WO2009099014A1 - 流体識別方法および流体識別装置 - Google Patents

流体識別方法および流体識別装置 Download PDF

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WO2009099014A1
WO2009099014A1 PCT/JP2009/051634 JP2009051634W WO2009099014A1 WO 2009099014 A1 WO2009099014 A1 WO 2009099014A1 JP 2009051634 W JP2009051634 W JP 2009051634W WO 2009099014 A1 WO2009099014 A1 WO 2009099014A1
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fluid identification
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PCT/JP2009/051634
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Kiyotaka Yanagi
Mayuko Tsuruda
Original Assignee
Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
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    • G01N9/36—Analysing materials by measuring the density or specific gravity, e.g. determining quantity of moisture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/006—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
    • G01N2011/0093—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system thermal properties

Definitions

  • the present invention relates to a fluid identification method and a fluid identification apparatus that perform identification of a fluid to be identified, for example, fluid type identification, concentration identification, fluid presence / absence identification, fluid temperature identification, and the like.
  • Automotive internal combustion engines are designed to operate optimally when the fuel used is assumed. For example, if it is a diesel engine, it is designed to operate optimally with light oil as fuel, but it can operate even when using fuel other than light oil, for example, various liquid fuels such as kerosene and heavy oil It is.
  • liquid fuel that is relatively cheaper than light oil such as kerosene or heavy oil may be mixed with light oil and used.
  • kerosene which has lower lubricity (viscosity) than diesel oil, it may cause a part of the diesel engine to wear, and engine failure may occur when used for a long time. .
  • the present invention is an invention made to achieve the above-described problems and objects in the prior art, and the fluid identification method of the present invention is a fluid identification method for identifying a fluid to be identified, Measure characteristic measurement values as index values indicating the characteristics of the fluid to be identified, Fluid identification data indicating a relationship between a fluid measured in advance and a characteristic value of the fluid is compared with the characteristic measurement value to identify the fluid.
  • the fluid identification device of the present invention is a fluid identification device for identifying a fluid to be identified, A characteristic measurement unit for measuring a characteristic measurement value as an index value indicating the characteristic of the fluid to be identified; An identification control unit for identifying a fluid based on the characteristic measurement value, Fluid identification is performed by comparing the fluid identification data stored in the identification control unit with the characteristic measurement value.
  • the present invention is characterized in that the index value is at least one of specific gravity, kinematic viscosity, and lubricity (HFRR).
  • the fluid identification data is data indicating a relationship between a fluid measured in advance and an electrical output value measured as an index value indicating a characteristic of the fluid. To do.
  • the characteristic measurement value is A voltage is applied to a fluid identification element including a temperature sensing element for a predetermined time to heat the fluid to be identified, and is output by a fluid identification sensor that outputs an electrical output value corresponding to the temperature of the fluid identification element. It is an electrical output value.
  • the characteristic measurement unit is A fluid identification element comprising a temperature sensing element; A fluid identification sensor configured to apply a voltage to the fluid identification element for a predetermined time to heat the fluid to be identified and output an electrical output value corresponding to the temperature of the fluid identification element;
  • the identification control unit is configured to identify a fluid based on the electrical output value; The identification control unit performs fluid identification by comparing the electrical output value with fluid identification data stored in advance in the identification control unit.
  • the characteristic measurement value is A voltage is applied to a fluid identification element including a temperature sensing element to heat the fluid to be identified, and output by a fluid identification sensor that controls the voltage so that the temperature of the fluid identification element becomes a constant value.
  • the electrical output value is based on the voltage.
  • the characteristic measurement unit is A fluid identification element comprising a temperature sensing element; A voltage is applied to the fluid identification element to heat the fluid to be identified, the voltage is controlled so that the temperature of the fluid identification element becomes a constant value, and an electrical output value based on the voltage And a fluid identification sensor that outputs
  • the identification control unit is configured to identify a fluid based on the electrical output value; The identification control unit performs fluid identification by comparing the electrical output value with fluid identification data stored in advance in the identification control unit.
  • the present invention is characterized in that the fluid identification element includes a heating element and a temperature sensing element disposed in the vicinity of the heating element.
  • the present invention is characterized in that the temperature sensing element of the fluid identification element is a temperature sensing element having a heat generation function and a temperature sensing function.
  • the fluid identification sensor includes the fluid identification element, And a fluid temperature sensing element disposed at a predetermined distance from the fluid identification element.
  • the present invention is characterized in that the fluid identification element and the fluid temperature detection element are disposed horizontally with respect to the fluid level.
  • the present invention is characterized in that the identification of the fluid to be identified is at least one of fluid type identification, concentration identification, fluid presence / absence identification, and fluid temperature identification.
  • the present invention is characterized in that the fluid to be identified is a hydrocarbon-based liquid.
  • the present invention is characterized in that the fluid to be identified is at least one of light oil, kerosene, and heavy oil.
  • the present invention is characterized in that the identified fluid is at least one of light oil, kerosene, and heavy oil contained in the lubricating oil retained in the oil tank.
  • the characteristic measurement value indicating the characteristic of the fluid to be identified is measured, and the fluid is identified by comparing it with the fluid identification data indicating the relationship between the fluid measured in advance and the characteristic value of the fluid. Therefore, the fluid type identification, the concentration identification, the fluid presence / absence identification, the fluid temperature identification, and the like of the fluid to be identified can be accurately performed.
  • FIG. 1 is an exploded view showing a first embodiment of a fluid identification apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the fluid identification sensor module of the fluid identification apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fluid identification device of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of the fluid identification apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a usage state of the fluid identification device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an exploded schematic view of the thin film chip of the fluid identification element 21.
  • FIG. 7 is a circuit configuration diagram for fluid identification.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the single pulse voltage P applied to the heating element and the sensor output Q.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the single pulse voltage P applied to the heating element and the sensor output Q.
  • FIG. 9 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid identification device of this embodiment and the specific gravity of the fluid to be identified.
  • FIG. 10 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid identification device of this embodiment and the lubricity (HFRR) of the identification target fluid.
  • FIG. 11 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid identification device of the present example and the kinematic viscosity of the identification target fluid.
  • FIG. 12 is a statistical diagram in which the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the kinematic viscosity of the identified fluid is added to the graph of FIG. 11 for water as the identified fluid.
  • FIG. 10 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid identification device of this embodiment and the specific gravity of the fluid to be identified.
  • FIG. 10 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using
  • FIG. 13 is a statistical diagram in which the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the specific gravity of the identified fluid is added to FIG. 9 for air as the identified fluid.
  • FIG. 14 is a circuit configuration diagram of the ASIC 52 for the second embodiment of the fluid identification apparatus 10 of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the applied voltage P applied to the heating element and the sensor output Q.
  • FIG. 16 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V2 obtained using the fluid identification device of the present embodiment and the specific gravity of the fluid to be identified.
  • FIG. 17 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V2 obtained using the fluid identification device of this example and the lubricity (HFRR) of the identification target fluid.
  • FIG. HFRR lubricity
  • FIG. 18 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V2 obtained using the fluid identification device of the present example and the kinematic viscosity of the identification target fluid.
  • FIG. 19 is a statistical diagram in which the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the kinematic viscosity of the identified fluid is added to the graph of FIG. 18 for water as the identified fluid.
  • FIG. 20 is a schematic view showing a third embodiment of the fluid identification apparatus of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the fluid identification device of FIG.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating an example of another usage state of the fluid identification device of FIG.
