FR2894336A1 - Element de detection d'etat de liquide et capteur de detection d'etat de liquide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un élément de détection d'état de liquide. L'élément de détection d'état de liquide (110) comporte une première couche isolante en céramique (111), une seconde couche isolante en céramique (112), et une résistance génératrice de chaleur (117) incorporée hermétiquement de manière étanche au liquide entre la première et la seconde couche isolantes en céramique (111) et (112) et ayant une valeur de résistance qui varie avec sa température, et est immergé dans un liquide et la résistance génératrice de chaleur (117) excitée et fournissant en sortie un signal de sortie associé à l'état de liquide, la première couche isolante en céramique (111) étant plus mince que la seconde couche isolante en céramique (112).

Description

ÉLÉMENT DE DÉTECTION D'ÉTAT DE LIQUIDE ET CAPTEUR DE DÉTECTION D'ÉTAT DE

LIQUIDE Domaine technique La présente invention concerne un élément de détection de l'état d'un liquide et un capteur de détection d'état de liquide qui l'utilise. Arrière-plan de la technique Un dispositif de purification des gaz d'échappement pour réduire les oxydes d'azote (NOx) émis par une automobile à moteur diesel peut utiliser un système de réduction catalytique sélective de NOx (SCR).

Le système de SCR utilise une solution aqueuse d'urée comme agent de réduction. On sait que l'utilisation d'une solution aqueuse d'urée ayant une concentration en urée de 32,5% en poids est efficace pour réaliser de manière efficace cette réaction de réduction. Toutefois, la concentration en urée d'une solution aqueuse d'urée contenue dans un réservoir d'urée aqueux monté dans une automobile à moteur diesel peut varier en raison de la variation dans le temps ou analogue. On peut également mélanger par erreur une solution différente (par exemple, d'huile légère), de l'eau ou analogue, dans le réservoir d'urée aqueux. Dans ces circonstances, pour contrôler l'état du liquide (concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée) dans le réservoir d'urée aqueux, on a proposé un capteur de détection d'état de liquide (dispositif de détermination de concentration en urée) (se référer par exemple au document du brevet 1). [Document du brevet 1] Demande ouverte de brevet japonais (kokai) n 2005-84026.

Le dispositif de détermination de concentration en urée du document du brevet 1 comporte une section de détection de concentration chauffée indirectement possédant un élément (puce en couche mince) dans une structure stratifiée dans laquelle sont déposés dans l'ordre un substrat, un élément de détection de température, une couche isolante, un élément générateur de chaleur, et une couche protectrice. Dans ce dispositif de détermination de concentration en urée, l'élément générateur de chaleur est excité pendant une période de temps prédéterminée. En se basant sur la variation de température de l'élément générateur de chaleur avant et après excitation de l'élément générateur de chaleur, comme mesuré par l'élément de détection de température, on détermine la concentration en urée. De façon spécifique, puisque la différence de concentration en urée dans une solution aqueuse d'urée provoque une différence de capacité thermique de la solution aqueuse d'urée, une différence de concentration en urée provoque une différence de variation de température de l'élément générateur de chaleur. Ainsi, on détermine la concentration en urée par détection d'une variation de température de l'élément générateur de chaleur. Résumé de l'invention Toutefois, dans le dispositif de détermination de concentration en urée du document du brevet 1, pour éviter l'entrée d'une solution aqueuse d'urée dans l'élément (puce en couche mince), l'élément (puce en couche mince) est moulé dans de la résine. Dans ce dispositif de détermination de concentration en urée, puisque la conductivité thermique de la résine est faible, la conduction de chaleur vers la solution aqueuse d'urée est difficile. Ainsi, le moulage de l'élément (puce en couche mince) avec de la résine entraîne des difficultés pour accroître la température de la solution aqueuse d'urée. En conséquence, il devient peu probable qu'apparaisse une différence de variation de température de l'élément de détection de température provenant d'une différence de la concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée. C'est-à-dire qu'on ne peut pas dire que le dispositif de détermination de concentration en urée du document du brevet 1 présente une bonne sensibilité de l'élément (puce en couche mince) et ainsi, il ne parvient pas à déterminer la concentration en urée avec une bonne précision. Par opposition, les inventeurs de la présente invention ont mis au point un capteur de détection d'état de liquide comportant un élément de détection d'état de liquide (appelé ci-après simplement o élément ) configuré de telle sorte qu'une résistance génératrice de chaleur est incorporée hermétiquement dans un substrat en céramique formé d'une structure stratifiée constituée d'une première couche isolante en céramique et d'une seconde couche isolante en céramique (se référer à la demande de brevet japonais n 2005-200808). L'incorporation hermétique de la résistance génératrice de chaleur dans la stratification de céramique élimine le risque d'entrée de liquide dans l'élément. Ainsi, on peut directement immerger l'élément dans le liquide. En conséquence, par comparaison avec l'élément moulé dans de la résine comme dans le cas du document du brevet 1, la sensibilité est améliorée.

Au cours de ces dernières années, la demande d'éléments de détection d'état de liquide ayant une plus grande sensibilité a augmenté. Plus les couches isolantes en céramique qui recouvrent la résistance génératrice de chaleur sont minces, plus la réduction de chaleur éliminée par les couches isolantes en céramique est grande c'est-à-dire plus il y a de chance que de la chaleur soit conduite vers le liquide, améliorant ainsi la sensibilité de l'élément de détection d'état de liquide. Toutefois, à mesure que l'on réduit l'épaisseur des couches isolantes en céramique, la solidité mécanique (pouvant être appelée ci-après solidité ) de l'élément diminue. Ainsi, un capteur de détection d'état de liquide utilisant cet élément peut ne pas parvenir à présenter une bonne fiabilité. En particulier, dans le cas où le substrat en céramique utilisé pour former l'élément est en contact direct avec le liquide pour détecter l'état du liquide, si l'élément est soumis à un état de température au-dessous duquel le liquide gèle, l'excitation et la désexcitation répétées de la résistance génératrice de chaleur s'accompagnent de la fusion et du gel répétés du liquide autour de l'élément. Une grande variation de volume du liquide (solide) associée exerce une force importante sur l'élément. Pour empêcher la rupture de l'élément, on ne peut pas diminuer excessivement la solidité de l'élément. La présente invention a été réalisée en considérant ce qui précède et un objectif de l'invention est de fournir un élément de détection d'état de liquide présentant une bonne sensibilité tout en ayant une solidité appropriée, et un capteur de détection d'état de liquide dans lequel on supprime la rupture de l'élément de détection d'état de liquide, et pouvant détecter l'état du liquide avec une bonne précision. Un moyen pour résoudre les problèmes est un élément de détection d'état de liquide comprenant une résistance génératrice de chaleur incorporée hermétiquement de manière étanche au liquide entre une première couche isolante en céramique et une seconde couche isolante en céramique, et ayant une résistance qui varie avec sa température. L'élément de détection d'état de liquide étant immergé dans le liquide et la résistance génératrice de chaleur étant excitée, la résistance génératrice de chaleur fournit en sortie un signal de sortie concernant l'état du liquide. La première couche isolante en céramique a une plus petite épaisseur que la seconde couche isolante en céramique.

L'élément de détection d'état de liquide de la présente invention utilise la résistance génératrice de chaleur dont la valeur de résistance varie avec sa température. En conséquence, par excitation de la résistance génératrice de chaleur, l'élément de détection d'état de liquide peut produire un signal de sortie correspondant à la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur, fonction de l'état du liquide. En se basant sur ce signal, on peut déterminer l'état du liquide. Dans l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention, la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique utilisées pour incorporer hermétiquement de manière étanche au liquide la résistance génératrice de chaleur entre elles ont une épaisseur différente ; de façon spécifique, la première couche isolante en céramique est plus mince que la seconde couche isolante en céramique. Pour une épaisseur globale donnée d'un élément, comparé par exemple à un élément de détection d'état de liquide dont la première et la seconde couche isolantes en céramique ont la même épaisseur, l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention présente une meilleure sensibilité, tout en ayant une solidité similaire. Ceci peut se concevoir pour la raison suivante.

