JP2647563B2 - 燃料の誘電率検知装置 - Google Patents
燃料の誘電率検知装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃焼器等に供給され
る燃料の誘電率を非接触で検知して燃料の性状を判別す
る燃料の誘電率検知装置に関し、特に自動車等のエンジ
ンに用いられるアルコール混合燃料中のアルコール含有
率を測定する装置に関するものである。
る燃料の誘電率を非接触で検知して燃料の性状を判別す
る燃料の誘電率検知装置に関し、特に自動車等のエンジ
ンに用いられるアルコール混合燃料中のアルコール含有
率を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、米国や欧州等の各国で、石油の消
費量の低減と、自動車排気ガスによる大気汚染の低減を
図るため、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自
動車用として導入されつつある。このようなアルコール
混合燃料をガソリン燃料の空燃比にマッチングされたエ
ンジンにそのまま用いると、アルコールがガソリンに比
べて理論空燃比が小さいために空燃比がリーン化して運
転が困難となる。このため、アルコール混合燃料中のア
ルコール含有率を検出して、この検出値に応じて空燃
比、点火時期等を調整している。
費量の低減と、自動車排気ガスによる大気汚染の低減を
図るため、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自
動車用として導入されつつある。このようなアルコール
混合燃料をガソリン燃料の空燃比にマッチングされたエ
ンジンにそのまま用いると、アルコールがガソリンに比
べて理論空燃比が小さいために空燃比がリーン化して運
転が困難となる。このため、アルコール混合燃料中のア
ルコール含有率を検出して、この検出値に応じて空燃
比、点火時期等を調整している。
【０００３】従来、上記のようなアルコール含有率の検
出にはアルコール混合燃料の誘電率を検出する方式と、
屈折率を検出する方式が主に提案されている。かかる方
式の内、誘電率を検出する方式の従来装置として、例え
ば特公昭６３−３１７３４号公報に記載されたように非
接触で液体中の誘電率を検出するものが利用できる。こ
の従来装置をアルコール混合燃料中のアルコール含有率
の検出に使用した場合につき、図７，図８を用いて説明
する。
出にはアルコール混合燃料の誘電率を検出する方式と、
屈折率を検出する方式が主に提案されている。かかる方
式の内、誘電率を検出する方式の従来装置として、例え
ば特公昭６３−３１７３４号公報に記載されたように非
接触で液体中の誘電率を検出するものが利用できる。こ
の従来装置をアルコール混合燃料中のアルコール含有率
の検出に使用した場合につき、図７，図８を用いて説明
する。
【０００４】図７は従来の燃料の誘電率検知装置を示す
構成図で、１はセラミック、耐油性プラスチック等の絶
縁体で作られ、内部に燃料通路２を設けた絶縁管、８は
絶縁管１の一部にリング状に巻回された励起電極、４は
励起電極８より所定距離離れてやはり絶縁管１に巻回さ
れた単層巻検出コイルであり、かかる１，２，４，８で
示す構成要素によりセンサ部が形成されている。２０は
定周波発振器で増幅器１５を介して励起電極８に一定周
波数の電圧を供給しており、一方検出コイル４の一端は
接地され、他端の信号が高域通過フィルタ１７、全波整
流器１８、増幅器１５を順に介して出力Ｖout として出
力される。また、図８は従来装置の出力特性を示す図
で、メタノール含有率に対する従来装置の出力Ｖout を
示している。
構成図で、１はセラミック、耐油性プラスチック等の絶
縁体で作られ、内部に燃料通路２を設けた絶縁管、８は
絶縁管１の一部にリング状に巻回された励起電極、４は
励起電極８より所定距離離れてやはり絶縁管１に巻回さ
れた単層巻検出コイルであり、かかる１，２，４，８で
示す構成要素によりセンサ部が形成されている。２０は
定周波発振器で増幅器１５を介して励起電極８に一定周
波数の電圧を供給しており、一方検出コイル４の一端は
接地され、他端の信号が高域通過フィルタ１７、全波整
流器１８、増幅器１５を順に介して出力Ｖout として出
力される。また、図８は従来装置の出力特性を示す図
で、メタノール含有率に対する従来装置の出力Ｖout を
示している。
【０００５】次にかかる構成の従来装置の動作について
説明する。図７におけるセンサ部の励起電極８に印加す
る電圧の周波数を変化させると、検出コイル４の誘起電
圧は、燃料の誘電率が異なると異なった周波数で最大値
を示す。これは、励起電極８と検出コイル４の間の燃料
の誘電率εに対応する静電容量Ｃf と検出コイル４の自
己インダクタンスＬとでＬＣ共振を生じ、共振周波数で
コイルの誘起電圧が最大となるためであり、この共振周
波数ｆは概略次式で表わされる。
説明する。図７におけるセンサ部の励起電極８に印加す
る電圧の周波数を変化させると、検出コイル４の誘起電
圧は、燃料の誘電率が異なると異なった周波数で最大値
を示す。これは、励起電極８と検出コイル４の間の燃料
