JP2509048Y2 - Alcohol concentration detector - Google Patents
Alcohol concentration detectorInfo
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Description
【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案はアルコール混合液体中のアルコール濃度を検
出するアルコール濃度検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to an alcohol concentration detection device for detecting the alcohol concentration in an alcohol mixed liquid.
〈従来の技術〉 近年、自動車用内燃機関の代替燃料としてガソリンに
メタノールやエタノール等のアルコールを混合したアル
コール混合燃料が提案されている。<Prior Art> In recent years, as an alternative fuel for an automobile internal combustion engine, an alcohol-blended fuel in which gasoline and an alcohol such as methanol or ethanol are mixed has been proposed.
このようなアルコール混合燃料を内燃機関用の燃料と
して用いる場合、アルコール濃度に応じて理論空燃比が
変化するために、供給されたアルコール混合燃料のアル
コール濃度を検出し、このアルコール濃度に基づいて燃
料供給量制御や点火時期制御を行う必要がある（例えば
特開昭56−958540号公報等参照）。When such an alcohol mixed fuel is used as a fuel for an internal combustion engine, the theoretical air-fuel ratio changes according to the alcohol concentration. Therefore, the alcohol concentration of the supplied alcohol mixed fuel is detected, and the fuel is detected based on this alcohol concentration. It is necessary to control the supply amount and the ignition timing (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-958540).
従来のアルコール濃度検出装置を示す第５図におい
て、コンデンサと等価であるセンサ部１の電極間の静電
容量はアルコール混合燃料中のアルコール濃度に基づい
て変化する。LC発振回路２はこのセンサ部１と接続し、
センサ部１の電極間の静電容量に対応した周波数の信号
を出力する。波形変換回路３はこの出力信号をパルス信
号に変換して分周器４に出力し、分周器４はこの出力信
号を分周する。そして周波数−電圧変換回路（以後、Ｆ
−Ｖ変換回路と記す）５はセンサ出力として分周器４の
出力信号の周波数に応じた電圧に変換し、マイクロコン
ピュータ（以後、マイコンと記す）６はＦ−Ｖ変換回路
５の出力信号を入力して混合燃料のアルコール濃度を算
出する。In FIG. 5 showing a conventional alcohol concentration detecting device, the capacitance between the electrodes of the sensor unit 1, which is equivalent to a capacitor, changes based on the alcohol concentration in the alcohol-mixed fuel. The LC oscillator circuit 2 is connected to this sensor unit 1,
A signal having a frequency corresponding to the electrostatic capacitance between the electrodes of the sensor unit 1 is output. The waveform conversion circuit 3 converts this output signal into a pulse signal and outputs it to the frequency divider 4, and the frequency divider 4 frequency-divides this output signal. And a frequency-voltage conversion circuit (hereinafter F
A -V conversion circuit 5 converts the output signal of the frequency divider 4 into a voltage corresponding to the frequency of the output signal of the frequency divider 4, and a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 6 outputs the output signal of the FV conversion circuit 5. Input to calculate the alcohol concentration of the mixed fuel.
〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、従来のアルコール濃度検出装置では、第６
図に示すようにセンサ部１の電極容量は、アルコール濃
度が低い場合にはセンサ部１の特性によりアルコール濃
度に対して略指数関数となるが、所定のアルコール濃度
以上になるとアルコール濃度に対して一次関数となる。
またアルコール濃度に応じてLC発振回路２から出力され
る信号の発振周波数ｆはセンサ部１の容量に対して一次
関数とはならず、次式のように表される。<Problems to be Solved by the Invention> By the way, in the conventional alcohol concentration detecting device,
As shown in the figure, when the alcohol concentration is low, the electrode capacitance of the sensor unit 1 has a substantially exponential function with respect to the alcohol concentration due to the characteristics of the sensor unit 1, but when the alcohol concentration is higher than a predetermined alcohol concentration, It is a linear function.
The oscillation frequency f of the signal output from the LC oscillation circuit 2 according to the alcohol concentration does not become a linear function with respect to the capacitance of the sensor unit 1 and is expressed by the following equation.
