板状主电极4、5与缺口部19、20的底面23、24之间的抵接部分的间隙以及主电极4、5的外周面与缺口部19、20的侧面的间隙填充有低熔点玻璃或合成树脂制粘接剂等的密封剂28，由此将主电极4、5液密地固定于筒状容器6。

在密闭的筒状容器6的内部，封入体积为筒状容器6的内容积的约1/2量的导电性液体7。金属制副电极8以其前端以足够的深度浸入导电性液体7中的方式贯通固定于上盖11上。

当导电性液体7和密封剂28接触后，由于有可能密封剂28膨润而使粘接力下降、或者密封剂28的成分溶入导电性液体7中而使导电率变化，所以最好极力减小导电性液体7和密封剂28的接触面积。为此在将主电极4、5嵌入开口13、14时，按以下方式进行嵌入，即在切口部的底面23、24上涂敷适量的密封剂28并进行按压以不发生涌出的程度为宜。之后，为了牢固地固定主电极4、5，在从筒状容器6的外侧开始使足量的密封剂28堆积于主电极4、5的外周面以及与该外周面相邻接的容器开口部附近这样来进行涂敷。

通过这样进行处理，密封剂28与以乙醇为主要成分的导电性液体7相接触的部分仅为介于主电极4、5与筒状容器6之间的微小间隙的部分，从而就可防止密封剂28膨润而使粘接力下降、或者密封剂28的成分溶入导电性液体7中而使导电率降低的情况。

此外，由于导电性液体7的电气导电度必须十分高，所以采用使硝酸锂、碘化钾等电解质溶解在溶剂中进行调制而成的溶液。作为溶剂，甲醇、乙醇、异丙醇等醇类、丙酮、丁酮(甲基乙基甲酮)等酮类、二甘醇单丁基醚等醚类等有机溶剂就适合。这些溶剂既可以单独使用还可以组合使用多种溶剂。

它们之中的哪种溶剂、电解质适合因该液体传感器的用途而异。例如，若列举将液体传感器用作测定地震强度的感震器的例子，则在此情况下，加速度以数Hz的频率在正负方向上反复变化。为了测定这样周期性地变化的加速度，要求能够充分追踪该频率的响应性。并且，要求传感器的共振频率与地震波的频率不一致的设计。为满足这些要件而在导电性液体7上所要求的比重、粘性、表面张力等的条件就主要取决于与筒状容器6的内部截面形状之间的关系。从而，所使用的溶剂和电解质的种类要考虑到这些要求进而使用温度范围等来进行决定。

此外，在筒状容器6内的剩余的上部空间内封入有惰性气体。

接下来，对这样构成的液体传感器1的作用进行说明。主电极4、5的容器内侧表面被硅氧化覆盖膜所覆盖。由于该硅氧化覆盖膜为电介质，故形成有夹着该硅氧化覆盖膜设主电极4为一方电极而导电性液体7为另一方电极的平行板电容器C1，和设主电极5为一方电极而导电性液体7为另一方电极的平行板电容器C2。

设主电极4、5与导电性液体7之间的接触面积分别为S1、S2，硅氧化覆盖膜的厚度为t，其介电常数为ε，则电容器C1和C2的静电电容C1、C2用下式来表示。

C1＝ε·S1/t

C2＝ε·S2/t

即，电容器C1、C2的静电电容C1、C2的值根据主电极4、5与导电性液体7之间的接触面积S1、S2来进行计算。相反，如果确定了静电电容C1、C2的值，就能通过计算求出主电极4、5与导电性液体7之间的接触面积S1、S2。

对利用这种关系将本实施例的液体传感器1用作倾斜传感器的情况进行说明。如图1所示那样，考虑筒状容器6的中心轴与导电性液体7的液面27相垂直这样进行了放置的情况。在此状态下，由于主电极4、5和导电性液体7之间的接触面积S1、S2相等所以静电电容C1、C2的值相等。

如图5所示那样，设从此状态开始使筒状容器6的中心轴沿着垂直于主电极4、5的表面的线自铅垂轴以倾斜角θ进行了倾斜。这样，主电极4和导电性液体7之间的接触面积S1增加从而使静电电容C1增加。与其相反，主电极5和导电性液体7之间的接触面积S2减小，从而使静电电容C1的值减小。这里，在接触面积S1、S2之差与倾斜角θ之间，存在取决于筒状容器6的横截面形状的固定关系。从而，如果测定静电电容C1和C2之差来求出接触面积S1、S2之差，则能够使用上述关系式通过计算求出倾斜角θ的值。根据这种作用，该液体传感器1就能够用作倾斜传感器。