Plus les couches isolantes en céramique qui recouvrent la résistance génératrice de chaleur sont minces, plus la réduction de chaleur éliminée par les couches isolantes en céramique est importante ; c'est-à-dire, plus il y a de chance pour que de la chaleur soit conduite vers le liquide. Pour une épaisseur globale donnée d'un élément, par comparaison avec un élément de détection d'état de liquide dont la première et la seconde couche isolantes en céramique ont la même épaisseur, l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention permet de conduire plus facilement la chaleur vers le liquide à travers la première couche isolante en céramique. En conséquence, la température de la résistance génératrice de chaleur est plus sensible à l'état du liquide (par exemple, à la concentration d'un certain composant dans le liquide). Ceci est dû au fait que la différence d'état du liquide (par exemple, la concentration d'un certain composant dans le liquide) provoque une différence de conductivité de chaleur vers le liquide.

En conséquence, dans l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention, la différence de valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur déterminée d'après la différence de l'état du liquide devient importante ; ainsi, la différence du signal de sortie fourni en sortie par la résistance génératrice de chaleur devient importante. C'est-à-dire que la sensibilité est améliorée. Ainsi, pour une épaisseur globale donnée d'un élément, comparé à un élément de détection d'état de liquide dans lequel la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique ont la même épaisseur, l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention peut présenter une meilleure sensibilité tout en ayant une solidité similaire. En conséquence, l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention présente une bonne sensibilité tout en ayant une solidité appropriée. De préférence, dans l'élément de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus, la résistance génératrice de chaleur prend une forme en méandres, comprenant un grand nombre de parties linéaires parallèles s'étendant parallèlement les unes aux autres et un grand nombre de parties de connexion reliant chaque partie linéaire parallèle adjacente et les parties linéaires parallèles sont agencées par intervalles plus petits que l'épaisseur de la première couche isolante en céramique. Au moyen de l'agencement des parties linéaires parallèles de la résistance génératrice de chaleur par intervalles plus petits que la distance entre la surface de la première couche isolante en céramique et les parties linéaires parallèles (c'est-à-dire, l'épaisseur de la première couche isolante céramique), on peut faire en sorte que la variation de la répartition de température sur la surface de la première couche isolante en céramique soit faible, réduisant ainsi l'irrégularité de chauffage du liquide. En vertu de cette caractéristique combinée avec l'effet produit en rendant la première couche isolante en céramique plus mince que la seconde couche isolante en céramique, on peut détecter l'état du liquide avec une plus grande précision. On notera que l'on n'impose aucune limitation particulière à la forme de chacune des parties linéaires parallèles, dans la mesure où un grand nombre de parties linéaires s'étendent parallèlement les unes aux autres. Par exemple, des parties en ligne droite ou des parties en ligne courbe peuvent s'étendre parallèlement les unes aux autres.

De préférence, dans l'élément de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus, la surface extérieure du substrat en céramique comporte une zone de contact qui vient en contact avec le liquide. L'élément de détection d'état de liquide de la présente invention peut présenter une solidité appropriée comme mentionné ci-dessus. Ainsi, même lorsque l'élément est soumis 6 un état de température dans lequel le liquide gèle et que la résistance génératrice de chaleur est excitée et désexcitée de manière répétée, on peut efficacement empêcher la rupture de l'élément. Le contact direct du substrat en céramique avec le liquide accélère la conduction de chaleur vers le liquide 6 travers la première couche mince isolante en céramique, maximisant ainsi l'effet de l'amélioration de sensibilité. De préférence, dans l'un ou l'autre des éléments de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, la première couche isolante en 15 céramique et la seconde couche isolante en céramique sont faites du même matériau. La première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique faites du même matériau ont le même coefficient de dilatation thermique. En conséquence, la première couche isolante en 20 céramique et la seconde couche isolante en céramique se dilatent ou se contractent avec la température, d'un degré similaire, évitant ainsi une contrainte et une rupture de l'élément de détection d'état de liquide, pouvant apparaître dans le cas contraire d'après la différence de dilatation/contraction entre la première et la seconde couche isolantes en 25 céramique. En conséquence, on supprime dans une plus grande mesure la rupture de l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention. De préférence, dans l'un quelconque des éléments de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, la première couche isolante en 30 céramique et la seconde couche isolante en céramique sont formées par cuisson simultanée. La formation de la première couche isolante en céramique et de la seconde couche isolante en céramique par cuisson simultanée améliore la force de liaison entre la première et la seconde couche isolantes en 35 céramique. Ceci améliore la condition d'étanchéité de la résistance génératrice de chaleur dans le substrat en céramique, améliorant ainsi la fiabilité de l'élément de détection d'état de liquide. De préférence, dans l'un quelconque des éléments de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, des conducteurs de connexion communiquant électriquement avec la résistance génératrice de chaleur s'étendent à travers la première couche isolante en céramique de part et d'autre de son épaisseur, et le signal de sortie est fourni en sortie par l'intermédiaire des conducteurs de connexion. Dans la formation du conducteur de connexion pour communiquer électriquement avec la résistance génératrice de chaleur, dans le sens de l'épaisseur du substrat en céramique, le conducteur de connexion est formé de telle manière à s'étendre à travers la première couche mince isolante en céramique de part et d'autre de son épaisseur, réduisant ainsi la quantité de matériau utilisé pour former le conducteur de connexion. Ceci diminue le coût de l'élément de détection d'état de liquide. De préférence, dans l'un quelconque des éléments de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, le liquide est une solution aqueuse d'urée.

L'élément de détection d'état de liquide de la présente invention est immergé dans une solution aqueuse d'urée. La solution aqueuse d'urée est contenue dans un agent réducteur de NOR, par exemple, dans un récipient de liquide d'un véhicule à moteur diesel. Dans un environnement à basse température, par exemple pendant l'hiver, la solution aqueuse d'urée peut geler. Dans un tel environnement à basse température, l'excitation et la désexcitation répétées de la résistance génératrice de chaleur de l'élément de détection d'état de liquide immergé dans la solution aqueuse d'urée provoque une fusion et un gel répétés de la solution aqueuse d'urée autour de l'élément de détection d'état de liquide. Une grande variation de volume associée de la solution aqueuse d'urée peut exercer une force importante sur l'élément de détection d'état de liquide. Comme mentionné précédemment, l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention a une solidité appropriée et présente une bonne sensibilité. Ainsi, durant l'utilisation de l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention dans un environnement à basse température, l'élément est exempt de rupture, qui pourrait se produire dans le cas contraire à partir d'un changement d'état (gel et fusion) de la solution aqueuse d'urée, et il peut détecter l'état de la solution aqueuse d'urée avec une bonne précision.

Un autre moyen pour résoudre les problèmes est un capteur de détection d'état de liquide comprenant un élément de détection d'état de liquide et une section de détection. L'élément de détection d'état de liquide comprend un substrat en céramique formé d'une structure stratifiée comprenant une première couche isolante en céramique et une seconde couche isolante en céramique, et une résistance génératrice de chaleur incorporée hermétiquement de manière étanche au liquide entre la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique, et ayant une valeur de résistance qui varie avec sa température. L'élément de détection d'état de liquide est immergé dans le liquide. La section de détection détecte l'état du liquide en se basant sur le signal de sortie que fournit en sortie la résistance génératrice de chaleur excitée, en fonction de sa valeur de résistance. La première couche isolante en céramique a une plus petite épaisseur que la seconde couche isolante en céramique.