ここでCsはアルコール混合燃料のアルコール濃度に対
応した電極容量であり、Coは回路等に存在する浮遊容量
であり、Ｌはインダクタンスである。即ち、LC発振回路
２の出力信号の発振周波数ｆはセンサ部１の容量Csに浮
遊容量Coを加算した容量値の平方値とLC発振回路２を構
成しているインダクタンスＬの平方値とに反比例する。
またセンサ出力であるＦ−Ｖ変換回路５の出力信号の電
圧値はこのLC発振回路２の発振周波数ｆに比例し、した
がってアルコール濃度に対するセンサ出力値は第７図の
ように略Ｓ字状となる。この為、センサ出力値からアル
コール濃度を演算するには演算式が非常に複雑で困難で
あり、アルコール濃度を簡易に特定するには例えばマッ
プ等を必要としていた。また第７図のように２点Ａ、Ｂ
で調整しても調整点以外では電極容量Cs、浮遊容量Coが
ばらつくと破線のように出力誤差が生じるおそれがあっ
た。 Here, C s is an electrode capacitance corresponding to the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel, C o is a stray capacitance existing in a circuit or the like, and L is an inductance. That is, the oscillation frequency f of the output signal of the LC oscillation circuit 2 is the square value of the capacitance value obtained by adding the stray capacitance C o to the capacitance C s of the sensor unit 1 and the square value of the inductance L that constitutes the LC oscillation circuit 2. Inversely proportional to.
Further, the voltage value of the output signal of the FV conversion circuit 5 which is the sensor output is proportional to the oscillation frequency f of the LC oscillation circuit 2, and therefore the sensor output value with respect to the alcohol concentration is substantially S-shaped as shown in FIG. Become. Therefore, an arithmetic expression is very complicated and difficult to calculate the alcohol concentration from the sensor output value, and for example, a map or the like is required to easily specify the alcohol concentration. Also, as shown in FIG. 7, two points A and B
Even if the adjustment was made with, there was a risk that an output error would occur as indicated by the broken line if the electrode capacitance C s and the stray capacitance C o varied at points other than the adjustment point.
本考案ではこのような従来の課題に鑑みてなされたも
ので、アルコール濃度を精度よく検出出来るアルコール
濃度検出装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an alcohol concentration detection device capable of accurately detecting the alcohol concentration.
〈課題を解決するための手段〉 このため本考案では、アルコール濃度に基づいて電極
間の静電容量が変化するセンサ部と、該センサ部の電極
間の静電容量に対応した周波数の信号を出力する発振回
路と、該発振回路の出力信号を分周する分周器と、該分
周器の出力信号の周期に比例した電圧値の信号を出力す
る周波数−電圧変換回路と、を備えたアルコール濃度検
出装置において、前記周波数−電圧変換回路の出力電圧
値を２乗する２乗回路と、 該２乗回路の出力値を調整する調整回路と、を設けた。<Means for Solving the Problem> Therefore, in the present invention, the sensor unit in which the capacitance between the electrodes changes based on the alcohol concentration and the signal of the frequency corresponding to the capacitance between the electrodes of the sensor unit are provided. An oscillation circuit for outputting, a frequency divider for dividing the output signal of the oscillation circuit, and a frequency-voltage conversion circuit for outputting a signal having a voltage value proportional to the cycle of the output signal of the frequency divider are provided. The alcohol concentration detecting device is provided with a squaring circuit for squaring the output voltage value of the frequency-voltage converting circuit and an adjusting circuit for adjusting the output value of the squaring circuit.
〈作用〉 上記の構成によれば、２乗回路で周波数−電圧変換回
路の出力電圧を２乗すると、２乗回路の出力信号はセン
サ部の容量に対する１次関数となり、調整回路で出力信
号を調節すればセンサ出力値から容易にしかも精度よく
アルコール濃度を算出することが可能となる。<Operation> According to the above configuration, when the output voltage of the frequency-voltage conversion circuit is squared by the squaring circuit, the output signal of the squaring circuit becomes a linear function with respect to the capacitance of the sensor unit, and the output signal is adjusted by the adjusting circuit. If adjusted, the alcohol concentration can be calculated easily and accurately from the sensor output value.