接下来，对本实施方式的液体传感器1用作加速度传感器的情况进行说明。同样将筒状容器6如图1所示那样，固定于水平物体上以使中心轴变得铅垂，并且如图6所示那样，设在垂直于板状主电极4、5的表面的线方向施加水平加速度。若筒状容器6没有倾斜，则筒状容器6的导电性液体7，在其所具有的惯性的作用下，液面27向与加速度方向相反的一侧靠拢，自水平位置倾斜角θ进行倾斜。由此，与作为上述倾斜传感器使用的情况相同，由于在静电电容C1和C2的值上产生差，就能够通过测定该差值来求出倾斜角θ，如果求出倾斜角θ，就能够利用通过计算或预先实验而求得的校正曲线来求出施加于筒状容器6的加速度的大小。根据这种作用，该液体传感器1就还能够用作加速度传感器。此外，由于感震器是加速度传感器的一种，所以该液体传感器1也能够用作感震器。

接下来，对检测形成于迄今所述的主电极4、5的表面的电容器C1、C2的静电电容C1、C2之差的方法进行说明。图7是将静电电容C1、C2之差变换成电压来进行计测的所谓的交流电桥电路。图中的电容器C3，C4是静电电容相等的固定电容器。电容器C1与C2的连接点Y1相当于导电性液体7，连接点X1、X2相当于连接于主电极4、5的外面的引线25、26。由副电极棒8取出导电性液体7的电位。

串联连接的电容器C1、C3的连接点X1与同样串联连接的电容器C2、C4的连接点X2之间，连接内阻抗较高的电压计31。另一方面，在电容器C3、C4的连接点Y2与上述连接点Y1之间，连接交流电压源32。由于导电性液体7的导电性进行调整，使其电阻值与电容器C1、C2的阻抗相比变得非常低，因此其电阻值可以忽略。

若通过交流电压源32在连接点Y1、Y2上外加交流电压，则在电容器C1和C2的电容之差较小的情况下，在电压计31上显示出与电容器C1、C2的电容之差大致成比例的电压。从而，通过测定该电压就能够判明电容器C1、C2的静电电容之差。如果求出静电电容之差，就能够根据该值求出液体传感器1的倾斜角或施加于液体传感器1的加速度。此外，将图7的交流电桥电路的电容器C3、C4替换为固定电阻也可进行测定。

(第二实施例)

第一实施例中的液体传感器由于主电极是一对，所以只能测定沿着垂直于主电极的表面的线的倾斜角或加速度。针对这一点本第二实施例的液体传感器是能够测定沿在水平面内正交的两个方向的倾斜角或加速度的构成的液体传感器。图8表示本实施例的液体传感器1a的外形透视图，图9表示其横剖面图。由于本液体传感器1a与第一实施例的液体传感器1相同的构造部分很多，故对与液体传感器1相同或相当的部分附加同一标记。

本实施例的液体传感器1a，筒状容器6形成为四角筒状。并且，其构造为在四角筒状的四个侧面中的各个面上，与第一实施例的情况相同安装了具有硅氧化覆盖膜的四个板状主电极4、5、4a、5a。与第一实施例的不同点在于追加设置了该板状主电极4a、5a，其它方面都相同。板状主电极4、5、4a、5a安装于筒状容器6的侧面的构造与第一实施例的情况相同。

通过这样配置板状主电极4、5、4a、5a，就能够同时测定沿着垂直于主电极4、5的表面的线的倾斜角或角速度，以及沿着垂直于主电极4a、5a的表面的线的倾斜角或角速度。即，能够同时测定沿着水平面内的相互正交的两个方向的倾斜角或加速度。从而，通过矢量合成这样同时测定出的两个方向的倾斜角或加速度，就能够求出在二维表面上的最大倾斜方向及加速度的方向以及它们的值的大小。

(第一、第二的实施例的变形实施方式)

上述第一、第二实施例的液体传感器1、1a也可以如下变形来进行实施。例如，在第一实施例的液体传感器1中的板状主电极4、5嵌入时，如图4所示那样在主电极4、5与缺口部19、20的底面23、24的抵接部分的间隙以及主电极4、5的外周面与缺口部19、20的侧面的间隙介插于密封剂28以使板状主电极4、5液密地固定于筒状容器6。