Le capteur de détection d'état de liquide comporte l'élément de détection d'état de liquide incluant la résistance génératrice de chaleur dont la valeur de résistance varie avec sa température et qui est immergée dans le liquide. Ainsi, par excitation de la résistance génératrice de chaleur, l'élément de détection d'état de liquide produit un signal de sortie correspondant à la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur. En se basant sur ce signal, le capteur de détection d'état de liquide peut déterminer l'état du liquide. Dans l'élément de détection d'état de liquide du capteur de détection d'état de liquide de la présente invention, la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique utilisées pour incorporer hermétiquement de manière étanche au liquide la résistance génératrice de chaleur entre elles ont également une épaisseur différente ; de façon spécifique, la première couche isolante en céramique est plus mince que la seconde couche isolante en céramique. Pour une épaisseur globale donnée d'un élément, par rapport par exemple à un élément de détection d'état de liquide dont la première et la seconde couche isolantes en céramique ont la même épaisseur, l'élément de détection d'état de liquide du capteur de détection d'état de liquide de la présente invention présente une meilleure sensibilité tout en ayant une solidité similaire. Ceci est dû à la raison susmentionnée. En conséquence, l'élément de détection d'état de liquide du capteur de détection d'état de liquide de la présente invention présente une bonne sensibilité tout en ayant une solidité appropriée. Ainsi, dans le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention, l'élément de détection d'état de liquide a peu de chance de se rompre. Le capteur de détection d'état de liquide peut également détecter l'état du liquide avec une bonne précision. Des exemples de signal de sortie fourni en sortie par la résistance génératrice de chaleur excitée, en fonction de sa valeur de résistance, comportent une << tension apparaissant en appliquant un courant constant à la résistance génératrice de chaleur et un courant apparaissant en appliquant une tension constante à la résistance génératrice de chaleur. De préférence, dans le capteur de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus, la résistance génératrice de chaleur prend une forme en méandres comprenant un grand nombre de parties linéaires parallèles s'étendant parallèlement les unes aux autres et un grand nombre de parties de connexion reliant chaque partie linéaire parallèle adjacente et les parties linéaires parallèles sont agencées par intervalles plus petits que l'épaisseur de la première couche isolante en céramique.

Au moyen de l'agencement des parties linéaires parallèles de la résistance génératrice de chaleur par intervalles plus petits que la distance entre la surface de la première couche isolante en céramique et les parties linéaires parallèles (c'est-à-dire, l'épaisseur de la première couche isolante en céramique), on peut faire en sorte que la variation de la répartition de température sur la surface de la première couche isolante en céramique soit faible, réduisant ainsi l'irrégularité de chauffage du liquide. En vertu de cette caractéristique combinée avec l'effet fourni en rendant la première couche isolante en céramique plus mince que la seconde couche isolante en céramique, on peut détecter l'état du liquide avec une plus grande précision.

De préférence, dans l'élément de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus, la surface extérieure du substrat en céramique comporte une zone de contact qui vient en contact avec le liquide. Dans le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention, l'élément de détection d'état de liquide peut présenter une solidité appropriée comme mentionné ci-dessus. Ainsi, même lorsque l'élément est soumis à un état de température dans lequel le liquide gèle et que la résistance génératrice de chaleur est excitée et désexcitée de manière répétée, on peut efficacement empêcher la rupture de l'élément.

Le contact direct du substrat en céramique avec le liquide accélère la conduction de chaleur vers le liquide à travers la première couche mince isolante en céramique, maximisant ainsi l'effet de l'amélioration de sensibilité. De préférence, dans l'un ou l'autre des capteurs de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, l'élément de détection d'état de liquide est tel que la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique sont faites du même matériau. La première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique faites du même matériau ont le même coefficient de dilatation thermique. En conséquence, la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique se dilatent ou se contractent avec la température, d'un degré similaire, évitant ainsi une contrainte et une rupture de l'élément de détection d'état de liquide, pouvant apparaître dans le cas contraire d'après la différence de dilatation/contraction entre la première et la seconde couche isolantes en céramique. En conséquence, le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention est tel qu'on supprime dans une plus grande mesure la rupture de l'élément de détection d'état de liquide de la présente invention.

De préférence, dans l'un quelconque des capteurs de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, l'élément de détection d'état de liquide est tel que la première couche isolante en céramique et la seconde couche isolante en céramique sont formées par cuisson simultanée. La formation de la première couche isolante en céramique et de la seconde couche isolante en céramique par cuisson simultanée améliore la force de liaison entre la première et la seconde couche isolantes en céramique. Ceci améliore l'état d'étanchéité de la résistance génératrice de chaleur dans le substrat en céramique, améliorant ainsi la fiabilité de l'élément de détection d'état de liquide et ainsi la fiabilité du capteur de détection d'état de liquide.

De préférence, dans l'un quelconque des capteurs de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, l'élément de détection d'état de liquide est tel que des conducteurs de connexion communiquant électriquement avec la résistance génératrice de chaleur s'étendent à travers la première couche isolante en céramique de part et d'autre de son épaisseur, et tel que le signal de sortie est fourni en sortie par l'intermédiaire des conducteurs de connexion. Dans la formation du conducteur de connexion pour communiquer électriquement avec la résistance génératrice de chaleur, dans le sens de l'épaisseur du substrat en céramique, le conducteur de connexion est formé de telle manière à s'étendre à travers la première couche mince isolante en céramique de part et d'autre de son épaisseur, réduisant ainsi la quantité de matériau utilisé pour former le conducteur de connexion. Ceci diminue le coût de l'élément de détection d'état de liquide et ainsi, le coût du capteur de détection d'état de liquide.

De préférence, dans l'un quelconque des capteurs de détection d'état de liquide mentionnés ci-dessus, la section de détection excite la résistance génératrice de chaleur pendant une période de temps prédéterminée, obtient une première valeur de correspondance et une seconde valeur de correspondance correspondant aux valeurs de résistances respectives de la résistance génératrice de chaleur à différents moments durant la période de temps prédéterminée, et détermine au moins la concentration d'un certain composant dans le liquide en se basant sur la première valeur de correspondance et la seconde valeur de correspondance.

En utilisant la configuration ci-dessus pour la section de détection, on peut saisir précisément le degré d'augmentation de la température de la résistance génératrice de chaleur, de telle sorte qu'on peut détecter de manière stable la concentration d'un certain composant dans le liquide.

On notera que la première valeur de correspondance et la << seconde valeur de correspondance correspondant aux valeurs de résistance respectives de la résistance génératrice de chaleur peuvent être des valeurs dans la même unité, et des exemples de celle-ci comportent la tension, le courant, et une valeur réduite à la température. On peut détecter la concentration d'un certain composant dans le liquide en utilisant par exemple, la différence entre la première et la seconde valeur de correspondance ou le rapport entre la première et la seconde valeur de correspondance. De préférence, le capteur de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus comprend en outre, un détecteur de niveau ayant une première électrode et une seconde électrode, la première et la seconde électrode formant un condensateur dont la capacité varie avec le niveau du liquide et l'élément de détection d'état de liquide est unifié dans un état isolé avec le détecteur de niveau. Dans le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention, le détecteur de niveau pour détecter le niveau du liquide en fonction de la variation de capacité et l'élément de détection d'état de liquide sont unifiés dans un état isolé l'un avec l'autre. Au moyen de l'unification du détecteur deniveau actionné par la capacité, dont la précision de détection de niveau est relativement grande, avec l'élément de détection d'état de liquide, un simple capteur peut détecter le niveau du liquide et la concentration d'un certain composant dans le liquide, avec une bonne précision. De préférence, dans l'un quelconque des capteurs de détection d'état de liquide mentionné ci-dessus, le liquide est une solution aqueuse d'urée. Le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention est adapté à détecter l'état d'une solution aqueuse d'urée. La solution aqueuse d'urée est contenue dans un agent de réduction de NON, par exemple, dans un récipient de liquide d'un véhicule à moteur diesel.

