JPH11153561A

JPH11153561A - 流体識別方法及び流体識別装置

Info

Publication number: JPH11153561A
Application number: JP32103297A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Inoue; 眞一井上; Kiyoshi Yamagishi; 喜代志山岸; Kenji Tomonari; 健二友成; Hiromitsu Miyajima; 浩光宮嶋
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】感熱式センサーを用いた流体識別において、
識別精度を低下させることなしに被識別流体の加熱を少
なくして、被識別流体の引火爆発や化学的変化の可能性
を低減する。【解決手段】通電により薄膜発熱体２Ａを発熱させ、
この発熱により薄膜感温体２Ｂを加熱し、薄膜発熱体２
Ａから薄膜感温体２Ｂへの熱伝達に対し被識別流体によ
り熱的影響を与え、薄膜感温体２Ｂの電気抵抗に対応す
る電気的出力に基づき被識別流体の種類を判別する。電
源１０及びタイマー回路１２により薄膜発熱体２Ａに対
して周期的に通電し、薄膜感温体２Ｂの電気抵抗に対応
する周期的な電気的出力Ａの１周期における代表値Ａ’
を代表値抽出処理回路１４で抽出し、代表値Ａ’がどの
種類の被識別流体のものであるかを比較器１６において
閾値Ｘ，Ｙとの比較により判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の種類を判別
する技術に属するものであり、特に、流体の熱的性質の
違いを利用して流体の種類を判別する流体識別方法及び
流体識別装置に関するものである。

【０００２】本発明の流体識別方法及び流体識別装置
は、例えば燃料油タンク内の油の液面を検知したり該タ
ンク内に沈積する水の液面すなわち水と油との界面を検
知するのに利用することができる。

【０００３】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
自動車などのエンジンに対して供給する燃料油たとえば
ガソリンや軽油あるいは家庭用や業務用の給湯設備のバ
ーナーに対して供給する燃料油たとえば灯油を貯蔵する
タンクにおいては、該タンク内に残存する燃料油の量を
検知するために、液面計（油量計）が使用される。

【０００４】このような液面計として、故障の発生しや
すい機構部分を有するフロート式のものに代わって、傍
熱型または自己発熱型の感熱式センサーを利用したもの
が用いられている。これは、抵抗温度係数の大きな感温
体を別に設けた発熱抵抗体に通電し発熱させて得られる
熱により加熱し或は感温体に直接通電し発熱させる際
に、発熱抵抗体または自己発熱の感温体が燃料油からの
熱的影響を受けるか空気からの熱的影響を受けるかによ
って、感温体の温度上昇の程度が異なることに基づくも
のである。

【０００５】ところで、このような従来の感熱式のセン
サーでは、結果として被検知流体を加熱することになる
ので、該流体が燃料油及びその蒸気を含む空気である場
合には、引火爆発の危険性が高められることになる。

【０００６】また、被検知流体が化学的変化を生じやす
い流体である場合には、以上のような従来の感熱式セン
サーを用いて液面検知を行うと、化学的変化により流体
の変質の可能性が高められることになる。

【０００７】以上のように、感熱式センサーには、多く
の利点が存在するけれども、被検知流体（被識別流体）
を加熱する動作が必要であることに基づき必然的に生ず
る技術的課題が存在する。

【０００８】そこで、本発明の目的は、感熱式センサー
を用いた流体識別において、識別精度を低下させること
なしに被識別流体の加熱を少なくして、該被識別流体の
引火爆発や化学的変化の可能性を低減することを目的と
する。

【０００９】また、本発明の目的は、応答性に優れ高精
度な液面計や界面計として利用できる流体識別装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、通電により発熱体を発
熱させ、この発熱により感温体を加熱し、前記発熱体か
ら前記感温体への熱伝達に対し被識別流体により熱的影
響を与え、前記感温体の電気抵抗に対応する電気的出力
に基づき前記被識別流体の種類を判別する流体識別方法
であって、前記発熱体への通電を周期的に行うことを特
徴とする流体識別方法、が提供される。

【００１１】本発明の一態様においては、前記被識別流
体の種類の判別を、前記感温体の電気抵抗に対応する周
期的な電気的出力の１周期における代表値を抽出し、該
代表値がどの種類の被識別流体のものであるかを判断す
ることで行う。

【００１２】本発明の一態様においては、前記代表値が
どの種類の被識別流体のものであるかの判断を、前記代
表値に対して設定された閾値との比較に基づき行う。

【００１３】本発明の一態様においては、前記代表値と
して、前記感温体の電気的出力の１周期における最大値
と最小値との差や、前記感温体の電気的出力の１周期に
おける最大値または最小値や、前記感温体の電気的出力
の１周期における所定量の変化に要する時間を用いる。