  • FIG. 23 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration of the ASIC 52 for fluid identification as the fourth embodiment of the fluid identification apparatus of the present invention.
  • Fluid identification apparatus 11 Fluid identification apparatus 12 Support part 16 Waterproof case 20 Fluid identification sensor module 21 Fluid identification element 21a Fluid detection thin film chip 21a1 Chip substrate 21a2 Fluid detection temperature sensing element 21a2 Temperature sensing element 21a3 Interlayer insulation film 21a4 Heating element 21a5 Heating element electrode 21a6 Protective film 21a7 Electrode pad 21e External electrode terminal 22 Fluid temperature detecting element 22a2 Temperature sensing element 22e External electrode terminal 26 Mold resin 36 Cover member 38 Discriminated fluid introduction path 40 Power cable 42 Communication cable 49 Communication power connector 50 Control unit 52 ASIC 54 Storage Device 56 Power Supply Connection Terminal 58 CAN Interface 64 Resistor 65 Resistor 66 Resistor 68 Bridge Circuit 70 Differential Amplifier 71 Fluid Temperature Detection Amplifier 72 Microcomputer 74 Switch 76 Output Buffer Circuit 100 Fuel Tank
  • FIG. 1 is an exploded view showing a first embodiment of a fluid identification device according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a fluid identification sensor module of the fluid identification device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a fluid identification device of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of the fluid identification device of the present embodiment
  • FIG. 5 is a schematic view showing a usage state of the fluid identification device of the present embodiment.
  • the fluid identification device 10 of the present embodiment includes a support portion 12 and is attached to a fuel tank 100 mounted on a construction machine such as a bulldozer, a crane, or a transport machine, an automobile, or the like.
  • a construction machine such as a bulldozer, a crane, or a transport machine, an automobile, or the like.
  • the fluid identification device 10 of this embodiment includes a fluid identification sensor module 20, a cover member 36, a power cable 40, and a communication cable 42, and the fluid identification sensor module 20.
  • a fluid identification sensor module 20 is arranged so that only the side on which the fluid identification element 21 and the fluid temperature detection element 22 (to be described later) are arranged (hereinafter referred to as the fluid exposure side) is in contact with the fluid.
  • the fluid identification sensor module 20 is integrally molded with a mold resin 26 in a state in which the fluid identification element 21 and the fluid temperature detection element 22 are arranged at a predetermined interval.
  • Reference numeral 21e denotes an external electrode terminal electrically connected to the fluid identification element 21
  • reference numeral 22e denotes an external electrode terminal electrically connected to the fluid temperature detecting element 22.
  • the fluid identification element 21 is composed of a fluid detection thin film chip 21a in which a fluid detection temperature sensing element is formed as a thin film on a chip substrate.
  • the fluid detection thin film chip 21a includes, for example, a chip substrate 21a1 made of Al 2 O 3 , a fluid detection temperature sensor 21a2 made of Pt, an interlayer insulating film 21a3 made of SiO 2, and a heating element 21a4 made of TaSiO 2. And a heating element electrode 21a5 made of Ni, a protective film 21a6 made of SiO 2, and an electrode pad 21a7 made of Ti / Au, which are appropriately laminated in order.
  • the fluid detecting temperature sensing element 21a2 is formed in a meandering pattern.
  • the electrode pad 21a7 connected to the fluid sensing temperature sensing element 21a2 and the heating element electrode 21a5 is connected to the external electrode terminal 21e via a bonding wire (not shown).
  • the fluid temperature detecting element 22 may have the same configuration as the fluid identifying element 21. However, only the temperature sensing element (fluid temperature sensing temperature sensing element in the fluid temperature sensing element 22) is allowed to act without the heating element acting. In addition, as the fluid temperature detecting element 22, a heating element and a heating element electrode that are not formed may be used, unlike the fluid identification element.
  • the external electrode terminal 21e of the fluid identification element 21 and the external electrode terminal 22e of the fluid temperature detection element 22 are connected to a power cable 40 and a communication cable 42, respectively.
  • the power cable 40 and the communication cable 42 extend upward through the inside of the support part 12 and are connected to a control unit 50 constituting an identification control part disposed outside the fuel tank 100.
  • the control unit 50 includes an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 52 that controls the application of voltage to the fluid identification sensor module 20 and identifies the fluid based on the electrical output of the fluid identification sensor module 20, and the fluid identification data measured in advance.
  • Storage unit 54 for storing the power, a power connection terminal 56 for power input, and a CAN interface 58 for performing CAN (Cable-Area-Network) communication.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the fluid identification device 10 is provided with a cover member 36 so as to surround the fluid identification sensor module 20.
  • the cover member 36 forms an identification fluid introduction path 38 that is open at both the upper and lower ends and extends in the vertical direction through a region close to the fluid exposure side of the fluid identification sensor module 20.
  • the fluid discrimination element 21 and the fluid temperature detection element 22 of the fluid discrimination sensor module 20 are disposed perpendicular to the fluid level, and the identified fluid introduction path 38 is open at both upper and lower ends.
  • the fluid identification element 21 and the fluid temperature detection element 22 may be disposed horizontally with respect to the fluid level, and the identified fluid introduction path 38 may be open at both the left and right ends.
  • the fluid identification device of the present invention performs fluid identification based on the temperature change of the fluid to be identified, so that the fluid identification element 21 and the fluid temperature detection element 22 are arranged horizontally with respect to the fluid level. By installing, the difference in temperature distribution can be reduced and the identification system can be improved.
  • the fluid identification device 10 configured in this way is used in a state of being attached to the fluid tank 100 as shown in FIG. 5, for example.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration of the ASIC 52 for fluid identification in this embodiment.
  • a bridge circuit (fluid identification circuit) 68 is configured by the temperature sensing element 21 a 2 of the fluid identification element 21, the temperature sensing element 22 a 2 of the fluid temperature detection element 22, and the two resistors 64 and 66.
  • the output of the bridge circuit 68 is input to a differential amplifier 70, and the output of the differential amplifier 70 (also referred to as fluid identification circuit output or sensor output) is a microcomputer (microcomputer) constituting an arithmetic unit via an A / D converter. ) 72.
  • microcomputer microcomputer
  • the fluid temperature corresponding output value corresponding to the temperature of the fluid to be identified is input to the microcomputer 72 from the temperature sensing element 22a2 of the fluid temperature detecting element 22 via the fluid temperature detecting amplifier 71.
  • the microcomputer 72 outputs a heater control signal for controlling opening and closing of the switch 74 located in the energization path to the heating element 21a4 of the fluid identification element 21.
  • an identification signal indicating the fluid type, concentration, presence / absence of the fluid, temperature of the fluid, etc. is sent to the D / A converter and buffer circuit 76 (not shown). Output as an analog signal.
  • These identification signals can also be output as digital signals, and analog output and digital output can be selected according to the device that receives the identification signals.
  • the switch 74 is described as simply opening and closing, but when the ASIC 52 is built, a plurality of voltage application paths capable of applying different voltages to each other are formed. Any voltage application path may be selected when controlling the heater.
  • the range of selection of the characteristics of the heating element 21a4 of the fluid identification element 21 is greatly expanded. That is, it is possible to apply an optimum voltage for measurement according to the characteristics of the heating element 21a4. In addition, since a plurality of different voltages can be applied during heater control, the types of fluids to be identified can be expanded.