Dans un environnement à basse température, par exemple pendant l'hiver, la solution aqueuse d'urée peut geler. Dans ce cas, l'excitation et la désexcitation répétées de la résistance génératrice de chaleur de l'élément de détection d'état de liquide provoque une fusion et un gel répétés de la solution aqueuse d'urée autour de l'élément de détection d'état de liquide.

Une grande variation de volume associée de la solution aqueuse d'urée peut exercer une force importante sur l'élément de détection d'état de liquide. Dans le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention, comme mentionné précédemment, l'élément de détection d'état de liquide a une solidité appropriée est présente une bonne sensibilité. Ainsi, dans un environnement à basse température, le capteur de détection d'état de liquide de la présente invention est exempt de rupture de l'élément de détection d'état de liquide, qui pourrait se produire dans le cas contraire à partir d'un changement d'état (gel et fusion) de la solution aqueuse d'urée, et il peut détecter l'état de la solution aqueuse d'urée avec une bonne précision. Brève description des dessins La figure 1 est une vue partiellement en coupe verticale d'un capteur de détection d'état de liquide 100 selon le mode de réalisation.

La figure 2 est une vue en coupe d'un élément de détection d'état de liquide 110 selon le mode de réalisation. La figure 3 est une vue explicative pour expliquer l'intérieur de l'élément de détection d'état de liquide 110. La figure 4 est un schéma par blocs représentant la configuration électrique du capteur de détection d'état de liquide 100. La figure 5 est une courbe montrant un exemple de variation de la tension V d'une résistance génératrice de chaleur 117 au moment de l'excitation. La figure 6 est une courbe montrant la relation entre l'épaisseur 25 des couches isolantes en céramique et la sensibilité (différence AM?). Meilleur mode de réalisation de l'invention Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit en référence aux dessins. La figure 1 est une vue partiellement en coupe verticale d'un capteur de détection d'état de liquide 100 selon le présent 30 mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 1, le capteur de détection d'état de liquide 100 comporte un élément de détection d'état de liquide 110, une électrode tubulaire externe 10, une électrode tubulaire interne 20, une section de détection 160, et une section de montage 40. Dans le capteur de détection d'état de liquide 100, vu le long d'un axe C, 35 le côté vers l'élément de détection d'état de liquide 110 est le côté d'extrémité avant et le côté vers la section de détection 160 est le côté d'extrémité arrière. Comme représenté sur la figure 4, dans le capteur de détection d'état de liquide 100 du présent mode de réalisation, une partie d'extrémité avant de celui-ci est immergée dans une solution aqueuse d'urée L contenue dans un réservoir d'urée aqueux 98, de telle sorte à pouvoir détecter l'état de la solution aqueuse d'urée La section de montage 40 est faite d'un métal et comporte des trous de traversée de boulons (non représentés) formés à l'intérieur pour permettre d'y introduire des boulons correspondants. Le capteur de détection d'état de liquide 100 peut être monté sur le réservoir d'urée aqueux 98 (voir la figure 4) en utilisant des boulons de montage destinés à être introduits dans les trous de traversée de boulons de la section de montage 40. L'électrode tubulaire externe 10 est faite de métal, prend une forme cylindrique, et s'étend vers l'arrière depuis le côté d'extrémité avant du capteur de détection d'état de liquide 100, son axe coïncidant avec l'axe C. L'électrode tubulaire externe 10 est soudée dans sa partie d'extrémité arrière 12 à la section de montage 40. La section de montage 40 est reliée à une carte de câblage 60, qui est un composant de la section de détection 160, d'une manière telle à avoir le même potentiel que celui d'une section de câblage (non représentée) ayant le potentiel de la masse. En conséquence, l'électrode tubulaire externe 10 soudée à la section de montage 40 a le potentiel de la masse. L'électrode tubulaire interne 20 est faite de métal, prend une forme cylindrique d'un plus petit diamètre que l'électrode tubulaire externe 10 et est disposée de telle sorte que son axe coïncide avec l'axe C. L'électrode tubulaire interne 20 s'étend vers l'arrière, dans l'électrode tubulaire externe 10, à partir du côté d'extrémité avant du capteur de détection d'état de liquide 100. Bien que n'étant pas illustré, l'électrode tubulaire interne 20 est solidement fixée dans sa partie d'extrémité arrière à la section de montage 40 par l'intermédiaire d'un élément isolant. L'électrode tubulaire interne 20 est électriquement connectée à la carte de câblage 60, qui est un composant de la section de détection 160. Une tension alternative est appliquée à l'électrode tubulaire interne 20. La surface extérieure de l'électrode tubulaire interne 20 en contact avec la solution aqueuse d'urée L est recouverte d'un film de résine isolant 23 contenant du fluor.

Comme représenté sur la figure 2, l'élément de détection d'état de liquide 110 comporte une première couche isolante en céramique 111, une seconde couche isolante en céramique 112, et une couche conductrice 118 positionnée entre elles. De façon détaillée, l'élément de détection d'état de liquide 110 est formé par cuisson simultanée de telle sorte que la couche conductrice 118 soit incorporée hermétiquement de manière étanche au liquide entre la première couche isolante en céramique 111 et la seconde couche isolante en céramique 112. En conséquence, même lorsque l'élément de détection d'état de liquide 110 est directement immergé dans la solution aqueuse d'urée L, la couche conductrice 118 est exempte de court-circuit, qui résulterait dans le cas contraire de l'entrée de la solution aqueuse d'urée L dans l'élément de détection d'état de liquide 110. L'élément de détection d'état de liquide 110 est directement immergé dans la solution aqueuse d'urée L et la surface externe de sa partie d'extrémité avant (substrat en céramique 181) sert de zone de contact S (voir la figure 1) venant en contact avec la solution aqueuse d'urée L. En conséquence, par comparaison avec un élément moulé dans de la résine, l'élément de détection d'état de liquide 110 présente une meilleure sensibilité.