为了使该固定和液密状态更加可靠，如图10所示那样也可以采用以下构成，即，在缺口部19、20的底面23、24上形成凹形、U字形、V字形等的槽29、30，在由所形成的槽29、30和主电极4、5形成空间内液密地填充密封剂28。若这样进行处理则由于主电极4、5借助于其周边部的三面被固定于筒状容器6，所以在固定得以强化的同时还使液体渗漏防止效果提高。

另外，在上述第一、第二实施例中固定金属制电极棒8作为副电极，使其贯穿上盖11并且以足够的深度浸入于导电性液体7中。也可以代替这样取出导电性液体7的电位的构成而采用以下构成，即，将用导电性材料形成下盖12的全部或一部分作为副电极，并在该部分上安装引线以取出导电性液体7的电位。

另外，也可以用密封剂覆盖嵌入于缺口部19、20中的上述板状主电极4、5的整个外面。这样一来，就能够保护板状主电极4、5的外面。

(第三实施例)

接下来，参照附图来说明本发明液体传感器的第三实施例。图11是本实施例的液体传感器的纵剖面图，图12是表示该传感器内部的电极配置的透视图。

本实施例的液体传感器40为具有一对主电极的液体传感器，由容器41、导电性液体42、圆板43、第一和第二引线端子44、45以及第一和第二主电极46、47构成。

容器41为一端密封的大致圆筒状的容器，由导电性材料形成。作为导电性材料可以采用耐腐蚀性较强的金属，例如不锈钢。圆筒状的容器41的开口部用圆板43阻塞，从而作为整体形成密闭构造。圆板43也由导电性材料形成。

在由容器41和圆板43组成的密闭容器48的内部，密封入内容积的大致1/2量的导电性液体42。作为导电性液体42使用与第一实施例中所记述的相同的液体。在密闭容器48的上部空间上，密封有惰性气体。

第一、第二引线端子44、55在与圆板43电绝缘的状态下，贯穿圆板43进行固定。在突出至密闭容器48的内部的44、55的前端，安装有第一、第二主电极46、47。引线端子44、55的突出至密闭容器48内的部分其表面被绝缘性树脂所覆盖以使其不与导电性液体42电接触。同样，引线端子44、55和主电极46、47的接触部分也被绝缘性树脂所覆盖来进行保护。

主电极46、47以同样的形状一起形成短栅状。这是为了加大电极的表面积以增大静电电容，以使静电电容的变化的测定变得容易。如图12所示那样，该主电极46、47对置进行安装以使短栅状的面相互对向的主电极面变得平行，即，连结两个引线端子44、55的线垂直于主电极46、47的各面。并且，在密闭容器48为垂直状态下，使主电极46、47的上部1/3～1/2露出于导电性液体42的表面上方。

主电极46、47为在导电性材料的表面上形成有薄的硅氧化覆盖膜的电极。夹着该作为电介质的薄硅氧化覆盖膜形成平行板电容，其中，设主电极为一方的电极，导电性液体2为另一方的电极。作为主电极的材料，由于必须在其表面形成有硅氧化覆盖膜，所以与第一实施例的情况同样使用单晶硅、非结晶硅、多晶硅等硅材料。另外，硅氧化覆盖膜的形成也与第一实施例的情况同样采用热氧化法或CVD法等、IC制造工艺中所使用的一般方法来形成。

在本实施例的液体传感器40的情况下，也与第一实施例的液体传感器1同样能够用作倾斜传感器能，或者加速度传感器、感震器。图13表示出作为倾斜传感器来使用时的情形，若密闭容器48沿着连结引线端子44、55的线自铅垂轴以倾斜角θ进行倾斜，则主电极46和导电性液体42的接触面积增加，由主电极46、硅氧化覆盖膜、导电性液体42所构成的电容器的静电电容增加。相反，由主电极47、硅氧化覆盖膜、导电性液体42所构成的电容器的静电电容减少。从而，与在第一实施例中所说明的同样，只要通过图7所示的电桥电路测定其静电电容之差，就能够求出倾斜角θ之值。此外，在这种情况下，导电性液体42的电位由用导电性材料所形成的密闭容器48取出。

图14表示出将液体传感器40用作加速度传感器时的情形，在这种情况下也与实施例1的图6的情况同样，由主电极46、硅氧化覆盖膜、导电性液体42所构成的电容器的静电电容增加。相反，由主电极47、硅氧化覆盖膜、导电性液体42所构成的电容器的静电电容减少。从而，通过测定其静电电容之差，就能够求出密闭容器48上所外加的加速度的大小。

(第四实施例)