〈実施例〉 以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。
尚、第５図と同一要素のものについては同一符号を付し
て説明は省略する。<Embodiment> An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The same elements as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
本実施例を示す第１図において、分周器４からマイコ
ン６まで順次、Ｆ−Ｖ変換回路５の出力電圧を２乗する
２乗回路11と、２乗回路11の出力を調整してセンサ出力
とする調整回路である増幅器12と、が接続されている。In FIG. 1 showing the present embodiment, a square circuit 11 that squares the output voltage of the FV conversion circuit 5 and the output of the square circuit 11 are sequentially adjusted from the frequency divider 4 to the microcomputer 6 to adjust the sensor. An amplifier 12, which is an adjusting circuit for outputting, is connected.
前記２乗回路11は第２図のような回路構成で示され
る。The squaring circuit 11 is shown in a circuit configuration as shown in FIG.
オペアンプOP1は、反転入力端子で抵抗R2を介してＦ
−Ｖ変換回路５の出力電圧V1を入力すると共に電界効果
トランジスタFET1（以後、FET1と記す）のドレインに接
続し、非反転入力端子で基準電圧Vrefを入力し、出力端
でFET1のゲートに接続している。ダイオードD1、D2はカ
ソードをアース側にしてFET1のソースとアースとの間に
直列に接続している。トランジスタTr1はベースでダイ
オードD1のアノードに接続し、コレクタでオペアンプOP
2の反転入力端子に接続し、エミッタでオペアンプOP3の
出力端に接続している。オペアンプOP2は反転入力端子
で抵抗R3を介して出力端に接続し非反転入力端子で基準
電圧Vrefを入力している。ダイオードD3はカソードをア
ース側にして定電流I4の定電流電源13とアースとの間に
接続し、オペアンプOP3は非反転入力端子でダイオードD
3のアノードに接続してボルテージフォロワ回路を形成
している。Operational amplifier OP1 via the resistor R 2 at the inverting input terminal F
The output voltage V 1 of the −V conversion circuit 5 is input and the drain of the field effect transistor FET1 (hereinafter referred to as FET1) is connected, the reference voltage V ref is input at the non-inverting input terminal, and the gate of the FET 1 is output. Connected to. The diodes D 1 and D 2 are connected in series between the source of the FET 1 and the ground with the cathode on the ground side. The transistor Tr 1 has its base connected to the anode of the diode D 1 and its collector connected to the operational amplifier OP.
It is connected to the inverting input terminal of 2, and the emitter is connected to the output terminal of operational amplifier OP3. The operational amplifier OP2 has an inverting input terminal connected to the output terminal via a resistor R 3 and has a non-inverting input terminal receiving the reference voltage V ref . The diode D 3 is connected between the constant current power supply 13 for the constant current I 4 and the ground, with the cathode on the ground side, and the operational amplifier OP3 has a non-inverting input terminal and is connected to the diode D 3.
It is connected to the anode of 3 to form a voltage follower circuit.
またＦ−Ｖ変換回路５は第３図のような回路構成で示
される。Further, the FV conversion circuit 5 is shown in a circuit configuration as shown in FIG.
コンデンサC1は定電流I1の定電流電源14とアースとの
間に接続され、FET2は、ドレインで前記電源14に接続
し、ソースでアースに接続し、ゲートで分周器４の出力
信号を入力する。バッファであるオペアンプOP4は、入
力端でコンデンサC1と電源14との接続点に接続し、出力
端で抵抗R1を介して、信号V1を出力するオペアンプOP5
の入力端に接続している。コンデンサC2はオペアンプOP
5の入力端とアースとの間に接続し、抵抗R1とでローパ
スフィルタを形成している。The capacitor C 1 is connected between the constant current power supply 14 of constant current I 1 and the ground, the FET 2 is connected to the power supply 14 at the drain, connected to the ground at the source, and the output signal of the frequency divider 4 at the gate. Enter. The operational amplifier OP4, which is a buffer, is connected to the connection point between the capacitor C 1 and the power supply 14 at the input terminal and outputs the signal V 1 via the resistor R 1 at the output terminal.
Is connected to the input end of. Capacitor C 2 is operational amplifier OP
It is connected between the input terminal of 5 and ground, and forms a low-pass filter with resistor R 1 .
