JP3197656B2 - 液体濃度センサ - Google Patents

液体濃度センサ

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JP3197656B2
JP3197656B2 JP03540893A JP3540893A JP3197656B2 JP 3197656 B2 JP3197656 B2 JP 3197656B2 JP 03540893 A JP03540893 A JP 03540893A JP 3540893 A JP3540893 A JP 3540893A JP 3197656 B2 JP3197656 B2 JP 3197656B2
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浩 川岸
亘 浜田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は混合燃料などの液体濃度
を検出する静電容量式の液体濃度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】地球環境を守り、石油依存度を減らすな
どの目的で、石油燃料にアルコールを混合した混合燃料
を用いるエンジン等の開発が行なわれている。このよう
な混合燃料においては、石油燃料とアルコール(エタノ
ール,メタノール)混合比が変っても常に最適な出力が
得られるよう、その混合比を検出し、これに基づいて燃
料供給量や点火時期の調整を行なう必要がある。
【0003】このような石油燃料とアルコールの混合比
を検出するアルコール濃度検出センサとして、静電容量
式アルコールセンサが知られている。この静電容量式セ
ンサは混合燃料の混合比に応じて定まる誘電率から静電
容量を検出することにより、アルコール濃度を検出する
ものであり、その一例として特開平3−165248号
に開示されるごとき液体濃度センサが知られている。
【0004】特開平3−165248号の液体濃度セン
サを図2によって簡単に説明すると、金属製の円筒容器
1にリード線2を接続して外部電極が構成され、円筒容
器1内には棒状の内部電極3が配設されている。円筒容
器1の一端は、Oリング4を介して絶縁ブッシュ5で閉
塞されている。内部電極3には出力端子6が取付けられ
ると共に、この内部電極3は絶縁ブッシュ5と円筒容器
1に挿入したプラグ状サポート部材7により支持されて
いる。円筒容器1の開口端8は燃料Fの流入口とされて
いると共に、円筒容器1の側壁には、この円筒容器1に
連通して側方に突出するコネクタを兼ねた燃料排出管9
が設けられている。
【0005】上記の液体濃度センサでは、混合燃料が開
口端8から円筒容器1内に流入し、排出管9から排出さ
れるとき、円筒容器(外部電極)1と内部電極3の間で
は燃料Fを誘電体とするコンデンサが構成される。
【0006】コンデンサの静電容量Cは、 C=A/t・ε/ε0 ・ε0 で表わされる。
【0007】但し、A :電極板の面積 t :電極間の距離 ε :誘電体の誘電率 ε0 :真空の誘電率 ε/ε0 :誘電体の比誘電率 したがって、A,tが一定であれば、誘電体の比誘電率
ε/ε0 に比例して静電容量Cが変化し、この静電容量
Cを検出すれば、混合燃料Fの比誘電率を知ることがで
きる。そして、混合燃料の比誘電率は混合比(例えばガ
ソリンとアルコールとの混合燃料において、アルコール
の濃度)に応じた値となるので、燃料の比誘電率ε/ε
0 すなわち静電容量Cを検出すれば混合比(アルコール
濃度)を知ることができる。
【0008】上記の液体濃度センサでは、円筒状の外部
電極と棒状の内部電極との寸法関係を正確に決めるのが
難しく、作成上困難を伴なうという欠点がある。
【0009】上記の液体濃度センサに対し、図3に示す
ような平板対向電極タイプと称される液体濃度センサが
知られており、これは作成上の容易さ、静電容量の設計
の容量さという利点がある。この液体濃度センサは、同
図に示されるように、センサケース10の一端を閉塞す
る端板11が一方の電極(外部電極)を成し、この端板
11に対向してセンサケース10の内部に絶縁体19に
取付けられた平板状の他方の電極(内部電極)13が配
設されている。センサケース10の内部には処理回路を
搭載した基板14がホルダ15により取付けられてお