上述第三实施例中的液体传感器40由于主电极是一对，所以只能测定沿着连结引线端子44、55的线的倾斜角或加速度。本第四实施例的液体传感器是对上述第三实施例的液体传感器40进行扩充以使其能够测定沿在水平面内正交的两方向的倾斜角或加速度的传感器。

图15用透视图来表示本实施例的液体传感器40a的容器内部的主电极配置。本液体传感器40a，在密闭容器48的内部进一步追加设置了一对主电极50、51。按以下方式安装四个主电极46、47、50、51，以使相邻电极的表面相互成直角，即，连接各对引线端子的线相互正交，且这些线垂直于在各个引线端子上所安装的主电极的面。

根据这样的构成，与上述第二实施例的液体传感器1a的情况同样，能够同时测定沿着垂直于主电极46、47的表面的线的倾斜角或加速度，以及沿着垂直于主电极50、51的表面的线的倾斜角或加速度。即，能够同时测定沿着水平面内相互正交的两个方向的倾斜角或加速度。从而，通过矢量合成这样同时测定出的两个方向的倾斜角或加速度，就能够求出在二维表面上的最大倾斜方向或加速度的方向以及它们的值的大小。

(第三、第四实施例的变形实施方式)

上述第三、第四实施例的液体传感器40，40a也可以如下变形来进行实施。例如，在第三实施例的液体传感器40的情况下也可以按以下方式进行安装，使设置于密闭容器48内的主电极46、47的表面如图16所示那样被载置于同一平面上。在这种构造的情况下也是在密闭容器48倾斜时，如图17所示那样各主电极和导电性液体42的接触面积变化而在静电电容上产生差，因此通过测定该差就能够求出密闭容器48的倾斜角。另外加速度也能够同样求出。

另外，如图18所示，在第四实施例的情况下，也可以按以下方式安装设在密闭容器48内的两对主电极，即，使相邻的四个主电极46、47、50、51的各表面以90°的夹角形成放射状。在这样安装的情况下，也与第四实施例的情况同样，能够测定沿着连结构成一对的主电极的两条线的倾斜角或加速度。另外，在这种构造的情况下，还具有各主电极面抑制密闭容器48内的导电性液体42的所不希望的回转运动的效果。

另外，虽然在上述第三、第四实施例的情况下，导电性液体42的电位是从用导电材料所形成的密闭容器48取出的，但也可以如图19所示那样，取而代之贯穿阻塞开口部的圆板43安装导电性副电极49以进行取出。

另外，虽然在第三、第四实施例中，以圆板43成为底部的姿势来使用液体传感器40、40a，但也可以上下倒置以圆板43在上而密闭容器48在下的姿势来使用。

(其它变形实施方式)

虽然在至此为止说明过的第一～第四实施例中，设对置的两个主电极平行进行了说明，但只要能通过电桥电路检测出对置的电极间的静电电容之差则还可以采用主电极不平行的构成。另外，主电极的表面也没有必要一定是平面。例如，在第三、第四实施例的情况下，也可以将主电极设为棒状。另外，在第一、第二实施例的情况下，为了增大与导电性液体的接触面积以使静电电容增加，还可以采用使主电极在导电性液体中其截面形状呈三角形或半圆形来突出的构成。

另外，虽然在至此为止的实施例中，成对构成主电极，但主电极也可以由一个电极构成。例如，采用在偏离了密闭容器之中心的位置上配置一个主电极的构成。这种情况下，若导电性液体的液面的倾斜变化则主电极的浸渍深度也随之变化，从而主电极和导电性液体之间的静电电容就发生变化。通过测定该变化就能够检测出主电极的倾斜或外加于密闭容器的加速度。通过将由主电极、硅氧化覆盖膜、导电性液体构成的电容器连接在电桥电路的一边就能测定此时的静电电容的值。

产业上利用的可能性

如以上所说明那样，本发明的液体传感器适合于作为对物体的倾斜角或物体在水平方向所外加的加速度的方向及大小进行测定的传感器。另外，本发明的液体传感器也适合于作为感震器。

Claims (18)

1.一种液体传感器，在容器内充满导电性液体，使表面形成有电介质覆盖膜的电极的一部分与该导电性液体相接触，根据上述电极与上述导电性液体之间的静电电容的变化来测定伴随着上述导电性液体的液面的移动的、该电极和上述导电性液体的接触面积的变化，根据该测定值的变化检测出上述电极相对于上述导电性液体的液面的倾斜角的变化或施加于上述容器的加速度，其特征在于，