の誘電率εに対応する静電容量Ｃf と検出コイル４の自
己インダクタンスＬとでＬＣ共振を生じ、共振周波数で
コイルの誘起電圧が最大となるためであり、この共振周
波数ｆは概略次式で表わされる。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、Ｃ S はセンサ部の形状できまる静
電容量、ｋ，ａ，ｂは同じくセンサ部の形状により決ま
る定数である。共振周波数ｆは上記数１式のように燃料
の誘電率εに依存するため、燃料の誘電率εが大きくな
るほど共振周波数ｆは低下する。例えば、所定のセンサ
形状で測定した結果では、燃料が誘電率ε＝３３のメタ
ノールでは共振周波数ｆm は約５MHz であり、誘電率ε
＝２のガソリンでは共振周波数ｆg は約５．７MHz であ
った。
電容量、ｋ，ａ，ｂは同じくセンサ部の形状により決ま
る定数である。共振周波数ｆは上記数１式のように燃料
の誘電率εに依存するため、燃料の誘電率εが大きくな
るほど共振周波数ｆは低下する。例えば、所定のセンサ
形状で測定した結果では、燃料が誘電率ε＝３３のメタ
ノールでは共振周波数ｆm は約５MHz であり、誘電率ε
＝２のガソリンでは共振周波数ｆg は約５．７MHz であ
った。
【０００８】そこで、燃料通路２にメタノール混合ガソ
リンを流し、定周波発振器２０より、共振周波数ｆm よ
りやや高い周波数ｆo の信号を発振させ、増幅器１５を
介し励起電極８を一定電圧で励起する。すると、検出コ
イル４に生じた誘起電圧信号は高域通過フィルタ１７で
交流成分のみが抽出され、全波整流器１８で全波整流さ
れてその交流振幅が検出され、増幅器１５で所定の電圧
範囲に調整されて出力される。この時、周波数ｆo での
誘起電圧はメタノールの含有率が大きくなるほど大きく
なるため、したがって出力Ｖout は図８の実線に示すご
とく、メタノール含有率にほぼ比例する。
リンを流し、定周波発振器２０より、共振周波数ｆm よ
りやや高い周波数ｆo の信号を発振させ、増幅器１５を
介し励起電極８を一定電圧で励起する。すると、検出コ
イル４に生じた誘起電圧信号は高域通過フィルタ１７で
交流成分のみが抽出され、全波整流器１８で全波整流さ
れてその交流振幅が検出され、増幅器１５で所定の電圧
範囲に調整されて出力される。この時、周波数ｆo での
誘起電圧はメタノールの含有率が大きくなるほど大きく
なるため、したがって出力Ｖout は図８の実線に示すご
とく、メタノール含有率にほぼ比例する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構成の従来装置では、燃料に特に導電率の高い不純物、
例えば燃料配管系の金属くず、錆等で生じる金属イオン
が混入した場合や、イオン系の燃料添加剤、雨水等がわ
ずかに混入した場合、誘電率ε、即ちメタノール含有率
は殆ど変わらないにも関わらず、出力Ｖout が図８の破
線で示すように大幅に低下するといった問題点があっ
た。
構成の従来装置では、燃料に特に導電率の高い不純物、
例えば燃料配管系の金属くず、錆等で生じる金属イオン
が混入した場合や、イオン系の燃料添加剤、雨水等がわ
ずかに混入した場合、誘電率ε、即ちメタノール含有率
は殆ど変わらないにも関わらず、出力Ｖout が図８の破
線で示すように大幅に低下するといった問題点があっ
た。
【００１０】これは、上記数１式にあるように共振点周
波数は金属くず等の混入による導電率の上昇によっては
ほとんど影響を受けないのにも関わらず、図７の従来の
構成では、一定周波数における誘起電圧の大きさを出力
としているので、燃料の導電率の上昇により、ＬＣ共振
のＱが低下し、同一周波数ｆ0での誘起電圧が大きく低
下するためである。また、センサ部の環境の温湿度が変
化しても、励起電極８と検出コイル４との間の絶縁抵抗
が変化（導電率の変化と電気的には等価）するため、出
力変動が生じる等、燃料中のわずかな不純物やセンサ部
の環境による励起電極８と検出コイル４との間の導電率
の変化のため、正確なメタノール含有率の検出が困難に
なるなどの問題点があった。
波数は金属くず等の混入による導電率の上昇によっては
ほとんど影響を受けないのにも関わらず、図７の従来の
構成では、一定周波数における誘起電圧の大きさを出力
としているので、燃料の導電率の上昇により、ＬＣ共振
のＱが低下し、同一周波数ｆ0での誘起電圧が大きく低
下するためである。また、センサ部の環境の温湿度が変
化しても、励起電極８と検出コイル４との間の絶縁抵抗
が変化（導電率の変化と電気的には等価）するため、出
力変動が生じる等、燃料中のわずかな不純物やセンサ部
の環境による励起電極８と検出コイル４との間の導電率
の変化のため、正確なメタノール含有率の検出が困難に
なるなどの問題点があった。
【００１１】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、燃料中の不純物等による燃料の導
電率の上昇やセンサ部の温湿度環境等の変化にかかわら
ず常に精度良く燃料の性状を検出することのできる燃料