【００１４】本発明の一態様においては、前記感温体の
電気抵抗に対応する電気的出力を得るに際して前記被識
別流体の温度補償を行う。

【００１５】本発明の一態様においては、前記発熱体及
び前記感温体として、絶縁膜を介して積層された薄膜発
熱体及び薄膜感温体を用いる。

【００１６】また、本発明によれば、以上の如き目的を
達成するものとして、通電により発熱体を発熱させ、こ
の発熱により感温体を加熱し、前記発熱体から前記感温
体への熱伝達に対し被識別流体により熱的影響を与え、
前記感温体の電気抵抗に対応する電気的出力に基づき前
記被識別流体の種類を判別する流体識別装置であって、
前記発熱体に対して周期的に通電する電源部と、前記感
温体の電気抵抗に対応する周期的な電気的出力の１周期
における代表値を抽出して該代表値がどの種類の被識別
流体のものであるかを判断する判別手段とを有すること
を特徴とする流体識別装置、が提供される。

【００１７】本発明の一態様においては、前記判別手段
は、前記代表値に対して設定された閾値と前記抽出され
た代表値との比較に基づき、該代表値がどの種類の被識
別流体のものであるかを判断する。

【００１８】本発明の一態様においては、前記発熱体及
び前記感温体は、絶縁膜を介して積層された薄膜発熱体
及び薄膜感温体である。

【００１９】本発明の一態様においては、前記発熱体及
び前記感温体を含み前記被識別流体と接触せしめられる
センサー部は、前記被識別流体に接触して該被識別流体
との間で熱伝達を行う外面部分を有する容器の内部に前
記薄膜発熱体と前記薄膜感温体とが収容されており、前
記薄膜発熱体は前記容器の前記外面部分に対応する内面
部分との間で熱伝達可能なように配置されている。

【００２０】本発明の一態様においては、前記薄膜発熱
体と前記薄膜感温体とは基板の第１面上にて絶縁層を介
して積層されており、前記基板の前記第１面と反対側の
第２面が前記容器の内面部分に接合されている。

【００２１】本発明の一態様においては、前記基板の第
２面は平坦面とされており、該第２面と接合されている
前記容器の前記内面部分及び前記外面部分は互いに平行
な平坦面とされている。

【００２２】本発明の一態様においては、前記基板の第
２面並びに前記容器の前記内面部分及び前記外面部分は
いずれも水平に配置されている。

【００２３】本発明の一態様においては、前記センサー
部は、前記薄膜感温体の電気抵抗に対応する電気的出力
を得るに際して前記被識別流体の温度補償を行うための
流体温度補償感温部を有する。

【００２４】本発明の一態様においては、前記流体温度
補償感温部は前記薄膜発熱体と同一の高さに配置されて
いる。

【００２５】本発明の一態様においては、前記センサー
部を昇降させる手段を備えている。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。

【００２７】図１は、本発明による流体識別方法及びそ
の装置の第１の実施形態を示す回路構成図であり、図１
（ａ）はその一部を示し、図１（ｂ）はその他部を示
す。本実施形態は、水、油及び空気の３種類の流体の種
類を識別する例を示すものである。

【００２８】図１において、２は流体種別検知部であ
り、４は流体温度補償感温部である。流体種別検知部２
は薄膜発熱体２Ａと薄膜感温体２Ｂとを含んでおり、薄
膜感温体２Ｂは薄膜発熱体２Ａの発熱の影響を受けるよ
うに該薄膜発熱体２Ａの近傍に（特に、後述のように、
絶縁層を介して積層された状態にて）配置されている。

【００２９】図１において、１０は直流電源であり、１
２はタイマー回路である。タイマー回路１２は、薄膜発
熱体２Ａに対して間欠的に電圧を印加させる。図示され
ている様に、薄膜感温体２Ｂの両端における電圧が出力
Ａとして出力される。流体種別検知の際には、得られる
変動出力Ａの代表値を抽出する代表値抽出処理回路１４
に入力し、ここで抽出された代表値出力Ａ’を比較器１
６に入力し、且つ該比較器１６に流体種別検知のための
異なる２つの閾値Ｘ，Ｙを入力し、比較器１６において
出力Ａの代表値出力Ａ’を閾値Ｘ及び閾値Ｙと比較して
代表値出力Ａ’の閾値Ｘ，Ｙに対する大小関係に応じて
流体種別検知信号たる出力Ｂを出力する。これらの流体
種別検知については更に後述する。

