CN102713536A - 液体状态检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够以较少的端子数而对更多的项目进行检测的液体状态检测传感器。所述液体状态检测传感器具备：三个端子（A～B）；被设置在端子（A－B）之间的电容器（C1）；被设置在端子（B－C）之间的电容器（C2）；被设置在端子（A－C）之间的电容器（C3），且对电容器（C1）和电容器（C2）进行串联连接，并且对于该串联连接而并联连接电容器（C3）。而且，分别被设置在相互于静电电容测量区域内不发生干涉的位置处，电容器（C1）位于燃料罐（10）的燃料的液体之外并被设为蒸汽层基准测量部，电容器（C2）被设为燃料罐（10）内的一部分或者全部浸入到燃料内的液位测量部，电容器（C3）位于燃料罐（10）的底部附近并被设为燃料基准测量部。

Description

液体状态检测传感器

技术领域

本发明涉及一种液体状态检测传感器，尤其涉及一种被设置在燃料罐等存储液体的罐内，并能够对多种的液体状态进行检测的液体状态检测传感器。

背景技术

作为液体状态检测传感器，通常已知一种例如被设置在燃料罐内，并对燃料罐内的燃料残余量进行检测的传感器。

作为这种液体状态检测传感器，例如提出了在日本特开2010-25782号公报中所记载的技术。在该技术中，提出了如下的传感器，即，设置有：第一检测电极，其处于被测量液体中；第二检测电极，其对被测量液体的液位进行检测；第三检测电极，其常时处于被测量液体之外，所述传感器反复实施如下动作，即，以与第二检测电极被浸入在被测量液体中的部分的长度成比例的时间而对电容器进行充电，并且以与第二检测电极处于被测量液体之外的部分的长度成比例的时间而对电容器的电荷进行放电。

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在日本特开2010-25782号公报所记载的技术中，由于通过第一端子和其他端子的组合而构成了检测电极，因此需要检测电极数＋1个的端子。

本发明是考虑到上述事实而完成的发明，其目的在于，提供一种能够以较少的端子数对更多的项目进行检测的液体状态检测传感器。

用于解决课题的方法

为了达成上述目的，技术方案1所记载的发明的特征在于，具备：n个端子，其中，n为n≥3的自然数；n个以上的静电电容测量部，其被设置在各自不同的所述端子的组合的所述端子之间。

根据技术方案1所述的发明，具有n个端子，并具备n个以上的静电电容测量部，其被设置在各自不同的端子的组合的端子之间。即，能够通过静电电容测量部来实施n个以上的项目的测量，与未使用本结构的情况相比，能够以较少的端子数对多个检测项目进行检测。另外，关于n个以上的项目，既可以对相同的项目进行测量，也可以对不同的项目进行测量。

例如，如技术方案2所记载的发明所述，静电电容测量部被设置在全部的组合的端子之间，并具备n！/（2×（n－2）！）个。由此，能够以较少的端子数对最多的检测项目进行检测。

此外，如技术方案3所记载的发明所述，静电电容测量部可以包括：第一静电电容测量部，其常时被配置在燃料罐内的被测量液体中；第二静电电容测量部，其用于对被测量液体的液位进行测量；第三静电电容测量部，其常时被配置在被测量液体之外。由此，能够通过第一静电电容测量部而对液体中的情况下的静电电容进行测量，并能够通过第三静电电容测量部而对液体之外的情况下的静电电容进行测量。而且，能够依据第一以及第三静电电容测量部的测量结果，从而根据第二静电电容测量结果而准确地对液位进行检测。

此时，如技术方案4所记载的发明所述，静电电容测量部可以还包括第四静电电容测量部，所述第四静电电容测量部被配置在，为了临时存储所供给的燃料而形成在燃料罐内的液层中。通过以这种方式构成，从而能够通过第四静电电容测量部而对所供给的燃料的种类进行检测。

此外，如技术方案5所记载的发明所述，静电电容测量部可以还包括第五静电电容测量部，所述第五静电电容测量部对燃料罐内的燃料的温度进行检测。

此外，如技术方案6所记载的发明所述，可以还具备计算单元，所述计算单元对由第五静电电容测量部检测出的静电电容、所述燃料的温度、以及所述燃料内所含的乙醇浓度之间的预先设定的关系进行存储，并根据由第五静电电容测量部检测出的静电电容来求出燃料的温度，并根据所求出的燃料的温度和由第五静电电容测量部检测出的静电电容，而对乙醇浓度进行计算。