La première couche isolante en céramique 111 et a seconde couche isolante en céramique 112 sont faites d'alumine et prennent la forme d'une plaque rectangulaire. La première et la seconde couche isolantes en céramique 111 et 112 sont empilées en un substrat en céramique unique 181. Toutefois, dans le présent mode de réalisation, comme représenté sur la figure 2, la première couche isolante en céramique 111 a une plus petite épaisseur que la seconde couche isolante en céramique 112. De façon spécifique, par exemple, on préfère une épaisseur de la première couche isolante en céramique 111 de 0,27 mm et une épaisseur de la seconde couche isolante en céramique 112 de 0,39 mm. Lorsqu'on doit améliorer la solidité de l'élément, de préférence, seule l'épaisseur de la seconde couche isolante en céramique 112 est accrue, tandis que l'épaisseur de la première couche isolante en céramique 111 est maintenue inchangée. Tandis que la solidité de l'élément est renforcée en accroissant l'épaisseur globale de l'élément, la conductivité de chaleur vers la solution aqueuse d'urée à travers la première couche isolante en céramique 111 peut être maintenue sensiblement inchangée en maintenant inchangée l'épaisseur de la première couche isolante en céramique 111, supprimant ainsi une chute de sensibilité de l'élément. De façon spécifique, par exemple, en utilisant une épaisseur de la première couche isolante en céramique 111 de 0,27 mm et une épaisseur de la seconde couche isolante en céramique 111 de 0,59 mm ou 0,80 mm, on peut renforcer la solidité de l'élément tandis qu'on supprime la chute de sensibilité de l'élément. La couche conductrice 118 contient du Pt en tant que composant principal et comporte, comme représenté sur la figure 3, une première partie conductrice 115, une seconde partie conductrice 116 et une résistance génératrice de chaleur 117 connectée à celle-ci. La résistance génératrice de chaleur 117 comporte un grand nombre de parties linéaires parallèles 117b s'étendant de manière rectiligne parallèlement les unes aux autres dans la direction longitudinale de la seconde couche isolante en céramique 112 (dans la direction verticale sur la figure 3) et des parties de liaison arquées 117c reliées chacune aux parties linéaires parallèles adjacentes 117b de telle manière à changer de direction. La résistance génératrice de chaleur 117 prend dans son ensemble la forme d'un fil en méandres ayant une plus petite aire en section transversale que celle de la première partie conductrice 115 et de la seconde partie conductrice 116. En conséquence, lorsqu'on excite la couche conductrice 118, de la chaleur est générée principalement dans la résistance génératrice de chaleur 117. La valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117 varie avec sa température. Selon le présent mode de réalisation, dans la résistance génératrice de chaleur 117, un grand nombre des parties linéaires parallèles 117b sont également agencées par intervalles P de 0,15 mm dans la direction latérale (direction gauche-droite sur la figure 3) de la seconde couche isolante en céramique 112. De manière détaillée, les intervalles P entre les parties linéaires parallèles 117b sont plus petits que l'épaisseur (0,27 mm) de la première couche isolante en céramique 111, qui est plus mince que la seconde couche isolante en céramique 112. En rendant les intervalles P entre les parties linéaires parallèles 117b, qui sont les parties génératrices de chaleur majeure de la résistance génératrice de chaleur 117, plus petits que la distance entre les parties linéaires parallèles 117b, et en mettant en contact la surface 111c de la première couche isolante en céramique 111 avec la solution aqueuse d'urée L (c'est-à-dire, l'épaisseur de la première couche isolante en céramique 111), on peut faire en sorte que la variation de la répartition de la température sur la surface 111c de la première couche isolante en céramique 111 soit faible, réduisant ainsi l'irrégularité du chauffage dans la solution aqueuse d'urée L située autour de l'élément de détection d'état de liquide 110. Ainsi, on peut détecter avec une bonne précision l'état de la solution aqueuse d'urée L.

De plus, comme représenté sur la figure 2, la première couche isolante en céramique 111 comporte deux trous de traversée 1 llb s'étendant à travers celle-ci de part et d'autre de son épaisseur (dans la direction gauche-droite sur la figure 2) dans des positions correspondant à la couche conductrice 118 (de façon détaillée, la première partie conductrice 115 et la seconde partie conductrice 116). Les trous de traversée 11 lb sont remplis par des conducteurs de traversée respectifs 113. Des plots de connexion carrés 114 communiquant électriquement avec le conducteur de traversée respectif 113 sont formés sur la surface 111c de la première couche isolante en céramique 111.

Des connecteurs 119 sont connectés aux plots de connexion respectifs 114 (voir la figure 1). Comme représenté sur la figure 1, les connecteurs 119 et la section de détection 160 (carte de câblage 60) sont connectés électriquement ensemble par des fils conducteurs 90 s'étendant à travers l'électrode tubulaire interne 20. Ainsi, la résistance génératrice de chaleur 117 de l'élément de détection d'état de liquide 110 est électriquement connectée à la section de détection 160 (carte de câblage 60). Le conducteur de traversée 113 communiquant électriquement avec la résistance génératrice de chaleur 117 correspond au conducteur de connexion de la présente invention. Le conducteur de connexion n'est pas limité à un conducteur de traversée destiné à remplir le trou de traversée 11 lb, mais il peut prendre la forme d'un conducteur formé sur la paroi du trou de traversée 111b. A la place de la première couche isolante en céramique 111, la seconde couche isolante en céramique 112 peut comporter les conducteurs de traversée 113, qui sont prévus dans celle-ci de telle manière à s'étendre à travers celle-ci de part et d'autre de son épaisseur. Toutefois, en prévoyant la première couche isolante en céramique 111 plus mince que la seconde couche isolante en céramique 112, on peut diminuer la quantité de matériau utilisé pour former le conducteur de traversée 113, diminuant ainsi le coût de l'élément de détection d'état de liquide 110.

En s'étendant à travers le support tubulaire isolant 120, qui est fixé à l'électrode tubulaire interne 20 par l'intermédiaire d'un élément de jonction annulaire 127, l'élément de détection d'état de liquide ainsi configuré 110 est maintenu par le support 120 au moyen des éléments de fixation 125 et 126, qui sont formés de colle isolante remplissant le support 120. Une partie de l'élément de détection d'état de liquide 110 où est située la résistance génératrice de chaleur 117 (surface extérieure du substrat en céramique 181) se projette vers l'avant (vers le bas sur la figure 1) depuis le support 120, de façon à être immergée dans la solution aqueuse d'urée.

Une bague en caoutchouc tubulaire 80 fixée à l'électrode tubulaire externe 10 fixe le support 120 maintenant l'élément de détection d'état de liquide 110 sur l'électrode tubulaire interne 20 de telle manière que l'élément de détection d'état de liquide 110 ne se déplace pas le, long de l'axe C. Les éléments de fixation 125 et 126 remplissant le trou 120 empêchent l'entrée de la solution aqueuse d'urée L à l'intérieur de l'électrode tubulaire interne 20. Une protection 130, qui entoure et protège l'élément de détection d'état de liquide 110, est fixée au support 120. La protection 130 comporte une pluralité de trous de traversée pour permettre l'écoulement de la solution aqueuse d'urée L entre l'intérieur et l'extérieur de celle-ci. De cette manière, dans le présent mode de réalisation, le support isolant 120 est fixé à une partie d'extrémité avant de l'électrode tubulaire interne 20 et le support 120 est fixé à l'électrode tubulaire externe 10 par l'intermédiaire de la bague en caoutchouc 80. Ainsi, l'élément de détection d'état de liquide 110, qui est maintenu dans un état isolé par le support 120, est unifié dans un état isolé avec le détecteur de niveau (de façon spécifique, l'électrode tubulaire interne 20, qui est un composant du détecteur de niveau), ce qui va être décrit ultérieurement. Comme représenté sur la figure 1, la section de détection 160 est mise en oeuvre sous la forme d'une carte de câblage 60 sur laquelle sont montés un CPU et analogue, et elle est disposée dans un couvercle de protection 161. De façon spécifique, comme représenté sur la figure 4, la section de détection 160 comporte un micro-ordinateur 220, une première partie de circuit de détection 280, une seconde partie de circuit de détection 250 et une partie de circuit d'entrée/sortie 290.

Le micro-ordinateur 220 comporte un CPU 221, une ROM 222 et une RAM 223 et effectue divers types de contrôles. La partie de circuit d'entrée/sortie 290 commande le protocole de communication pour la transmission des signaux entre le micro-ordinateur 220 et une ECU (unité de commande de moteur).