【００３０】図２は、上記流体種別検知部２及び流体温
度補償感温部４の具体的構成例を示す模式的断面図であ
る。

【００３１】図２（ａ）は流体種別検知部２を示すもの
で、該流体種別検知部２は基板２１上に薄膜発熱体２Ａ
を形成し、その上に絶縁層２２を介して薄膜感温体２Ｂ
を形成し、その上に保護層２３を形成したチップ状のも
のからなる。基板２１としては例えば厚さ０．５ｍｍ程
度で大きさ２〜３ｍｍ角程度のアルミナなどの絶縁基板
を用いることができ、薄膜発熱体２Ａとしては膜厚１μ
ｍ程度で所望形状にパターニングしたサーメットからな
るものを用いることができ、絶縁層２２としては膜厚１
μｍ程度のＳｉＯ₂ からなるものを用いることができ、
薄膜感温体２Ｂとしては膜厚０．５〜１μｍ程度で所望
形状例えば蛇行形状にパターニングした白金やニッケル
などの抵抗温度係数が大きく安定な金属抵抗膜を用いる
ことができ（あるいは酸化マンガン系のＮＴＣサーミス
ターからなるものを用いることもできる）、保護層２３
としては膜厚１μｍ程度のＳｉＯ₂ からなるものを用い
ることができる。このように、薄膜発熱体２Ａと薄膜感
温体２Ｂとが薄膜絶縁層２２を介して極く近接して配置
されていることにより、薄膜感温体２Ｂは薄膜発熱体２
Ａの発熱の影響を直ちに受けることになる。

【００３２】図２（ｂ）は流体温度補償感温部４を示す
もので、該流体温度補償感温部４は基板４１上に温度補
償用薄膜感温体４０を形成し、その上に保護層４１’を
形成したチップ状のものからなる。基板４１としては上
記基板２１と同様なものを用いることができ、温度補償
用薄膜感温体４０としては上記薄膜感温体２Ｂと同様な
ものを用いることができ、保護層４１’としては上記保
護層２３と同様なものを用いることができる。特に、温
度補償用薄膜感温体４０としては薄膜感温体２Ｂと同等
の抵抗温度係数を持つものを使用するのが好ましい。

【００３３】上記基板２１，４１としては、上記の他
に、適宜のガラス、セラミックス、シリコン（シリコン
の場合には、表面に酸化膜を形成する）からなるものを
用いることができる。

【００３４】図３は、上記流体種別検知装置のセンサー
部の具体的構成例を示す模式的断面図である。図３にお
いて、センサー部２０においては、金属などの熱伝導性
の良好な材料を用いて構成された皿型の容器３２の底面
上に、上記流体種別検知部２及び流体温度補償感温部４
の基板２１，４１側の面をハンダや銀ペーストや銅ペー
ストのような熱伝導率の大きな接合材３３により接合さ
れている。容器３２の底面上には、配線基板３４も同様
な接合材３３を用いて接合されており、該配線基板３４
の所定の配線端子と流体種別検知部２及び流体温度補償
感温部４の端子とがそれぞれボンディングワイヤー３５
により接続されている。該配線基板３４の他の所定の配
線端子には外部リード線３６が接続されている。容器３
２の内部にはシール樹脂３７が充填されている。容器３
２の上部外側のフランジ部にはシール樹脂３７を封止す
るキャップ３２’が取り付けられている。該キャップ３
２’の一部は、容器３２のフランジ部の外側へと延びて
おり、これによりセンサー部２０が支持されている。こ
のように、センサー部２０の容器は、内部に収容された
流体種別検知部２及び流体温度補償感温部４等の素子を
被識別流体と接触させることなく密閉している。

【００３５】図３において、容器３２の下面が被識別流
体に接触して該被識別流体との間で熱伝達を行う外面部
分とされている。流体種別検知部２及び流体温度補償感
温部４の基板２１，４１の容器３２の底面との接合面は
平坦面とされており、容器３２の底面の内面部分及び外
面部分は互いに平行な平坦面とされている。これによ
り、流体種別検知部２及び流体温度補償感温部４と被識
別流体との接合材３３及び容器３２の底面を介しての熱
伝達を一層良好なものとすることができる。また、容器
３２の底面は水平であり、流体種別検知部２と流体温度
補償感温部４とは同一の高さに位置しているので、流体
種別検知と流体温度補償感温とを常に同じ流体に対して
行うことができ、流体の界面（空気と油との界面及び油
と水との界面）の検知精度が高められる。

【００３６】図４及び図５は、上記流体種別検知装置の
センサー部の変形構成例を示す模式的断面図である。こ
れらの図において、上記図３におけると同様の機能を有
する部材には同一の符号が付されている。これらの構成
例は、センサー部の小型化特に細型化を企図したもので
ある。

【００３７】図４の例では、ボンディングワイヤーを用
いることなしに、配線基板３４の片面側の配線にハンダ
ボール（若しくはフリップチップによるハンダ）３５’
を用いて流体種別検知部２及び流体温度補償感温部４の
端子が接続されている。また、図５の例では、ボンディ
ングワイヤーを用いることなしに、配線基板３４の両面
側の配線にそれぞれハンダボール（若しくはフリップチ
ップによるハンダ）３５’を用いて流体種別検知部２及
び流体温度補償感温部４の端子が接続されている。これ
らの構成例では、容器３２の筒状面に流体種別検知部２
及び流体温度補償感温部４が接合されている。この流体
種別検知部２及び流体温度補償感温部４と接合される容
器３２の筒状面の内面部分及び外面部分を互いに平行な
平坦面とすることが好ましい。