此外，如技术方案7所记载的发明所述，静电电容测量部可以还包括第六静电电容测量部，所述第六静电电容测量部根据由一对电极间的距离的变化而导致的静电电容的变化，而对压力进行检测。

而且，如技术方案8所记载的发明所述，静电电容测量部可以被设置在相同的底座上。

发明效果

如以上所进行的说明，根据本发明，具有能够以较少的端子数对更多的项目数的液体状态进行检测的效果。

附图说明

图1为表示设置了本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器的燃料罐的概要结构的图。

图2为表示本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器的概要结构的图。

图3为表示本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器的电路结构的电路图。

图4为图示了表示本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器中的各个端子之间的静电电容的方程式的图表。

图5为表示设置了本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器的燃料罐的概要结构的图。

图6为表示本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器的概要结构的图。

图7为表示本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器的电路结构的电路图。

图8为用于对本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器中的端子A－B之间的静电电容的计算方法进行说明的图。

图9为表示能够通过本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器进行检测的检测项目与其测量部的对应关系的图表。

图10为表示燃料温度与静电电容之间的关系的一个示例的曲线图。

图11为表示静电电容与乙醇浓度之间的关系的一个示例的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式的一个示例进行详细说明。

（第一实施方式）

图1为，表示设置了本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器的、燃料罐的概要结构的图。

在燃料罐10中，存储有在汽车等中所使用的液状的燃料。存储在燃料罐10中的燃料，是从与燃料罐10连接的供油管12被供给的。此外，存储在燃料罐10中的燃料通过设置在燃料罐10内的燃料泵14而被抽吸，从而被供给至汽车发动机等的内燃机中。

在燃料泵14中设置有过滤器16，通过使燃料经由过滤器16而被抽吸，从而抑制了燃料泵14的堵塞等。

在燃料罐10内，设置有本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器18。在本实施方式中，液体状态检测传感器18对存储在燃料罐10内的燃料的残余量进行检测。

图2为，表示本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器18的概要结构的图，图3为，表示本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器18的电路结构的电路图。

第一实施方式的液体状态检测传感器18具有端子A～C这三个端子，并且具备用于对燃料的状态进行检测的三个电容器C1～C3，各个端子A～C与运算装置20连接。

各个电容器C1～C3分别由梳齿状的一对电极构成，并被设定为能够在一对电极间进行电荷的充电和放电。

详细而言，电容器C1被设置在端子A－B之间，电容器C2被设置在端子B－C之间，电容器C3被设置在端子A－C之间。

各个电容器C1～3的电连接为，如图3所示，电容器C1与电容器C2以串联的方式被连接，并且对于该串联连接而并联地连接有电容器C3。

而且，各个电容器C1～C3分别被设置在，相互于静电电容测量区域中不发生干涉的位置处，电容器C1位于燃料罐10的上侧部分的燃料的液体之外并被设为蒸汽层基准测量部，电容器C2被设为根据燃料罐10的燃料残余量而一部分或者全部浸入到燃料内的液位测量部，电容器C3位于燃料罐10的底部附近并被设为燃料基准测量部。

即，液体状态检测传感器18在图2的虚线处弯曲并被设置在燃料罐10内，在电容器C1上充电有与蒸汽层相对应的电荷，在电容器C3上充电有与燃料的特性相对应的电荷，在电容器C2上充电有与燃料的残余量（液位）相对应的电荷。

接下来，对通过以上述方式构成的本发明的第一实施方式所涉及的液体状态检测传感器18而实施的、燃料残余量的检测方法进行说明。

当对燃料罐10内的燃料残余量进行检测时，在本实施方式中，对端子A－B之间、端子B－C之间、以及端子A－C之间的各个端子之间的静电电容进行测量。

此处，如图4所示，求出端子A－B之间的静电电容C_AB、端子B－C之间的静电电容C_BC、以及端子A－C之间的静电电容C_AC。

通过对各个端子之间的静电电容进行测量，并代入图4的各个方程式中求解联立方程式，从而能够求出被充电至各个电容器C1～C3的电荷。

此处，由于通过蒸汽层基准测量部（电容器C1的电荷）而可知燃料之外的静电电容，通过燃料基准测量部（电容器C3的电荷）而可知燃料内的静电电容，因此，能够根据燃料内外的静电电容而对液位测量部中多少部分位于燃料内进行计算。即，能够根据液位测量部（电容器C2的电荷）的静电电容而对燃料的残余量进行计算。