  • the resistors 64 and 66 are described as having a constant resistance value. However, when the resistors 64 and 66 are built in the ASIC 52, the resistance values of the resistors 64 and 66 are variable. It may be formed in a structure so that the resistance values of the resistors 64 and 66 can be appropriately changed during measurement.
  • the characteristics of the differential amplifier 70 and the fluid temperature detection amplifier 71 may be adjusted when the ASIC 52 is built, and the amplifier characteristics may be appropriately changed during measurement.
  • the identified fuel F When the identified fuel F is stored in the fuel tank 100, the identified fuel F is also filled in the identified fluid introduction path 38 formed by the cover member 36 that covers the fluid identification sensor module 20.
  • the identified fuel F in the fuel tank 100 including in the identified fluid introduction path 38 does not substantially flow.
  • the heating element 21a4 By closing the switch 74 for a predetermined time (for example, 10 seconds) by a heater control signal output from the microcomputer 72 to the switch 74, the heating element 21a4 has a single height (for example, 3.45V). One pulse voltage P is applied to cause the heating element to generate heat. At this time, the output voltage (sensor output) Q of the differential amplifier 70 gradually increases during voltage application to the heating element 21a4 and gradually decreases after voltage application to the heating element 21a4 is completed, as shown in FIG. To do.
  • sampling is performed a predetermined number of times (for example, 256 times), and an operation for obtaining the average value is performed to obtain the average sensor output voltage value V1. obtain.
  • This average sensor output voltage value V1 corresponds to the peak temperature of the temperature sensing element 21a2.
  • the average sensor output voltage value V1 does not necessarily need to be a value corresponding to the peak temperature of the temperature sensing element 21a2, and the sensor output after a predetermined time (for example, 5 seconds) has elapsed from the start of voltage application to the heating element 21a4.
  • An average sensor output voltage value may be obtained by sampling a predetermined number of times and calculating the average value.
  • the heat generated in the heating element 21a4 based on the voltage application of the single pulse as described above is transmitted to the fluid to be identified.
  • the fluid to be identified in the vicinity of the fluid identification sensor module 20 is heated, and the temperature of the fluid to be identified rises.
  • This heat transfer depends on the characteristic value of the fluid to be identified, and the degree of temperature rise varies depending on the type and concentration of the fluid.
  • the characteristic values of the fluid to be identified include specific gravity, kinematic viscosity, lubricity (HFRR) of the fluid to be identified, and the like.
  • FIG. 9 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid identification device of this embodiment and the specific gravity of the fluid to be identified
  • FIG. 10 is a diagram showing the fluid identification device of this embodiment
  • FIG. 11 is a statistical diagram showing the relationship between the obtained average sensor output voltage value V1 and the lubricity (HFRR) of the fluid to be identified.
  • FIG. 11 shows the average sensor output voltage value V1 obtained using the fluid discrimination device of this embodiment. It is a statistical diagram which shows the relationship of kinematic viscosity of a to-be-identified fluid.
  • the average sensor output voltage value for the identified fluid is kerosene, light oil, mixed oil A mixed with kerosene and light oil 1: 1, and mixed oil kerosene B mixed with heavy oil, heavy oil and light oil 1: 1.
  • V1 and the specific gravity of the to-be-identified fluid is shown. As can be seen from this statistical chart, there is a correlation with respect to kerosene, light oil, and mixed oil A.
  • the average sensor output is obtained for kerosene, light oil, mixed oil A in which kerosene and light oil are mixed 1: 1, and mixed oil kerosene B in which heavy oil, heavy oil and light oil are mixed 1: 1 as identified fluids.
  • the relationship between the voltage value V1 and the lubricity (HFRR) of the fluid to be identified is shown. As can be seen from this statistical chart, there is a correlation for all measured oil types.
  • the average sensor output is obtained for kerosene, light oil, mixed oil A in which kerosene and light oil are mixed 1: 1, and mixed oil kerosene B in which heavy oil, heavy oil and light oil are mixed 1: 1 as identified fluids.
  • the relationship between the voltage value V1 and the kinematic viscosity of the identified fluid is shown. As can be seen from this statistical chart, there is a correlation for all measured oil types.
  • the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the kinematic viscosity of the identified fluid is added to the graph of FIG. 11 for water as the identified fluid.
  • the output is clearly different from that of oil such as kerosene or light oil.
  • oil such as kerosene or light oil.
  • kinematic viscosity is used as an index value, it is clearly smaller than oil. Output is obtained.
  • FIG. 13 the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the specific gravity of the fluid to be identified is added to FIG. 9 for air as the fluid to be identified.
  • the fluid to be identified is air, that is, when the fuel tank 100 is empty, an output that is clearly different from oil such as kerosene or light oil, for example, when the specific gravity is used as an index value. Produces a significantly greater output than oil.
  • the output in the case of oil falls within a certain range as the average sensor output voltage value V1, and thus a threshold is provided.
  • the fluid can be identified.
  • fluid identification data indicating the relationship between the average sensor output voltage value V1 and the characteristic value of the fluid to be identified is stored in the storage device 54 in advance, and the obtained average sensor output is obtained when identifying the fluid to be identified.
  • the type of the fluid to be identified can be identified by comparing the voltage value V1 with the fluid identification data.
  • the fluid identification data having a single index value and the average sensor output voltage value V1 may be compared to identify the fluid to be identified. By comparing the data and the average sensor output voltage value V1, the identification accuracy of the fluid to be identified is improved.
  • FIG. 14 is a circuit configuration diagram of the ASIC 52 for the second embodiment of the fluid identification apparatus 10 of the present invention.
  • the configuration of the fluid identification device 10 in this embodiment is basically the same as that of the fluid identification device 10 in the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. To do.
  • the ASIC 52 does not perform the energization control to the heating element 21a4, and thus has no switch 74.
  • the fluid temperature is always measured by the fluid temperature detecting element 22, and the heating element 21a4 is always energized and the temperature rise caused by this can be measured by the fluid discriminating element 21. .
  • the applied voltage is controlled by the control unit 50 so that the fluid temperature becomes a predetermined value (for example, a value that is 10 ° C. higher than the fluid temperature before the voltage application is started).
  • the sensor output Q at this time is output as a substantially constant value as shown in FIG.
  • FIG. 15 shows an example of the sensor output Q when light oil, kerosene, or heavy oil is used as the fluid to be identified.
  • the microcomputer 72 samples the sensor output Q a predetermined number of times (for example, 256 times) and performs an operation for obtaining the average value to obtain the average sensor output value V2.
  • This average sensor output value V2 corresponds to the amount of heat generated by the heating element 21a4.
  • FIG. 16 is a statistical diagram showing the relationship between the average sensor output voltage value V2 obtained using the fluid identification device of this embodiment and the specific gravity of the fluid to be identified
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the fluid identification device of this embodiment.
  • FIG. 18 is a statistical diagram showing the relationship between the obtained average sensor output voltage value V2 and the lubricity (HFRR) of the fluid to be identified.
  • FIG. 18 shows the average sensor output voltage value V2 obtained by using the fluid discrimination device of this embodiment.
  • FIG. 19, which is a statistical diagram showing the relationship of the kinematic viscosity of the fluid to be identified, is an enlarged part of the statistical diagram of FIG.
  • the average sensor output voltage value V2 for kerosene, light oil, mixed oil A in which kerosene and light oil are mixed 1: 1, and mixed oil B in which heavy oil, heavy oil and light oil are mixed 1: 1 are identified fluids to be identified. And the specific gravity of the fluid to be identified. As can be seen from this statistical chart, there is a correlation with respect to kerosene, light oil, mixed oil A, and mixed oil B.
