JPS6391546A - 濃度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は濃度センサに係り、特に二種類以上の液体の混
合液中の一液体の濃度或いは液体と気体との混合気中の
液体の濃度等の検出に適した濃度センサに関する。

〔従来技術〕

従来、この種の濃度センサにおいては、特開昭５６−９
８５４０号公報に示されているように、車両のガソリン
とアルコールとの混合燃料の流路中に平行板コンデンサ
を介装して、この平行板コンデンサの各電極間を混合燃
料が通過するときこの通過混合燃料中のガソリン、アル
コールの各誘電率に起因して変化する平行板コンデンサ
の静電容量に応じて、混合燃料中のアルコールの濃度を
検出するようにしたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、混合燃料中
に水、空気等の異物成分が混入していると、この異物成
分の誘電率が平行板コンデンサの静電容量に悪影響を与
えてアルコールの検出濃度に誤差が生じるという不具合
がある。

そこで、本発明は、このような不具合に対処すべく、特
定の液体に対する膨潤材料の膨潤作用を有効に活用した
濃度センサを提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題の解決にあたり、本発明は、互いに対向する
ように間隔を付与して並行に配列した一対の電極板と、
これら両電極板間に挟持されて所定の液体に対し膨潤性
を発揮する膨潤材料からなる板状膨潤体とを備えて、こ
の膨潤体が前記所定の液体の他の液体との混合液又は前
記所定の液体の気体との混合気との接触により膨潤した
ときこの膨潤の度合に応じた前記両電極板間のその間隔
の変化に伴う静電容量の変化を前記混合液又は混合気中
の前記所定の液体の濃度として前記両電極板から検出す
るように構成したことにある。

〔作用〕

しかして、このように本発明を構成したことにより、前
記膨潤体が前記混合液又は混合気に接触すると、この膨
潤体が前記混合液又は混合気中の前記所定の液体に基き
膨潤して前記両電極板間の間隔を変化させ、この間隔の
変化に応じて前記両電極間の静電容量が変化して前記混
合液又は混合気中の前記所定の液体の濃度として前記両
電極板から検出される。

〔効果〕

上述のように前記膨潤体が前記混合液又は混合気中の前
記所定の液体に対してのみ膨潤するので、前記混合液又
は混合気中に他の液体成分、気体成分等の異物成分が混
入していたとしても、この異物成分に対して前記膨潤体
が膨潤することはなく、この膨潤体の膨潤度合に対応す
る前記両電極板間の静電容量の変化が前記所定の液体の
みの濃度に一義的に対応することとなり、その結果、前
記両電極板からの検出結果が常に精度よく確保される。

また、前記両電極板間に前記膨潤体を挟持するのみでよ
いので、この種濃度センサを小型かつ簡単な構成にて信
頼性の高いセンサとして安価に提供できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図及び第２図は、車両用燃料タンクＴに適用された本発
明に係る濃度センサの全体構成を示しており、この濃度
センサは、第２図に示すごとく、燃料タンクＴに貯えた
混合燃料Ｆ内にて燃料タンクＴの内周壁下部に支持され
るセンサ本体Ｓと、このセンサ本体Ｓに接続した信号処
理回路Ｅとにより構成されている。但し、上述した混合
燃料Ｆは、ガソリンにアルコールを所定混合比（即ち、
所定濃度）に−様に混合して形成されている。

センサ本体Ｓは、第１図に示すごとく、ケーシングＨを
備えており、このケーシングＨは、耐油性及び電気絶縁
性を有する合成樹脂材料から第１図にて図示断面形状に
てそれぞれ形成した上部ケーシング部材ＩＱと下部ケー
シング部材２０とによって構成されている。上部ケーシ
ング部材１０は、第１図及び第２図に示すごとく、その
上壁１１を混合燃料Ｆの液面に並行に維持すべく燃料タ
ンクＴの内周壁下部に支持されるもので、こＱ上部ケー
シング部材１０の上壁１１の外周部には、複数の貫通穴
１１ａ〜ｌｌａが上壁１１の半径方向及び周方向に所定
間隔を付与してそれぞれ穿設されて上部ケーシング部材
ｌＯの内外部間の連通を許容する。