【００３８】尚、図４及び図５において、３０は被識別
流体の収容されるタンク例えば燃料油タンクの側面を示
す。そして、図４は縦断面を示し、図５は横断面を示
し、いずれの場合も流体種別検知部２と流体温度補償感
温部４とは同一の高さに位置している。

【００３９】図６は、上記流体種別検知装置のセンサー
部の更なる変形構成例を示す模式図である。図６（ａ）
は一部切欠側面図であり、図６（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面
図である。これらの図において、上記図１〜５における
と同様な機能を有する部材には同一の符号が付されてい
る。

【００４０】本例では、配線基板３４上に形成された配
線の電極（図示せず）に対して流体種別検知部２の電極
（図示せず）及び流体温度補償感温部４の電極（図示せ
ず）がフリップチップ法により接続されている。そし
て、配線基板３４には、電源及び出力Ａ側との電気的接
続のための電極（図示せず）が形成されている。図６に
示されているように、この流体種別検知部２及び流体温
度補償感温部４と接合される容器３２の筒状面の一部は
内面部分及び外面部分が互いに平行な平坦面とされてい
る。

【００４１】図６（ａ）において、Ｘ−Ｘ方向は上下方
向を示しており、流体種別検知部２と流体温度補償感温
部４とは同一の高さに位置している。

【００４２】図７は、以上の実施形態における流体種別
検知の説明図である。

【００４３】図７（ａ）はセンサー部２０が空気に接触
している状態を示しており、図７（ｂ）はセンサー部２
０が油に接触している状態を示しており、図７（ｃ）は
センサー部２０が水に接触している状態を示している。

【００４４】図８は上記図７（ａ）に示される「空気」
接触状態にした時に得られる出力Ａの一例を示してお
り、図９は上記図７（ｂ）に示される「油」接触状態に
した時に得られる出力Ａの一例を示しており、図１０は
上記図７（ｃ）に示される「水」接触状態にした時に得
られる出力Ａの一例を示している。いずれの状態におい
ても、タイマー回路１２を介しての薄膜発熱体２Ａに対
する間欠的通電に対応して、周期的に増減する略鋸歯状
の出力Ａが得られている。出力Ａの周期的増減の各サイ
クルにおいて、薄膜発熱体２Ａへの通電のＯＮ／ＯＦＦ
に対応して、出力Ａは最小出力値ｍｉｎと最大出力値ｍ
ａｘとの間で変化する。薄膜発熱体２Ａへの間欠的通電
開始から数サイクルの周期的変化の間は変化が安定しな
いので考慮外とし、それ以後について出力Ａをみると、
各サイクルにおける最小出力値ｍｉｎと最大出力値ｍａ
ｘとの差の大きさ｜ｍａｘ−ｍｉｎ｜は、ほぼ一定とな
り、その値の大きさは、センサー部２０が接触している
流体の種類により異なる。

【００４５】図８〜１０の比較からわかるように、｜ｍ
ａｘ−ｍｉｎ｜は、図７（ａ）に示される「空気」接触
状態で最も大きく（約０．１６Ｖ）、図７（ｃ）に示さ
れる「水」接触状態で最も小さく（約０．１２Ｖ）、図
７（ｂ）に示される「油」接触状態では両者の間（約
０．１４Ｖ）である。

【００４６】従って、図１に示されている代表値抽出処
理回路１４として、サイクルごとの｜ｍａｘ−ｍｉｎ｜
を算出する回路を用い、各サイクル或は適宜の選定サイ
クルにおいて代表値出力Ａ’を得、この出力Ａ’を比較
器１６に入力し、閾値Ｘとして０．１５Ｖを比較器１６
に入力し、閾値Ｙとして０．１３Ｖを比較器１６に入力
することにより、比較器１６において代表値出力Ａ’と
閾値Ｘ，Ｙのそれぞれとの大小関係を比較し、Ａ’＞Ｘ
の場合には被識別流体が空気であると判定し、Ｘ＞Ａ’
＞Ｙの場合には被識別流体が油であると判定し、Ａ’＜
Ｙの場合には被識別流体が水であると判定し、各判定結
果を示す判定出力Ｂを出力することができる。

【００４７】また、図８〜１０の比較からわかるよう
に、対応するサイクルにおける最小出力値ｍｉｎ及び最
大出力値ｍａｘの大きさは、センサー部２０が接触して
いる流体の種類により異なる。

【００４８】図８〜１０の比較からわかるように、ｍａ
ｘ及びｍｉｎのそれぞれは、図７（ａ）に示される「空
気」接触状態で最も大きくなり、図７（ｃ）に示される
「水」接触状態で最も小さく、図７（ｂ）に示される
「油」接触状態では両者の間である。例えば、図８〜１
０において、時間１０秒の近傍のサイクルでは、図７
（ａ）に示される「空気」接触状態ではｍａｘは約３．
６３Ｖでｍｉｎは約３．４７Ｖであり、図７（ｂ）に示
される「油」接触状態ではｍａｘは約３．５９Ｖでｍｉ
ｎは約３．４５Ｖであり、図７（ｃ）に示される「水」
接触状態ではｍａｘは約３．５３Ｖでｍｉｎは約３．４
１Ｖである。