  • the average sensor output voltage for the fluid to be identified is kerosene, light oil, mixed oil A mixed with kerosene and light oil 1: 1, and mixed oil B mixed with heavy oil, heavy oil and light oil 1: 1.
  • V2 the value of the identified fluid
  • HFRR the lubricity
  • the average sensor output voltage is obtained for kerosene, light oil, mixed oil A in which kerosene and light oil are mixed 1: 1, and mixed oil B in which heavy oil, heavy oil and light oil are mixed 1: 1 as the fluid to be identified.
  • the relationship between the value V2 and the kinematic viscosity of the fluid to be identified is shown. As can be seen from this statistical chart, there is a correlation for all measured oil types.
  • the relationship between the average sensor output voltage value V2 and the kinematic viscosity of the identified fluid is added to the graph of FIG. 18 for water as the identified fluid.
  • the output is clearly different from oil such as kerosene or light oil, for example, when kinematic viscosity is used as an index value, it is clearly larger than oil. Output is obtained.
  • the output in the case of oil falls within a certain range as the average sensor output voltage value V2, so that the fluid can be identified by providing a threshold value. is there.
  • the index value is kinematic viscosity
  • the average sensor output voltage value As the output in the case of oil falls within a certain range, the fluid to be identified can be identified.
  • the type of fluid to be identified can be identified by comparing these fluid identification data with the obtained average sensor output voltage value V2.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a third embodiment of the fluid identification device of the present invention
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of a usage state of the fluid identification device of FIG. 20
  • FIG. 22 is a fluid identification of FIG. It is the schematic which shows an example of another use condition of an apparatus.
  • the same components as those in the fluid identification device 10 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the fluid identification sensor module 20, the cover member 36, and the communication power connector 49 are disposed in the waterproof case 16.
  • the fluid identification device 11 can be attached below the side surface of the fuel tank 100.
  • the fluid identification device 11 of the present embodiment can be attached to an arbitrary place of the fuel tank 100, for example, depending on the type and property of the identified fluid stored in the fuel tank 100, The mounting location of the fluid identification device 11 can be changed.
  • the identification accuracy of the fluid to be identified can be improved by attaching the fluid identification device 11 to the optimal installation location depending on the type and nature of the fluid to be identified.
  • the fluid identification device 11 can be attached to the fuel tank 100 so that the fluid identification element 21 and the fluid temperature detection element 22 of the fluid identification sensor module 20 are horizontal with respect to the fluid level. is there.
  • the fluid identification device 11 of this embodiment can be attached to the bottom surface of the fuel tank 100.
  • the fluid identification device 11 by attaching the fluid identification device 11 to the bottom surface of the fuel tank 100, for example, when the identification target fluid stored in the fuel tank 100 is a hydrocarbon-based liquid such as light oil, even if fuel is consumed. Since the fluid identification sensor module 20 is immersed in the fluid to be identified unless the fuel in the fuel tank 100 is emptied, the fluid to be identified can always be identified.
  • the sensor output Q changes abruptly, so that the presence or absence of the fluid to be identified can be identified.
  • the fluid identification device 11 is attached below the side surface of the fuel tank 100 to identify the presence or absence of the fluid to be identified, the fuel in the fuel tank 100 has fallen below a predetermined amount. Can be notified to a user who operates the construction machine, for example.
  • FIG. 23 shows another circuit configuration of the ASIC 52 for fluid identification as a fourth embodiment of the fluid identification apparatus of the present invention.
  • the configuration of the fluid identification device 10 in this embodiment is basically the same as that of the fluid identification device 10 in the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. To do.
  • a bridge circuit (fluid identification circuit) 68 formed by the temperature sensing element 21a2 of the fluid identification element 21 and the three resistors 64, 65, 66.
  • the energization of the switch 74 is performed by controlling the opening and closing of the switch 74 by an energization control signal output from the microcomputer 72.
  • the temperature sensing element 21a2 of the fluid identification element 21 includes Pt, Ni, Cr, W as a metal material, NiCr, FeCr as an alloy material, NiO, FeO, CuO, Ni as an oxide material. 2 O 3 , cermets such as TaSiO 2 , CrSiO 2, etc. are made of a material whose electric resistance value changes with temperature.
  • the resistance value of the temperature sensing element 21a2 changes due to the self-heating of the temperature sensing element 21a2, the balance of the bridge circuit 68 is lost, and the output voltage (sensor output) Q is output via the differential amplifier 70. Will be output in the same manner as in FIG.
  • the fluid to be identified can be identified as in the above-described embodiment.
  • an electrical output based on the resistance value of the temperature sensing element 21a2 of the fluid identification element 21 is obtained via the fluid temperature detection amplifier 71. It is configured.
  • a material different from the resistor 65 is used as the material of the temperature sensing element 21a2, and a difference is caused in the temperature change of the resistance value between the temperature sensing element 21a2 and the resistor 65, thereby generating an output voltage.
  • the present invention is not limited to this.
  • the resistance value of the temperature sensing element 21a2 is made larger than the resistance value of the resistance element 65, and the heat generation amount of the temperature sensing element 21a2 is set to the heat generation value of the resistance element 65.
  • the resistor 65 may be immersed in the same liquid as the fluid identification element 21 as the fluid temperature detection element 22 in order to increase accuracy.
  • the pulse voltage is applied to the fluid discriminating element 21 by controlling the opening and closing of the switch 74 for a predetermined time (for example, 10 seconds).
  • a predetermined time for example, 10 seconds.
  • the fluid to be identified can be identified in the same manner as in the second embodiment.
  • the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this.
  • the pulse voltage value, the pulse voltage application time, the number of times of sampling, and the like can be appropriately changed.