En fonction d'une instruction du micro-ordinateur 220, la seconde partie du circuit de détection 250 applique une tension alternative prédéterminée entre l'électrode tubulaire externe 10 et l'électrode tubulaire interne 20. La seconde partie du circuit de détection 250 convertit en une tension le courant circulant à ce moment et fournit en sortie le signal de tension associé au micro-ordinateur 220. Puisque la capacité entre l'électrode tubulaire externe 10 et l'électrode tubulaire interne 20 varie en fonction de la quantité de la solution aqueuse d'urée L présente entre l'électrode tubulaire externe 10 et l'électrode tubulaire interne 20, le micro-ordinateur 220 peut déterminer le niveau de la solution aqueuse d'urée L en se basant sur le signal de tension de sortie. Comme on le comprendra d'après la description précédente, dans le présent mode de réalisation, l'électrode tubulaire externe 10 servant de première électrode et l'électrode tubulaire interne 20 recouverte du film isolant 23 et servant de seconde électrode sont disposées en opposition l'une par rapport à l'autre, de manière à former un détecteur de niveau, qui est mis en oeuvre sous la forme d'un condensateur dont la capacité varie avec le niveau du liquide. La première partie du circuit de détection 280 comporte une partie de circuit d'amplificateur différentiel 230, une partie de sortie à courant constant 240, et un commutateur 260. Selon une instruction du micro-ordinateur 220, la première partie du circuit de détection 280 applique un courant constant à l'élément de détection d'état de liquide 110 et fournit en sortie au micro-ordinateur 220 un signal de tension correspondant à la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117.

De façon spécifique, la partie de sortie à courant constant 240 est électriquement connectée à la résistance génératrice de chaleur 117 et fournit en sortie un courant constant. Le commutateur 260 est situé sur une ligne d'excitation s'étendant entre la partie de sortie à courant constant 240 et la résistance génératrice de chaleur 117. Selon une instruction du micro-ordinateur 220, le commutateur 260 effectue une commutation MARCHE/ARRÊT d'application d'électricité à la résistance génératrice de chaleur 117 depuis la partie de sortie à courant constant 240. La partie de circuit d'amplificateur différentiel 230 fournit en sortie au micro-ordinateur 220, en tant que tension détectée, la différence entre le potentiel Pin à la borne d'entrée de la résistance génératrice de chaleur 117 et le potentiel Pout à la borne de sortie de la résistance génératrice de chaleur 117. En se basant sur cette tension détectée, le micro-ordinateur 220, peut calculer par exemple la concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L, de manière à déterminer si la concentration en urée est ou non convenable, et il peut calculer la température de la solution aqueuse d'urée L. Par exemple, lorsque la concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L est de 32,5% en poids, comme illustré par la ligne en trait plein sur la figure 5, la tension de la résistance génératrice de chaleur 117 varie avec le temps d'excitation. Le fonctionnement va être décrit en référence à cet exemple. Premièrement, la partie de sortie à courant constant 240 applique un courant constant à la résistance génératrice de chaleur 117. Juste après que l'excitation de la résistance génératrice de chaleur 117 a démarré (de façon spécifique, 10 msec après le début de l'excitation de la résistance génératrice de chaleur 117), on détecte un signal de tension (première tension détectée VI), qui est fourni en sortie en correspondance avec la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117 et sert de première valeur de correspondance.

Puis, après que se soit écoulé un temps d'excitation prédéterminé tl (par exemple, tl = 700 msec) depuis le début de l'excitation, on détecte un signal de sortie (seconde tension détectée V2) qui est fourni en sortie en correspondance avec la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117 et sert de seconde valeur de correspondance.

On calcule ensuite la différence AV (dans cet exemple, AV1) entre V2 et V1 ; c'est-à-dire qu'on calcule V2 - VI. Si ce AV (dans cet exemple, AV1) est égal ou inférieur à une valeur de seuil Q (valeur maximale parmi les valeurs de AV ayant été précédemment obtenues pour des solutions aqueuses d'urée L de diverses concentrations), on peut déterminer que la solution aqueuse d'urée L est contenue dans le réservoir d'urée aqueux 98. De plus, en calculant la concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée selon une expression fonctionnelle prédéterminée, on peut déterminer si la concentration en urée est appropriée ou non. Dans cet exemple, la concentration en urée est calculée à 32,5% en poids ainsi, on estime que la concentration en urée est appropriée.

L'opération ci-dessus est basée sur le principe suivant. Une différence de concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L provoque une différence de conductivité thermique de la solution aqueuse d'urée L. Ainsi, lorsqu'on chauffe la solution aqueuse d'urée L au moyen de la résistance génératrice de chaleur 117, une différence de la concentration en urée provoque une différence de vitesse d'augmentation de la température de la solution aqueuse d'urée L. En conséquence, la vitesse de l'augmentation de la température de la solution aqueuse d'urée L (c'est-à-dire, la concentration de la solution aqueuse d'urée L) influe sur l'augmentation de température de la résistance génératrice de chaleur 117 de l'élément de détection d'état de liquide 110 immergé dans la solution aqueuse d'urée L. Comme mentionné précédemment, la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117 varie avec sa température. En conséquence, après avoir appliqué un courant constant à la résistance génératrice de chaleur 117 pendant une période de temps prédéterminée, une différence de concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L, une différence de type de liquide ou analogue, provoque une différence de valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117. Ainsi, lorsqu'on applique un courant constant à la résistance génératrice de chaleur 117 pendant le temps d'excitation prédéterminé tl, une différence de concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L ou analogue provoque une différence de la différence AV entre la première tension détectée VI et la seconde tension détectée V2 ; c'est-à-dire, V2 -V1. En conséquence, en se basant sur AV, on peut déterminer la concentration en urée dans la solution aqueuse d'urée L ou le type de liquide.

La température de la résistance génératrice de chaleur 117 mesurée juste après le début de l'excitation est sensiblement égale à la température de la solution aqueuse d'urée L présente autour de l'élément de détection d'état de liquide 110 (résistance génératrice de chaleur 117).

Ainsi, la valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117, mesurée juste après le début de l'excitation, correspond à la température de la solution aqueuse d'urée L présente autour de l'élément de détection d'état de liquide 110 (résistance génératrice de chaleur 117). En conséquence, en utilisant la première tension détectée V1, on peut déterminer la température de la solution aqueuse d'urée L. D'autre part, lorsque AV dépasse la valeur de seuil Q, ceci indique qu'il n'y a pas de solution aqueuse d'urée appropriée contenue dans le réservoir d'urée aqueux 98. De façon spécifique, lorsqu'un liquide (de façon spécifique, de l'huile légère ou analogue) différent de la solution aqueuse d'urée L est contenu dans le réservoir d'urée aqueux 98, AV dépasse la valeur de seuil Q. Lorsque le réservoir d'urée aqueux 98 est vide, AV augmente encore. Ainsi, en déterminant au préalable une valeur de seuil R en se basant sur AV obtenu lorsque le réservoir d'urée aqueux 98 est vide, lorsque une valeur AV mesurée dépasse la valeur de seuil Q et dépasse également la valeur de seuil R, on peut déterminer que le réservoir d'urée aqueux 98 est vide. Lorsque la valeur AV mesurée est comprise entre la valeur de seuil Q et la valeur de seuil R, on peut déterminer que le réservoir d'urée aqueux 98 n'est pas vide, mais contient un liquide (de l'huile légère ou analogue) de plus faible conductivité thermique qu'une solution aqueuse d'urée L appropriée. De cette manière, on peut même détecter une anomalie dans le réservoir d'urée aqueux 98. On notera que cette détection d'anomalie est un type de détection d'état de la solution aqueuse d'urée L.