【００４９】従って、図１に示されている代表値抽出処
理回路１４として、サイクルごとのｍａｘを抽出する回
路を用い、各サイクル或は適宜の選定サイクルにおいて
代表値出力Ａ’を得、この出力Ａ’を比較器１６に入力
し、閾値Ｘとして３．６１Ｖを比較器１６に入力し、閾
値Ｙとして３．５６Ｖを比較器１６に入力することによ
り、比較器１６において代表値出力Ａ’と閾値Ｘ，Ｙの
それぞれとの大小関係を比較し、Ａ’＞Ｘの場合には被
識別流体が空気であると判定し、Ｘ＞Ａ’＞Ｙの場合に
は被識別流体が油であると判定し、Ａ’＜Ｙの場合には
被識別流体が水であると判定し、各判定結果を示す判定
出力Ｂを出力する。同様にして、図１に示されている代
表値抽出処理回路１４として、サイクルごとのｍｉｎを
抽出する回路を用い、各サイクル或は適宜の選定サイク
ルにおいて代表値出力Ａ’を得、この出力Ａ’を比較器
１６に入力し、閾値Ｘとして３．４６Ｖを比較器１６に
入力し、閾値Ｙとして３．４３Ｖを比較器１６に入力す
ることにより、比較器１６において代表値出力Ａ’と閾
値Ｘ，Ｙのそれぞれとの大小関係を比較し、Ａ’＞Ｘの
場合には被識別流体が空気であると判定し、Ｘ＞Ａ’＞
Ｙの場合には被識別流体が油であると判定し、Ａ’＜Ｙ
の場合には被識別流体が水であると判定し、各判定結果
を示す判定出力Ｂを出力することができる。更には、図
１に示されている代表値抽出処理回路１４としてサイク
ルごとの（ｍａｘ−ｍｉｎ）を算出する回路を用い、被
識別流体により（ｍａｘ−ｍｉｎ）が異なることを利用
して適宜の閾値Ｘ，Ｙを設定して、同様にして被識別流
体が空気、油及び水のいずれであるかを判定することが
できる。

【００５０】以上のように、流体種別検知部２におい
て、薄膜発熱体２Ａが通電により間欠的（周期的）に発
熱した場合には、その影響が直ちに薄膜感温体２Ｂに伝
達され、熱により薄膜感温体２Ｂの抵抗値が周期的変化
し、この抵抗値変化の挙動はセンサー部２０が接触して
いる流体の比熱により異なる。本実施形態では、流体種
別検知部２として、微小なチップ状のものを使用してい
るので、以上のような抵抗値変化の挙動の応答性は高
く、薄膜発熱体２Ａに対する間欠的通電に対応して周期
的に増減する出力Ａの周期的増減の１つのサイクルの極
めて短い時間での流体識別が可能である。

【００５１】そして、本実施形態では、薄膜発熱体２Ａ
に対する通電を間欠的に行っているので、被識別流体に
伝達される熱の量は連続的通電の場合に比べて少なく、
また通電ＯＦＦの間には周囲への熱放散がなされるの
で、センサー部近傍の流体の温度上昇は小さくなり、従
って油の引火爆発の危険性は十分に低減される。

【００５２】上記図８〜１０のような流体種類と出力Ａ
との関係については、予め測定しておくことができる。
この出力は被識別流体の温度（周囲温度）によっても変
化するが、流体の温度ごとに上記流体種類と出力Ａとの
関係を測定して記憶しておき、流体識別の際に別途測定
される被識別流体温度（周囲温度）に応じて適正な閾値
Ｘ，Ｙを設定するようにすることも可能である。

【００５３】尚、図８〜１０は薄膜感温体２Ｂが正の抵
抗温度特性を持つ場合であるが、薄膜感温体２ＢがＮＴ
Ｃサーミスターのような負の抵抗温度特性を持つ場合に
も同様にして閾値設定及び流体識別が可能であることは
容易に理解されるであろう。

【００５４】上記センサー部２０を所定の高さに固定し
ておくことにより、該所定高さに存在するのが空気、油
及び水のいずれであるかを識別することができる。ある
いは、流体界面（空気と油との界面及び油と水との界
面）の上昇または下降に伴い前記所定高さを流体界面が
通過するのを検知することができる。

【００５５】図１１は本発明による流体識別方法及びそ
の装置の第２の実施形態を示す回路構成図であり、図１
２はその動作説明のためのタイミング図である。本図に
おいて、上記図１におけると同様の機能を有する構成部
分には同一の符号が付されている。