の誘電率検知装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、燃料中の不純物等による燃料の導
電率の上昇やセンサ部の温湿度環境等の変化にかかわら
ず常に精度良く燃料の性状を検出することのできる燃料
の誘電率検知装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明の燃料の誘電率
検知装置は、燃料通路に相対して設けられた導電性電極
と、前記導電性電極との間に燃料が導入されるように、
前記導電性電極と所定間隔離してコイルの柱面が対向配
置され、一リード端が前記導電性電極と同電位の単層巻
コイルと、前記単層巻コイルの他リード端と直列接続さ
れ直列回路をなす抵抗と、前記直列回路に高周波信号を
印加する印加手段と、前記単層巻コイルと抵抗との接続
部の信号と前記直列回路に印加される高周波信号が入力
され、両者の位相差を比較検出する位相比較器と、前記
位相比較器の出力の直流信号成分を出力する低域通過フ
ィルタと、前記低域通過フィルタに接続され、前記単層
巻コイルと抵抗との接続部の信号と前記直列回路に印加
される高周波信号の位相差が０゜となるよう出力信号が
制御される比較積分器と、前記比較積分器に接続され、
前記直列回路に出力される前記高周波信号の周波数が前
記比較積分器の出力信号に応じて変化する電圧制御発振
器を備え、前記比較積分器の電圧出力信号、あるいは前
記電圧制御発振器の周波数出力信号により前記燃料の誘
電率を検出することを特徴とする。
検知装置は、燃料通路に相対して設けられた導電性電極
と、前記導電性電極との間に燃料が導入されるように、
前記導電性電極と所定間隔離してコイルの柱面が対向配
置され、一リード端が前記導電性電極と同電位の単層巻
コイルと、前記単層巻コイルの他リード端と直列接続さ
れ直列回路をなす抵抗と、前記直列回路に高周波信号を
印加する印加手段と、前記単層巻コイルと抵抗との接続
部の信号と前記直列回路に印加される高周波信号が入力
され、両者の位相差を比較検出する位相比較器と、前記
位相比較器の出力の直流信号成分を出力する低域通過フ
ィルタと、前記低域通過フィルタに接続され、前記単層
巻コイルと抵抗との接続部の信号と前記直列回路に印加
される高周波信号の位相差が０゜となるよう出力信号が
制御される比較積分器と、前記比較積分器に接続され、
前記直列回路に出力される前記高周波信号の周波数が前
記比較積分器の出力信号に応じて変化する電圧制御発振
器を備え、前記比較積分器の電圧出力信号、あるいは前
記電圧制御発振器の周波数出力信号により前記燃料の誘
電率を検出することを特徴とする。
【００１３】
【作用】この発明における燃料の誘電率検知装置は、比
較積分器の出力信号により、電圧制御発振器で単層巻コ
イルと抵抗との接続部の信号と直列回路に印加される高
周波信号の位相差が０°となるよう高周波信号の周波数
を制御し、この時の比較積分器の出力信号、あるいは高
周波信号の周波数より燃料の誘電率を検出する。
較積分器の出力信号により、電圧制御発振器で単層巻コ
イルと抵抗との接続部の信号と直列回路に印加される高
周波信号の位相差が０°となるよう高周波信号の周波数
を制御し、この時の比較積分器の出力信号、あるいは高
周波信号の周波数より燃料の誘電率を検出する。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。図
１はこの発明に係わる燃料の誘電率検知装置の一実施例
を示す構成図、図２はこの一実施例のセンサ部の構造
図、図３はセンサ部インピーダンスの周波数特性図であ
る。図１及び図２において、従来例と同一又は相当部分
には図７と同じ符号を付してあり、Ａはセンサ部であっ
て、１はセラミック、耐油性プラスチック等の絶縁体で
形成され、内部に燃料が導かれる円筒容器状絶縁管、３
は絶縁管１の内側に設けられ、その柱面が絶縁管１の柱
面と略平行でかつ絶縁管１と同軸の円柱状の導電性電極
で、材料としてチタン、ステンレス、表面がアルマイト
処理されたアルミニウム等が燃料に対する耐性上好まし
い。
る。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。図
１はこの発明に係わる燃料の誘電率検知装置の一実施例
を示す構成図、図２はこの一実施例のセンサ部の構造
図、図３はセンサ部インピーダンスの周波数特性図であ
る。図１及び図２において、従来例と同一又は相当部分
には図７と同じ符号を付してあり、Ａはセンサ部であっ
て、１はセラミック、耐油性プラスチック等の絶縁体で
形成され、内部に燃料が導かれる円筒容器状絶縁管、３
は絶縁管１の内側に設けられ、その柱面が絶縁管１の柱
面と略平行でかつ絶縁管１と同軸の円柱状の導電性電極
で、材料としてチタン、ステンレス、表面がアルマイト
処理されたアルミニウム等が燃料に対する耐性上好まし
い。
【００１５】４は絶縁管１の外側の導電性電極３と対向
する位置に巻回された単層巻コイル、４ａ，４ｂは単層
巻コイル４のリード、２は単層巻コイル４の内周面と絶
縁管１の管壁を隔てて導電性電極３の円柱外周面との間
に形成された燃料通路である。５は導電性電極３が取付
けられ、絶縁管１と燃料シール７を介して結合されて全