下部ケーシング部材２０は、その開口部２１にて、上部
ケーシング部材１０内に形成した段付穴１２の大径部内
に円形状端子板３０を介し液密的に嵌装されて、同端子
板３０の外周部を段付穴１２の段部１２ａに当接させて
いる。下部ケーシング部材２０のボス２２に軸方向に並
行に穿設した一対の挿通穴２２ａ、２２ｂには、一対の
コネクタピン２３．２４を一対の絶縁筒部材２３ａ、２
４ａを介しそれぞれ嵌装されており、これら両コネクタ
ピン２３．２４の各内端部には、一対のリード線２３ｂ
、２４ｂがそれぞれ接続されている。

端子板３０に間隔を付与して穿設した一対の挿通穴３１
．３２には、一対のリード端子３３．３４が各絶縁筒部
材３３ａ、３４ａを介しそれぞれ嵌装されており、これ
ら両リード端子３３．３４はその各下端にて各リード線
２３ｂ、２４ｂにそれぞれ接続されている。

上部ケーシング部材１０における段付穴１２の大径部内
には、弾性板４０、円形状下側電極板５Ｏ及び円板状膨
潤部材６０が下方から上方にかけ互いに順次重合貼着し
端子板３０の上面に載置固定して収容されており、弾性
板４０は、混合燃料下の成分及びこの混合燃料Ｆに混入
すると予測される成分に対し膨潤性を有さない柔軟ゴム
材料によって形成されている。下側電極板５０は、その
端部から延出するリード端子５１を有しており、このリ
ード線５１はリード線５１ａにより端子板３０のリード
端子３４に接続されている。

膨潤部材６０は、二元系フッソゴム（例えば、六フッ化
プロピレンーフフ化ビニレンＪ’４合体）により形成さ
れており、この二元系フッソゴムは混合燃料Ｆ中のアル
コールに対し膨潤性を有する。

かかる場合、同二元系フッソゴムの膨潤量と混合燃料Ｆ
中のアルコール量との間の関係は、第３図に示すごとく
、特性曲線Ｌａによって定められており、同二元系フッ
ソゴムの膨潤による力は弾性板４００弾力より大きい。

円形状上側電極板７０は、上部ケーシング部材１０の上
壁１１の中央部に穿設した円形状段付開口１１ｂに嵌着
されており、この上側電極板７０の下面は膨潤部材６０
の上面に圧接している。また、上側電極板７０には、複
数の貫通穴７１〜７１が同上側電極板７０の半径方向及
び周方向に所定間隔を付与してそれぞれ穿設されて膨潤
部材６０の上面を外方へ露呈させており、上側電極板７
０の外周面の一部にはＬ字状リード端子７２がその脚部
７２ａにて横方向に半田付けされている。

リード端子７２の脚部７２ａは、上部ケーシング部材１
０の上壁１１の外周部内面に半径方向に穿設した！ＩＩ
Ｃに嵌着されており、このリード端子７２の頭部７２ｂ
は上部ケーシング部材１０内に垂下してリード線７２ｃ
により端子板３０のリード端子３３に接続されている。

ところで、上述のように上部ケーシング部材１０の上壁
に嵌着した上側電極板７０は、下側電極板５０と共に膨
潤部材６０を挟持して平行板コンデンサＣａを構成する
もので、この平行コンデンサＣａの静電容量Ｃは、膨潤
部材６０の膨潤量に対応する下側電極板５０と上側電極
板７０との間隔ｄとの関連により次式（１）に基き決定
される。

Ｃ＝Ｓｃ・ε／ｄ・・・（１） 但し、符号８は膨潤部材６０と混合燃料Ｆとの合成誘電
率を表わし、符号Ｓｃは上側電極板７０の面積を表わす
。かかる場合、膨潤部材６０の膨潤量が混合燃料Ｆ中の
アルコールの濃度Ａｄに対応するので、アルコールの濃
度Ａｄと静電容量Ｃとの関係は、第４図に示すごとく、
特性曲線Ｌｂにより特定される。円筒状カバー８０は、
ケーシングＨと同様の材料からなり下部ケーシング部材
２０のポス２２に下方から液密的に嵌装されているもの
で、このカバー８０の底壁中央にシール部材８１を介し
液密的に嵌装した被覆リード線８２はその各心線８２ａ
、８２ｂにて各コネクタピン２３．２４０外端にそれぞ
れ接続されている。なお、合成誘電率εは、間隔ｄの変
化に対しほぼ一定である。

信号処理回路Ｅは、第５図に示すごとく、演算増幅器９
０を有しており、この演算増幅器９０は、その反転入力
端子９１にて、第１図及び第５図に示すごとく、被覆リ
ード線８２の心線８２ａを介しコネクタピン２３に接続
されている。また、演算増幅器９０の非反転入力端子９
２は、抵抗１００ａを介し接地されるとともに、抵抗１
００ｂを介し直流電源の正側端子＋Ｖｃに接続されてお
り、同演算増幅器９０の出力端子９３は、抵抗１００ｅ
を介し演算増幅器９０の非反転入力端子９２に接続され
るとともに、抵抗１００ｄを介し演算増幅器９０の反転
入力端子９１に接続されている。

しかして、演算増幅器９０は、平行板コンデンサＣａの
静電容量Ｃ及び抵抗１００ｄの抵抗値ｒにより定まる周
波数にて順次パルス信号を発生する。

なお、被覆リード線８２の心線８２ｂは接地されている
。

以上のように構成した本実施例において、本発明に係る
濃度センサのセンサ本体Ｓを上述のごとく燃料タンクＴ
内にて支持し同燃料タンクＴ内に混合燃料Ｆを充満させ
ると、この混合燃料Ｆが、上部ケーシング部材１０内に
その上壁１１の各貫通穴１１２〜ｌｌａを通り流入し膨
潤部材５０にその外周端面から浸入するとともに、上側
電極板７０の各貫通穴７１〜７１を通り膨潤部材５０に
その上面から浸入する。すると、膨潤部材６０が、混合
燃料Ｆ中のアルコールに対する膨潤性により弾性板４０
の弾力に抗して膨潤する。かかる場合、膨潤部材６０の
膨潤量が、混合燃料Ｆ中のアルコールのガソリンに対す
る混合比との関連にて第３図の特性曲線ｌａにより定ま
る。換言すれば、下側電極板５０と上側電極板７０との
間隔ｄが膨潤部材６０からの上述のような膨潤量に応じ
増大し平行板コンデンサＣａの静電容量Ｃを第（１）式
に基き定める。

このように平行板コンデンサＣａの静電容量Ｃが定まる
と、信号処理回路Ｅが、同静電容量Ｃ及び抵抗１００ｄ
の抵抗値ｒにより定まる周波数にてパルス信号を発生す
る。かかる場合、平行板コンデンサＣａの静電容量Ｃは
、第４図の特性曲線Ｌｂに基き、混合燃料Ｆ中のアルコ
ールの濃度Ａｄに一義的に対応するので、同静電容量Ｃ
と抵抗値ｒとにより定まるパルス信号の周波数は、アル
コールの濃度Ａｄに一義的に対応する。従って、信号処
理回路Ｅからの各パルス信号を利用すれば、エンジン或
いは気化器への混合燃料Ｆの供給制御等を適正になし得
る。また、混合燃料Ｆ中に空気等が混入していたとして
も、膨潤部材６０がアルコールに対して膨潤性を有する
のみであるため、平行板コンデンサＣａの静電容量Ｃ１
即ちパルス信号の周波数が上述のような混入空気等の影
響を受けて誤差を生ずることがない。また、上部ケーシ
ング部材１０に対する下部ケーシング部材２０の嵌装及
びこの下部ケーシング部材２０に対するカバー８０の嵌
装が共に液密的になされているので、下部ケーシング部
材２０及びカバー８０の各内部における電気接続系統の
電気絶縁性が常に適正に維持され得る。

なお、前記実施例においては、膨潤部材６０を二元系フ
ッソゴムにより形成するようにしたが、これに限らず、
ＮＢＲ（ポリアクリルニトリル−ポリブタジェン共重合
体）により膨潤部材６０を形成するようにしても前記実
施例と同様に混合燃料Ｆ中のアルコールの濃度を検出で
きる。

また、前記実施例においては、アルコールに対してのみ
膨潤性を有する二元系フッソゴムにより形成した膨潤部
材６０を採用して混合燃料Ｆ中のアルコール濃度を検出
する例について説明したが、これに限らず、ガソリンに
対してのみ膨潤性を有するシリコンゴム、エチレンプロ
ピレンゴム、天然ゴム、イソプロピレンゴム、或いは５
ＢＲ（ポリスチレン−ポリブタジェン共重合体）により
膨潤部材６０を形成して混合燃料Ｆ中のアルコールの濃
度を検出するようにしてもよく、かかる場合には、平行
板コンデンサＣａの静電容量Ｃとアルコールの濃度Ａｄ
との関係は第６図に示す特性曲線Ｌｃにより特定される
。なお、特性曲線Ｌｃが特性曲線Ｌｂ（第４図参照）と
は逆方向に変化する理由は、混合燃料Ｆ中のアルコール
の混合比から容易に理解され得る。

また、前記実施例においては、燃料タンクＴ内の混合燃
料Ｆ中のアルコール濃度を検出する例に′　　ついて述
べたが、これに限らず、混合燃料Ｆ中のガソリン濃度を
検出するようにしてもよく、或いは気化器の混合気中の
ガソリン成分或いはアルコール成分の濃度を検出するよ
うにしても前記実施例と実質的に同様の作用効果を達成
し得る。

また、前記実施例においては、センサ本体Ｓを上部ケー
シング部材１０の上壁１１を上方に向けて燃料タンクＴ
内に支持するようにしたが、これに限らず、上部ケーシ
ング部材１０の上壁１１の向きを適宜変更してセンサ本
体Ｓを支持するようにしてもよい。

また、前記実施例においては、下側電極板５０及び膨潤
部材６０を、弾性板４０を介して弾性板３０上に載置す
るようにしたが、これに代えて、第７図に示すごとく、
下Ｉ１１電極板５０の下面に絶縁板４０Ａを重合し、こ
の絶縁板４ＯＡをコイルスプリング４０Ｂにより端子板
３０上に支持するようにしても、前記実施例と同様の作
用効果を達成し得る。但し、コイルスプリング４０Ｂは
前記実施例における弾性板４０と同様の弾力を有する。

また、本発明の実施にあたっては、前記実施例にて述べ
た信号処理回路Ｅを構成する各電気部品をプリント基板
上に配設して電気回路部Ｅａとして形成し、第８図に示
すごとく、端子板３０の下面に固着して実施してもよく
、これによって、濃度センサをより一層コンパクトに形
成できる。

また、前記実施例においては、膨潤部材６０を下側電極
板５０及び上側電極板７０と共に円板状に形成したが、
これに限ることな（、これら膨潤部材６０、下側電極板
５０及び上側電極板７０の各形状は適宜変更して実施し
てもよい。

また、本発明の実施にあたっては、アルコール或いはガ
ソリンの濃度に限らず、各種の互いに異なる液体の混合
液中の一方の液体の濃度、又は液体と気体との混合気中
の液体の濃度等の検出にも本発明を通用し得る。かかる
場合、混合液中の一方の液体に対し膨潤性を有する膨潤
材料、又は混合気中の液体に対し膨潤性を有する膨潤材
料により膨潤部材６０を形成し、これによって上述の濃
度検出を行う。

また、本発明の実施にあたっては、信号処理回路Ｅを採
用する代りに、平行板コンデンサＣａの静電容量Ｃを被
覆リード線８２から電圧として取り出すようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は燃料タンクに適用した本発明に係る
濃度センサの一実施例を示す全体構成図、第３図は二元
系フッソゴムのアルコールに対する膨潤特性を示すグラ
フ、第４図は第１図における平行板コンデンサの静電容
量とアルコールの濃度との関係を示すグラフ、第５図は
第２図における信号処理回路の電気回路図、第６図は第
１図の膨潤部材の変形例による平行板コンデンサの静電
容量とアルコールの濃度との関係を示すグラフ、第７図
は前記実施例の部分的変形例を示す要部断面図、及び第
８図は同地の部分的変形例を示す要部断面図である。 符号の説明 Ｅ・・・信号処理回路、Ｆ・・・混合燃料、Ｓ・・・セ
ンサ本体、５０・・・下側電極板、６０・・・膨潤部材
、７０・・・上側電極板。 アルコール！ｉｔ −一一÷ ’　　　　　　＋１１’　”ｔ　容’ｒ＋＜　Ｃ−→第
７図 第８図 第５図 第６図 −一一一−逼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに対向するように間隔を付与して並行に配列した一
   対の電極板と、これら両電極板間に挟持されて所定の液
   体に対し膨潤性を発揮する膨潤材料からなる板状膨潤体
   とを備えて、この膨潤体が前記所定の液体の他の液体と
   の混合液又は前記所定の液体の気体との混合気との接触
   により膨潤したときこの膨潤の度合に応じた前記両電極
   板間のその間隔の変化に伴う静電容量の変化を前記混合
   液又は混合気中の前記所定の液体の濃度として前記両電
   極板から検出するようにした濃度センサ。