り、上記処理回路と静電容量を構成する内部電極13と
はリード線16により接続されている。なお、端板11
は支持板12に固定されている。
【0010】センサケース10の側壁10aを貫通して
上下対象位置に2つの継手17,17aが取付けられて
おり、各継手17,17aの内部には、センサケース1
0内に通じる燃料Fの流入通路18と排出通路18aが
形成されている。また、継手17,17aには流入通路
18と入排出通路18aにそれぞれ連通する燃料流入口
20と燃料排出口21が設けらている。また、流入通路
18内には温度補正用の感温素子22が設けられてい
る。
【0011】上記の液体濃度センサでは、継手17,1
7aの燃料流入口20と排出口21にそれぞれ燃料ホー
ス(図示せず)が接続され、燃料流入口20側から排出
口21側に石油燃料とアルコールを混合した燃料を通す
と、その燃料Fは流入通路18を通って端板(外部電
極)11と内部電極13の通路23に流れ、排出通路1
8aを通って排出口21から排出される。
【0012】このとき、燃料Fが誘電体となり、図2に
示すセンサの場合と同様、誘電体の比誘電体の比誘電率
に比例して静電容量Cが変化し、この静電容量Cを基板
14上の処理回路を含む検出部で検出し、誘電体,すな
わち燃料Fの比誘電率を知り、アルコール濃度を検出で
きる。また、比誘電率は誘電体である混合燃料Fの温度
によっても変化するため、燃料の流入通路18に設けた
感温素子22で燃料Fの温度を検出し、その温度変化に
対応して補償回路で処理し、温度補正を行っている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す従来の平板
対向電極タイプの液体濃度センサでは、比誘電率に影響
を与える液体温度変化を検出し、その補正を行なうため
の温度センサ(感温素子)を電極部とは別の箇所に設置
しているため、液体濃度センサを構成する部品点数の増
大と、それに伴なう作成工数の複雑化、信頼性の低下な
どの問題点があった。
【0014】本発明は上記の欠点を改良し、部品点数が
少なく、信頼性の高い液体濃度センサを提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、 センサケー
スの端部に設けられる一方の電極と、前記一方の電極と
対向して、前記センサケース内に設置される他方の電極
と、前記両電極部に連通する被検出液の流入通路と排出
通路を具備した静電容量式の液体濃度センサにおいて、
前記センサケース内を、絶縁支持体と、該絶縁支持体の
貫通孔を閉塞するように取り付けられた前記他方の電極
で仕切ると共に、該貫通孔内にある前記電極上に感温素
子を取り付け、該感温素子の設置部と該感温素子と電気
的に接続した回路基板を、前記センサケース内の仕切ら
れた部分に収容した熱伝導材料に浸漬した点に特徴があ
る。
【0016】また、本発明は、前記貫通孔を通して、該
絶縁支持体の貫通孔を閉塞するように取り付けられた前
記他方の電極と電気的に接続した回路基板に感温素子を
取り付けるようにも構成できる。
【0017】また、上記の感温素子は電極でなく回路基
板に取付けてもよい。さらに、熱伝導材料にはオイル、
またはゲル等を使用することができる。
【0018】
【作用】上記の構成によると、感温素子を電極に予め取
付けておき、電極と感温素子を一部品として取扱うこと
ができ部品点数を減少できる。また、感温素子を予め回
路基板上に取付けることによってもこれらを一部品とし
て取扱うことができ、その場合も部品点数が減少でき
る。さらに、被検出液の温度は電極を介して熱伝導材料
に伝えられ、熱伝導材料を介して回路基板に伝えられ
る。その結果、被検出液と電極と回路基板とは同一温度
となり、電極または回路基板上に設置した感温素子によ
って正確に被検出液の温度を検出できる。
【0019】
【実施例】以下本発明の実施例を図を参照にして説明す
る。
【0020】図1において、液体濃度センサ25は、軸
線を通る断面が略カップ形状のセンサケース26を具備
していて、その底部を閉じる端板27が外部電極とされ
ている。このセンサケース26は銅などの薄い金属板で
プレス成形され、端板27と円筒状の側壁26aとは一
体に形成されている。
【0021】センサケース26内には、端板(外部電
極)28と対向して平行に内部電極28が設けられてい