体で燃料容器を形成するフランジで、ここでは導電性電
極３が一体に形成された例を示す。この導電性電極３と
一体のフランジ５は単層巻コイル４のリード４ｂととも
に接地されており、導電性電極３と単層巻コイル４の一
リード端（リード４ｂ）とは同電位である。６は燃料通
路２に燃料を導く一対のニップルで、フランジ５を貫通
するように設けられている。
する位置に巻回された単層巻コイル、４ａ，４ｂは単層
巻コイル４のリード、２は単層巻コイル４の内周面と絶
縁管１の管壁を隔てて導電性電極３の円柱外周面との間
に形成された燃料通路である。５は導電性電極３が取付
けられ、絶縁管１と燃料シール７を介して結合されて全
体で燃料容器を形成するフランジで、ここでは導電性電
極３が一体に形成された例を示す。この導電性電極３と
一体のフランジ５は単層巻コイル４のリード４ｂととも
に接地されており、導電性電極３と単層巻コイル４の一
リード端（リード４ｂ）とは同電位である。６は燃料通
路２に燃料を導く一対のニップルで、フランジ５を貫通
するように設けられている。
【００１６】Ｂは検知回路部を示しており、１０は単層
巻コイル４とリード４ａにより直列に接続されて直列回
路を形成する抵抗、１１は単層巻コイル４と抵抗１０と
の接続部の信号と、抵抗１０の他端の信号、即ち前記直
列回路への印加信号が接続された０°位相比較器であ
る。
巻コイル４とリード４ａにより直列に接続されて直列回
路を形成する抵抗、１１は単層巻コイル４と抵抗１０と
の接続部の信号と、抵抗１０の他端の信号、即ち前記直
列回路への印加信号が接続された０°位相比較器であ
る。
【００１７】１２は０゜位相比較器１１の出力が接続さ
れた低域通過フィルタ、１３は低域通過フィルタ１２の
出力と位相０゜に相当する所定基準電圧Ｖrefが接続さ
れた比較積分器である。１４は比較積分器１３の出力が
接続された電圧制御発振器、１５は電圧制御発振器１４
の出力の増幅器であり、その出力は前記直列回路に接続
され、印加された高周波電流は単層巻コイル４を通ると
共に、単層巻コイル４から燃料通路２を通って導電性電
極３に流れる。また、１６は電圧制御発振器１４の出力
周波数の分周器である。
れた低域通過フィルタ、１３は低域通過フィルタ１２の
出力と位相０゜に相当する所定基準電圧Ｖrefが接続さ
れた比較積分器である。１４は比較積分器１３の出力が
接続された電圧制御発振器、１５は電圧制御発振器１４
の出力の増幅器であり、その出力は前記直列回路に接続
され、印加された高周波電流は単層巻コイル４を通ると
共に、単層巻コイル４から燃料通路２を通って導電性電
極３に流れる。また、１６は電圧制御発振器１４の出力
周波数の分周器である。
【００１８】次にかかる実施例につきメタノール混合ガ
ソリン中のメタノール含有率を検知する場合を例にと
り、その動作を説明する。図３は図２における燃料通路
２に流す燃料をガソリンＧあるいはメタノールＭ（但
し、不純物混入の場合Ｍ′）とし、単層巻コイル４のリ
ード４ａ，４ｂ間に印加する高周波信号の周波数を可変
にした場合の単層巻コイル４を含むセンサ部のインピー
ダンスＺの周波数特性を示す図である。
ソリン中のメタノール含有率を検知する場合を例にと
り、その動作を説明する。図３は図２における燃料通路
２に流す燃料をガソリンＧあるいはメタノールＭ（但
し、不純物混入の場合Ｍ′）とし、単層巻コイル４のリ
ード４ａ，４ｂ間に印加する高周波信号の周波数を可変
にした場合の単層巻コイル４を含むセンサ部のインピー
ダンスＺの周波数特性を示す図である。
【００１９】単層巻コイル４に印加する高周波信号の周
波数を変化させると、単層巻コイル４の自己インダクタ
ンスＬと単層巻コイル４と導電性電極３間の静電容量Ｃ
により、特定の周波数でインピーダンス｜Ｚ｜が最大、
電流−電圧位相∠θ°が０°なるＬＣ共振を生じる。
波数を変化させると、単層巻コイル４の自己インダクタ
ンスＬと単層巻コイル４と導電性電極３間の静電容量Ｃ
により、特定の周波数でインピーダンス｜Ｚ｜が最大、
電流−電圧位相∠θ°が０°なるＬＣ共振を生じる。
【００２０】この共振周波数ｆは、概略、上記数１式と
同じようになり、単層巻コイル４と導電性電極３間の燃
料通路２を流れる燃料の誘電率εに依存して、誘電率ε
が大きくなるほど、即ち誘電率ε＝２のガソリンと誘電
率ε＝３３のメタノールの混合燃料においては、メタノ
ールの含有率が高いほど低下する。ここで、上記数１式
のｋ，ａ，ｂは従来装置と同じくセンサ部Ａの形状によ
り決まる定数であり、例えば絶縁管１の径や肉厚、絶縁
管１の材料の誘電率、導電性電極３と単層巻コイル４の
間隔、単層巻コイル４の自己インダクタンスＬ等によ
る。
同じようになり、単層巻コイル４と導電性電極３間の燃
料通路２を流れる燃料の誘電率εに依存して、誘電率ε
が大きくなるほど、即ち誘電率ε＝２のガソリンと誘電
率ε＝３３のメタノールの混合燃料においては、メタノ
ールの含有率が高いほど低下する。ここで、上記数１式
のｋ，ａ，ｂは従来装置と同じくセンサ部Ａの形状によ
り決まる定数であり、例えば絶縁管１の径や肉厚、絶縁
管１の材料の誘電率、導電性電極３と単層巻コイル４の
