JP5755595B2 - センサ装置、センサ装置を用いて液体の特性を測定する方法 - Google Patents

Description

本明細書では、センサ装置、センサ装置を用いて液体の特性を測定する方法を開示する。

特許文献１に、液体内に配置される電極対の静電容量を測定することによって、測定対象となる液体の液質や液面レベルを検出するセンサ装置が開示されている。特許文献１のセンサ装置は、基板の表裏面のそれぞれに噛み合わせるように配置された櫛歯形の電極対を１対ずつ備えている。表面側の電極対の静電容量を測定することによって液面レベルを検出し、裏面側の電極対の静電容量を測定することによって液質を検出する。

特開２００５−３５１６８９号公報

液体内に配置される電極対の静電容量を測定するセンサ装置では、測定値が電極対が配置される液体の導電率の影響を受けて変化する場合がある。本明細書では、電極対が配置される液体の導電率の影響を小さくすることができるセンサ装置を提供する。

本明細書で開示されるセンサ装置は、基板と、基板の表面に互いに離間して形成されている、第１電極および第２電極を有する第１電極対と、基板の裏面に互いに離間して形成されている、第３電極および第４電極を有する第２電極対と、を有するセンサ部と、電源とセンサ部とを接続する配線部とを備えている。このセンサ装置では、第１電極は、第３電極の少なくとも一部と基板を介して対向しており、第２電極は、第４電極の少なくとも一部と基板を介して対向している。配線部は、第１電極および第４電極の電位が第１電位であり、第２電極および第３電極の電位が、第１電位と異なる電位の第２電位である状態に接続することができる。

上記のセンサ装置では、第１電極および第４電極の電位が第１電位であり、第２電極および第３電極の電位が、第１電位と異なる電位の第２電位である状態になるように、配線部は、第１電極、第２電極、第３電極および第４電極と電源との間を接続している。これによって、基板の同一面上（表面又は裏面）で対向する電極間（第１電極と第２電極の間および第３電極と第４電極の間）で電位差が生じるとともに、基板を挟んでその少なくとも一部が対向する電極間（第１電極と第３電極の間、第２電極と第４電極の間）においても電位差が生じる。その結果、基板を挟んでその少なくとも一部が対向する電極間の容量成分（静電容量をＣｚとする）が、基板の面上で対向する電極間の容量成分（静電容量をＣｙとする）に並列接続され、センサ部の静電容量Ｃは、Ｃ＝Ｃｙ＋Ｃｚとなる。センサ部の誘電損失ｔａｎδは、電源の角周波数ω、センサ部の寄生抵抗Ｒ２（液体の導電率の影響を受ける）と静電容量Ｃによって、下記式（１）によって表される。式（１）より、静電容量ＣがＣｚだけ大きくなると、誘電損失ｔａｎδが小さくなり、液体の導電率の影響を小さくすることができる。
ｔａｎδ＝１／ωＣＲ２ …… （１）

上記のセンサ装置では、第１電極と第３電極とは、互いに基板を介して対向する位置に形成されており、第２電極と第４電極とは、互いに基板を介して対向する位置に形成されていてもよい。

上記のセンサ装置では、配線部は、第１電極および第４電極の電位が第１電位であり、第２電極および第３電極の電位が第２電位である状態と、第１電極および第３電極の電位が第１電位であり、第２電極および第４電極の電位が第２電位である状態とに切り換え可能な切換手段を含んでいてもよい。

上記のセンサ装置では、配線部は、第１電極対と第２電極対とを並列接続する状態と、第１電極対と第２電極対とを直列接続する状態とに切り換え可能な切換手段を含んでいてもよい。

本明細書は、また、センサ装置を用いて液体の特性を測定する方法を開示する。この方法に用いられるセンサ装置は、基板と、基板の表面に互いに離間して形成されている、第１電極および第２電極を有する第１電極対と、基板の裏面に互いに離間して形成されている、第３電極および第４電極を有する第２電極対と、を備えており、第１電極は、第３電極の少なくとも一部と基板を介して対向しており、第２電極は、第４電極の少なくとも一部と基板を介して対向している。この方法は、第１電極および第４電極の電位が第１電位となり、第２電極および第３電極の電位が、第１電位と異なる電位の第２電位となるようにセンサ装置に電力を供給し、センサ装置から出力される第１出力を用いて、液体の静電容量を測定する。

上記の測定方法では、さらに、第１電極および第３電極の電位が第１電位となり、第２電極および第４電極の電位が、第２電位となるように電力を供給し、センサ装置から出力される第２出力と第１出力とに基づいて、液体の導電率を算出することをさらに含んでいてもよい。