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Abstract

　タンクなどに貯留される被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別などを精度よく行う流体識別装置および流体識別方法を提供する。被識別流体の特性を示す指標値として特性計測値を計測し、予め計測された流体と該流体の特性値との関係を示す流体識別データと、特性計測値を比較することによって流体の識別を行う。

Description

流体識別方法および流体識別装置
　本発明は、被識別流体の識別、例えば、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別などを行う流体識別方法および流体識別装置に関する。
　自動車の内燃エンジンは、使用する燃料を想定して、その燃料を使用した場合に最適に動作するように設計されている。例えば、ディーゼルエンジンであれば、軽油を燃料として最適動作するように設計されているが、軽油以外の燃料、例えば、灯油や重油などの様々な液体燃料を使用した場合であっても動作は可能である。
　このため、建機や重機などのディーゼルエンジンを動作させる際に、特に、灯油や重油などの軽油に比べ比較的安価な液体燃料を軽油に混ぜて使用することが行われることがある。
　しかしながら、軽油に比べ潤滑性（粘性）の低い灯油を混ぜて使用した場合には、ディーゼルエンジンの一部を摩耗させてしまう原因となり、長期にわたって使用した場合にはエンジンの故障が発生してしまう。
　特に、建機や重機などでは、実際に使用するユーザーは建機・重機リース業者からリースして使用しているため、ユーザーからリース業者に建機や重機が返却されてからエンジンの故障が発生する場合がある。
　このような場合には、使用中の故障ではないため、リース業者はユーザーに責任を追及することが困難となる場合がある。
　このため、燃料タンク内の油種を監視するセンサーの要求が、高まっている。
　本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するためになされた発明であって、本発明の流体識別方法は、被識別流体を識別するための流体識別方法であって、
　前記被識別流体の特性を示す指標値として特性計測値を計測し、
　予め計測された流体と該流体の特性値との関係を示す流体識別データと、前記特性計測値を比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする。
　また、本発明の流体識別装置は、被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
　前記被識別流体の特性を示す指標値として特性計測値を測定するための特性計測部と、
　前記特性計測値に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
　前記識別制御部に記憶された流体識別データと、前記特性計測値を比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする。
　また、本発明は、前記指標値が、比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ）のうち少なくともいずれかであることを特徴とする。
　また、本発明の流体識別装置は、前記流体識別データが、予め計測された流体と該流体の特性を示す指標値として計測される電気的出力値との関係を示すデータであることを特徴とする。
　また、本発明の流体識別方法は、前記特性計測値が、
　感温体を含んでなる流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、前記流体識別素子の温度に対応する電気的出力値を出力する流体識別センサーによって出力される電気的出力値であることを特徴とする。
　また、本発明の流体識別装置は、前記特性計測部が、
　感温体を含んでなる流体識別素子と、
　該流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、前記流体識別素子の温度に対応する電気的出力値を出力する流体識別センサーとから構成されるとともに、
　前記識別制御部が、前記電気的出力値に基づいて流体の識別を行うように構成され、
　前記識別制御部は、前記電気的出力値と、予め識別制御部に記憶された流体識別データとを比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする。
　また、本発明の流体識別方法は、前記特性計測値が、
　感温体を含んでなる流体識別素子に、電圧を印加して、被識別流体を加熱するとともに、前記流体識別素子の温度が一定の値となるように前記電圧を制御する流体識別センサーによって出力される、前記電圧に基づいた電気的出力値であることを特徴とする。
　また、本発明の流体識別装置は、前記特性計測部が、
　感温体を含んでなる流体識別素子と、
　該流体識別素子に、電圧を印加して、被識別流体を加熱するとともに、前記流体識別素子の温度が一定の値となるように前記電圧を制御するとともに、前記電圧に基づいた電気的出力値を出力する流体識別センサーとから構成されるとともに、
　前記識別制御部が、前記電気的出力値に基づいて流体の識別を行うように構成され、
　前記識別制御部は、前記電気的出力値と、予め識別制御部に記憶された流体識別データとを比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする。
　また、本発明は、前記流体識別素子が、発熱体と、該発熱体の近傍に配設された感温体とを備えることを特徴とする。
　また、本発明は、前記流体識別素子の感温体が、発熱機能及び感温機能を有する感温体であることを特徴とする。
　また、本発明は、前記流体識別センサーが、前記流体識別素子と、
　該流体識別素子から一定間隔離間して配設された流体温度検知素子とを備えることを特徴とする。
　また、本発明は、前記流体識別素子と流体温度検知素子が、流体レベルに対して水平に配設されていることを特徴とする。
　また、本発明は、前記被識別流体の識別が、流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別のうち、少なくとも一つの識別であることを特徴とする。
　また、本発明は、前記被識別流体が、炭化水素系液体であることを特徴とする。
　また、本発明は、前記被識別流体が、軽油、灯油、重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。
　また、本発明は、前記被識別流体が、オイルタンク内に滞留した潤滑油中に含有する軽油・灯油・重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。
　本発明によれば、被識別流体の特性を示す特性計測値を計測し、予め計測された流体と該流体の特性値との関係を示す流体識別データと比較することによって流体の識別をすることができるので、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別などを精度よく行うことが可能となる。
図１は、本発明による流体識別装置の第１の実施例を示す分解図である。 図２は、図１の流体識別装置の流体識別センサーモジュールの拡大図である。 図３は、図１の流体識別装置の模式的断面図である。 図４は、第１の実施例の流体識別装置の使用状態を示す模式的断面図である。 図５は、第１の実施例の流体識別装置の使用状態を示す概略図である。 図６は、流体識別素子２１の薄膜チップの分解模式図である。 図７は、流体識別のための回路構成図である。 図８は、発熱体に印加される単一パルス電圧Ｐとセンサー出力Ｑとの関係を示す図である。 図９は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の比重の関係を示す統計図である。 図１０は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）の関係を示す統計図である。 図１１は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度の関係を示す統計図である。 図１２は、被識別流体として水について、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度との関係を図１１のグラフに追加した統計図である。 図１３は、被識別流体として空気について、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の比重との関係を図９に追加した統計図である。 図１４は、本発明の流体識別装置１０の第２の実施例のためのＡＳＩＣ５２の回路構成図である。 図１５は、発熱体に印加される印加電圧Ｐとセンサー出力Ｑとの関係を示す図である。 図１６は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の比重の関係を示す統計図である。 図１７は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）の関係を示す統計図である。 図１８は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の動粘度の関係を示す統計図である。 図１９は、被識別流体として水について、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度との関係を図１８のグラフに追加した統計図である。 図２０は、本発明の流体識別装置の第３の実施例を示す概略図である。 図２１は、図２０の流体識別装置の使用状態の一例を示す概略図である。 図２２は、図２０の流体識別装置の別の使用状態の一例を示す概略図である。 図２３は、本発明の流体識別装置の第４の実施例として、流体識別のためのＡＳＩＣ５２の別の回路の構成を示す回路構成図である。