次に動作を説明する。 Next, the operation will be described.
まず、LC発振回路２から出力される信号の発振周波数
ｆは従来と同様であり、前述の（１）式のように表され
る。First, the oscillation frequency f of the signal output from the LC oscillating circuit 2 is the same as the conventional one, and is represented by the above-mentioned expression (1).
Ｆ−Ｖ変換回路５のFET2は、分周器４の出力信号が
「Ｌ」信号でオフし、コンデンサC1は電源14により定電
流I1で充電される。分周器４の出力信号が「Ｈ」になる
とFET2はオンしてコンデンサC1は放電される。したがっ
て第４図のように分周器４から信号ａが出力されるとこ
のコンデンサC1の充電電圧は鋸波状の信号ｂとなり、そ
のピーク値VPは分周器４の出力信号の周期をＴとして次
式のようになる。FET2 of F-V conversion circuit 5, the output signal of the frequency divider 4 is turned off by the "L" signal, capacitor C 1 is charged with a constant current I 1 by the power source 14. When the output signal of the frequency divider 4 becomes "H" FET2 capacitor C 1 is turned on is discharged. Therefore, as shown in FIG. 4, when the signal a is output from the frequency divider 4, the charging voltage of this capacitor C 1 becomes a sawtooth signal b, and its peak value V P is the cycle of the output signal of the frequency divider 4. The following equation is obtained as T.
この信号ｂはオペアンプOP4により増幅され、抵抗
R1、コンデンサC2とからなるローパスフィルタにより平
滑され、さらにオペアンプOP5を通過し、次式で表され
る信号V1がＦ−Ｖ変換回路５から出力される。 This signal b is amplified by the operational amplifier OP4 and
It is smoothed by a low-pass filter composed of R 1 and a capacitor C 2, and further passes through an operational amplifier OP5, and a signal V 1 represented by the following equation is output from the FV conversion circuit 5.
即ちＦ−Ｖ変換回路５の出力信号V1は分周器４の出力
信号の周期Ｔ（＝1/f）に比例したものとなる。 That is, the output signal V 1 of the FV conversion circuit 5 is proportional to the cycle T (= 1 / f) of the output signal of the frequency divider 4.
次に２乗回路11において、信号V1が入力すると電流I2
（＝V1／R2）がFET1のドレインからアースへと流れる。
ここでFET1のソースであるｓ点の電位VSは次式にしたが
って表される。Next, in the squaring circuit 11, when the signal V 1 is input, the current I 2
(= V 1 / R 2 ) flows from the drain of FET1 to ground.
Here, the potential V S at the point s, which is the source of the FET1, is expressed according to the following equation.
尚、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷
量、isは飽和電流（ダイオード特性による電流−電圧の
関係を示す値）である。 Incidentally, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the charge amount, i s is the saturation current - is (current by diode characteristic value indicating a relation between voltage).
さらにトランジスタTr1のベースに電圧Vsが印加され
た時のベース電圧Vsとコレクタ−エミッタ間に流れる電
流I3との間の関係式は次式によって表される。Further, the relational expression between the base voltage V s when the voltage V s is applied to the base of the transistor Tr 1 and the current I 3 flowing between the collector and the emitter is expressed by the following equation.
したがって（４）、（５）式より電流I3は次式によっ
て表される。 Therefore, the current I 3 is expressed by the following equation from the equations (4) and (5).
以上より、（１）、（２）、（３）、及び（６）式よ
り２乗回路11の出力電圧V0は次式により算出される。 From the above, the output voltage V 0 of the squaring circuit 11 is calculated by the following equation from the equations (1), (2), (3), and (6).
この式から分かるように、２乗回路11の出力信号V0は
センサ部１の容量の一次関数となる。 As can be seen from this equation, the output signal V 0 of the squaring circuit 11 is a linear function of the capacitance of the sensor unit 1.
そしてマイコン６に出力されるセンサ出力はこの信号
V0を増幅器12により出力調整したものである。The sensor output output to the microcomputer 6 is this signal
The output of V 0 is adjusted by the amplifier 12.
かかる構成によれば、Ｆ−Ｖ変換回路５の出力信号を
２乗して増幅器12でその出力値を調整することにより、
センサ出力値はセンサ部１の電極容量に浮遊容量を加算
した容量値の一次関数となるので、センサ出力値から容
易にアルコール濃度を換算することが出来、またアルコ
ール濃度を２点で調整すれば調整点以外でもアルコール
濃度の出力誤差がなくなり、アルコール濃度検出装置の
精度が向上する。According to this structure, the output signal of the FV conversion circuit 5 is squared and the output value is adjusted by the amplifier 12,
Since the sensor output value is a linear function of the capacitance value obtained by adding the stray capacitance to the electrode capacitance of the sensor unit 1, the alcohol concentration can be easily converted from the sensor output value, and if the alcohol concentration is adjusted at two points. The output error of the alcohol concentration is eliminated even at points other than the adjustment point, and the accuracy of the alcohol concentration detection device is improved.
〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、周波数−電圧変
換回路の出力信号を２乗回路で２乗して、その出力値を
調整回路で調整することにより、アルコール濃度の出力
誤差がなくなり、アルコール濃度検出装置の精度を向上
させることが出来る。<Effect of Device> As described above, according to the present invention, the output signal of the frequency-voltage conversion circuit is squared by the squaring circuit, and the output value is adjusted by the adjusting circuit to output the alcohol concentration. The error is eliminated, and the accuracy of the alcohol concentration detection device can be improved.
第１図は本願考案の構成を示すブロック回路図、第２
図、第３図は第１図の詳細回路図、第４図は第１図の信
号波形図、第５図は従来のブロック回路図、第６図、第
７図は第５図の特性図である。 １…センサ部、２…LC発振回路、３…波形変換回路、４
…分周器、５…周波数−電圧変換回路（Ｆ−Ｖ変換回
路）、６…マイコン、11…２乗回路、12…増幅器FIG. 1 is a block circuit diagram showing the configuration of the present invention, and FIG.
Fig. 3 is a detailed circuit diagram of Fig. 1, Fig. 4 is a signal waveform diagram of Fig. 1, Fig. 5 is a conventional block circuit diagram, and Figs. 6 and 7 are characteristic diagrams of Fig. 5. Is. 1 ... Sensor section, 2 ... LC oscillation circuit, 3 ... Waveform conversion circuit, 4
... Frequency divider, 5 ... Frequency-voltage conversion circuit (F-V conversion circuit), 6 ... Microcomputer, 11 ... Square circuit, 12 ... Amplifier
Claims (1)
容量が変化するセンサ部と、 該センサ部の電極間の静電容量に対応した周波数の信号
を出力する発振回路と、 該発振回路の出力信号を分周する分周器と、 該分周器の出力信号の周期に比例した電圧値の信号を出
力する周波数−電圧変換回路と、 を備えたアルコール濃度検出装置において、 前記周波数−電圧変換回路の出力電圧値を２乗する２乗
回路と、 該２乗回路の出力値を調整する調整回路と、 を設けたことを特徴とするアルコール濃度検出装置。1. A sensor section in which electrostatic capacitance between electrodes changes based on alcohol concentration, an oscillating circuit for outputting a signal of a frequency corresponding to the electrostatic capacitance between electrodes of the sensor section, and the oscillating circuit. And a frequency-voltage conversion circuit that outputs a signal having a voltage value proportional to the cycle of the output signal of the frequency divider, the alcohol-concentration detection device comprising: An alcohol concentration detecting device comprising: a squaring circuit for squaring an output voltage value of a voltage conversion circuit; and an adjusting circuit for adjusting an output value of the squaring circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11884090U JP2509048Y2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Alcohol concentration detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11884090U JP2509048Y2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Alcohol concentration detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0475957U JPH0475957U (en) | 1992-07-02 |
| JP2509048Y2 true JP2509048Y2 (en) | 1996-08-28 |
Family
ID=31866806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11884090U Expired - Fee Related JP2509048Y2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Alcohol concentration detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509048Y2 (en) |
-
1990
- 1990-11-15 JP JP11884090U patent/JP2509048Y2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0475957U (en) | 1992-07-02 |
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