上記の測定方法では、第１電極対と第２電極対とを並列接続する状態でセンサ装置に電力を供給し、センサ装置から出力される出力と、第１電極対と第２電極対とを直列接続する状態でセンサ装置に電力を供給し、センサ装置から出力される出力とを用いて、液体の静電容量および導電率を測定してもよい。

第１実施例のセンサシステムの概略を示す。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。 変形例のセンサシステムの概略を示す。 第２実施例のセンサシステムの概略を示す。 変形例のセンサシステムの概略を示す。 第３実施例のセンサシステムの概略を示す。 変形例のセンサシステムの概略を示す。 第１出力と混合燃料のエタノール濃度との関係を示す。 第２出力と混合燃料の導電率との関係を示す。 第２出力と混合燃料のエタノール濃度との関係を示す。

（第１実施例）
（センサシステム２００の構成）
図１に示すように、センサシステム２００は、センサ装置１０と、特定装置５００を備える。センサ装置１０は、燃料タンク（図示省略）内に配置され、特定装置５００は、燃料タンク外に配置される。センサシステム２００は、エタノールを含む混合燃料に含まれるエタノール濃度を特定するために用いられる。

（特定装置５００の構成）
特定装置５００は、発振回路５２と、抵抗部５４と、整流部５６と、信号増幅部５８と、演算部（ＭＣＵ）６０と、配線部６００とを備える。

発振回路５２は、一定の周波数の信号（電圧）を発生する。発振回路５２は、抵抗部５４を介して配線部６００に接続されている。配線部６００は、センサ部１０および整流部５６に接続されている。センサ部１０は、接続部１４ｃ，１４ｄ，１２ｃ，１２ｄにおいて配線部６００と接続されている。センサ部１０の具体的な構成については後述する。

配線部６００は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、スイッチ６１０，６２０，６３０を備える。スイッチ６１０は、発振回路５２および整流部５６を、端子Ｔ１０に接続する状態と、端子Ｔ１１に接続する状態に切り替える。スイッチ６２０は、接続部１２ｄを、端子Ｔ２０に接続する状態と、端子Ｔ２１に接続する状態に切り替える。スイッチ６３０は、接続部１２ｃを、端子Ｔ３０に接続する状態と、端子Ｔ３１に接続する状態に切り替える。

整流部５６は、スイッチ６１０に接続されている。整流部５６には、スイッチ６１０における信号（電圧）が入力される。整流部５６は、入力した信号（電圧）を整流する。信号増幅部５８には、整流部５６で整流された信号が入力する。信号増幅部５８は、入力する信号（電圧）を増幅する。演算部６０は、整流部５６及び信号増幅部５８を介してスイッチ６１０における信号（電圧）が入力される。抵抗部５４の抵抗値は一定であるため、センサ部１０の静電容量Ｃに応じて演算部６０へ出力される電圧信号の出力値が変化する。演算部６０は、演算部６０へ出力される電圧信号の出力値からセンサ部１０の静電容量Ｃを算出することができる。センサ部１０の静電容量Ｃは、センサ部１０が浸漬する混合燃料に含まれるエタノールの濃度によって変化する。演算部６０は、得られた静電容量Ｃを用いて、エタノールの濃度を算出するためのデータベースを記憶している。これらのデータベースは、予め試験等を元に作成され、演算部６０に記憶されている。

（センサ部１０の構成）
センサ部１０は、基板２０の表面２１に形成された第１電極対１４と、基板２０の裏面２２に形成された第２電極対１２とを備えている。基板２０は、誘電体を材料として形成されており、本実施例では、ポリイミドで形成されているが、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin、ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の他の誘電体材料によって形成されていてもよい。基板２０は、矩形状の平板である。表面２１と裏面２２は、基板２０の互いに対向する面である。第１電極対１４は、表面２１上で互いに離間して配置されている櫛歯状の第１電極１４ａおよび第２電極１４ｂを有している。第２電極対１２は、裏面２２上で互いに離間して配置されている櫛歯状の第３電極１２ａおよび第４電極１２ｂを有している。第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、第３電極１２ａ、第４電極１２ｂは、それぞれ、接続部１４ｃ，１４ｄ，１２ｃ，１２ｄにおいて配線部６００と接続されている。接続部１４ｃは、接地されている。接続部１４ｄは、抵抗部５４とスイッチ６１０との間に接続されている。接続部１２ｃは、スイッチ６３０に接続されている。接続部１２ｄは、スイッチ６２０に接続されている。

図１に示すように、第１電極１４ａは、接続部１４ｃから表面２１のＸ軸の正方向の端部に沿ってＹ軸の負方向に伸びる柄部と、この柄部からＸ軸の負方向に伸びる櫛歯部とを備えている。第２電極１４ｂは、接続部１４ｄから表面２１のＸ軸の負方向の端部に沿ってＹ軸の負方向に伸びる柄部と、この柄部からＸ軸の正方向に伸びる櫛歯部とを備えている。第１電極１４ａの櫛歯部と、第２電極１４ｂの櫛歯部は、Ｙ方向に互いに間隔を空けて配置されており、その一部が互いに対向している。第３電極１２ａは、接続部１２ｃから裏面２２のＸ軸の正方向の端部に沿ってＹ軸の負方向に伸びる柄部と、この柄部からＸ軸の負方向に伸びる櫛歯部とを備えている。第４電極１２ｂは、接続部１２ｄから裏面２２のＸ軸の負方向の端部に沿ってＹ軸の負方向に伸びる柄部と、この柄部からＸ軸の正方向に伸びる櫛歯部とを備えている。第３電極１２ａの櫛歯部と、第４電極１２ｂの櫛歯部は、Ｙ方向に互いに間隔を空けて配置されており、その一部が互いに対向している。

図１および図２に示すように、第１電極１４ａと第３電極１２ａは、基板２０のＺ軸方向の中心を通り、かつ、Ｚ軸に垂直な面（図２の線分Ａ−Ｂよって示される面）に対して対称となる位置に配置されている。すなわち、第１電極１４ａの基板２０を介して対向する位置に第３電極１２ａが形成されている。また、第２電極１４ｂと第４電極１２ｂは、基板２０のＺ軸方向の中心を通り、かつ、Ｚ軸に垂直な面に対して対称となる位置に配置されている。すなわち、第２電極１４ｂの基板２０を介して対向する位置に第４電極１２ｂが形成されている。

（静電容量を測定する方法）
特定装置５００は、図示しない制御部を有しており、制御部によって、センサ部１０に電力が供給し、センサ部１０の静電容量Ｃを測定する。具体的には、特定装置５００の制御部は、配線部６００におけるスイッチ６１０等の切換えを行って、センサ部１０の第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、第３電極１２ａ、第４電極１２ｂの接続を操作して、センサ部１０の静電容量Ｃを測定する。

特定装置５００は、まず、図１に示すように、スイッチ６１０を端子Ｔ１１に接続し、スイッチ６２０を端子Ｔ２１に接続し、スイッチ６３０を端子Ｔ３０に接続し、得られた第１出力を用いて、演算部６０においてセンサ部１０の静電容量Ｃを算出する。この場合、第１電極１４ａと第４電極１２ｂは接地され、第１電位Ｖ１（０Ｖ）となる。また、第２電極１４ｂと第３電極１２ａには、発振回路５２によって電圧が印加され、第２電位Ｖ２となる（Ｖ２≠Ｖ１＝０）。第１電極対１４および第２電極対１２は、互いに並列接続される。その結果、基板２０の表面２１上または裏面２２上で対向する電極間（第１電極１４ａと第２電極１４ｂの間および第３電極１２ａと第４電極１２ｂの間）に、大きさＶ１の電位差が生じる。さらに、基板２０を挟んで対向する電極間（第１電極１４ａと第３電極１２ａの間、第２電極１４ｂと第４電極１２ｂの間）においても、大きさＶ１の電位差が生じる。基板２０の表面２１上または裏面２２上で対向する電極間の容量成分（静電容量をＣｙとする）と、基板２０を挟んで対向する電極間の容量成分（静電容量をＣｚとする）は、並列接続されており、センサ部１０の静電容量Ｃは、Ｃ（１）＝Ｃｙ＋Ｃｚとして得られる。この静電容量Ｃに応じた電圧信号が、第１出力として、演算部６０に出力される。

次に、特定装置５００は、配線部６００において、スイッチ６１０を端子Ｔ１０に接続し、スイッチ６２０を端子Ｔ２０に接続し、スイッチ６３０を端子Ｔ３１に接続し、得られた第２出力を用いて、演算部６０においてセンサ部１０の静電容量Ｃを算出する。この場合、第１電極１４ａと第３電極１２ａは接地されて第１電位となり、第２電極１４ｂと第４電極１２ｂには、発振回路５２によって電圧が印加され、第２電位Ｖ２となる。第１電極対１４および第２電極対１２は、互いに並列接続される。これによって、基板２０の表面２１上または裏面２２上で対向する電極間に、大きさＶ１の電位差が生じる。一方で、基板２０を挟んで対向する電極同士は、互いに同電位である。その結果、基板２０を挟んで対向する電極間の容量成分の静電容量Ｃｚは、Ｃｚ≒０となり、基板２０の表面２１上または裏面２２上で対向する電極間の静電容量Ｃｙのみがセンサ部１０の静電容量Ｃ（２）として検出される（Ｃ（２）＝Ｃｙ）。この静電容量Ｃに応じた電圧信号が、第２出力として、演算部６０に出力される。

特定装置５００は、第１出力から得られた静電容量Ｃ（１）と、第２出力から得られた静電容量Ｃ（２）とに基づいて、混合燃料に含まれるエタノール濃度と、混合燃料の導電率を算出する。導電率の算出方法の一例について、図８〜１０を用いて説明する。図８は、静電容量Ｃ（１）に対応して演算部６０に出力される第１出力と、混合燃料中に含まれるエタノール濃度との関係を示す図である。第１出力については測定する液体の導電率の影響が十分小さいため、図８の関係から、混合燃料のエタノール濃度Ｅ（１）を特定することができる。図９は、それぞれのエタノール濃度において、静電容量Ｃ（２）に対応して演算部に出力される第２出力と、混合燃料の導電率との関係を示す図である。図９に示すように、第２出力は混合燃料の導電率の影響を受けて変化し、同じエタノール濃度で比較すると、導電率が高いほど第２出力は大きくなり、導電率が低いほど、第２出力は小さくなる。エタノール濃度がＥ（１）の場合には、図９に示す導電率の範囲内で、第２出力がｘ１だけ変化する。同様に、エタノール濃度がＥ１００，Ｅ０の場合には、それぞれ、第２出力がｘ１００，ｘ０だけ変化する。図１０は、静電容量Ｃ（２）に対応して演算部６０に出力される第２出力と、混合燃料中に含まれるエタノール濃度との関係を示す図である。参照番号１に示す直線は、図９に示す導電率の範囲内で、導電率が最大の場合に得られる第２出力とエタノール濃度との関係を示している。参照番号２に示す直線は、導電率がσ（２）の場合に得られる第２出力とエタノール濃度との関係を示している。参照番号３に示す直線は、図９に示す導電率の範囲内で、導電率が最小の場合に得られる第２出力とエタノール濃度との関係を示している。混合燃料について、第１出力と第２出力を測定すると、まず、図８の関係から、混合燃料のエタノール濃度Ｅ（１）を特定することができる。次に、図９に示す、得られたエタノール濃度Ｅ（１）における導電率と第２出力との関係から、導電率σ（２）を特定することができる。なお、図９に示されていないエタノール濃度における第２出力と導電率との関係は、複数のエタノール濃度における（例えば、エタノール濃度がＥ１とＥ１００における）第２出力と導電率との関係を用いて補填することで得ることができる。図９に示すそれぞれのエタノール濃度における出力と導電率との関係は、予め実験等によって調べることができ、特定装置５００にデータとして記憶されている。特定装置５００は、図９に示す関係を用いることで、第１出力と第２出力とに基づいて、混合燃料の導電率を算出することができる。

上記のとおり、センサ装置２００の配線部６００は、第１電極１４ａおよび第４電極１２ｂの電位が第１電位Ｖ１であり、第２電極１４ｂおよび第３電極１２ａの電位が第２電位Ｖ２（Ｖ２≠Ｖ１）である状態と、第１電極１４ａおよび第３電極１２ａの電位が第１電位Ｖ１であり、第２電極１４ｂおよび第４電極１２ｂの電位が第２電位Ｖ２である状態とに切り換え可能な切換手段として、スイッチ６１０，６２０，６３０を含んでいる。特定装置５００は、配線部６００を上記の２つの状態となるように切り換えて、それぞれセンサ部１０に電力を供給し、静電容量Ｃを測定する。第１電極１４ａおよび第４電極１２ｂの電位が第１電位Ｖ１であり、第２電極１４ｂおよび第３電極１２ａの電位が第２電位Ｖ２である状態では、センサ部１０の静電容量Ｃ（１）は、基板を挟んで一部が対向する電極間の静電容量Ｃｚだけ大きくなる。センサ部１０の誘電損失ｔａｎδは、センサ部１０の静電容量Ｃと寄生抵抗Ｒ２との積に反比例するため、静電容量Ｃが大きくなると、誘電損失ｔａｎδが小さくなり、寄生抵抗Ｒ２の影響（すなわち、測定する液体の導電率の影響）が小さくなる。誘電損失ｔａｎδが小さい状態で静電容量Ｃを測定できるから、静電容量の測定精度が向上する。

また、配線部６００は、スイッチ６１０，６２０，６３０を切り換えて、第１電極１４ａおよび第３電極１２ａの電位が第１電位Ｖ１であり、第２電極１４ｂおよび第４電極１２ｂの電位が第２電位Ｖ２である状態で静電容量Ｃ（２）を測定することができる。静電容量Ｃ（２）は、寄生抵抗Ｒ２が大きいほど小さくなる。静電容量Ｃ（１）と静電容量Ｃ（２）を比較することによって、液体の導電率を算出することができる。導電率を知ることができるため、センサ部１０の静電容量Ｃの測定精度をより向上させることができる。

（変形例）
第１実施例においては、電圧検出を行ったが、図３に示すように、電流検出を行うセンサシステム２０１であってもよい。センサシステム２０１は、特定装置５０１の構成においてセンサシステム２００と相違している。特定装置５０１では、抵抗部５４を介すことなく、発振回路５２が配線部６０１に接続されている。また、配線部３０１は、電流―電圧変換部（Ｉ−Ｖ変換部）５５を介して、整流部５６と接続している。

配線部６０１は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、スイッチ６４０，６５０，６６０，６７０を備える。スイッチ６４０は、発振回路５２と端子Ｔ４０との接続／非接続を切り替える。スイッチ６５０は、発振回路５２と端子Ｔ５０との接続／非接続を切り替える。スイッチ６６０は、接続部１４ｄと端子Ｔ６０との接続／非接続を切り替える。スイッチ６７０は、接続部１４ｄと端子Ｔ７０との接続／非接続を切り替える。

Ｉ−Ｖ変換部５５は、スイッチ６７０に接続されている。Ｉ−Ｖ変換部５５には、スイッチ６７０における信号（電圧）が入力される。Ｉ−Ｖ変換部５５に入力された電圧信号は、電流信号に変換され、整流部５６に出力される。その他の構成については、第１実施例に係るセンサシステム２００と同様であるため、説明を省略する。

特定装置５０１は、図３に示すように、スイッチ６４０を端子Ｔ４０に接続し、スイッチ６５０，６６０を非接続とし、スイッチ６７０を端子Ｔ７０に接続する。これによって、第１実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１）として測定できる。

また、特定装置５０１は、スイッチ６４０，６７０を非接続とし、スイッチ６５０を端子Ｔ５０に接続し、スイッチ６６０を端子Ｔ６０に接続する。これによって、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１実施例と同様に、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じない場合の静電容量Ｃ（２）として測定することができる。第１実施例と同様に、配線部６０１のスイッチ６４０，６５０，６６０，６７０を切り換えることによって、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１）と、電位差が生じない場合の静電容量Ｃ（２）とを測定することができる。

（第２実施例）
図４に示すように、センサシステム２０２は、特定装置５０２の配線部６０２の構成においてセンサシステム２００と相違している。配線部６０２は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態とに切り換え可能に構成されている。

配線部６０２は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、スイッチ６８０，６９０，７００，７１２，７１４を備える。スイッチ６８０は、発振回路５２および整流部５６を、端子Ｔ８０に接続する状態と、端子Ｔ８１に接続する状態に切り替える。スイッチ６９０は、接続部１４ｃを、端子Ｔ９０に接続する状態と、端子Ｔ９１に接続する状態に切り替える。スイッチ７００は、接続部１２ｄを、端子Ｔ１００に接続する状態と、端子Ｔ１０１に接続する状態に切り替える。スイッチ７１２は、スイッチ６８０と端子Ｔ１０２との接続／非接続を切り替える。スイッチ７１４は、接続部１４ｄと端子Ｔ１０４との接続／非接続を切り替える。センサ部１０の接続部１４ｃは、スイッチ６９０に接続されている。接続部１４ｄは、スイッチ７１４および端子Ｔ８０に接続されている。接続部１２ｃは、端子Ｔ１０２および整流部５６に接続されている。接続部１２ｄは、スイッチ７００に接続されている。その他の構成については、第１実施例に係るセンサシステム２００と同様であるため、説明を省略する。

特定装置５０２は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態とに切り換えて、センサ部１０に電力を供給し、センサ部１０の静電容量Ｃをそれぞれ測定する。

特定装置５０２は、図４に示すように、スイッチ６８０を端子Ｔ８１に接続し、スイッチ６９０を端子Ｔ９１に接続し、スイッチ７００を端子Ｔ１０１に接続し、スイッチ７１２を端子Ｔ１０２に接続し、スイッチ７１４を非接続とする。これによって、第１電極１４ａおよび第４電極１２ｂが接地され、第１電位Ｖ１（０Ｖ）となる。また、第２電極１４ｂおよび第３電極１２ａには、発振回路５２によって電圧が印加され、第２電位Ｖ２となる（Ｖ２≠Ｖ１＝０）。第１電極対１４および第２電極対１２は、互いに並列接続される。基板２０を挟んで対向する電極間の容量成分の静電容量Ｃｚｐは、Ｃｚｐ≠０であり、センサ部１０の静電容量Ｃは、Ｃ（１）＝Ｃｙｐ＋Ｃｚｐとして測定される。なお、Ｃｙｐ、Ｃｚｐにおける添え字のｐは、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態での測定値を表している。

また、特定装置５０２は、スイッチ６８０を端子Ｔ８０に接続し、スイッチ６９０を端子Ｔ９０に接続し、スイッチ７００を端子Ｔ１００に接続し、スイッチ７１２を非接続とし、スイッチ７１４を端子Ｔ１０４に接続する。これによって、第１電極１４ａは発振回路５２に接続され、第２電極１４ｂは、第４電極１２ｂに接続され、第３電極１２ａは、整流部５６に接続され、第１電極対１４と第２電極対１２は、直列接続される。基板２０を挟んで対向する電極間の容量成分の静電容量Ｃｚｓは、Ｃｚｓ≠０であり、センサ部１０の静電容量Ｃは、１／Ｃ（３）＝１／Ｃｙｓ＋１／Ｃｚｓの式より算出することができる静電容量Ｃ（３）として測定される。なお、Ｃｙｓ、Ｃｚｓにおける添え字のｓは、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態での測定値を表している。特定装置５０２は、静電容量Ｃ（１）と、静電容量Ｃ（３）とに基づいて、混合燃料に含まれるエタノール濃度と、混合燃料の導電率を算出する。導電率を算出する方法としては、第１実施例において説明した算出方法と同様の方法を用いることができる。

上記のとおり、センサ装置２０２では、第１実施例と同様に、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃを測定することができる。誘電損失ｔａｎδが小さい状態で静電容量Ｃを測定できるから、静電容量の測定精度が向上する。さらに、センサ装置２０２では、配線部６０２は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態とに切り換え可能に構成されている。このため、並列接続時に測定した静電容量Ｃ（１）と、直列接続時に測定した静電容量Ｃ（３）とを比較することによって、液体の導電率を算出することができる。導電率を知ることができるため、センサ部１０の静電容量Ｃの測定精度をより向上させることができる。

（変形例）
第２実施例においては、電圧検出を行ったが、図５に示すように、電流検出を行うセンサシステム２０３であってもよい。センサシステム２０３は、特定装置５０３の配線部６０３の構成において、第１実施例の変形例に係るセンサシステム２０１と相違している。配線部６０３は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、スイッチ７１０，７２０，７３０を備える。スイッチ７１０は、発振回路５２と端子Ｔ１１０との接続／非接続を切り替える。スイッチ７２０は、センサ部１０の接続部１４ｄと端子Ｔ１２０との接続／非接続を切り替える。スイッチ７３０は、接続部１４ｄと端子Ｔ１３０との接続／非接続を切り替える。発信回路５２は、接続部１４ｃおよびスイッチ７１０に接続されている。接続部１２ｃは、端子Ｔ１３０およびＩ−Ｖ変換部５５に接続されている。その他の構成については、センサシステム２０１と同様であるため、説明を省略する。

特定装置５０３は、図５に示すように、スイッチ７１０，７３０をそれぞれ端子Ｔ１１０，Ｔ１３０に接続し、スイッチ７２０を非接続とする。これによって、第２実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態で基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１）として測定できる。

また、特定装置５０３は、スイッチ７１０，７３０を非接続とし、スイッチ７２０を端子Ｔ１２０に接続する。これによって、第２実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態で基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（３）として測定できる。第２実施例と同様に、配線部６０３のスイッチ７１０，７２０，７３０を切り換えることによって、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態における、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１），Ｃ（３）を測定することができる。

（第３実施例）
図６に示すように、センサシステム２０４は、特定装置５０４の配線部６０４の構成においてセンサシステム２００と相違している。配線部６０４は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態とに切り換え可能に構成されている。配線部６０４は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態において、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合と、生じない場合を切り換え可能に構成されている。

配線部６０４は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、センサシステム２００に係るスイッチ６１０，６２０，６３０に加えて、さらに、スイッチ７４０，７５０，７６０，７７０を備える。スイッチ７４０は、発振回路５２を、端子Ｔ１４０に接続する状態と、端子Ｔ１４１に接続する状態に切り替える。スイッチ７５０は、接続部１４ｃを、端子Ｔ１５０に接続する状態と、端子Ｔ１５１に接続する状態に切り替える。スイッチ７６０は、スイッチ７４０と端子Ｔ１６０との接続／非接続を切り替える。スイッチ７７０は、接続部１４ｄおよび端子Ｔ１０４と、端子Ｔ１７０との接続／非接続を切り替える。スイッチ６１０は、端子Ｔ１６０に接続している。端子Ｔ１７０は、端子Ｔ１０および端子Ｔ２０に接続している。その他の構成については、第１実施例に係るセンサシステム２００と同様であるため、説明を省略する。

特定装置５０４は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、直列接続する状態とに切り換えるとともに、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態において、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合と、生じない場合とに切り換えて、センサ部１０に電力を供給し、センサ部１０の静電容量Ｃをそれぞれ測定する。

特定装置５０４は、図６に示すように、スイッチ６１０を端子Ｔ１１に接続し、スイッチ６２０を端子Ｔ２１に接続し、スイッチ６３０を端子Ｔ３０に接続し、スイッチ７４０を端子Ｔ１４１に接続し、スイッチ７５０を端子Ｔ１５１に接続し、スイッチ７６０を端子Ｔ１６０に接続し、スイッチ７７０を非接続とする。これによって、第１実施例等と同様に、第１電極１４ａおよび第４電極１２ｂが接地され、第１電位Ｖ１（０Ｖ）となる。また、第２電極１４ｂおよび第３電極１２ａには、発振回路５２によって電圧が印加され、第２電位Ｖ２となる（Ｖ２≠Ｖ１＝０）。第１電極対１４および第２電極対１２は、互いに並列接続されている。第１実施例、第２実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１）として測定できる。

また、特定装置５０４は、スイッチ６１０を端子Ｔ１０に接続し、スイッチ６２０を端子Ｔ２０に接続し、スイッチ６３０を端子Ｔ３１に接続し、スイッチ７４０を端子Ｔ１４１に接続し、スイッチ７５０を端子Ｔ１５１に接続し、スイッチ７６０を端子Ｔ１６０に接続し、スイッチ７７０を非接続とする。これによって、第１実施例と同様に、第１電極１４ａおよび第３電極１２ａが接地され、第１電位Ｖ１（０Ｖ）となる。また、第２電極１４ｂおよび第４電極１２ｂには、発振回路５２によって電圧が印加され、第２電位Ｖ２となる。第１電極対１４および第２電極対１２は、互いに並列接続される。第１実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じない場合の静電容量Ｃ（２）として測定できる。

また、特定装置５０４は、スイッチ６１０を端子Ｔ１１に接続し、スイッチ６２０を端子Ｔ２０に接続し、スイッチ６３０を端子Ｔ３０に接続し、スイッチ７４０を端子Ｔ１４０に接続し、スイッチ７５０を端子Ｔ１５０に接続し、スイッチ７６０を非接続とし、スイッチ７７０を端子Ｔ１７０に接続する。これによって、第２実施例と同様に、第１電極１４ａは発振回路５２に接続され、第２電極１４ｂは、第４電極１２ｂに接続され、第３電極１２ａは、整流部５６に接続され、第１電極対１４と第２電極対１２は、直列接続される。第２実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（３）として測定できる。特定装置５０４は、静電容量Ｃ（１），Ｃ（２），Ｃ（３）に基づいて、混合燃料に含まれるエタノール濃度と、混合燃料の導電率を算出する。導電率を算出する方法としては、第１実施例、第２実施例において説明した算出方法を用いることができる。第１実施例と同様に、静電容量Ｃ（１），Ｃ（２）に基づいて算出した導電率と、第２実施例と同様に、静電容量Ｃ（１），Ｃ（３）に基づいて算出した導電率との平均値を導電率の測定値として用いることができ、導電率測定の精度をより向上させることができる。

上記のとおり、センサ装置２０４では、配線部６０４は、第２実施例と同様に、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態と、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態とに切り換え可能に構成されている。さらに、配線部６０４は、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態において、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合と、生じない場合を切り換え可能に構成されている。センサ装置２０４によれば、センサ装置２００，２０２と同様の測定を１つのセンサ装置で実行でき、静電容量Ｃ（１），Ｃ（２），Ｃ（３）を得ることができる。静電容量Ｃ（１），Ｃ（２），Ｃ（３）を比較することによって、液体の導電率の影響をより精度よく算出することができるから、静電容量の測定精度が一層向上する。

（変形例）
第３実施例においては、電圧検出を行ったが、図７に示すように、電流検出を行うセンサシステム２０５であってもよい。センサシステム２０５は、特定装置５０５の配線部６０５の構成において、第１実施例の変形例に係るセンサシステム２０１と相違している。配線部６０５は、配線の接続状態を切り換え可能な切換手段として、センサシステム２０１に係るスイッチ６４０，６５０，６６０，６７０に加えて、さらに、スイッチ７８０を備える。スイッチ７８０は、接続部１４ｃと端子Ｔ１８０との接続／非接続を切り替える。端子１８０は、スイッチ６７０を介して、Ｉ−Ｖ変換部５５に接続されている。その他の構成については、センサシステム２０１と同様であるため、説明を省略する。

特定装置５０５は、図７に示すように、スイッチ６４０，６７０，７８０をそれぞれ端子Ｔ４０，Ｔ７０，Ｔ１８０に接続し、スイッチ６５０，６６０を非接続とする。これによって、第３実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（１）として測定できる。

また、特定装置５０５は、スイッチ６５０，６６０，７８０をそれぞれ端子Ｔ５０，Ｔ６０，Ｔ１８０に接続し、スイッチ６４０，６７０を非接続とする。これによって、第３実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを並列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じない場合の静電容量Ｃ（２）として測定できる。

また、特定装置５０５は、スイッチ６６０，６７０をそれぞれ端子Ｔ６０，Ｔ７０に接続し、スイッチ６４０，６５０，７８０を非接続とする。これによって、第３実施例と同様に、センサ部１０の静電容量Ｃを、第１電極対１４と第２電極対１２とを直列接続する状態で、基板２０を挟んで対向する電極間に電位差が生じる場合の静電容量Ｃ（３）として測定できる。

上記の実施例およびその変形例では、センサ部の静電容量を用いて、混合燃料に含まれるエタノールの濃度を測定する場合を例示して説明したが、これに限られない。混合燃料中の液面レベル等、他の物理量を測定するものであってもよい。また、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２は、相違する電位であればよく、いずれが高電位であってもよい。また、なお、第１電極１４ａと第３電極１２ａ、または第２電極１４ｂと第４電極１２ｂは、基板２０を挟んでその一部が互いに対向する場合であっても、その電極間に電位差を付与すれば、静電容量を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：センサ装置
１２：第２電極対
１２ａ：第３電極
１２ｂ：第４電極
１２ｃ，１２ｄ、１４ｃ，１４ｄ：接続部
１４：第１電極対
１４ａ：第１電極
１４ｂ：第２電極
２０：基板
２１：表面
２２：裏面
５２：発信回路
５４：抵抗部
５５：Ｉ−Ｖ変換部
５６：整流部
５８：信号増幅部
６０：演算部
２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５：センサシステム
５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５：特定装置
６００，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５：配線部

Claims (7)

1. 基板と、
   基板の表面に互いに離間して形成されている、第１電極および第２電極を有する第１電極対と、
   基板の裏面に互いに離間して形成されている、第３電極および第４電極を有する第２電極対と、を有するセンサ部と、
   電源とセンサ部とを接続する配線部とを備えたセンサ装置であって、
   第１電極は、第３電極の少なくとも一部と基板を介して対向しており、
   第２電極は、第４電極の少なくとも一部と基板を介して対向しており、
   配線部は、第１電極対と第２電極対とを並列接続するとともに、第１電極対と第２電極対との並列接続による第１容量成分と、基板を介して対向する第１電極と第３電極との間の第２容量成分と、基板を介して対向する第２電極と第４電極との間の第３容量成分と、を並列接続して、第１電極および第４電極の電位が第１電位であり、第２電極および第３電極の電位が、第１電位と異なる電位の第２電位である状態に接続したときのセンサ部の静電容量に応じた電圧信号を出力する、センサ装置。
2. 第１電極と第３電極とは、互いに基板を介して対向する位置に形成されており、
   第２電極と第４電極とは、互いに基板を介して対向する位置に形成されている、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 配線部は、第１電極および第４電極の電位が第１電位であり、第２電極および第３電極の電位が第２電位である状態と、第１電極および第３電極の電位が第１電位であり、第２電極および第４電極の電位が第２電位である状態とに切り換え可能な切換手段を含む、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 配線部は、第１電極対と第２電極対とを並列接続する状態と、第１電極対と第２電極対とを直列接続する状態とに切り換え可能な切換手段を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 基板と、
   基板の表面に互いに離間して形成されている、第１電極および第２電極を有する第１電極対と、
   基板の裏面に互いに離間して形成されている、第３電極および第４電極を有する第２電極対と、を有するセンサ部を備えており、
   第１電極は、第３電極の少なくとも一部と基板を介して対向しており、
   第２電極は、第４電極の少なくとも一部と基板を介して対向している、センサ装置を用いて液体の特性を測定する方法であって、
   第１電極対と第２電極対とを並列接続するとともに、第１電極対と第２電極対との第１容量成分と、基板を介して対向する第１電極と第３電極との間の第２容量成分と、基板を介して対向する第２電極と第４電極との間の第３容量成分と、を並列接続し、
   第１電極および第４電極の電位が第１電位となり、第２電極および第３電極の電位が、第１電位と異なる電位の第２電位となるようにセンサ装置に電力を供給し、
   センサ装置から出力されるセンサ部の静電容量に応じた第１電圧信号を用いて、液体の特性を測定する、方法。
6. 第１電極対と第２電極対とを並列接続し、
   第１電極および第３電極の電位が第１電位となり、第２電極および第４電極の電位が、第２電位となるように電力を供給し、
   センサ装置から出力されるセンサ部の静電容量に応じた第２電圧信号と第１電圧信号とに基づいて、液体の導電率を算出することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 第１電圧信号と、第１電極対と第２電極対とを直列接続する状態でセンサ装置に電力を供給し、センサ装置から出力されるセンサ部の静電容量に応じた電圧信号とを用いて、液体の特性を測定する、請求項５又は６に記載の方法。

Images