間隔、単層巻コイル４の自己インダクタンスＬ等によ
る。
【００２１】次に図１において、かかる共振周波数の検
出方法を具体的に説明する。燃料通路２にメタノール混
合ガソリンを流した状態で、増幅器１５より抵抗１０と
単層巻コイル４の直列回路に高周波信号が与えられ、抵
抗１０の両端の信号、即ち前記直列回路にかかる電圧信
号と、単層巻コイル４にかかる電圧信号が０°位相比較
器１１に入力され、両者の信号の位相差が比較される。
これらの電圧信号の位相差を比較することは図３に示す
インピーダンスの電流−電圧位相∠θ°の比較と等価で
ある。
出方法を具体的に説明する。燃料通路２にメタノール混
合ガソリンを流した状態で、増幅器１５より抵抗１０と
単層巻コイル４の直列回路に高周波信号が与えられ、抵
抗１０の両端の信号、即ち前記直列回路にかかる電圧信
号と、単層巻コイル４にかかる電圧信号が０°位相比較
器１１に入力され、両者の信号の位相差が比較される。
これらの電圧信号の位相差を比較することは図３に示す
インピーダンスの電流−電圧位相∠θ°の比較と等価で
ある。
【００２２】前記増幅器１５に正弦波増幅器を用いて前
記直列回路に印加する高周波信号を正弦波とすれば、前
記電圧信号も正弦的になるため、０°位相比較器１１と
して乗算器を用いればよい。
記直列回路に印加する高周波信号を正弦波とすれば、前
記電圧信号も正弦的になるため、０°位相比較器１１と
して乗算器を用いればよい。
【００２３】０°位相比較器１１は前記両者の信号の位
相差に相当する信号を出力し、低域通過フィルタ１２は
前記位相差に比例した直流電圧信号を出力し、比較積分
器１３は低域通過フィルタ１２の位相０°の出力に相当
する基準電圧Ｖref と、低域通過フィルタ１２の出力を
比較積分し、比較積分器１３の電圧出力により、前記直
列回路に増幅器１５を介して印加される高周波信号の周
波数が電圧制御発振器１４により決定される。
相差に相当する信号を出力し、低域通過フィルタ１２は
前記位相差に比例した直流電圧信号を出力し、比較積分
器１３は低域通過フィルタ１２の位相０°の出力に相当
する基準電圧Ｖref と、低域通過フィルタ１２の出力を
比較積分し、比較積分器１３の電圧出力により、前記直
列回路に増幅器１５を介して印加される高周波信号の周
波数が電圧制御発振器１４により決定される。
【００２４】即ち、かかる直列回路、および符号１１〜
１５で示す回路により位相同期ループが形成され、電圧
制御発振器１４の発振周波数は前記直列回路にかかる電
圧信号と、単層巻コイル４にかかる電圧信号の位相差が
０°となるように制御されるため、比較積分器１３の電
圧出力Ｖout あるいは電圧制御発振器１４の周波数出力
はセンサ部の前記並列共振周波数、即ち燃料の誘電率
ε、換言すればメタノール含有率に対応した値となる。
１５で示す回路により位相同期ループが形成され、電圧
制御発振器１４の発振周波数は前記直列回路にかかる電
圧信号と、単層巻コイル４にかかる電圧信号の位相差が
０°となるように制御されるため、比較積分器１３の電
圧出力Ｖout あるいは電圧制御発振器１４の周波数出力
はセンサ部の前記並列共振周波数、即ち燃料の誘電率
ε、換言すればメタノール含有率に対応した値となる。
【００２５】かかる電圧制御発振器１４の出力周波数
は、センサ部Ａの大きさにもよるが、図２に示すごとき
小形な形状の実施例では、図３にて示したように数MHz
の高周波であるため分周器１６により出力測定に適当な
周波数まで分周されて周波数出力ｆout される。
は、センサ部Ａの大きさにもよるが、図２に示すごとき
小形な形状の実施例では、図３にて示したように数MHz
の高周波であるため分周器１６により出力測定に適当な
周波数まで分周されて周波数出力ｆout される。
【００２６】図４は、位相比較器としてエクスクルーシ
ブオア回路１９を用いて前記直列回路にかかる電圧信号
と、単層巻コイル４にかかる電圧信号の位相差を０°と
するように位相同期ループを形成した検知回路Ｂの具体
的回路例を示すものであり、図１と同一の部分には同符
号を付してその説明を省略し、また、回路の各部分の信
号Ｐ１〜Ｐ６のタイムチャートを図５に示している。
ブオア回路１９を用いて前記直列回路にかかる電圧信号
と、単層巻コイル４にかかる電圧信号の位相差を０°と
するように位相同期ループを形成した検知回路Ｂの具体
的回路例を示すものであり、図１と同一の部分には同符
号を付してその説明を省略し、また、回路の各部分の信
号Ｐ１〜Ｐ６のタイムチャートを図５に示している。
【００２７】図４において、センサ部Ａの構成は図１の
センサ部Ａの構成と全く同じである。１７ａ〜１７ｃは
インバータ回路、１８ａ，１８ｂはＤフリップフロップ
回路（以下、Ｄ・ＦＦと略称する）、２０はオペアン
プ、２１は直流カットコンデンサである。
センサ部Ａの構成と全く同じである。１７ａ〜１７ｃは
インバータ回路、１８ａ，１８ｂはＤフリップフロップ
回路（以下、Ｄ・ＦＦと略称する）、２０はオペアン
プ、２１は直流カットコンデンサである。
【００２８】図４において、電圧制御発振器１４から出
力される高周波数の矩形波信号（Ｐ１）は第１のＤ・Ｆ