使用硅氧化覆盖膜作为上述电介质覆盖膜。

2.一种静电电容式液体传感器，其特征在于，

电绝缘体制的筒状密闭容器(6)具有平行的两个侧面(2、3)，在该两个侧面上设置开口(13、14)，至少在板状主电极(4、5)的单面上形成有硅氧化覆盖膜，将氧化覆盖膜设为容器的内侧并使上述板状主电极抵接于上述侧面以将该开口阻塞，密封剂(28)液密地介在于上述板状主电极与上述侧面的间隙，在上述容器内密封入内容积的1/2量的导电性液体(7)，将与该导电性液体电接触的副电极(8)设置在容器内。

3.一种静电电容式液体传感器，其特征在于，

电绝缘体制的筒状密闭容器(6)具有平行的两个侧面(2、3)，并用盖(11、12)密闭其上下的开口部(9，10)，在上述两个侧面上设置沿上下方向延伸的长方形开口(13、14)，设置切去位于形成该开口的容器的外壁侧的角(17、18)从而可以嵌入板状部件的缺口部(19、20)，在该缺口部中嵌入至少在单面上形成有硅氧化覆盖膜的板状主电极(4、5)，将氧化覆盖膜设为容器的内侧并使上述板状主电极抵接于上述缺口部的底面(23、24)，同时密封剂(28)液密地介在于该缺口部的底面与板状主电极的抵接部分的间隙以及板状主电极的外周面与上述缺口部侧面的间隙，在该容器内封入内容积的1/2量的导电性液体(7)，自上述容器上盖(11)的中央装入金属制副电极棒(8)以使其前端以足够的深度浸入容器内的导电性液体中。

4.如权利要求2所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述筒状容器呈四角筒状，并具有两组平行的两个侧面，在该四个侧面上设有开口，分别用具有硅氧化覆盖膜的板状主电极(4、4a、5、5a)阻塞该开口。

5.如权利要求3所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述筒状容器呈四角筒状，并具有两组平行的两个侧面，在该四个侧面上设有开口，分别用具有硅氧化覆盖膜的板状主电极(4、4a、5、5a)阻塞该开口。

6.如权利要求3或5所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

在上述缺口部的底面(23、24)上设置槽(29)，在由该槽和上述板状主电极所形成的空间中也液密地填充了密封剂(28)。

7.如权利要求3或5所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

取代上述金属制副电极棒(8)而用导电性材料形成上述容器的下盖(12)的全部或一部分并作为副电极来使用。

8.如权利要求2至5中任意一项所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

用密封剂覆盖上述板状主电极的、朝向上述容器外侧的整个面。

9.如权利要求2至5中任意一项所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

使用低熔点玻璃作为上述密封剂。

10.一种静电电容式液体传感器，其特征在于，具有：

密闭容器(48)；

导电性液体(42)，密封于上述密闭容器内部、占上述密闭容器的1/2的内容积；

一对引线端子(44，45)，从上述密闭容器的一个端面电绝缘地贯穿固定于上述密闭容器；

主电极(46、47)，该主电极为表面形成有硅氧化覆盖膜的电极，按以下方式进行配置，即，安装于上述引线端子各自的前端，并在上述密闭容器处于静止的状态下使该电极的一部分位于上述导电性液体的液面上；以及

副电极，与上述导电性液体导电地进行接触。

11.如权利要求10所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

取代上述一对引线端子而使两对引线端子贯穿固定，将上述主电极安装在该引线端子各自的前端，该两对主电极进行配置以使连结各对的两个主电极的中心的线相互正交。

12.如权利要求10或11所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述主电极呈短栅状形成，各对的两个主电极面对置进行配置，以使得在上述密闭容器内连结各对的两个主电极的中心的线垂直于各自的面。

13.如权利要求10或11所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述主电极呈短栅状形成，自上述密闭容器的中心，以相邻的主电极面所间的角度相等的放射状来进行配置。

14.如权利要求10或11所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述副电极是用导电性材料形成的上述密闭容器。

15.如权利要求10或11所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述副电极是使导电性电极从上述密闭容器的一方端面贯穿固定。

16.如权利要求2至5或10、11中任意一项所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述主电极用单晶硅、非结晶硅、多晶硅之中的一种材料形成。

17.如权利要求2至5或10、11中任意一项所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

上述导电性液体是在将甲醇、乙醇、异丙醇醇类、丙酮、丁酮酮类、二甘醇单丁基醚醚类之中的一种或多种进行了组合的液体中添加了硝酸锂、碘化钾电解质的液体。

18.如权利要求2至5或10、11中任意一项所述的静电电容式液体传感器，其特征在于，

在上述密闭容器内封入了惰性气体。

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