Dans le procédé de détermination de la concentration en urée de la solution aqueuse d'urée L en se basant sur AV déterminé d'après la variation de valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117, plus la différence de valeur de résistance de la résistance génératrice de chaleur 117 déterminée d'après la différence de concentration de la solution aqueuse d'urée L est grande (c'est-à-dire, plus la sensibilité de l'élément de détection d'état de liquide et grande), plus la différence de AV augmente en conséquence, on peut déterminer avec une bonne précision la concentration en urée de la solution aqueuse d'urée L. Plus la première et la seconde couche isolantes en céramique 111 et 112 recouvrant la résistance génératrice de chaleur 117 sont minces, plus la réduction de chaleur éliminée par les couches isolantes en céramique et grande ; c'est-à-dire, plus il est probable que de la chaleur soit conduite vers la solution aqueuse d'urée L, améliorant ainsi la sensibilité de l'élément de détection d'état de liquide 110. Toutefois, à mesure que l'épaisseur de la première et de la seconde couche isolante en céramique 111 et 112 est réduite, la solidité mécanique de l'élément de détection d'état de liquide 110 diminue. En particulier, puisque l'élément de détection d'état de liquide 110 du présent mode de réalisation est immergé dans la solution aqueuse d'urée L, dans des conditions de température basse telles que la solution aqueuse d'urée L gèle, l'excitation et la désexcitation répétées de la résistance génératrice de chaleur s'accompagne d'une fusion et d'un gel répétés de la solution aqueuse d'urée L. Une grande variation de volume associée de la solution aqueuse d'urée L exerce une force importante sur l'élément 110 (en d'autres termes, la zone de contact S du substrat en céramique 181 de l'élément 110 en contact avec la solution aqueuse d'urée L). Ainsi, on peut maintenir une solidité prédéterminée tandis que la sensibilité est améliorée. Ainsi, pour examiner la sensibilité et la solidité, on a préparé six types d'éléments de détection d'état de liquide (échantillons 1 à 6) ayant des épaisseurs des couches isolantes en céramique différentes. Les échantillons 1 à 6 utilisaient des résistances génératrices de chaleur similaires 117. Les échantillons 1 à 3 ont été préparés comme échantillons de l'élément de détection d'état de liquide 110 selon le présent mode de 30 réalisation. Dans l'échantillon 1, la première couche isolante en céramique a une épaisseur de 0,27 mm et laseconde couche isolante en céramique 112 a une épaisseur de 0,39 mm. Dans l'échantillon 2, la première couche isolante en céramique 35 111 a une épaisseur de 0,27 mm et la seconde couche isolante en céramique 112 a une épaisseur de 0,59 mm.

Dans l'échantillon 3, la première couche isolante en céramique 111 a une épaisseur de 0,27 mm et la seconde couche isolante en céramique 112 a une épaisseur de 0,80 mm. Comme mentionné ci-dessus, selon le présent mode de réalisation, la première couche isolante en céramique 111 est plus mince que la seconde couche isolante en céramique 112. Les échantillons 4 à 6 ont été préparés comme échantillons de l'élément de détection d'état de liquide 110 selon un exemple comparatif. Dans l'échantillon 4, la première couche isolante en céramique 111 et la seconde couche isolante en céramique 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,27 mm. Dans l'échantillon 5, la première couche isolante en céramique 111 et la seconde couche isolante en céramique 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,39 mm.

Dans l'échantillon 6, la première couche isolante en céramique 111 et la seconde couche isolante en céramique 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,59 m Comme mentionné ci-dessus, selon l'exemple comparatif, la première couche isolante en céramique 111 et la seconde couche isolante 20 en céramique 112 ont la même épaisseur. On a examiné la sensibilité des échantillons 1 à 6. De façon spécifique, on a immergé les capteurs de détection d'état de liquide comportant les échantillons respectifs 1 à 6 dans la solution aqueuse d'urée L ayant une concentration en urée de 32, 5% en poids et on les a 25 utilisés pour détecter AV (AV détecté est appelé AV1) au moyen du procédé susmentionné (voir la figure 5). De façon similaire, on a immergé les capteurs de détection d'état de liquide dans de l'eau ayant une concentration en urée de 0% en poids et on les a utilisés pour détecter AV (AV détecté est appelé AV2). Le temps d'excitation tl pour la résistance 30 génératrice de chaleur 117 était de 700 msec avec l'ensemble des échantillons 1 à 6. On a calculé ensuite la différence AV entre AV1 et AV2 ; c'est-à-dire, AV1 AV2. Plus la différence AV est grande, meilleure est la sensibilité. Puisqu'une erreur de fabrication dans la fabrication des 35 résistances génératrices de chaleur 117 peut provoquer une légère différence de valeur de résistance naturelle entre les résistances génératrices de chaleur 117, on a utilisé une valeur corrigée obtenue en divisant la différence AV par la première tension détectée VI (différence AV/VI) pour comparer la sensibilité entre les échantillons. La figure 6 montres les résultats.

L'échantillon 4 (0,25 mm + 0,27 mm) selon l'exemple comparatif présente la plus grande valeur de différence AV/V1, ce qui indique que l'échantillon 4 a une excellente sensibilité. Toutefois, l'échantillon 4 a un problème de solidité. De façon spécifique, puisque l'épaisseur globale est aussi mince que 0,54 mm, l'échantillon 4 présente un risque de rupture dans un état de température basse tel que la solution aqueuse d'urée L gèle. Par opposition, l'échantillon 1 (0,27 mm + 0,39 mm) selon le présent mode de réalisation présente une valeur de différence AV/Vl légèrement plus petite, mais presque équivalente à celle de l'échantillon 4, ce qui indique que l'échantillon 1 présente une excellente sensibilité. De plus, puisque l'échantillon 1 a une épaisseur de 0,66 mm, qui est supérieure de 0,12 mm à l'épaisseur de l'échantillon 1, sa solidité est améliorée. En conséquence, l'échantillon 1 est exempt de rupture même dans un état de température basse tel que la solution aqueuse d'urée L gèle. On compare ensuite la sensibilité (différence AV/Vl) entre l'élément de détection d'état de liquide 100 selon le présent mode de réalisation et un élément de détection d'état de liquide selon l'exemple comparatif ayant la même épaisseur globale. Puisque les éléments de détection d'état de liquide selon le présent mode de réalisation et l'exemple comparatif sont formés par cuisson simultanée, on peut dire que les éléments de détection d'état de liquide ayant la même épaisseur ont sensiblement la même solidité. Premièrement, on compare l'échantillon 1 (présent mode de réalisation) ayant une épaisseur globale de 0,66 mm et un échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 0,66 mm. Pour cette comparaison, on suppose qu'un échantillon imaginaire 7 (la première et la seconde couche isolante 111 et 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,33 mm) représenté par la marque o sur la figure 6 est l'échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 0,66 mm. Comme cela apparaît d'après la figure 6, même si l'échantillon 1 du présent mode de réalisation et l'échantillon imaginaire 7 de l'exemple comparatif ont la même épaisseur, différence V/V1 de l'échantillon 1 est plus grand que celui de l'échantillon imaginaire 7. C'est-â-dire que l'échantillon 1 du présent mode de réalisation a une plus grande sensibilité que l'échantillon imaginaire 7 de l'exemple comparatif, même s'ils ont tous deux une solidité similaire. Puis, on compare l'échantillon 2 (présent mode de réalisation) ayant une épaisseur globale de 0,86 mm et un échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 0,86 mm. Pour cette comparaison, on suppose qu'un échantillon imaginaire 8 (la première et la seconde couche isolante 111 et 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,43 mm) représenté par la marque o sur la figure 6 est l'échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 0,86 mm. Comme cela apparaît d'après la figure 6, même si l'échantillon 2 du présent mode de réalisation et l'échantillon imaginaire 8 de l'exemple comparatif ont la même épaisseur, différence V/V1 de l'échantillon 1 est plus grand que celui de l'échantillon imaginaire 8. C'est-â-dire que l'échantillon 2 du présent mode de réalisation a une plus grande sensibilité que l'échantillon imaginaire 8 de l'exemple comparatif, même s'ils ont tous deux une solidité similaire. De plus, on compare l'échantillon 3 (présent mode de réalisation) ayant une épaisseur globale de 1,07 mm et un échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 1,07 mm. Pour cette comparaison, on suppose qu'un échantillon imaginaire 9 (la première et la seconde couche isolante 111 et 112 ont toutes deux une épaisseur de 0,535 mm) représenté par la marque o sur la figure 6 est l'échantillon de l'exemple comparatif ayant une épaisseur globale de 1,07 mm. Comme cela apparaît d'après la figure 6, même si l'échantillon 3 du présent mode de réalisation et l'échantillon imaginaire 9 de l'exemple comparatif ont la même épaisseur, différence V/V1 de l'échantillon 3 est plus grand que celui de l'échantillon imaginaire 9. C'est-à-dire que l'échantillon 3 du présent mode de réalisation a une plus grande sensibilité que l'échantillon imaginaire 9 de l'exemple comparatif, même s'ils ont tous deux une solidité similaire.