Ｆ１８ａのＣＫポートに入力され、第２のＤ・ＦＦ１８
ｂのＣＫポートには矩形波信号（Ｐ１）をインバータ回
路１７ａで位相反転した信号が入力される。ここで、第
２のＤ・ＦＦ１８ｂのＤポートには第１のＤ・ＦＦ１８
ａの反転出力ポート反転Ｑの信号が入力され、第１のＤ
・ＦＦ１８ａのＤポートには第２のＤ・ＦＦ１８ｂの出
力ポートＱの信号が入力されている。このため、前記直
列回路にかかる第１のＤ・ＦＦ１８ａの出力ポートＱの
信号（Ｐ２）は前記矩形波信号（Ｐ１）の立上がりでデ
ータが更新されて、信号（Ｐ１）を１／２分周した信号
となる。
力される高周波数の矩形波信号（Ｐ１）は第１のＤ・Ｆ
Ｆ１８ａのＣＫポートに入力され、第２のＤ・ＦＦ１８
ｂのＣＫポートには矩形波信号（Ｐ１）をインバータ回
路１７ａで位相反転した信号が入力される。ここで、第
２のＤ・ＦＦ１８ｂのＤポートには第１のＤ・ＦＦ１８
ａの反転出力ポート反転Ｑの信号が入力され、第１のＤ
・ＦＦ１８ａのＤポートには第２のＤ・ＦＦ１８ｂの出
力ポートＱの信号が入力されている。このため、前記直
列回路にかかる第１のＤ・ＦＦ１８ａの出力ポートＱの
信号（Ｐ２）は前記矩形波信号（Ｐ１）の立上がりでデ
ータが更新されて、信号（Ｐ１）を１／２分周した信号
となる。
【００２９】他方インバータ回路１７ｂを介してエクス
クルーシブオア回路１９の一方に入力される第２のＤ・
ＦＦ１８ｂの出力ポートＱの信号（Ｐ３）は信号（Ｐ
１）の立下がりでデータが更新され、前記信号（Ｐ２）
と同一周波数で、位相が９０°異なる信号となる。エク
スクルーシブオア回路１９の他方の入力には、抵抗１０
と単層巻コイル４との接続点、即ち単層巻コイル４にか
かる電圧信号（Ｐ４）がインバータ回路１７ｃを介して
入力され、信号（Ｐ３）の位相反転信号と比較される。
クルーシブオア回路１９の一方に入力される第２のＤ・
ＦＦ１８ｂの出力ポートＱの信号（Ｐ３）は信号（Ｐ
１）の立下がりでデータが更新され、前記信号（Ｐ２）
と同一周波数で、位相が９０°異なる信号となる。エク
スクルーシブオア回路１９の他方の入力には、抵抗１０
と単層巻コイル４との接続点、即ち単層巻コイル４にか
かる電圧信号（Ｐ４）がインバータ回路１７ｃを介して
入力され、信号（Ｐ３）の位相反転信号と比較される。
【００３０】ここで、単層巻コイル４に生じる電圧信号
（Ｐ４）が図５の如く正弦的となるため、電源電圧ＶS
を抵抗Ｒにより１／２分圧してオペアンプ２０で制御
し、直流成分のみを直流カットコンデンサ２１で接地部
より分離してインバータ回路１７ｃの判定レベルにその
直流レベルを制御する。このことで、インバータ回路１
７ｃは波形整形器として作用しており、従ってインバー
タ回路１７ｃの出力（Ｐ５）はＬＣ共振周波数において
は信号（Ｐ２）と逆相、即ち信号（Ｐ３）の逆相信号と
９０°位相がずれた矩形波信号となる。従って、エクス
クルーシブオア回路１９の出力（Ｐ６）は、結局前記直
列回路への印加信号と、単層巻コイル４にかかる電圧信
号の位相差が０°の時、即ち前記ＬＣ共振周波数の時に
デューティ５０％となる。なお、両者の位相差が０°で
ない場合の各信号Ｐ１〜Ｐ６の波形の変化の様子を図５
に横矢印で示した。
（Ｐ４）が図５の如く正弦的となるため、電源電圧ＶS
を抵抗Ｒにより１／２分圧してオペアンプ２０で制御
し、直流成分のみを直流カットコンデンサ２１で接地部
より分離してインバータ回路１７ｃの判定レベルにその
直流レベルを制御する。このことで、インバータ回路１
７ｃは波形整形器として作用しており、従ってインバー
タ回路１７ｃの出力（Ｐ５）はＬＣ共振周波数において
は信号（Ｐ２）と逆相、即ち信号（Ｐ３）の逆相信号と
９０°位相がずれた矩形波信号となる。従って、エクス
クルーシブオア回路１９の出力（Ｐ６）は、結局前記直
列回路への印加信号と、単層巻コイル４にかかる電圧信
号の位相差が０°の時、即ち前記ＬＣ共振周波数の時に
デューティ５０％となる。なお、両者の位相差が０°で
ない場合の各信号Ｐ１〜Ｐ６の波形の変化の様子を図５
に横矢印で示した。
【００３１】エクスクルーシブオア回路１９の出力（Ｐ
６）は低域通過フィルタ１２に入力され、その直流出力
電圧は前記共振周波数の時に電源電圧Ｖs の１／２とな
る。このため、かかる出力を電源電圧Ｖs の１／２の基
準電位Ｖref を持つ比較積分器１３に入力し、その出力
で電圧制御発振器１４の周波数を制御する。すると、か
かる検知回路Ｂは直列回路への印加信号と、単層巻コイ
ル４にかかる電圧信号の位相差が０°となるよう電圧制
御発振器１４の周波数が制御される位相同期ループとし
て作用するため、電圧制御発振器１４の周波数を分周器
１６で分周した周波数出力ｆout は前記共振周波数、即
ち燃料の誘電率εに対して単調に減少する関数となる。
６）は低域通過フィルタ１２に入力され、その直流出力
電圧は前記共振周波数の時に電源電圧Ｖs の１／２とな
る。このため、かかる出力を電源電圧Ｖs の１／２の基
準電位Ｖref を持つ比較積分器１３に入力し、その出力
で電圧制御発振器１４の周波数を制御する。すると、か
かる検知回路Ｂは直列回路への印加信号と、単層巻コイ
ル４にかかる電圧信号の位相差が０°となるよう電圧制