符号の説明
１０   流体識別装置
１１   流体識別装置
１２   支持部
１６   防水ケース
２０   流体識別センサーモジュール
２１   流体識別素子
２１ａ 流体検知用薄膜チップ
２１ａ１      チップ基板
２１ａ２      流体検知用感温体
２１ａ２      感温体
２１ａ３      層間絶縁膜
２１ａ４      発熱体
２１ａ５      発熱体電極
２１ａ６      保護膜
２１ａ７      電極パッド
２１ｅ 外部電極端子
２２   流体温度検知素子
２２ａ２      感温体
２２ｅ 外部電極端子
２６   モールド樹脂
３６   カバー部材
３８   被識別流体導入路
４０   電源ケーブル
４２   通信ケーブル
４９   通信電源コネクタ
５０   制御ユニット
５２   ＡＳＩＣ
５４   記憶装置
５６   電源用接続端子
５８   ＣＡＮインターフェイス
６４   抵抗体
６５   抵抗体
６６   抵抗体
６８   ブリッジ回路
７０   差動増幅器
７１   流体温度検知増幅器
７２   マイコン
７４   スイッチ
７６   出力バッファ回路
１００ 燃料タンク
発明の実施するための最良の形態
　以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明による流体識別装置の第１の実施例を示す分解図、図２は、図１の流体識別装置の流体識別センサーモジュールの拡大図、図３は、図１の流体識別装置の模式的断面図である。また、図４は、本実施例の流体識別装置の使用状態を示す模式的断面図、図５は、本実施例の流体識別装置の使用状態を示す概略図である。
　図３に示されるように、本実施例の流体識別装置１０は、支持部１２を備え、例えば、ブルドーザやクレーン、運搬機械などの建設機械や自動車などに搭載された燃料タンク１００に取り付けられる。
　また、図１および図４に示されるように、本実施例の流体識別装置１０は、流体識別センサーモジュール２０、カバー部材３６、電源ケーブル４０、通信ケーブル４２を備えており、流体識別センサーモジュール２０は、後述する流体識別素子２１および流体温度検知素子２２が配置される側（以下、流体露出側）のみが流体と接するように配置される。
　図２に示されるように、流体識別センサーモジュール２０は、流体識別素子２１、流体温度検知素子２２が一定間隔離間して配設された状態でモールド樹脂２６によって一体成型されている。なお、符号２１ｅは流体識別素子２１と電気的に接続された外部電極端子、符号２２ｅは流体温度検知素子２２と電気的に接続された外部電極端子である。
　本実施例において、流体識別素子２１は、図６に示すように、チップ基板上に流体検知用感温体を薄膜により形成した流体検知用薄膜チップ２１ａにより構成されている。
　流体検知用薄膜チップ２１ａは、例えば、Ａｌ2Ｏ3からなるチップ基板２１ａ１と、Ｐｔからなる流体検知用感温体２１ａ２と、ＳｉＯ2からなる層間絶縁膜２１ａ３と、ＴａＳｉＯ2からなる発熱体２１ａ４およびＮｉからなる発熱体電極２１ａ５と、ＳｉＯ2からなる保護膜２１ａ６と、Ｔｉ／Ａｕからなる電極パッド２１ａ７とを、順に適宜積層したものからなる。流体検知用感温体２１ａ２は、図示はされていないが蛇行パターン状に形成されている。
　流体検知用感温体２１ａ２および発熱体電極２１ａ５に接続された電極パッド２１ａ７は、不図示のボンディングワイヤを介して外部電極端子２１ｅに接続されている。
　なお、流体温度検知素子２２も流体識別素子２１と同様な構成とすることができる。ただし、発熱体を作用させずに感温体（流体温度検知素子２２においては流体温度検知用感温体）のみを作用させる。なお、流体温度検知素子２２としては、流体識別素子用のものとは異なり発熱体および発熱体電極を形成していないものを使用してもよい。
　図３および図４に示されるように、流体識別素子２１の外部電極端子２１ｅおよび流体温度検知素子２２の外部電極端子２２ｅは、電源ケーブル４０および通信ケーブル４２とそれぞれ接続されている。
　電源ケーブル４０および通信ケーブル４２は支持部１２の内部を通じて上方へと延びており、燃料タンク１００外部に配設される、識別制御部を構成する制御ユニット５０に接続されている。
　制御ユニット５０は、流体識別センサーモジュール２０への電圧印加の制御や、流体識別センサーモジュール２０の電気的出力に基づき流体の識別を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５２、予め計測された流体識別データを記憶するための記憶装置５４、電源入力のための電源用接続端子５６、ＣＡＮ（Cable Area Network）通信を行うためのＣＡＮインターフェイス５８が備えられている。
　図１および図４に示されるように、流体識別装置１０には、流体識別センサーモジュール２０を囲むようにカバー部材３６が付設されている。このカバー部材３６により、流体識別センサーモジュール２０の流体露出側に近接する領域を通って上下方向に延びた上下両端開放の被識別流体導入路３８が形成される。
　なお、本実施例では流体識別センサーモジュール２０の流体識別素子２１と流体温度検知素子２２とを流体レベルに対して垂直に配設し、被識別流体導入路３８は上下両端開放となっているが、流体識別素子２１と流体温度検知素子２２とを流体レベルに対して水平に配設し、被識別流体導入路３８を左右両端開放となるように構成してもよい。
　このように流体識別素子２１と流体温度検知素子２２とを水平に配設することにより、流体識別素子２１周辺の被識別流体の温度分布と、流体温度検知素子２２周辺の被識別流体の温度分布との差が減少する。
　本発明の流体識別装置は、後述するように被識別流体の温度変化に基づいて流体の識別を行っているため、流体識別素子２１と流体温度検知素子２２とを流体レベルに対して水平に配設することによって、温度分布の差が減少し、識別制度が向上することができる。
　このように構成される流体識別装置１０は、例えば、図５に示すように、流体タンク１００に取り付けられた状態で使用される。
　図７に、本実施例における流体識別のためのＡＳＩＣ５２の回路の構成を示す。上記の流体識別素子２１の感温体２１ａ２、流体温度検知素子２２の感温体２２ａ２、および２つの抵抗体６４、６６によりブリッジ回路（流体識別回路）６８が構成されている。このブリッジ回路６８の出力が差動増幅器７０に入力され、差動増幅器７０の出力（流体識別回路出力またはセンサー出力ともいう）がＡ／Ｄ変換器を介して演算部を構成するマイコン（マイクロコンピュータ）７２に入力される。
　また、マイコン７２には流体温度検知素子２２の感温体２２ａ２から流体温度検知増幅器７１を経て被識別流体の温度に対応する流体温度対応出力値が入力される。一方、マイコン７２からは流体識別素子２１の発熱体２１ａ４への通電経路に位置するスイッチ７４に対してその開閉を制御するヒーター制御信号が出力される。
　また、マイコン７２において、後述するように流体識別が行われた後、流体種、濃度、流体の有無、流体の温度などを示す識別信号が、不図示のＤ／Ａ変換器、バッファ回路７６を介してアナログ信号として出力される。なお、これらの識別信号は、デジタル信号として出力させることもでき、識別信号を受ける機器に応じて、アナログ出力とデジタル出力を選択することができる。
　なお、図７において一点鎖線で囲まれる部分がＡＳＩＣ５２に作りこまれている。
　図７には、簡単のために、スイッチ７４が単なる開閉を行うものとして記載されているが、ＡＳＩＣ５２に作りこむ際に、互いに異なる電圧の印加が可能な複数の電圧印加経路を形成しておき、ヒーター制御に際していずれかの電圧印加経路を選択できるようにしてもよい。
　このようにすることで、流体識別素子２１の発熱体２１ａ４の特性の選択の幅が大幅に広がる。すなわち、発熱体２１ａ４の特性に応じて測定に最適な電圧を印加することが可能となる。また、ヒーター制御に際して互いに異なる複数の電圧の印加を行うことができるので、識別対象の流体の種類を広げることが可能となる。
　また、図７には、簡単のために、抵抗体６４、６６が抵抗値一定のものとして記載されているが、ＡＳＩＣ５２に作りこむ際に、これら抵抗体６４、６６のそれぞれを抵抗値可変なものに形成しておき、測定に際して抵抗体６４、６６の抵抗値を適宜変更できるようにしてもよい。
　同様に、ＡＳＩＣ５２に作りこむ際に、差動増幅器７０および流体温度検知増幅器７１について特性調整が可能なようにしておき、測定に際して増幅器特性を適宜変更できるようにしてもよい。
　このようにすることで、流体識別回路の特性を最適なものに設定することが容易になり、流体識別素子２１および流体温度検知素子２２の製造上の個体ばらつきとＡＳＩＣ５２の製造上の個体ばらつきとに基づき発生する測定特性のばらつきを低減することができ、製造歩留りが向上する。
　以下、本実施例における流体識別動作の一例として、軽油、灯油、重油の油種識別動作につき説明する。
　燃料タンク１００に被識別燃料Ｆが収容されると、流体識別センサーモジュール２０を覆うカバー部材３６により形成される被識別流体導入路３８内にも被識別燃料Ｆが満たされる。被識別流体導入路３８内を含めて燃料タンク１００内の被識別燃料Ｆは実質上流動しない。
　マイコン７２からスイッチ７４に対して出力されるヒーター制御信号により、該スイッチ７４を所定時間（例えば、１０秒間）閉じることで、発熱体２１ａ４に対して所定高さ（例えば、３．４５Ｖ）の単一パルス電圧Ｐを印加して該発熱体を発熱させる。この時の差動増幅器７０の出力電圧（センサー出力）Ｑは、図８に示されるように、発熱体２１ａ４への電圧印加中は次第に増加し、発熱体２１ａ４への電圧印加終了後は次第に減少する。
　マイコン７２では、図８に示される発熱体２１ａ４への電圧印加において、その終了直前に、所定回数（例えば、２５６回）サンプリングし、その平均値をとる演算を行って平均センサー出力電圧値Ｖ１を得る。この平均センサー出力電圧値Ｖ１は、感温体２１ａ２のピーク温度に対応する。