【００５６】パルス発生回路４２は、図１２（ａ）で示
されるようなパルスを出力する。カウンター４４は、パ
ルス発生回路４２から出力されるパルスをカウントして
所定パルス数ごと（０．５ｓｅｃごと）に状態変化する
パルス信号を出力する。フリップフロップ４６は、パル
ス発生回路４２及びカウンター４４からの入力に基づ
き、図１２（ｃ）で示されるような遅延パルス信号を作
成する。フリップフロップ４６の出力は、薄膜発熱体２
Ａへの電流供給経路に介在するスイッチングトランジス
ター４８のゲートに供給され、かくして薄膜発熱体２Ａ
には図１２（ｃ）で示される遅延パルス信号による間欠
的通電がなされる。

【００５７】薄膜発熱体２Ａと温度補償感温部４との直
列接続は、抵抗体５０と抵抗体５２との直列接続ととも
に、ブリッジ回路を構成し、その出力は差動増幅器５４
に入力される。該差動増幅器５４の出力はＡ／Ｄコンバ
ーター５６によりアナログ／デジタル変換され、ＣＰＵ
５８に入力される。一方、カウンター４４の出力も、Ａ
／Ｄコンバーター５６によりアナログ／デジタル変換さ
れ、ＣＰＵ５８に入力される。

【００５８】ＣＰＵ５８では、図１２（ｂ）で示される
カウンター４４の出力の立ち上がり時点の差動増幅器５
４の出力値と図１２（ｂ）で示されるカウンター４４の
出力の立ち下がり時点の差動増幅器５４の出力値との差
を算出して出力する。この算出は、上記第１の実施形態
で説明した出力Ａの各サイクルにおける最小出力値ｍｉ
ｎと最大出力値ｍａｘとの差の大きさ｜ｍａｘ−ｍｉｎ
｜の算出に対応している。即ち、図１２（ｄ）で示され
ているような各サイクルにおける差動増幅器５４の出力
波形の波高値にほぼ対応している。ここで、図１２
（ｃ）に示される遅延パルス信号の立ち上り時点と立ち
下がり時点から少し前（０．５ｍｓｅｃ）の時点での差
動増幅器出力を採用したのは、差動増幅器出力の変化が
最も緩やかな時点を確実に捕らえるためである。

【００５９】図１２（ｄ）には、異なる２種類の被識別
流体に対する差動増幅器出力が示されており、各場合の
波高値Ｖ₁ ，Ｖ₂ が模式的に示されている。ＣＰＵ５８
では、差動増幅器出力をＶ₁ とＶ₂ との間の閾値と比較
することにより、被識別流体の種類を判別する。これ
は、上記第１の実施形態で説明した代表値出力Ａ’と閾
値Ｘ，Ｙとの大小比較にほぼ対応している。

【００６０】尚、比熱の異なる３つの流体に対しては異
なる３つの差動増幅器出力が得られ、それぞれの出力の
波高値が異なることは容易に理解されるであろう。その
場合には、上記第１の実施形態と同様にして、異なる２
つの閾値と比較することにより、流体識別を行うことが
できる。

【００６１】本実施形態においても、上記第１の実施形
態と同様な作用効果が得られる。

【００６２】尚、図１２（ｂ）で示されるカウンター４
４の出力の立ち下がり時点の差動増幅器５４の出力値の
みの絶対値を検知し、周囲温度及び間欠的通電開始から
の時間に応じて各種類の被識別流体ごとに予め測定され
記憶された標準出力値と比較して、最も近い標準出力値
の被識別流体であると判定することも可能である。

【００６３】図１３は本発明による流体識別方法及びそ
の装置の第３の実施形態を示す回路構成図であり、図１
４はその動作説明のためのタイミング図である。本図に
おいて、上記図１及び図１１におけると同様の機能を有
する構成部分には同一の符号が付されている。

【００６４】カウンター４４の出力は、薄膜発熱体２Ａ
への電流供給経路に介在するスイッチングトランジスタ
ー４８のゲートに供給され、かくして薄膜発熱体２Ａに
は図１４（ａ）で示されるパルス信号による間欠的通電
がなされる。

【００６５】差動増幅器５４の出力は、図１４（ｂ）に
示されるようになる。ここでは、異なる２種類の被識別
流体に対する差動増幅器出力が示されている。この差動
増幅器出力はコンパレーター６０に入力され、ここで抵
抗体６２，６４の抵抗値により定められる閾値Ｌとの大
小関係の比較がなされる。コンパレーター６０の出力
は、比熱の比較的大きい流体の場合には図１４（ｄ）の
ようになり、比熱の比較的小さい流体の場合には図１４
（ｄ’）のようになる。これらの出力はエッジ検出回路
６６に入力され、該エッジ検出回路６６からは、図１４
（ｄ），（ｄ’）の信号の立ち上がり時点を示す図１４
（ｅ），（ｅ’）に示されるような出力が得られる。

【００６６】一方、図１４（ａ）で示されるカウンター
４４の出力は、エッジ検出回路６８に入力され、該エッ
ジ検出回路６８からは、図１４（ａ）の信号の立ち上が
り時点を示す図１４（ｃ）に示されるような出力が得ら
れる。この出力と図１４（ｅ），（ｅ’）に示されるエ
ッジ検出回路６６の出力とがカウンター７０に入力され
る。該カウンター７０では、パルス発生回路４２の出力
信号をクロックとして、図１４（ｃ）に示される出力の
時点から図１４（ｅ），（ｅ’）に示されるエッジ検出
回路出力の時点までの時間（閾値到達時間）Ｔ₁ ，Ｔ₂
を検出する。カウンター７０の出力は、ＣＰＵ５８に入
力される。