る。内部電極28は、銅にNiメッキを施したものが使
用されると共に、センサケース26内に設置された絶縁
体29の前面にネジ30で取付けられている。なお、図
示例では端板(外部電極)27は、内部電極28の側に
突出しており、この凸部27aを形成することにより、
両電極間の中央部の通路31の断面積がその周囲より小
さくするように形成されている。
【0022】センサケース26内は、貫通孔34を有す
る絶縁体29と、この貫通孔34を閉塞するよう絶縁体
29の側面に装着された内部電極28で前室と後室とに
仕切られている。内部電極28には複数の足33aを有
するターミナル33が溶接され、さらにターミナル33
に感温素子35が固定されていて、この感温素子35は
ターミナル33と共に内部電極28に固着されている。
一方、絶縁体29の後部室に処理回路を搭載した基板3
2が配置されていて、ターミナル33の足33aおよび
感温素子35の端子36は、絶縁体29の貫通孔34を
挿通して、基板32に形成した穴32aに挿入され、半
田により固定され処理回路と電気的に接続されている。
【0023】センサケース26の開口端38は複数の閉
塞板39により閉塞されて、その内側に密閉された空間
が形成され、この空間にオイルまたはゲル等からなる熱
伝導材料54が収容されていて、基板32は熱伝導材料
54に浸漬されている。また、熱伝導材料54は、絶縁
体29の貫通孔34も満たしていて、内部電極28の背
面と接しており、かつ感温素子35もこの熱伝導材料5
4に浸漬されている。
【0024】センサケース26の側壁26aの上下対称
位置には電極部に燃料Fを流すための通路を有する継手
40,40aが取付けられる。各継手40,40aはセ
ンサケース26の側壁26aに形成される取付孔41に
溶接されたナット部材42と、このナット部材42にネ
ジ込み固定される筒軸体43と、この筒軸体43に嵌合
される燃料の流入口44および排出口45を有する環状
金具46とから構成されている。燃料流入側と排出側の
各継手40,40aの各筒軸体43の軸中心部にはその
先端から途中まで伸びる燃料の流入通路47と排出通路
47aが形成されていて、この通路47,47aの先端
はスペーサ48の間隔を介して電極間の通路31と連通
している。
【0025】そして、環状金具46を筒軸体43に嵌合
したとき、流入口44と排出口45の内端は各筒軸体4
3の流入通路47と排出通路47aに連通することがで
きる。なお、筒軸体43の外端側に形成したネジ部にキ
ャップ50をネジ込み、パッキン51を介してその先端
で環状金具46を押えている。また、環状金具46の燃
料流入口44と燃料排出口45の基端53は、ナット部
材42側に取付けたL字状の支持金具52で支えられて
いる。
【0026】つぎに、作用を説明する。
【0027】本実施例では、継手40,40aの燃料流
入口44と排出口45にそれぞれ燃料ホース(図示せ
ず)が接続され、燃料Fを燃料流入口44側から流すと
き、この燃料Fは流入通路47を通って上方に流れ、端
板(外部電極)27と内部電極28の通路31に流入し
排出通路47aを通って排出口45から排出される。
【0028】またこのとき、通路31を流れる燃料Fの
熱は、内部電極28に伝わり、さらに内部電極28と接
している熱伝導材料54にも伝わる。それにより、この
熱伝導材料54中に浸漬されると共に内部電極28と接
している感温素子35および、熱伝導材料54に浸漬さ
れた基板32の温度が燃料Fの温度と等しくなる。
【0029】したがって、燃料Fの温度変化に伴なうア
ルコール濃度の検出誤差を補正するために設けられる温
度補正用の感温素子35は、高精度で燃料Fの温度を検
出できる。感温素子35の出力信号は端子36を介して
基板32上の補償回路(図示せず)に出力される。
【0030】本実施例においても、内外の電極部を流れ
る燃料Fが誘電体となり、誘電体の比誘電率に比例して
静電容量Cが変化し、この静電容量Cの変化を内部電極
28で検出し、ターミナル33を介して基板32上の処
理回路に出力し、誘電体、すなわち燃料の比誘電率を知
り、アルコール濃度を検出できる。
【0031】なお、図示例では感温素子35を内部電極
28に固定し、かつ感温素子設置部が熱伝導材料54に
浸漬された例を示したが、これに限らず、感温素子35
を基板32に搭載してもよい(但し図示せず)。この場
合も、基板32の温度が熱伝導材料54を介して燃料F
の温度と等しくなるので、基板32上の感温素子35も
燃料Fの温度と等しくなり、この感温素子35により燃
料Fの温度を高精度に検出できる。
【0032】上記の他にも本実施例は必要に応じて適当
に変更して構わない。例えば、図示例ではセンサケース
26内を仕切る手段を、貫通孔34を有する絶縁体29
と、この貫通孔34を閉塞する内部電極28で構成して
いるが、要はセンサケース26内が電極部と熱伝導材料
の収容部とに仕切られていて、かつ電極部を還流する燃
料Fの温度が内部電極28を介して熱伝導材料54に伝
わるように構成されていて、基板32が熱伝導材料54
に浸漬されていればよい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は平板対向
電極タイプの液体濃度センサにおいて、液体濃度の変化
による検出誤差を補正するために設ける液体温度検出用
の感温素子を、電極の一方または回路基板に組込むこと
で、これら電極または回路基板の一要素とすることがで
き、よって部品点数を減少し作成工程を簡略化できる。
また、感温素子は被検出液と同じ温度となるように配置
された電極または回路基板に取付けられるので、液体温
度の検出精度が高く、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る液体濃度センサの断面図
である。
【図2】第1従来例の断面図である。
【図3】第2従来例の断面図である。
【符号の説明】
26…センサケース、26a…側壁、27…端板(外部
電極)、28…内部電極、29…絶縁体、32…基板、
33…ターミナル、34…貫通孔、35…感温素子、3
6…出力端子、40,40a…継手、44…流入口、4
5…排出口、47…流入通路、47a…排出通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀二 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−215734(JP,A) 特開 平4−348269(JP,A) 実開 昭58−187741(JP,U) 国際公開92/8126(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 センサケースの端部に設けられる一方の
    電極と、前記一方の電極と対向して、前記センサケース
    内に設置される他方の電極と、前記両電極部に連通する
    被検出液の流入通路と排出通路を具備した静電容量式の
    液体濃度センサにおいて、 前記センサケース内を、絶縁支持体と、該絶縁支持体の
    貫通孔を閉塞するように取り付けられた前記他方の電極
    仕切ると共に、該貫通孔内にある前記電極上に感温素
    子を取り付け、該感温素子の設置部と該感温素子と電気
    的に接続した回路基板を、前記センサケース内の仕切ら
    れた部分に収容した熱伝導材料に浸漬していることを特
    徴とする液体濃度センサ。
  2. 【請求項2】 センサケースの端部に設けられる一方の
    電極と、前記一方の電極と対向して、前記センサケース
    内に設置される他方の電極と、前記両電極部に連通する
    被検出液の流入通路と排出通路を具備した静電容量式の
    液体濃度センサにおいて、 前記センサケース内を、絶縁支持体と、該絶縁支持体の
    貫通孔を閉塞するように取り付けられた前記他方の電極
    で仕切ると共に、該他方の電極と前記貫通孔を通して電
    気的に接続した回路基板に感温素子を取り付け、該回路
    基板を前記センサケース内の仕切られた部分に収容した
    熱伝導材料に浸漬していることを特徴とする 液体濃度セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 前記熱伝導材料は、オイルであることを
    特徴とする請求項1または2に記載の液体濃度センサ。
  4. 【請求項4】 前記熱伝導材料は、ゲルであることを特
    徴とする請求項1または2に記載の液体濃度センサ。
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