御発振器１４の周波数が制御される位相同期ループとし
て作用するため、電圧制御発振器１４の周波数を分周器
１６で分周した周波数出力ｆout は前記共振周波数、即
ち燃料の誘電率εに対して単調に減少する関数となる。
【００３２】図６は図４の検知回路を用いたかかる装置
の実施例のアルコール混合ガソリンにおけるアルコール
含有率に対する周波数出力ｆout を示したもので、メタ
ノール含有率が増加し、誘電率εが大なるとともに単調
に出力が低下する特性となる。
の実施例のアルコール混合ガソリンにおけるアルコール
含有率に対する周波数出力ｆout を示したもので、メタ
ノール含有率が増加し、誘電率εが大なるとともに単調
に出力が低下する特性となる。
【００３３】かかる構成においては、図３の実線（Ｍ；
メタノール）と破線（Ｍ’；不純物混入のメタノール）
で示すように、燃料中の不純物による導電率の上昇やセ
ンサ部Ａの温湿度環境変化による絶縁抵抗の低下（導電
率の低下と電気的には等価）により共振点のＱが低下し
ても、上記数１式及び図３の破線で表わしたように位相
が０°となる共振点周波数には殆ど影響しないため、従
来装置（図７）のごとく一定周波数における誘起電圧の
大きさを出力とするのに対して出力変動を生じることが
ないという利点がある。
メタノール）と破線（Ｍ’；不純物混入のメタノール）
で示すように、燃料中の不純物による導電率の上昇やセ
ンサ部Ａの温湿度環境変化による絶縁抵抗の低下（導電
率の低下と電気的には等価）により共振点のＱが低下し
ても、上記数１式及び図３の破線で表わしたように位相
が０°となる共振点周波数には殆ど影響しないため、従
来装置（図７）のごとく一定周波数における誘起電圧の
大きさを出力とするのに対して出力変動を生じることが
ないという利点がある。
【００３４】上記実施例ではセンサ部の単層巻コイルと
導電性電極が同軸の例を示したが、必ずしも同軸でなく
とも良く、単に単層巻コイルと電極との間に燃料による
静電容量が存在するようにすれば良い。例えば、図７の
従来例のセンサ部において電極８を接地し、電極８から
遠い側のコイル端子に抵抗１０を接続し、電極８に近い
側のコイル端子に電圧を印加するよう構成すれば、同様
の効果が得られる。また、上記実施例では本装置をメタ
ノール燃料中のメタノール含有率の検出に用いた場合を
示したが、他の液体中の誘電率検出用として広く適用が
可能である。
導電性電極が同軸の例を示したが、必ずしも同軸でなく
とも良く、単に単層巻コイルと電極との間に燃料による
静電容量が存在するようにすれば良い。例えば、図７の
従来例のセンサ部において電極８を接地し、電極８から
遠い側のコイル端子に抵抗１０を接続し、電極８に近い
側のコイル端子に電圧を印加するよう構成すれば、同様
の効果が得られる。また、上記実施例では本装置をメタ
ノール燃料中のメタノール含有率の検出に用いた場合を
示したが、他の液体中の誘電率検出用として広く適用が
可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、燃料通路の中途に燃料を挾んで導電性電極と単層巻
コイルを設け、前記単層巻コイルと直列に抵抗を接続
し、前記単層巻コイルと前記抵抗との接続部の信号と前
記直列回路に印加する信号の位相差が０°となるように
位相比較器、低域通過フィルタ、比較積分器、電圧制御
発振器で前記直列回路に印加する信号の周波数をフィー
ドバック制御し、前記比較積分器の電圧出力あるいは前
記電圧制御発振器の出力周波数より燃料の誘電率を検知
するようにしたため、燃料中の不純物等による燃料の導
電率の上昇やセンサの温湿度環境等の変化に関わらず常
に精度良く燃料の性状を検知できる効果がある。
ば、燃料通路の中途に燃料を挾んで導電性電極と単層巻
コイルを設け、前記単層巻コイルと直列に抵抗を接続
し、前記単層巻コイルと前記抵抗との接続部の信号と前
記直列回路に印加する信号の位相差が０°となるように
位相比較器、低域通過フィルタ、比較積分器、電圧制御
発振器で前記直列回路に印加する信号の周波数をフィー
ドバック制御し、前記比較積分器の電圧出力あるいは前
記電圧制御発振器の出力周波数より燃料の誘電率を検知
するようにしたため、燃料中の不純物等による燃料の導
電率の上昇やセンサの温湿度環境等の変化に関わらず常
に精度良く燃料の性状を検知できる効果がある。
【図１】この発明に係わる燃料の誘電率検知装置の一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図２】この一実施例のセンサ部の構造図である。
【図３】センサ部インピーダンスの周波数特性図であ
る。
る。
【図４】他の実施例による検知回路部の具体例を示す図
である。
である。
【図５】具体的回路におけるタイムチャート図である。
【図６】具体的回路例での出力特性図である。
【図７】従来の燃料の誘電率検知装置を示す構成図であ
る。
る。
【図８】従来装置の出力特性図である。
１ 絶縁管 ２ 燃料通路 ３ 導電性電極 ４ 単層巻コイル ４ａ，４ｂ リード １０ 抵抗 １１ ０°位相比較器 １２ 低域通過フィルタ １３ 比較積分器 １４ 電圧制御発振器 １７ａ〜１７ｃ インバータ回路 １８ａ，１８ｂ Ｄ・ＦＦ １９ エクスクルーシブオア回路