【００６７】図１４から分かるように、閾値到達時間Ｔ
₁ ，Ｔ₂ の長さは、被識別流体の種類に対応しており、
閾値Ｌの値を適宜設定することで、ＣＰＵ５８において
十分に流体判別を行うことができる。ＣＰＵ５８では、
閾値到達時間Ｔ₁ ，Ｔ₂ をＴ ₁ とＴ₂ との間の閾値と比
較することにより、被識別流体の種類を判別する。これ
は、上記第１の実施形態で説明した代表値出力Ａ’と閾
値Ｘ，Ｙとの大小比較にほぼ対応している。

【００６８】尚、比熱の異なる３つの流体に対しては異
なる３つの閾値到達時間が得られることは容易に理解さ
れるであろう。その場合には、ＣＰＵ５８にて、上記第
１の実施形態と同様にして、異なる２つの閾値と比較す
ることにより、流体識別を行うことができる。

【００６９】本実施形態においても、上記第１及び第２
の実施形態と同様な作用効果が得られる。

【００７０】尚、図１４で示される閾値到達時間Ｔ₁ ，
Ｔ₂ を、閾値Ｌに応じて各種類の被識別流体ごとに予め
測定され記憶された標準到達時間と比較して、最も近い
標準到達時間の被識別流体であると判定することも可能
である。

【００７１】以上の実施形態では、センサー部２０を所
定の高さに固定しておくことにより、該所定高さに存在
するのが空気、油及び水のいずれであるかを識別した
り、流体界面の上昇または下降に伴い前記所定高さを流
体界面が通過するのを検知したりしている。これに加え
て、本発明においては、センサー部２０を昇降させる手
段を設けることができる。この昇降手段としては、例え
ば、図１５に示されているように、タンク３０に取り付
けた上下方向のガイドポスト８０に対してセンサー部２
０を上下方向に移動可能なように取り付け、センサー部
２０に固定した上下方向の支持棒８２を昇降駆動部８４
により上下方向に駆動する構成のもの等が利用できる。
このような昇降手段によりセンサー部２０を上下方向に
移動させることで、１つのセンサー部２０により識別さ
れる被識別流体の種類が変化することをもって、その高
さに流体界面（空気と油との界面及び油と水との界面）
があることを検知することができ、流体の層構成を容易
に検知することができる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流体識別
方法及び流体識別装置によれば、機構部分の故障が少な
いという感熱式センサーを用いた流体識別の利点を生か
しつつ、識別精度を低下させることなしに被識別流体の
加熱を少なくして、該被識別流体の引火爆発や化学的変
化の可能性を低減することができる。

【００７３】特に、本発明の流体識別装置によれば、機
械的動作を行う機構部分が存在しないので、経時劣化や
液体中の異物などにより動作不良をひきおこすことがな
く、しかも正確且つ簡便に流体識別を行うことができ
る。そして、センサー部を極めて小型に構成できるの
で、熱応答性の極めて良好な流体識別を行うことができ
る。

【００７４】また、本発明の流体識別方法及び流体識別
装置によれば、応答性に優れ高精度な液面計や界面計を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流体識別方法及びその装置の第１
の実施形態を示す回路構成図である。

【図２】本発明による流体種別検知部及び流体温度補償
感温部の具体的構成例を示す模式的断面図である。

【図３】本発明による流体種別検知装置のセンサー部の
具体的構成例を示す模式的断面図である。

【図４】本発明による流体種別検知装置のセンサー部の
変形構成例を示す模式的断面図である。

【図５】本発明による流体種別検知装置のセンサー部の
変形構成例を示す模式的断面図である。

【図６】本発明による流体種別検知装置のセンサー部の
変形構成例を示す模式的断面図である。

【図７】本発明による流体種別検知の説明図である。

【図８】本発明における出力Ａの一例を示す図である。

【図９】本発明における出力Ａの一例を示す図である。

【図１０】本発明における出力Ａの一例を示す図であ
る。

【図１１】本発明による流体識別方法及びその装置の第
２の実施形態を示す回路構成図である。

【図１２】本発明による流体識別の動作説明のためのタ
イミング図である。

【図１３】本発明による流体識別方法及びその装置の第
３の実施形態を示す回路構成図である。

【図１４】本発明による流体識別の動作説明のためのタ
イミング図である。

【図１５】本発明によるセンサー部の昇降手段を示す概
略図である。

【符号の説明】

２流体種別検知部２Ａ薄膜発熱体２Ｂ薄膜感温体４流体温度補償感温部１０直流電源１２タイマー回路２０センサー部２１基板２２絶縁層２３保護層３０タンク３２容器３２’ キャップ３３接合材３４配線基板３５ボンディングワイヤー３５’ ハンダボール３６外部リード線３７シール樹脂４０温度補償用薄膜感温体４１基板４１’ 保護層４２パルス発生回路４８スイッチングトランジスター５４差動増幅器５６Ａ／Ｄコンバーター６０コンパレーター８０ガイドポスト８２支持棒８４昇降駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮嶋浩光埼玉県上尾市原市1333−２三井金属鉱業株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電により発熱体を発熱させ、この発熱
により感温体を加熱し、前記発熱体から前記感温体への
熱伝達に対し被識別流体により熱的影響を与え、前記感
温体の電気抵抗に対応する電気的出力に基づき前記被識
別流体の種類を判別する流体識別方法であって、前記発
熱体への通電を周期的に行うことを特徴とする流体識別
方法。
【請求項２】前記被識別流体の種類の判別を、前記感
温体の電気抵抗に対応する周期的な電気的出力の１周期
における代表値を抽出し、該代表値がどの種類の被識別
流体のものであるかを判断することで行うことを特徴と
する、請求項１に記載の流体識別方法。
【請求項３】前記代表値がどの種類の被識別流体のも
のであるかの判断を、前記代表値に対して設定された閾
値との比較に基づき行うことを特徴とする、請求項１に
記載の流体識別方法。
【請求項４】前記代表値として、前記感温体の電気的
出力の１周期における最大値と最小値との差を用いるこ
とを特徴とする、請求項２に記載の流体識別方法。
【請求項５】前記代表値として、前記感温体の電気的
出力の１周期における最大値または最小値を用いること
を特徴とする、請求項２に記載の流体識別方法。
【請求項６】前記代表値として、前記感温体の電気的
出力の１周期における所定量の変化に要する時間を用い
ることを特徴とする、請求項２に記載の流体識別方法。
【請求項７】前記感温体の電気抵抗に対応する電気的
出力を得るに際して前記被識別流体の温度補償を行うこ
とを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の流体
識別方法。
【請求項８】前記発熱体及び前記感温体として、絶縁
膜を介して積層された薄膜発熱体及び薄膜感温体を用い
ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の
流体識別方法。
【請求項９】通電により発熱体を発熱させ、この発熱
により感温体を加熱し、前記発熱体から前記感温体への
熱伝達に対し被識別流体により熱的影響を与え、前記感
温体の電気抵抗に対応する電気的出力に基づき前記被識
別流体の種類を判別する流体識別装置であって、前記発
熱体に対して周期的に通電する電源部と、前記感温体の
電気抵抗に対応する周期的な電気的出力の１周期におけ
る代表値を抽出して該代表値がどの種類の被識別流体の
ものであるかを判断する判別手段とを有することを特徴
とする流体識別装置。
【請求項１０】前記判別手段は、前記代表値に対して
設定された閾値と前記抽出された代表値との比較に基づ
き、該代表値がどの種類の被識別流体のものであるかを
判断することを特徴とする、請求項９に記載の流体識別
装置。
【請求項１１】前記発熱体及び前記感温体は、絶縁膜
を介して積層された薄膜発熱体及び薄膜感温体であるこ
とを特徴とする、請求項９〜１０のいずれかに記載の流
体識別装置。
【請求項１２】前記発熱体及び前記感温体を含み前記
被識別流体と接触せしめられるセンサー部は、前記被識
別流体に接触して該被識別流体との間で熱伝達を行う外
面部分を有する容器の内部に前記薄膜発熱体と前記薄膜
感温体とが収容されており、前記薄膜発熱体は前記容器
の前記外面部分に対応する内面部分との間で熱伝達可能
なように配置されていることを特徴とする、請求項１１
に記載の流体識別装置。
【請求項１３】前記薄膜発熱体と前記薄膜感温体とは
基板の第１面上にて絶縁層を介して積層されており、前
記基板の前記第１面と反対側の第２面が前記容器の内面
部分に接合されていることを特徴とする、請求項１２に
記載の流体識別装置。
【請求項１４】前記基板の第２面は平坦面とされてお
り、該第２面と接合されている前記容器の前記内面部分
及び前記外面部分は互いに平行な平坦面とされているこ
とを特徴とする、請求項１３に記載の流体識別装置。
【請求項１５】前記基板の第２面並びに前記容器の前
記内面部分及び前記外面部分はいずれも水平に配置され
ていることを特徴とする、請求項１４に記載の流体識別
装置。
【請求項１６】前記センサー部は、前記薄膜感温体の
電気抵抗に対応する電気的出力を得るに際して前記被識
別流体の温度補償を行うための流体温度補償感温部を有
することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに
記載の流体識別装置。
【請求項１７】前記流体温度補償感温部は前記薄膜発
熱体と同一の高さに配置されていることを特徴とする、
請求項１６に記載の流体識別装置。
【請求項１８】前記センサー部を昇降させる手段を備
えていることを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか
に記載の流体識別装置。