Les résultats ci-dessus montrent que, pour une épaisseur globale donnée d'un élément, l'élément de détection d'état de liquide 100 dans lequel la première couche isolante en céramique 111 est plus mince que la seconde couche isolante en céramique 112, a une meilleure sensibilité qu'un élément dans lequel la première et la seconde couche isolantes en céramique 111 et 112 ont la même épaisseur. C'est-à-dire que pour une épaisseur globale donnée d'un élément, par comparaison avec un élément de détection d'état de liquide dans lequel la première et la seconde couche isolantes en céramique ont la même épaisseur, l'élément de détection d'état de liquide 100 du présent mode de réalisation peut présenter une meilleure sensibilité tout en ayant une solidité similaire. En conséquence, l'élément de détection d'état de liquide 100 du présent mode de réalisation présente une bonne sensibilité tout en ayant une solidité appropriée. Bien que la présente invention ait été décrite en référence au mode de réalisation, la présente invention n'y est pas limitée, mais elle peut être modifiée comme approprié sans s'écarter de l'esprit ou de la portée de l'invention. Par exemple, dans le capteur de détection d'état de liquide 100 du mode de réalisation, l'électrode tubulaire externe 10 et l'électrode tubulaire interne 20 sont prévues pour détecter le niveau de la solution aqueuse d'urée L. Toutefois, l'électrode tubulaire externe 10 et l'électrode tubulaire interne 20 peuvent ne pas être prévues. Dans ce cas, on préfère l'absence de la détection susmentionnée de l'anomalie de la solution aqueuse d'urée L. Dans le capteur de détection d'état de liquide 100 du mode de réalisation, la couche conductrice 118 incluant la résistance génératrice de chaleur 117 est formée à partir d'un matériau qui contient du Pt en tant que composant principal. Toutefois, le matériau pour la couche conductrice 118 est n'y est pas limité, mais il peut contenir W, Mo, ou analogue en tant que composant principal. La couche conductrice 118 peut également contenir des traces d'un composant en céramique (de l'alumine dans le présent mode de réalisation) utilisé pour former la première et la seconde couche isolantes en céramique 111 et 112. Description des numéros de référence 100 : capteur de détection d'état de liquide 110 : élément de détection d'état de liquide 111 : première couche isolante en céramique 112: seconde couche isolante en céramique 113 : conducteur de traversée (conducteur de connexion) 117: résistance génératrice de chaleur 160 : section de détection 181 : substrat en céramique : électrode tubulaire externe (première électrode) 20 : électrode tubulaire interne (seconde électrode)

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Élément de détection d'état de liquide (110) comprenant : un substrat en céramique (181) formé dans une structure stratifiée comprenant une première couche isolante en céramique (111) et une seconde couche isolante en céramique (112) ; et une résistance génératrice de chaleur (117) incorporée hermétiquement de manière étanche au liquide entre la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112) et ayant une valeur de résistance qui varie avec sa température ; l'élément de détection d'état de liquide (110) étant immergé dans un liquide et la résistance génératrice de chaleur (117) étant excitée, la résistance génératrice de chaleur (117) fournissant en sortie un signal de sortie associé à l'état du liquide caractérisé en ce que la première couche isolante en céramique (111) a une plus petite épaisseur que la seconde couche isolante en céramique (112).

2. Élément de détection d'état de liquide (110) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure du substrat en céramique (181) comporte une zone de contact qui vient en contact avec le liquide.

3. Élément de détection d'état de liquide (110) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112) sont faites du même matériau.

4. Élément de détection d'état de liquide (110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112) sont formées par cuisson simultanée.

5. Élément de détection d'état de liquide (110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des conducteurs de connexion communiquant électriquement avec la résistance génératrice de chaleur (117) s'étendent à travers la première couche isolante en céramique (111) de part et d'autre de son épaisseur, et le signal de sortie est fourni en sortie par l'intermédiaire des conducteurs de connexion.

6. Élément de détection d'état de liquide (110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide est une solution aqueuse d'urée.

7. Capteur de détection d'état de liquide (100) comprenant : un élément de détection d'état de liquide (110) comprenant : un substrat en céramique (181) formé en une structure stratifiée comprenant une première couche isolante en céramique (111) et une seconde couche isolante en céramique (112) ; et une résistance génératrice de chaleur (117) incorporée 10 hermétiquement de manière étanche au liquide entre la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112), et ayant une valeur de résistance qui varie avec sa température l'élément de détection d'état de liquide (110) étant immergé dans le liquide ; et 15 une section de détection (160) pour détecter l'état du liquide en se basant sur le signal de sortie que fournit en sortie la résistance génératrice de chaleur (117) excitée, en fonction de sa valeur de résistance ; caractérisé en ce que la première couche isolante en céramique 20 (111) a une plus petite épaisseur que la seconde couche isolante en céramique (112).

8. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface extérieure du substrat en céramique (181) de l'élément de détection d'état de liquide (110) 25 comporte une zone de contact qui vient en contact avec le liquide.

9. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'élément de détection d'état de liquide (110) est tel que la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112) sont faites du 30 même matériau.

10. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'élément de détection d'état de liquide (110) est tel que la première couche isolante en céramique (111) et la seconde couche isolante en céramique (112) sont 35 formées par cuisson simultanée.

11. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'élément de détection d'état de liquide (110) est tel que des conducteurs de connexion communiquant électriquement avec la résistance génératrice de chaleur (117) s'étendent à travers la première couche isolante en céramique (111) de part et d'autre de son épaisseur, et tel que le signal de sortie est fourni en sortie par l'intermédiaire des conducteurs de connexion.

12. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la section de détection (160) excite la résistance génératrice de chaleur (117) pendant une période de temps prédéterminée, obtient une première valeur de correspondance et une seconde valeur de correspondance correspondant aux valeurs de résistances respectives de la résistance génératrice de chaleur (117) à différents moments durant la période de temps prédéterminée, et détermine au moins la concentration d'un certain composant dans le liquide en se basant sur la première valeur de correspondance et la seconde valeur de correspondance.

13. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon la revendication 12, comprenant en outre un détecteur de niveau ayant une première électrode (10) et une seconde électrode (20), la première et la seconde électrode (10, 20) formant un condensateur dont la capacité varie avec le niveau du liquide caractérisé en ce que l'élément de détection d'état de liquide (110) est unifié dans un état isolé avec le détecteur de niveau.

14. Capteur de détection d'état de liquide (100) selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que le liquide est une solution aqueuse d'urée.