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料通路に相対して設けられた導電性電
極と、前記導電性電極との間に燃料が導入されるよう
に、前記導電性電極と所定間隔離してコイルの柱面が対
向配置され、一リード端が前記導電性電極と同電位の単
層巻コイルと、前記単層巻コイルの他リード端と直列接
続され直列回路をなす抵抗と、前記直列回路に高周波信
号を印加する印加手段と、前記単層巻コイルと抵抗との
接続部の信号と前記直列回路に印加される高周波信号が
入力され、両者の位相差を比較検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力の直流信号成分を出力する低域通
過フィルタと、前記低域通過フィルタに接続され、前記
単層巻コイルと抵抗との接続部の信号と前記直列回路に
印加される高周波信号の位相差が０゜となるよう出力信
号が制御される比較積分器と、前記比較積分器に接続さ
れ、前記直列回路に出力される前記高周波信号の周波数
が前記比較積分器の出力信号に応じて変化する電圧制御
発振器を備え、前記比較積分器の電圧出力信号、あるい
は前記電圧制御発振器の周波数出力信号により前記燃料
の誘電率を検出することを特徴とする燃料の誘電率検知
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2248891A JP2647563B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料の誘電率検知装置 |
| US07/826,392 US5225783A (en) | 1991-02-18 | 1992-01-27 | Dielectric constant detection apparatus for fuel |
| EP92101386A EP0499841B1 (en) | 1991-02-18 | 1992-01-28 | Dielectric constant detection apparatus for fuel |
| DE69204318T DE69204318T2 (de) | 1991-02-18 | 1992-01-28 | Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstante von Kraftstoff. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2248891A JP2647563B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料の誘電率検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262249A JPH04262249A (ja) | 1992-09-17 |
| JP2647563B2 true JP2647563B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=12084117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2248891A Expired - Fee Related JP2647563B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料の誘電率検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647563B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2925423B2 (ja) * | 1993-03-15 | 1999-07-28 | 三菱電機株式会社 | 燃料のアルコール濃度検知装置 |
| JP3126872B2 (ja) * | 1994-05-12 | 2001-01-22 | 三菱電機株式会社 | 燃料の混合比率検知装置 |
| JP5397548B2 (ja) * | 2010-08-04 | 2014-01-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料性状検出装置 |
| JP7117512B2 (ja) * | 2019-02-22 | 2022-08-15 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 濃度センサ |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP2248891A patent/JP2647563B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04262249A (ja) | 1992-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |