JP6916182B2 - フロートを介しての流体の特性の検出 - Google Patents

Description

［０００１］ 本出願は、２０１６年１１月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６２／２６０９２８号及び１２０１６年４月５日付けで出願された米国仮特許出願第６２／３１８，６２０号の利益を主張するものであり、これらの出願の内容の全体は、参考として引用することにより本出願に含めてある。

［０００２］実施の形態は、流体の密度又は濃度を検知することに関する。

［０００３］ 流体の密度及び濃度の検知は、例えば、選択触媒還元ディーゼル排出物制御システムにて使用されるディーゼル排気流体（ＤＥＦ）の特性の検知を含む、多数の車の用途にて有用である。選択触媒還元（ＳＣＲ）法は、触媒反応によって窒素（ＮＯｘ）排出物のディーゼル酸化物を二原子の環境に優しい窒素ガス（ｄｉａｔｏｍｉｃ ｂｅｎｉｇｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｇａｓ）（Ｎ２）及び水（Ｈ_２０）に変換する方法である。

［０００４］ ＤＥＦは、浄化水と尿素との混合物である。典型的なＳＣＲシステムにおいて、ＤＥＦは、車のタンクの内に貯蔵され、排気中に噴射される。その噴射された尿素は、排気中のＮＯｘを窒素、水及び二酸化炭素に分解する。ディーゼル燃料及びエチレングリコールのような汚染物質がＤＥＦと混合したとき、排気中のＮＯｘを還元するＤＥＦの能力は低下する。汚染したＤＥＦは、また、ＳＣＲシステムを損傷させる可能性もある。

［０００５］ ＤＥＦの密度、濃度又はレベル（液位）を検知しかつ判定するため、種々のセンサ及び技術が利用可能であるが、かかるセンサ及び技術は、常に、満足し得るものとは限らない。

［０００６］ １つの実施の形態は、流体の特性を検出するシステムを提供する。一例において、該システムは、管と、フロートと、センサと、コントローラとを含む。該管は、流体を受け入れる形態とされている。フロートは、該管内に配置される。センサは、フロートの位置を検知する形態とされている。該コントローラは、フロートの位置を、センサから受け取り、そのフロートの位置に基づいて、流体の特性を判定する形態とされている。この特性は、密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである。

［０００７］ 別の実施の形態は、流体の特性を検出する方法を提供する。一例において、該方法は、流体を受け入れる形態とされた管内に配置されたフロートの位置を、センサを介して検知するステップと、該フロートの位置に基づいて流体の特性をコントローラを介して判定するステップとを含む。一例において、該特性は、密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである。一部の実施の形態において、フロートのセンサは、接続部を通してその判定した情報又はデータを外部装置に直接、又は間接に通信することができる。該接続部は、例えば、通信バスを介するアナログ又はデジタルとすることができる。該接続部は、パルス幅変調（ＰＷＭ）プロトコル、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコル、シングルエッジニブル伝送（ＳＥＮＴ）プロトコル、ローカル相互接続（ＬＩＮ）プロトコル又は別の通信プロトコルをサポートすべく具体化することができる。

［０００８］ 別の実施の形態は、ケージと、フロートと、永久磁石と、磁気スイッチとを含む流体センサを提供する。一例において、ケージは、流体を保持する形態とされたタンク内に配置されている。該ケージは、流体がケージ内に入るのを許容し、かつケージ内の層流及び乱流を減少させ又は解消する開口を含む。フロートは、ケージ内に配置され、所定の密度であるフロートの密度を有している。永久磁石は、フロートに機械的に結合されている。該永久磁石は、外部磁界の効果を減少させる磁界を有する形態とされている。磁気スイッチは、ケージ内のフロートの位置を判定する形態とされている。磁気スイッチの状態は、流体の流体密度が所定の密度よりも小さいかどうかを示す。

［０００９］ 別の実施の形態は、磁気スイッチと、検知型集積回路とを含む流体センサを提供する。該磁気スイッチは、フロートの位置を判定する形態とされている。一例において、フロートの位置は、流体の密度と関係している。検知型集積回路は、磁気角度センサと、温度センサと、デジタル入力とを含む。磁気角度センサは、磁界の角度を測定する形態とされている。一例において、磁界の角度は、流体の流体液位と関係している。温度センサは、流体の温度を測定する形態とされている。デジタル入力は、磁気スイッチに結合されている。一例において、検知型集積回路は、流体の液位、流体の温度及び流体の密度と関係した出力信号を伝送する形態とされている。

［００１０］ その他の特徴は、詳細な説明及び添付図面を検討することにより、明らかになるであろう。

１Ａは、１つの実施の形態による検知システムを示す斜視図である。１Ｂは、別の実施の形態による検知システムを示す斜視図である。 一部の実施の形態による密度対温度を示すグラフである。 一部の実施の形態による密度対温度を示すグラフである。 ４Ａは、一部の実施の形態による検知システムのフロートの図である。４Ｂは、一部の実施の形態による検知システムのフロートの図である。４Ｃは、一部の実施の形態による検知システムのフロートの図である。 ５Ａは、一部の実施の形態による検知システムを示す図である。５Ｂは、一部の実施の形態による検知システムを示す図である。５Ｃは、一部の実施の形態による検知システムを示す図である。 一部の実施の形態による検知システムの制御システムを示すブロック図である。 ７Ａは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。７Ｂは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。７Ｃは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。 ８Ａは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。８Ｂは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。８Ｃは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。８Ｄは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。 ９Ａは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。９Ｂは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。 １０Ａは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。１０Ｂは、別の実施の形態による検知システムを示す図である。 一部の実施の形態による流体の密度センサを示す切欠き断面図である。 一部の実施の形態による図１１の流体の密度センサを示す概略図である。 別の実施の形態による図１の流体の密度センサを示す概略図である。

［００２５］
任意の実施の形態について詳細に説明する前に、これらの実施の形態は、以下の説明に記載し又は以下の図面に示した構成要素の構造及び配置の詳細にのみその適用例が限定されるものではないことを理解すべきである。その他の実施の形態が可能であり、本明細書に記載した方法及びシステムは、種々の仕方にて実施し又は実行することができる。

［００２６］ 図１Ａには、一部の実施の形態による検知システム１００が示されている。図示した例において、検知システム１００は、案内管１０５と、キャップ１１０と、該案内管１０５内に配置されたフロート又は浮きマス１１５とを含む。該案内管１０５は、検知すべき流体を受け入れかつ保持する形態とされている。流体は、例えば、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）、ブレーキ流体、油、燃料、トランスミッション流体、ウオッシャ液及び冷媒といった自動車用流体のような任意の流体とすることができる。

［００２７］ 案内管１０５は、頂部分１２０と、底部分１２５と、垂直軸線１３０とを含む。フロート１１５は、流体の１つ又はより多くの特性（例えば、密度）に基づいて、垂直軸線１３０に沿って案内管１０５内を動く。図示した実施の形態において、検知システム１００は、また、案内管１０５の底部分１２５に近接して配置されたセンサ１３５も含む。

［００２８］ 該センサ１３５は、フロート１１５の位置を検知するよう作用可能なセンサである。例えば、１つの実施の形態において、該センサ１３５は、フロート１１５の位置を連続的に検知し、かつその検知した位置をリアルタイムにて出力する形態とされたアナログセンサとすることができる。その他の実施の形態において、センサ１３５は、フロート１１５がセンサ１３５の所定の距離内にあるときを検出する形態とされたデジタルセンサとすることができる。かかる実施の形態において、センサ１３５は、センサ１３５が所定の距離を移動したならば、データを出力する。一部の実施の形態において、センサ１３５は、近接センサである。一部の実施の形態において、センサ１３５は、磁気センサ（例えば、ホール効果センサ）である。かかる実施の形態において、フロート１１５は、磁気材料を含み、又は磁気材料にて形成することができる。その他の実施の形態において、センサ１３５は、例えば、誘導型センサ、容量型センサ、光学センサ、又はフロート１５の存在を検出する形態とされたその他のセンサとすることができる。

［００２９］ 一部の作動の実施の形態において、フロート１１５は、検知すべき流体の密度に基づいて垂直軸線１３０に沿って動く。フロート１１５は、その垂直方向への動きが所定の閾値密度に対応するような設計とすることができる。例えば、管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度よりも大きい場合、フロート１１５は、センサ１３５から離れて垂直軸線１３０内を動き、これにより該管１０５内の流体が許容可能な密度閾値を上回ることを示す。管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度よりも小さい場合、フロート１１５は、センサ１３５に向けて垂直軸線１３０内を動き、これにより管１０５内の流体が許容可能な所定の閾値密度よりも小さいことを示す。管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度にほぼ等しい場合、フロート１１５は、管１０５の頂部分１２０と底部分１２５との間にてほぼ等しい距離に配置された位置にて流体内で浮遊する。一部の実施の形態において、流体内で浮遊するフロート１１５は、許容し得ない密度であることを示す。

［００３０］ その他の実施の形態において、フロート１１５の垂直方向への動きは、流体の液位に対応するものとすることができる。例えば、管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度よりも大きい場合、フロート１１５は、センサ１３５から離れて垂直軸線１３０内を動き、これにより、管１０５内の流体が許容可能な液位を上回り、また、許容可能な密度閾値よりも大きいことを示す。

［００３１］ 図１Ｂには、１つの実施の形態による検知システム１５０が示されている。該検知システム１５０は、検知システム１００と実質的に同様とし、また、実質的に同様の構成要素を含む。例えば、検知システム１５０は、案内管１０５と、キャップ１１０と、フロート１１５とを含むことができる。検知システム１５０は、案内管１０５の頂部分１２０に近接して配置されたセンサ１５５を更に含むことができる。その他の実施の形態において、検知システム１００、１５０は、案内管の側部に近接して配置された１つ又はより多くのセンサを含むことができる。

［００３２］ 検知システム１５０の一部の作動の実施の形態において、フロート１１５は、検知すべき流体の密度に基づいて垂直軸線１３０内を動く。フロート１１５は、垂直方向への動きが所定の閾値密度に対応するような設計とすることができる。例えば、管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度よりも大きい場合、フロート１１５は、センサ１５５に向けて垂直軸線１３０内を動き、これにより、管１０５内の流体が許容可能な密度を上回ることを示す。管１０５内の流体の密度が所定の閾値密度よりも小さい場合、フロート１１５は、センサ１５５から離れて垂直軸線１３０内を動き、これにより、管１０５内の流体は許容可能な密度よりも小さいことを示す。

［００３３］ フロート１１５は、ある温度範囲にわたって所定の閾値密度にほぼ等しい密度を有するよう形成することができる。フロート１１５は、１つ又はより多くの材料にて形成することができる。例えば、一部の実施の形態において、フロート１１５は、鉄系／磁性材料及びプラスチック材料（たとえば、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）材料）の混合物にて形成される。更に、フロート１１５は、水吸収性の低い材料にて形成してもよい。

［００３４］ 一部の作動の実施の形態において、以下に掲げた等式を使用することができる。これらの等式において、Ｗ_ｆｍは、フロート１１５の重量、Ｂ_ｆｍｍは、フロート１１５の浮力、Ｆ_ｍｆｍは、フロート１１５に作用する機械的拘束力、Ｍ_ｆｍは、フロート１１５の質量、ρ_ｆｍは、フロート１１５の密度、Ｖ_ｆｍは、フロート１１５の体積、ρ_{ｆｌｕｉｄ}は、流体の密度である。この関係は次の式（１）及び（２）に示される。

［００３５] フロート１１５は、機械的拘束力を受けないで、したがって、Ｆ_ｍｆｍ＝０にて、流体内を自由に動く形態とされている。一部の実施の形態において、密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}は、所定の密度閾値にほぼ等しいように選ぶことができる。その他の実施の形態において、例えば、図１Ａに示した実施の形態において、フロートの密度ρ_ｆｍは、所定の閾値密度よりも僅かに大きいように選ぶことができる。かかる実施の形態において、流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}が所定の密度閾値にほぼ等しいとき、フロート１１５は、垂直軸線１３０に沿って、管１０５の底部部分１２５に向けて動く。その他の実施の形態において、例えば、図１Ｂに示した実施の形態において、フロートの密度ρ_ｆｍは、所定の閾値密度よりも僅かに小さいように選ぶことができる。かかる実施の形態の形態において、流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}が所定の密度閾値にほぼ等しいとき、フロート１１５は、ρ_{ｆｌｕｉｄ}が閾値よりも小さくない限り、垂直軸線１３０に沿って管１０５の頂部分１２０に留まるであろう。この状態が生じたとき、フロート１１５は、底部分１２５まで動くであろう。

［００３６］ 流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}は、流体の濃度に対応する。このため、流体の濃度の変化の結果、フロート１１５も動く。例えば、流体の濃度が増し、閾値を超えると、フロート１１５は、案内管１０５の頂部分１２０に向けて動くであろう。これとは逆に、流体の濃度が低下し、閾値よりも小さくなると、フロート１１５は、案内管１０５の底部分１２５に向けて動くであろう。

［００３７］ フロート１１５は、フロートの密度ρ_ｆｍがある温度範囲にわたって流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}に実質的に等しいように形成することができる。かかるフロート１１５は、以下の等式３に示したように、流体の密度温度係数に実質的に等しい密度温度係数を有することになろう。この関係は次の式（３）に示される。

［００３８］ 上記の等式３において、α_ｆｍはフロートの密度温度係数であり、αρ_{ｆｌｕｉｄ}は、流体の密度温度係数である。
［００３９］ 一部の実施の形態において、フロート１１５は、単一の材料にて形成されている。かかる実施の形態において、フロートの密度温度係数α_ｆｍおよび、流体の密度温度係数α_{ｆｌｕｉｄ}は、ある所定の温度範囲にわたってほぼ等しくなければならない。その結果、流体及びフロートの熱膨張率（ＣＴＥ）は、作動温度範囲にわたって実質的に等しいままである。

［００４０］ 図２は、一部の実施の形態に従った密度対温度を示すグラフ２００である。グラフ２００は、第１の線２０５と、第２の線２１０と、第３の線２１５とを含む。図示した実施の形態において、第１の線２０５は、ＤＥＦに対応し、第２の線２１０は、１つの実施の形態に従って単一の材料により形成されたフロート１１５に対応し、第３の線２１５は、水に対応する。図示したように、所定の温度範囲にわたって、フロートの密度ρ_ｆｍ（第２の線２１０にて図示）は、流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}(第１の線２０５にて図示）よりも僅かに小さい。フロートの密度ρ_ｆｍは、流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}のある％であるように選ばれる。フロートの密度温度係数ρ_ｆｍは、流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}のある％であるように選ばれる。密度温度係数α_{ｆｌｕｉｄ}にほぼ等しいフロートの密度温度係数α_ｆｍを有するフロート１１５である結果、ある広い温度範囲にわたって維持される密度比となる。かかるフロート１１５は、広い温度範囲にわたって誤警報を実質的に減少させることができる。その他の実施の形態において、フロートの密度ρ_ｆｍは、過剰密度の状態を検出し得るように流体の密度ρ_{ｆｌｕｉｄ}を上回るようにすることができる。

［００４１］ 一部の実施の形態において、フロート１１５は、２つの異なる材料、例えば、第１の材料ｆｍ１および第２の材料ｆｍ２にて形成される。かかる実施の形態において、第１の材料ｆｍ１及び第２の材料ｆｍ２のそれぞれの体積及び密度は、以下に掲げた等式に従って判定することができる。一部の実施の形態において、第１の材料ｆｍ１は、流体中で浮く形態とされた材料とし、第２の材料ｆｍ２は、センサ１３５、１５５により検知される形態とされた材料とすることができる。この関係は次の式（４）〜（９）に示される。

［００４２］ 上記の等式において、Ｍ_ｆｍは、フロート１１５の全質量であり、Ｍ_ｆｍ１は、第１の材料ｆｍ１の質量、Ｍ_ｆｍ２は、第２の材料ｆｍ２の質量、Ｖ_ｆｍは、フロートの全体積、Ｖ_ｆｍ１は、第１の材料ｆｍ１の体積、Ｖ_ｆｍ２は、第２の材料ｆｍ２の体積、ρ_ｆｍは、フロート１１５の全密度、ρ_ｆｍ１は、第１の材料ｆｍ１の密度及びρ_ｆｍ２は、第２の材料ｆｍ２の密度である。