因此，通过将图4所示的表示各个端子之间的静电电容的方程式预先储存在运算装置20中，并将液体状态检测传感器18的检测结果输入至运算装置20，从而能够通过运算装置20而对各个电容器C1～C3的静电电容进行测量，进而能够对燃料的残余量进行检测。

如此，在本实施方式中，通过三个端子和被设置在各个端子之间的三个静电电容测量部，从而能够对三种液体状态进行检测，进而能够以较少的端子数而对最多的检测项目进行检测。

（第二实施方式）

接下来，对本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器进行说明。图5为，表示设置了本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器的燃料罐30的概要结构的图。

在燃料罐30中，与第一实施方式同样地存储有在汽车等中所使用的液状的燃料。被存储在燃料罐30中的燃料从与燃料罐30连接的供油管32被供给。此外，被存储在燃料罐30中的燃料通过被设置在燃料罐30内的燃料泵34而被抽吸，从而被供给至汽车发动机等的内燃机中。

在燃料泵34中设置有过滤器36，通过使燃料经由过滤器36而被抽吸，从而抑制了燃料泵34的堵塞等。

此外，本实施方式的燃料罐30形成有，用于临时存储从供油管32被供给的燃料的液层38，从供油管32被供给的燃料被临时存储在液层38中。详细而言，液层38被设置在高于燃料罐30的满罐液面的位置处。即，由于被供给的燃料被临时存储在液层38中，并且从液层38溢出的部分被存储于燃料罐30，因此在液层38中仅存储有被供给的燃料。

此外，在燃料罐30内，设置有本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器40。在本实施方式中，液体状态检测传感器40不仅对被存储在燃料罐30内的燃料的残余量进行检测，还对燃料的种类、燃料罐30内的内压、以及燃料的温度等多种状态进行检测。

图6为，表示本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器40的概要结构的图，图7为，表示本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器40的电路结构的电路图。

第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器40具有端子A～D这四个端子，并且为了对燃料的各种状态进行检测而具备六个电容器C1～C6，且各个端子A～C与运算装置42连接。

电容器C1～3、C5分别由梳齿状的一对电极构成，且被设定为能够在一对电极间实施感应的充电和放电。

此外，电容器C4使用根据温度而静电电容发生变化的电容器，电容器C6使用根据压力而静电电容发生变化的电容器。另外，虽然关于电容器C4、C6也可以为梳齿状的一对电极，但也可以为其他的结构。

详细而言，电容器C1被设置在端子A－B之间，电容器C2被设置在端子B－C之间，电容器C3被设置在端子A－C之间，电容器C4被设置在端子A－D之间，电容器C5被设置在端子B－D之间，电容器C6被设置在端子C－D之间。

各个电容器C1～C6的电连接为，如图7所示，电容器C1、C2、C6以串联的方式被连接，并且对于该串联连接并联地连接有电容器C4。

此外，对于电容器C1和电容器C2的串联连接并联地连接有电容器C3，并对于电容器C2和电容器C6的串联连接并联地连接有电容器C5。

而且，与第一实施方式同样地，各个电容器C1～C6分别被设置在，相互于静电电容测量区域中不发生干涉的位置处，电容器C1位于燃料罐30的上侧部分的燃料的液体之外并被设为蒸汽层基准测量部，电容器C2被设为根据燃料罐30的燃料残余量而一部分或者全部浸入到燃料内的液位测量部，电容器C3位于燃料罐30的底部附近并被设为燃料基准测量部。

此外，电容器C4位于过滤器内部36并被设为温度测量部，电容器C5位于液层38中并被设为供给燃料特性测量部，电容器C6位于过滤器36内部并被设为过滤器内的压力测量部。

即，液体状态检测传感器40被设置为，在图6的虚线处弯曲且从燃料罐30内的底面起沿着壁面直至液层38。而且，在电容器C1中充电有与蒸汽层相对应的电荷，在电容器C2中充电有与燃料的残余量（液位）相对应的电荷，在电容器C3中充电有与燃料的特性相对应的电荷，在电容器C4中充电有与燃料的温度相对应的电荷，在电容器C5中充电有与燃料的种类（燃料特性）相对应的电荷，在电容器C6中充电有与过滤器36内的压力相对应的电荷。

接下来，对通过以上述方式构成的本发明第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器40而实施的、各种液体状态的检测方法进行说明。

当对燃料罐30内的燃料的各种状态进行检测时，在本实施方式中，对端子A－B之间、端子A－C之间、端子A－D之间、端子B－C之间、端子B－D之间、端子C－D之间的各个端子之间的静电电容进行测量。

此处，与第一实施方式同样地，对用于求出各个端子之间的静电电容的方程式的计算进行说明。另外，由于各个端子之间的静电电容与第一实施方式相比较为复杂，因此作为一个示例，对端子A－B之间的静电电容的求出方法进行说明。图8为，用于对本发明的第二实施方式所涉及的液体状态检测传感器中的端子A－B之间的静电电容的计算方法进行说明的图。

当对端子A－B之间（图8的上侧）进行提取时，端子A－B之间能够以在图8的中央所示的电路图来表示。此处，当对用虚线所包围的部分进行Δ-Y变换时，如图8的下侧所示，变换为Ca、Cb、Cc。另外，被变换成的Ca、Cb、Cc用以下所示的方程式来表示。

Ca＝（C3C4＋C4C6＋C3C6）/C6

Cb＝（C3C4＋C4C6＋C3C6）/C4

Cc＝（C3C4＋C4C6＋C3C6）/C3

使用该方程式，依次求出电容器Cb和电容器C2的合成电容C（b，2）；电容器Cc和电容器C5的合成电容C（c，5）；电容器Cb、电容器C2、电容器Cc、和电容器C5的合成电容C（b，2，c，5）；电容器Ca、电容器Cb、电容器C2、电容器Cc、和电容器C5的合成电容C（a，b，2，c，5）。

而且，当最终求出端子A－B之间的合成电容C（1，2，3，4，5，6）时，成为以下的方程式，通过该方程式能够表示端子A－B之间的静电电容。

[数学式1]

$C\left(\mathrm{1,2,3,4,5,6}\right)=C1+C(a,b,2,c,5)$

$=C1+\frac{\frac{\mathrm{CaCbC}2}{\mathrm{Cb}+C2}+\frac{\mathrm{CaCcC}5}{\mathrm{Cc}+C5}}{\mathrm{Ca}+\frac{\mathrm{CbC}2}{\mathrm{Cb}+C1}+\frac{\mathrm{CcC}5}{\mathrm{Cc}+C5}}$

另外，由于关于其他的端子之间的静电电容，也能够通过实施同样的计算而求出，因此省略其详细说明。

即，与第一实施方式同样地，通过对各个端子之间的静电电容进行测量，并将其输入至运算装置42，从而能够通过在运算装置42中代入到表示各个端子之间的静电电容的方程式并求解联立方程式，从而求出被充电至各个电容器C1～C6中的电荷。由此，在本实施方式中，如图9所述，能够通过液体状态检测传感器40的各个测量部（电容器C1～C6）而对各个检测项目进行检测。

具体而言，与第一实施方式同样地，由于通过蒸汽层基准测量部（电容器C1）而可知燃料外的静电电容，通过燃料基准测量部（电容器C3的电荷）而可知燃料内的静电电容，因此能够根据燃料内外的静电电容而对液位测量部中多少部分位于燃料内进行计算。即，能够根据液位测量部（电容器C2的电荷）的静电电容而对燃料的残余量进行计算。

此外，由于已知温度测量部（电容器C4）的静电电容，因此通过预先对与静电电容相对应的温度进行测量并存储在运算部42中，从而能够对燃料罐30内的燃料的温度进行测量。例如，如图10所示，通过预先对燃料温度和静电电容之间的关系进行测量并存储在运算部42中，从而能够通过读取与测量出的静电电容相对应的燃料温度而对燃料的温度进行检测。

此外，由于已知供给燃料特性测量部（电容器C5）的静电电容，因此通过预先确定与静电电容相对应的燃料的种类和温度，从而能够对液层38中的燃料的种类和温度等进行测量。例如，如图10所示，通过预先对燃料温度和静电电容之间的关系进行测量并存储在运算部42中，并且如图11所示，通过预先确定静电电容和乙醇浓度之间的关系并预先存储在运算装置42中，从而能够求出与所测量出的静电电容相对应的燃料温度，且根据所求出的燃料温度和所测量出的静电电容而读取乙醇浓度，从而能够对燃料内的乙醇浓度进行检测。因此，也能够根据该乙醇浓度而对燃料的种类进行确定。此外，虽然由于在通常的燃料罐中，供给燃料在燃料罐内将被混合，因此无法对燃料的准确的特性进行检测，但是在本实施方式中，由于液层38被设置在高于燃料罐30的满罐液面的位置处，并对所供给的燃料进行临时存储，因此无论燃料供给量的多少如何，均能够对燃料的误供给进行检测。

而且，由于已知压力测量部（电容器C6）的静电电容，因此通过预先对静电电容与压力之间的关系进行测量并存储在运算装置42中，从而能够通过读取与测量出的静电电容相对应的压力，而对过滤器36内的压力进行检测，由此，由于在预先设定的压力范围以上的压力时，会被认为产生了过滤器36或燃料泵34的堵塞等，因此能够对过滤器36和燃料泵34的堵塞进行检测。

如此，在本实施方式中，能够通过四个端子和被设置在各个端子之间的六个静电电容测量部，而对六种液体状态进行检测，从而能够以较少的端子数对最多的检测项目进行检测。

另外，虽然在上述的实施方式中，将三个端子和三个静电电容测量部的情况作为第一实施方式而进行了说明，并将四个端子和六个静电电容测量部的情况作为第二实施方式而进行了说明，但并不限定于此。例如，当一般化而设为N个端子数，其中，N为N≥3的自然数时，能够组合的总数_NC₂＝N！/（2×（N－2）！）个检测模式。即，在N＝3（第一实施方式）的情况下，C＝3！/（2×（3－2）！）＝3个模式，在N＝4（第二实施方式）的情况下，C＝4！/（2×（4－2）！）＝6个模式，通过将各个模式数量的检测电极设置在各个端子之间的、相互静电电容不发生干涉的区域内，从而能够实现最多的检测项目数的检测。另外，组合的总数_NC₂为，表示从不同的N个中选择两个的组合。此外，作为检测项目既可以为相同的项目，也可以为不同的项目。

Claims (8)

1.一种液体状态检测传感器，具备：

n个端子，其中，n为n≥3的自然数；

n个以上的静电电容测量部，其被设置在各自不同的所述端子的组合的所述端子之间。

2.如权利要求1所述的液体状态检测传感器，其中，

所述静电电容测量部被设置在全部的组合的端子之间，并具备{n！/（2×（n－2）！）}个。

3.如权利要求1或2所述的液体状态检测传感器，其中，

所述静电电容测量部包括：

第一静电电容测量部，其常时被配置在燃料罐内的被测量液体中；

第二静电电容测量部，其用于对所述被测量液体的液位进行测量；

第三静电电容测量部，其常时被配置在所述被测量液体之外。

4.如权利要求3所述的液体状态检测传感器，其中，

所述静电电容测量部还包括第四静电电容测量部，所述第四静电电容测量部被配置在，为了临时存储所供给的燃料而形成在所述燃料罐内的液层中。

5.如权利要求3或4所述的液体状态检测传感器，其中，

所述静电电容测量部还包括第五静电电容测量部，所述第五静电电容测量部对所述燃料罐内的燃料的温度进行检测。

6.如权利要求5所述的液体状态检测传感器，其中，

还具备计算单元，所述计算单元对由所述第五静电电容测量部检测出的静电电容、所述燃料的温度、以及所述燃料内所含的乙醇浓度之间的预先设定的关系进行存储，并根据由所述第五静电电容测量部检测出的静电电容来求出所述燃料的温度，并根据所求出的所述燃料的温度和由所述第五静电电容测量部检测出的静电电容，而对所述乙醇浓度进行计算。

7.如权利要求3至6中任意一项所述的液体状态检测传感器，其中，

所述静电电容测量部还包括第六静电电容测量部，所述第六静电电容测量部根据由一对电极间的距离的变化而导致的静电电容的变化，而对压力进行检测。

8.如权利要求3至7中任意一项所述的液体状态检测传感器，其中，所述静电电容测量部被设置在单一的底座上。

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