［００４３］ 図３は、密度対温度を示すグラフ３００である。グラフ３００は、第１の線３０５と、第２の線３１０と、第３の線３１５と、第４の線３２０とを含む。図示した実施の形態において、第１の線３０５は、ＤＥＦに対応し、第２の線３１０は、１つの実施の形態に従って第１の材料ｆｍ１及び第２の材料ｆｍ２にて形成されたフロート１１５に対応し、第３の線３１５は、所定の密度閾値に対応し、第４の線３２０は、水に対応する。

［００４４］ 図４Ａから図４Ｃには、一部の実施の形態によるフロート４００が示されている。該フロート４００は、フロート材料４０５と、対象材料４１０と、複数の通路４１５とを含むことができる。図示した実施の形態において、該フロート４００は、案内管１０５に沿った安定的な動き、及びセンサ１３５との整合を促進する流体力学的形状を有している。複数の通路４１５は、フロート４００の安定的な動き及び整合を更に促進する。

［００４５］ フロートの材料４０５は、フロート４００浮きを促進する形態とされている。一部の実施の形態において、フロートの材料４０５は、プラスチック材料、例えば、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）にて形成される。フロートの材料４０５は、約８００ｋｇ／ｍ^３から約９００ｋｇ／ｍ^３ （例えば、約８５０ｋｇ／ｍ^３）の密度を有することができる。

［００４６］ 対象材料４１０は、センサ１３５、１５５により検知される形態とされている。一部の実施の形態において、対象材料４１０は、磁石、例えば、セラミック磁石にて形成される。対象材料４１０は、約４８００ｋｇ／ｍ^３から約４９００ｋｇ／ｍ^３（例えば、約４８５０ｋｇ／ｍ^３）の密度を有することができる。図示した実施の形態において、対象材料４１０は、フロート４００の底部分４２０内に一体化されている。

［００４７］ 図５Ａ−５Ｃには、一部の実施の形態による案内管５００が示されている。図示したように、該案内管５００は、フロート４００を受け入れる形態とされている。案内管５００及びフロート４００は、実質的に摩擦無しの又は低摩擦の接触を提供する面（例えば、管の表面５０５）を含む。一部の実施の形態において、該表面は、気泡の形成を防止する形態とされた親水性面である。案内管５００は、ストッパ５１０と、複数の開口５１５とを更に含む。該ストッパ５１０は、フロート４００の上方への動きを制限する。複数の開口５１５は、流体が案内管５００に流入し且つ案内管から流出することを許容する。

［００４８］ 図６は、検知システム１００の制御システム６００のブロック図である。制御システム６００は、また、その他の実施の形態と共に使用し、かつ本明細書にて説明した１つ又はより多くの方法又は操作にて機能することができる。制御システム６００は、コントローラ６０５と、入力／出力モジュール６１０と、センサ１３５、１５５とを含む。コントローラ６０５は、電子プロセッサ又は処理装置６１５と、メモリ６２０とを含む。該メモリ６２０は、処理装置６１５により実行可能な命令を保存する。一部の場合、コントローラ６０５は、１つ又はより多くのマイクロプロセッサと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等とを含む。一部の実施の形態において、コントローラ６０５は、入力／出力モジュール６１０を更に含む。

［００４９］ 入力／出力モジュール６１０は、制御システム６００と外部装置との間の有線及び／又は無線の通信を可能にする。一部の実施の形態において、外部装置は、自動車のコンピータ及び／又は制御システムである。かかる一つの実施の形態において、入力／出力モジュール６１０は、Ｊ１９３９又はコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）標準と適合可能なようなデジタルポートを含むことができる。入力／出力モジュール６１０は、車のデータバスと通信するための機構を提供する。その他の実施の形態において、入力／出力モジュール６１０は、特定の用途の必要性に依存して、適当なアナログ又はデジタル信号を使用して外部装置と通信することができる。一部の実施の形態において、検知システム１３５、１５５は、アナログ線を介して、または、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）プロトコル、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコル、シングルエッジ二ブル伝送（ＳＥＮＴ）プロトコル、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）プロトコル又は別のプロトコルに従って具体化された通信バスのようなデジタル線を介して情報信号を直接、出力することができる。

［００５０］ 図７Ａ−７Ｃには、別の実施の形態による検知システム７００の断面図が示されている。一部の実施の形態において、該検知システム７００は、流体を保持するタンク又はリザーバ内に配置されている。検知システム７００は、案内管７０５と、フロート７１０と、センサ７１５とを含む。図示した実施の形態において、案内管７０５は、基部７２０と、該基部７２０から延びる第１の及び第２のアーム７２５ａ、７２５ｂとを含む。更に、図示した実施の形態において、フロート７１０は、頂部分７３０と、基部分７３５とを含む。フロート７１０は、基部分７３５内に配置された対象物又は対象材料７４０とを更に含むことができる。図示した実施の形態において、センサ７１５は、案内管７０５の基部７２０内にて、または、基部７２０に近接して配置され、かつフロート７１０の対象物７４０を検知する形態とされている。センサ７１５は、上述したセンサ１３５と同様のものとすることができる。

［００５１］ 作動時、検知すべき流体は、検知領域７４５内に受け入れられる。フロート７１０は、検知領域７４５内にて流体の密度に対して動く。センサ７１５がフロート７１０の対象物４０の位置を検知する間、第１の及び第２のアーム７２５ａ、７２５ｂは、検知領域７４５内にて頂部分７３０を介して、フロート７１０を案内し且つ／または保持する。なお、図７Ａ乃至７Ｃから明らかな如く、フロートの基部分７３５の幅寸法が、案内管７０５の第１及び第２のアーム７２５ａ及び７２５ｂの離間寸法より大きいために、フロート７１０が、浮力により上方向に動いたときに、基部分７３５が第１及び第２のアーム７２５ａ及び７２５ｂに干渉してアーム間を通過できない。

［００５２］ 検知システム７００は、種々の角度にて変位する間、検知領域７４５内にて流体を正確に検知する形態とされている。例えば、検知システム７００は、約０°から約１５°の範囲内の角度であるとき、流体を正確に検知することができる。

［００５３］ 図７Ａには、所定の温度閾値よりも大きい密度を有する流体を検知する、第１の角度にある検知システム７００が示されている。図示したように、該第１の角度は、水平基準線（または水平線）７５０に対して約０°である。このため、図示したように、フロート７１０は、センサ７１５から離れて矢印７５５で示した第１の方向に動く。図７Ｂには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する、第１の角度にある検知システム７００が示されている。このため、図示したように、フロート７１０は、センサ７１５に向けて矢印７６６で示した第２の方向に動く。

［００５４］ 図７Ｃには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する、第２の角度にある検知システム７００が示されている。図示したように、第２の角度は、水平基準線７５０に対して０°よりも大きい。一部の実施の形態において、第２の角度は、０°よりも僅かに大きい値から約１５°の範囲内にあるようにすることができる。図示したように、検知システム７００は、種々の作動角度にある間、流体の特性を測定する形態とされている。

［００５５］ 図８Ａ−８Ｄには、別の実施の形態による検知システム８００の断面図が示されている。一部の実施の形態において、該検知システム８００は、流体を保持するタンク内に配置されている。該検知システム８００は、案内管８０５と、フロート８１０と、センサ８１５とを含む。センサ８１５は、上述したセンサ１３５と同様のものとすることができる。図示した実施の形態において、案内管８０５は、頂部壁８２０と、フロート８１０が基部８２５の近くに配置されたとき、水平基準線８３５に対してフロート８１０が向き決めされたままであることを許容する外形とされた角度付き部分８３０を有する基部８２５とを含む。更に、図示した実施の形態において、フロート８１０は、フロート８１０が頂部壁８２０の近くに配置されたとき、水平基準線８３５に対してフロート８１０が向き決めされたままであることを許容する外形とされた角度付き部分８４０を有する頂部分８３７を含む。

［００５６］ 図８Ａには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する、第１の角度にある検知システム８００が示されている。図示したように、第１の角度は、水平基準線８３５に対して約０°である。図８Ｂには、所定の密度閾値よりも大きい密度を有する流体を検知する、第１の角度にある検知システム８００が示されている。

［００５７］） 図８Ｃには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する、第２の角度にある検知システム８００が示されている。図示したように、第２の角度は、水平基準線８３５に対して０°よりも大きい角度である。一部の実施の形態において、該２の角度は、０°よりも僅かに大きい値から約１５°の範囲内にあるようにすることができる。図８Ｄには、所定の密度閾値よりも大きい密度を有する流体を検知する、第２の角度にある検知システム８００が示されている。図示したように、検知システム８００は、種々の作動角度にある間、流体の特性を測定する形態とされている。

［００５８］ 図９Ａ及び図９Ｂには、別の実施の形態による検知システム９００の断面図が示されている。該検知システム９００は、案内部９０５と、フロート９１０と、センサ９１５とを含む。センサ９１５は、上述したセンサ１３５と同様のものとすることができる。フロート９１０は、アーム９２０を介して案内部９０５と回動可能に接続されている。図示した実施の形態において、アーム９２０は、実質的に剛性であり、また、第１の端部９２５にてフロート９１０に回動可能に装着され、かつ第１の端部９２５の反対側の第２の端部９３０にて装着点９２７を介して案内部９０５に回動可能に装着されている。一部の実施の形態において、フロート９１０は、センサ９１５により検知される形態とされた磁石９３５を含む。

［００５９］ 図９Ａには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する検知システム９００が示されている。図９Ｂには、所定の密度閾値よりも大きい密度を有する流体を検知する検知システム９００が示されている。

［００６０］ 図１０Ａ及び図１０Ｂには、別の実施の形態による検知システム１０００の断面図が示されている。検知システム１０００は、案内部１００５と、フロート１０１０と、センサ１０１５とを含む。センサ１０１５は、上述したセンサ１３５と同様のものとすることができる。フロート１０１０は、アーム１０２０を介して案内部１００５に回動可能に接続されている。図示した実施の形態において、アーム１０２０は、可撓性であり、また、第１の端部１０２５にてフロート１０１０に装着され、かつ第１の端部１０２５の反対側の第２の端部１０３０にて装着点１０２７を介して案内部１００５に装着されている。一部の実施の形態において、アーム１０２０はばねである。一部の実施の形態において、フロート１０１０は、センサ１０１５により検知される形態とされた磁石１０３５を含む。

［００６１］ 図１０Ａには、所定の密度閾値よりも小さい密度を有する流体を検知する検知システム１０００が示されている。図１０Ｂには、所定の密度閾値よりも大きい密度を有する流体を検知する検知システム１０００が示されている。

［００６２］ 図１１には、デジタル流体密度スイッチ１１１５の切欠き断面図が示されている。図示した例において、デジタル流体密度スイッチ１１１５は、流体がケージ１７０５に入るのを許容する開口１１２５を有するケージ１７０５を含む。デジタル流体密度スイッチ１１１５は、磁気センサ又はスイッチ１７１０と、永久磁石１７２０付きのフロート１７１５とを含む。磁気センサ１７１０は、ケージ７０５内のフロート１７１５の位置を監視し又は測定する。永久磁石１７２０は、フロート１７１５に機械的に結合されている。例えば、一部の実施の形態において、永久磁石１７２０は、フロート７１５内に配置し、又はフロート１７１５の外面に装着することができる。フロート１７１５は、標準的なＤＥＦ（すなわち、所定の流体密度を有するＤＥＦ）の密度よりも小さい密度を有する。かかるフロート１７１５の密度は、図８及び図９に概略図的に示したように、フロート１７１５の空気（ポケット内の）、プラスチック（ＤＥＦよりも小さい密度を有する）と、検知対象要素（ＤＥＦよりも大きい密度を有するもの、例えば、磁石）との材料の組み合わせにより実現することができる。フロート１７１５の密度は、十分な尿素濃度を有するＤＥＦの密度の下端近くにあるため、フロート１７１５は、ＤＥＦの密度が過少であるとき、（すなわち、尿素の濃度が有効な選択触媒還元過程のために不十分であるとき）、ケージ１７０５の底部まで沈む。これとは逆に、フロート１７１５は、ＤＥＦの密度が十分であるとき（すなわち、尿素の濃度が有効な選択触媒還元過程のために十分であるとき）、ケージ１７０５の底部よりも上昇する（図１１に示したように）。ケージ１７０５内のフロート１７１５（特に、永久磁石１７２０）の位置を判定するため、磁気スイッチ１７１０が使用される。例えば、一部の実施の形態において、磁気スイッチ１７１０は、磁気スイッチの状態が磁気スイッチ１７１０の位置における磁界に依存する場合、ホールスイッチ、リードスイッチ又はその他のスイッチである。従って、磁気スイッチ１７１０の位置における磁界は、フロート１７１５内の永久磁石１７２０の位置に基づいて変化する。一部の実施の形態において、フロート１７１５の位置を識別するためその他の検知技術を使用することができることを理解すべきである。磁気センサ１７１０は、アナログ線を介して、又はデジタル線を介して情報信号を直接に又は間接に出力することができ、例えば、信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）、シングルエッジニブル伝送（ＳＥＮＴ）、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）、又はその他の通信プロトコルを使用することができる。

［００６３］ 図１２は、フロート１７１５内に第２の永久磁石１８０５を有するデジタル流体密度スイッチ１１１５の概略図である。図１２に示したように、一部の実施の形態において、デジタル流体密度スイッチ１１１５は、外部磁界（または、外部から発生した磁界）がフロート１７１５に及ぼす効果を減少させ又は解消する構成要素を含む。フロート１７１５が外部から発生した磁界の存在下にあるとき、フロート１７１５は、永久磁石１７２０と外部から発生した磁界との間の相互作用のため、ケージ１７０５内にて回転し又は上方又は下方に動く。図１２に図示したように、一部の実施の形態において、フロート１７１５は、外部から発生した磁界のため、フロート１７１５が受ける正味力を減少させ又は解消する第２の永久磁石１８０５を含む。永久磁石１７２０、１８０５にて矢印で示したように、永久磁石１７２０、１８０５は、逆の極性を有している。従って、外部から発生した磁界によって、永久磁石１７２０、１８０５が受ける正味力は、大部分、互いに打ち消し合う。このため、フロート１７１５の位置は、外部から発生した磁界による影響を受けない。しかしながら、フロート１７１５の位置は、永久磁石１７２０が磁気スイッチ１７１０の近くにあるかどうかを検知する、磁気スイッチ１７１０によって依然として判定することができる。外部から発生した磁界がフロート１７１５に対して及ぼす効果を更に減少させ又は解消するため、永久磁石のその他の形態を含むことができることを理解すべきである。例えば、外部から発生した磁界に起因してフロート１７１５に作用する正味力が減少し又は解消されるように、多数の磁石又は多数の磁石部分を使用することができる。これらの多数の磁石部分は、同一の形状とし又は異なる形状としてよい。更に、多数の磁石部分は、同一の平面内にあり又は異なる平面内にあるようにしてもよい。

［００６４］ 図１３は、ケージ１７０５に近接し、又はその頂部にある強磁性材料又は第２の永久磁石１９０５を有するデジタル密度スイッチ１１１５の概略図である。ケージ１７０５は、フロート１７１５が安定的に動くように、ケージ１７０５内の流体の層流又は乱流を減少させ得るように機械的に設計されている。

［００６５］ 一部の実施の形態において、デジタル流体密度スイッチスイッチ１１１５は、振動又はケージ１７０５を通る流体の流れに起因してフロート１７１５が動くのを防止する構成要素を含む。例えば、振動又はケージ１７０５を通る流体の流れを受けるとき、フロート１７１５は、流体の密度が十分であっても、ケージ１７０５の頂部近くに留まることはできない。図１３に示したように、一部の実施の形態において、ケージ１７０５の頂部は、フロート１７１５の第２の永久磁石１８０５を引き付ける強磁性材料１９０５を含む。強磁性材料１９０５と第２の永久磁石１８０５との間の引き付け作用は弱く、流体の密度の測定値に影響を及ぼさないことを意味する。例えば、リザーバ１１０５内の流体が過少の密度を有する場合、フロート１７１５は、ケージの底部まで沈むであろう。これとは逆に、リザーバ１１０５内の流体が十分な密度を有するとき、フロート１７１５は、ケージ１７０５の頂部まで浮上するであろう。フロート１７１５がケージ１７０５の頂部にあるとき、デジタル密度スイッチ１１１５が振動しかつ／又はケージ１７０５を通って流れる流体を受けるときでさえ、永久磁石１８０５が強磁性材料１９０５に僅かに引き付けられるため、フロート１７１５は、ケージ１７０５の頂部に留まるであろう。その他の実施の形態において、第２の永久磁石１８０５に加えて、又はこれと代替的に、フロート１７１５内のその他の磁石をわずかに引き付けるようにすべく強磁性材料１９０５を使用することができることを理解すべきである。

［００６６］ このように、実施の形態は、特に、流体の特性を検知する形態とされた検知システムを提供する。種々の特徴及び利点が以下の請求の範囲に記載されている。以下は、本願の出願当初の本発明の各種形態である。
（形態１）流体の特性を検出するシステムにおいて、
流体を受け入れる形態とされた管と、
該管内に配置されたフロートと、
該フロートの位置を検知する形態とされたセンサと、
コントローラであって、
センサからのフロートの位置情報を受け取り、かつフロートの位置に基づいて、密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである流体の特性を測定する形態とされた、前記コントローラとを備える、
システム。
（形態２）形態１に記載のシステムにおいて、
前記センサは、磁気センサである、システム。
（形態３）形態２に記載のシステムにおいて、
前記フロートは、少なくとも部分的に磁気材料にて形成される、システム。
（形態４）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値よりも僅かに大きい、システム。
（形態５）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値の一部であるように設定される、システム。
（形態６）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートは、２つ又はより多くの材料の組み合わせ体にて形成される、システム。
（形態７）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートは、１つの通路を含む、システム。
（形態８）形態１に記載のシステムにおいて、
該システムは、水平方向基準線に対して約０°から約２０°の範囲にて作動するとき、流体の特性を検出する形態とされる、システム。
（形態９）形態１に記載のシステムにおいて、
前記管は、フロートを案内する形態とされたアームを含む、システム。
（形態１０）形態１に記載のシステムにおいて、
前記管は、角度付き部分を含む、システム。
（形態１１）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートは、角度付き部分を含む、システム。
（形態１２）形態１に記載のシステムにおいて、
前記フロートは、アームを介して案内部と接続される、システム。
（形態１３）形態１２に記載のシステムにおいて、
前記アームは、ばねを備える、システム。
（形態１４）形態１に記載のシステムにおいて、
前記センサは、アナログセンサである、システム。
（形態１５）形態１に記載のシステムにおいて、
前記センサは。デジタルセンサである、システム。
（形態１６）流体の特性を検出する方法において、
流体を受け入れる形態とされた管内に配置されたフロートの位置情報をセンサを介して検知するステップと、
前記フロートの位置に基づいて、密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである流体の特性を前記コントローラを介して測定するステップとを備える、方法。
（形態１７）形態１６に記載の方法において、
前記センサは、磁気センサである、方法。
（形態１８）形態１７に記載の方法において、
前記フロートは、少なくとも部分的に磁気材料にて形成される、方法。
（形態１９）形態１６に記載の方法において、
前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値よりも僅かに大きい、方法。
（形態２０）形態１６に記載の方法において、
前記フロートのフロート密度は、流体の密度閾値にほぼ等しい、方法。
（形態２１）形態１６に記載の方法において、
２つ又はより多くの材料の組み合わせ体を使用してフロートを形成するステップを更に備える、方法。
（形態２２）形態１６に記載の方法において、
前記フロートは、１つの通路を含む、方法。
（形態２３）流体センサにおいて、
タンク内に配置する形態とされ、かつ流体がケージ内に入るのを許容する開口部を含むケージと、
該ケージ内に配置され、かつ所定の密度であるフロート密度を有するフロートと、
該フロートに機械的に結合された永久磁石と、
前記ケージ内のフロートの位置を測定する形態とされた磁気スイッチとを備え、
該磁気スイッチの状態は、流体の流体密度が所定の密度よりも小さいかどうかを示す、流体センサ。
（形態２４）形態２３に記載の流体センサにおいて、
前記ケージは、前記センサ内の層流及び乱流の流れを減少させる形態とされる、流体センサ。
（形態２５）形態２３に記載の流体センサにおいて、
前記ケージの頂部に近接した第２の永久磁石を更に備える、流体センサ。
（形態２６）流体センサにおいて、
流体の所定の密度と関係した前記フロートの位置を測定する形態とされた磁気スイッチと、
検知集積回路であって、
流体の流体レベルと関係した磁気角度を測定する形態とされた磁気角度センサと、
流体の温度を測定する形態とされた温度センサと、
前記磁気スイッチと結合されたデジタル入力部とを含む前記検知積積回路と、を備え、
該検知集積回路は、流体のレベル、流体の温度及び流体の密度に関係した出力信号を伝送する形態とされる、流体センサ。
（形態２７）形態２６に記載の流体センサにおいて、
磁界は、外部磁界効果を減少させる形態とされる、流体センサ。
（形態２８）形態２６に記載の流体センサにおいて、
前記磁気角度センサは、アナログセンサである、流体センサ。
（形態２９）形態２６に記載の磁気センサにおいて、
前記磁気角度センサは、デジタルセンサである、流体センサ。

Claims (26)

1. 流体の特性を検出するシステムにおいて、
   流体を受け入れる形態とされた管（８０５）であって、該管は頂部壁（８２０）と第１の角度付き部分（８３０）を有する基部（８２５）とを含む前記管（８０５）と、
   該管内に配置されたフロートと（８１０）であって、該フロートは第２の角度付き部分（８４０）を有する頂部分（８３７）を含む前記フロート（８１０）と、
   該フロートの位置を検知する形態とされたセンサ（８１５）と、
   コントローラで（６０５）あって、センサからのフロートの位置情報を受け取り、かつフロートの位置に基づいて、密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである流体の特性を測定する形態とされた、前記コントローラ（６０５）とを備え、
   前記第１の角度付き部分（８３０）は、前記管が傾いた場合においても前記フロート（８１０）が前記頂部壁（８２０）又は基部（８２５）の近傍に位置決めされたとき、前記フロートが水平方向基準線（８３５）に向き決めされたままとなるような外形とされている、システム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記センサは、磁気センサである、システム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、
   前記フロートは、少なくとも部分的に磁気材料にて形成される、システム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値よりも僅かに大きい、システム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値の一部であるように設定される、システム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記フロートは、２つ又はより多くの材料の組み合わせ体にて形成される、システム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記フロートは、１つの通路（４１５）を含む、システム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   該システムは、水平方向基準線（８３５）に対して約０°から約２０°の範囲にて作動するとき、流体の特性を検出する形態とされる、システム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記管は、フロートを案内する形態とされたアーム（９２０、１０２０）を含む、システム。
10. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記フロートは、アーム（９２０、１０２０）を介して案内部（９０５、１００５）と接続される、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記アーム（１０２０）は、ばねを備える、システム。
12. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記センサは、アナログセンサである、システム。
13. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記センサは、デジタルセンサである、システム。
14. 流体の特性を検出する方法において、
    流体を受け入れる形態とされた管（８０５）内に配置されたフロート（８１０）の位置情報をセンサ（８１５）を介して検知するステップであって、前記管及びセンサが水平方向基準線（８３５）に対して第１の角度を形成するとき前記フロート（８１０）の第１の位置を前記センサ（８１５）を介して検知するステップと、
    前記フロートの前記第１の位置に基づいて、流体の特性をコントローラ（６０５）を介して測定するステップと、
    前記管及びセンサが水平方向基準線（８３５）に対して第２の角度を形成するとき前記フロート（８１０）の第２の位置を前記センサ（８１５）を介して検知するステップと、
    前記フロートの第２の位置に基づいて流体の特性を、前記コントローラを介して測定するステップとを備え、
    前記特性は密度及び濃度から成る群から選ばれた少なくとも１つである、方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    前記センサは、磁気センサである、方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    前記フロートは、少なくとも部分的に磁気材料にて形成される、方法。
17. 請求項１４に記載の方法において、
    前記フロートのフロート密度は、流体の流体密度閾値よりも僅かに大きい、方法。
18. 請求項１４に記載の方法において、
    前記フロートのフロート密度は、流体の密度閾値にほぼ等しい、方法。
19. 請求項１４に記載の方法において、
    ２つ又はより多くの材料の組み合わせ体を使用してフロートを形成するステップを更に備える、方法。
20. 請求項１４に記載の方法において、
    前記フロートは、１つの通路（４１５）を含む、方法。
21. 流体センサにおいて、
    タンク内に配置する形態とされ、かつ流体がケージ（１７０５）内に入るのを許容する開口部（１１２５）を含むケージ（１７０５）と、
    該ケージ内に配置され、かつ所定の密度であるフロート密度を有するフロート（１７１５）と、
    該フロートに機械的に結合された第１の永久磁石（１７２０）と、
    該ケージの頂部に機械的に結合された第２の永久磁石又は強磁性材料（１９０５）と、
    前記ケージ内のフロートの位置を測定する形態とされた磁気スイッチ（１７１０）とを備え、
    該磁気スイッチ（１７１０）の状態は、流体の流体密度が所定の密度よりも小さいかどうかを示し、
    前記フロートがケージの頂部に位置するとき前記第１の永久磁石（１７２０）は第２の永久磁石又は強磁性材料（１９０５）の吸引力の影響を受ける、流体センサ。
22. 請求項２１に記載の流体センサにおいて、
    前記ケージ（１７０５）は、前記ケージ内の層流及び乱流の流れを減少させる形態とされる、流体センサ。
23. 流体センサにおいて、
    案内管（７０５）であって、該案内管は、基部（７２０）と受け入れ領域と第１のアーム（７２５ａ）と第２のアーム（７２５ｂ）とを含み、該第１及び第２のアーム（７２５ａ、７２５ｂ）は互いに所定寸法離れて対向し且つ前記基部から伸び、且つ前記受け入れ領域は流体を受け入れる形態とされた前記案内管（７０５）と、
    流体の所定の密度と関係したフロート（７１０）の位置を測定する形態とされた磁気スイッチであって、前記フロート（７１０）は、前記所定寸法より小さい幅寸法の頂部分（７３０）と前記所定寸法より大きい幅寸法の基部分（７３５）とを含み、前記第１及び第２のアーム（７２５ａ、７２５ｂ）は前記頂部分（７３０）を介して前記フロートを案内する前記磁気スイッチ（７１５）と、
    検知集積回路であって、流体の流体レベルと関係した前記フロート（７１０）の位置を測定する形態とされたセンサと、流体の温度を測定する形態とされた温度センサと、前記磁気スイッチと結合されたデジタル入力部とを含む前記検知集積回路と、を備え、
    該検知集積回路は、流体のレベル、流体の温度及び流体の密度に関係した出力信号を伝送する形態とされる、流体センサ。
24. 請求項２３に記載の流体センサにおいて、
    磁界は、外部磁界効果を減少させる形態とされる、流体センサ。
25. 請求項２３に記載の流体センサにおいて、
    前記磁気角度センサは、アナログセンサである、流体センサ。
26. 請求項２３に記載の磁気センサにおいて、
    前記磁気角度センサは、デジタルセンサである、流体センサ。

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