　なお、平均センサー出力電圧値Ｖ１は必ずしも感温体２１ａ２のピーク温度に対応した値を得る必要はなく、発熱体２１ａ４への電圧印加開始から所定時間（例えば、５秒）経過後のセンサー出力を所定回数サンプリングし、その平均値を得る演算を行って平均センサー出力電圧値を得てもよい。
　ところで、以上のような単一パルスの電圧印加に基づき発熱体２１ａ４で発生した熱は被識別流体へと伝達される。この熱伝達により流体識別センサーモジュール２０近傍の被識別流体が加熱され、被識別流体の温度が上昇する。この熱伝達には被識別流体の特性値が依存し、流体の種別や濃度などによって温度上昇の度合いが変化する。
　なお、被識別流体の特性値としては、被識別流体の比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ：High Frequency Reciprocating Rig）などが挙げられる。
　以下、被識別流体として灯油、軽油、重油、およびそれらの混合油につき、本実施例の流体識別装置１０を用いて測定した得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と、被識別流体の特性値として比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ）をそれぞれ用いた場合の流体識別データについて説明する。
　図９は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の比重の関係を示す統計図、図１０は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）の関係を示す統計図、図１１は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度の関係を示す統計図である。
　図９では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油灯油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の比重との関係を示している。この統計図からわかるように、灯油、軽油、混合油Ａに関して相関を有している。
　また、図１０では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油灯油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）との関係を示している。この統計図からわかるように、測定したすべての油種に関して相関を有している。
　また、図１１では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油灯油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度との関係を示している。この統計図からわかるように、測定したすべての油種に関して相関を有している。
　さらに、図１２では、被識別流体として水について、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の動粘度との関係を図１１のグラフに追加している。この統計図からわかるように、被識別流体が水の場合には、灯油や軽油などの油とは明らかに違う出力、例えば、動粘度を指標値とした場合には、油よりも明らかに小さい出力が得られる。
　また、図１３では、被識別流体として空気について、平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の比重との関係を図９に追加している。この統計図からわかるように、被識別流体が空気、すなわち、燃料タンク１００内が空の場合には、灯油や軽油などの油とは明らかに違う出力、例えば、比重を指標値とした場合には、油よりも明らかに大きい出力が得られる。
　このように、燃料タンク１００内に水が入っていたり、燃料タンク１００内が空の場合には、平均センサー出力電圧値Ｖ１として油の場合の出力が、一定の範囲に収まるため、閾値を設けることで流体の識別が可能である。
　なお、本実施例では指標値として比重や動粘度を用いた場合のみを示したが、他の指標値であっても同様に、平均センサー出力電圧値Ｖ１として油の場合の出力が、一定の範囲に収まるため、閾値を設けることで流体の識別が可能である。
　そして、これらの平均センサー出力電圧値Ｖ１と被識別流体の特性値との関係を示す流体識別データを事前に記憶装置５４に記憶しておき、被識別流体の識別に際し、得られた平均センサー出力電圧値Ｖ１と流体識別データとを比較することによって被識別流体の種別を識別することができる。
　なお、被識別流体の識別の際には、単一の指標値の流体識別データと平均センサー出力電圧値Ｖ１を比較し被識別流体の識別を行ってもよいが、複数の指標値の流体識別データと平均センサー出力電圧値Ｖ１を比較することによって、被識別流体の識別精度が向上することとなる。
　図１４は、本発明の流体識別装置１０の第２の実施例のためのＡＳＩＣ５２の回路構成図である。
　本実施例における流体識別装置１０の構成は、基本的には第１の実施例の流体識別装置１０と同様な構成であり、同じ構成部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　図１４に示したように、第２の実施例においてＡＳＩＣ５２では、発熱体２１ａ４への通電制御を行わないため、スイッチ７４の無い構成となっている。
　本実施例においては、流体温度検知素子２２によって流体温度を常時測定するものとし、発熱体２１ａ４への通電を常時行いつつ、これによる温度上昇が流体識別素子２１によって測定できるように構成されている。
　そして、流体温度が所定の値（例えば、電圧印加開始前の流体温度よりも１０℃高い値）となるように制御ユニット５０によって印加電圧を制御している。
　この時のセンサー出力Ｑは、図１５に示されるようにほぼ一定の値として出力される。なお、図１５では、被識別流体として軽油、灯油、重油を用いた場合のセンサー出力Ｑの例が示されている。
　第１の実施例と同様に、マイコン７２では、センサー出力Ｑを所定回数（例えば、２５６回）サンプリングし、その平均値をとる演算を行って平均センサー出力値Ｖ２を得る。この平均センサー出力値Ｖ２は、発熱体２１ａ４の発熱量に対応する。
　以下、被識別流体として灯油、軽油、重油、およびそれらの混合油につき、本実施例の流体識別装置１０を用いて測定した得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と、被識別流体の特性値として比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ）をそれぞれ用いた場合の流体識別データについて説明する。
　図１６は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の比重の関係を示す統計図、図１７は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）の関係を示す統計図、図１８は、本実施例の流体識別装置を用いて得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の動粘度の関係を示す統計図、図１９は、図１８の統計図の一部を拡大したものである。
　図１６では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の比重との関係を示している。この統計図からわかるように、灯油、軽油、混合油Ａ、混合油Ｂに関して相関を有している。
　また、図１７では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の潤滑性（ＨＦＲＲ）との関係を示している。この統計図からわかるように、灯油、重油、混合油Ａ、混合油Ｂに関して相関を有している。
　また、図１８では、被識別流体として、灯油、軽油、灯油と軽油を１：１で混合した混合油Ａ、重油、重油と軽油を１：１で混合した混合油Ｂについて、平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の動粘度との関係を示している。この統計図からわかるように、測定したすべての油種に関して相関を有している。
　さらに、図１９では、被識別流体として水について、平均センサー出力電圧値Ｖ２と被識別流体の動粘度との関係を図１８のグラフに追加している。この統計図からわかるように、被識別流体が水の場合には、灯油や軽油などの油とは明らかに違う出力、例えば、動粘度を指標値とした場合には、油よりも明らかに大きい出力が得られる。
　このように、燃料タンク１００内に水が入っていた場合には、平均センサー出力電圧値Ｖ２として油の場合の出力が、一定の範囲に収まるため、閾値を設けることで流体の識別が可能である。
　なお、本実施例では、被識別流体として水について、指標値が動粘度の場合のみを示したが、第１の実施例と同様に、他の指標値であっても、平均センサー出力電圧値として油の場合の出力が、一定の範囲に収まるため、被識別流体の識別が可能である。
　第１の実施例同様に、これらの流体識別データと得られた平均センサー出力電圧値Ｖ２とを比較することによって被識別流体の種別を識別することができる。
　図２０は、本発明の流体識別装置の第３の実施例を示す概略図、図２１は、図２０の流体識別装置の使用状態の一例を示す概略図、図２２は、図２０の流体識別装置の別の使用状態の一例を示す概略図である。
　本実施例における流体識別装置１１の構成において、第１の実施例の流体識別装置１０と同様な構成部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　本実施例の流体識別装置１１は、防水ケース１６に流体識別センサーモジュール２０、カバー部材３６、通信電源コネクタ４９が配設されている。
　なお、通信電源コネクタ４９には、電源ケーブル４０および通信ケーブル４２が接続される。
　図２０に示されるように流体識別装置１１を小型化することによって、例えば、図２１に示されるように、燃料タンク１００の側面下方に取り付けることができる。
　このように、本実施例の流体識別装置１１は、燃料タンク１００の任意の場所に取り付けることが可能であるため、例えば、燃料タンク１００内に貯留される被識別流体の種類や性質などによって、流体識別装置１１の取り付け場所を変更することができる。
　このように、被識別流体の種類や性質などによって、最適な取り付け場所に流体識別装置１１を取り付けることによって、被識別流体の識別精度を向上させることができる。
　なお、上述したように、流体識別センサーモジュール２０の流体識別素子２１と流体温度検知素子２２とを流体レベルに対して水平となるように、流体識別装置１１を燃料タンク１００に取り付けることも可能である。
　また、図２２に示されるように、本実施例の流体識別装置１１を燃料タンク１００の底面に取り付けることも可能である。
　このように、流体識別装置１１を燃料タンク１００の底面に取り付けることによって、例えば、燃料タンク１００に貯留される被識別流体が軽油などの炭化水素系液体の場合には、燃料が消費されても流体識別センサーモジュール２０は、燃料タンク１００内の燃料が空にならない限り、被識別流体内に浸漬していることになるため、常に被識別流体の識別を行うことができる。
　さらには、燃料タンク１００内の被識別流体が空となった場合には、センサー出力Ｑが急激に変化することになるため、被識別流体の有無を識別することも可能となる。
　なお、図２１に示したように、流体識別装置１１を燃料タンク１００の側面下方に取り付けることによって、被識別流体の有無を識別すれば、燃料タンク１００内の燃料が所定の量を下回ったことを、例えば、建機を操作するユーザーに知らせることができる。
　図２３は、本発明の流体識別装置の第４の実施例として、流体識別のためのＡＳＩＣ５２の別の回路構成を示している。
　本実施例における流体識別装置１０の構成は、基本的には第１の実施例の流体識別装置１０と同様な構成であり、同じ構成部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　図２３に示されるように、本実施例の流体識別装置１０では、流体識別素子２１の感温体２１ａ２、及び３つの抵抗体６４、６５、６６により形成されるブリッジ回路（流体識別回路）６８への通電を、マイコン７２から出力される通電制御信号によってスイッチ７４の開閉を制御することによって行われるように構成されている。
　また、この実施形態では、流体識別素子２１の感温体２１ａ２は、金属系材料としてＰｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、合金系材料としてＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、酸化物系材料としてＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｕＯ、Ｎｉ2Ｏ3、サーメットとしてＴａＳｉＯ2、ＣｒＳｉＯ2などの温度により電気抵抗値が変化する物質から構成されている。
　このように構成することによって、感温体２１ａ２の自己発熱によって、感温体２１ａ２の抵抗値が変化し、ブリッジ回路６８の平衡がくずれ、差動増幅器７０を介して出力電圧（センサー出力）Ｑが、図８と同様に出力されることとなる。
　従って、第１の実施例と同様に、平均センサー出力電圧値Ｖ１を得ることによって、上述した実施例と同様に、被識別流体の流体識別を行うことができる。
　なお、本実施例において、被識別流体の温度Ｔを測定する際には、流体識別素子２１の感温体２１ａ２の抵抗値に基づく、電気的出力を流体温度検知増幅器７１を介して得るように構成されている。
　なお、本実施例では、感温体２１ａ２の材質として、抵抗体６５とは異なる材質を用い、感温体２１ａ２と抵抗体６５との抵抗値の温度変化に差を生じさせることによって、出力電圧Ｑを得るように構成しているが、これに限らず、例えば、感温体２１ａ２の抵抗値を抵抗体６５の抵抗値よりも大きくし、感温体２１ａ２の発熱量を抵抗体６５の発熱量よりも大きくすることによって、ブリッジ回路６８への通電に伴い、ブリッジ回路６８の平衡が崩れ、出力電圧Ｑを得るように構成してもよい。さらには、精度を高めるために抵抗体６５を流体温度検知素子２２として流体識別素子２１と同一の液中に浸漬してもよい。
　また、本実施例ではスイッチ７４の開閉を制御することによって流体識別素子２１に対しパルス電圧を所定時間（例えば、１０秒間）印加するように構成されているが、第２の実施例に示したように流体識別素子２１に対して常時電圧を印加するとともに、流体温度を一定に保つように印加電圧値を制御することによって、図１５と同様なセンサー出力Ｑを得ることができる。
　このようにして得られたセンサー出力Ｑに基づき、第２の実施例と同様にして被識別流体の識別を行うことができる。
　以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、パルス電圧値やパルス電圧の印加時間、サンプリング回数などは適宜変更することができる。
　また、上記実施例では、建機や重機などの燃料タンクに取り付けた場合について説明したが、これ以外であっても、自動車のガソリンタンクや潤滑油等を貯留するオイルタンク、自動車のＮＯｘ分解用の尿素タンクなどにも適用できるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

Claims (25)

  1. 　被識別流体を識別するための流体識別方法であって、
    　前記被識別流体の特性を示す指標値として特性計測値を計測し、
    　予め計測された流体と該流体の特性値との関係を示す流体識別データと、前記特性計測値を比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする流体識別方法。
  2. 　前記指標値が、比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ）のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の流体識別方法。
  3. 　前記特性計測値が、
    　感温体を含んでなる流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、前記流体識別素子の温度に対応する電気的出力値を出力する流体識別センサーによって出力される電気的出力値であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体識別方法。
  4. 　前記特性計測値が、
    　感温体を含んでなる流体識別素子に、電圧を印加して、被識別流体を加熱するとともに、前記流体識別素子の温度が一定の値となるように前記電圧を制御する流体識別センサーによって出力される、前記電圧に基づいた電気的出力値であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体識別方法。
  5. 　前記流体識別素子が、発熱体と、該発熱体の近傍に配設された感温体とを備えることを特徴とする請求項３または４に記載の流体識別方法。
  6. 　前記流体識別素子の感温体が、発熱機能及び感温機能を有する感温体であることを特徴とする請求項３または４に記載の流体識別方法。
  7. 　前記流体識別センサーが、前記流体識別素子と、
    　該流体識別素子から一定間隔離間して配設された流体温度検知素子とを備えることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の流体識別方法。
  8. 　前記流体識別素子と流体温度検知素子が、流体レベルに対して水平に配設されていることを特徴とする請求項７に記載の流体識別方法。
  9. 　前記被識別流体の識別が、流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別のうち、少なくとも一つの識別であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の流体識別方法。
  10. 　前記被識別流体が、炭化水素系液体であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の流体識別方法。
  11. 　前記被識別流体が、軽油、灯油、重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１０に記載の流体識別方法。
  12. 　前記被識別流体が、オイルタンク内に滞留した潤滑油中に含有する軽油・灯油・重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１１に記載の流体識別方法。
  13. 　被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
    　前記被識別流体の特性を示す指標値として特性計測値を測定するための特性計測部と、
    　前記特性計測値に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
    　前記識別制御部に記憶された流体識別データと、前記特性計測値を比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする流体識別装置。
  14. 　前記指標値が、比重、動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ）のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の流体識別装置。
  15. 　前記流体識別データが、予め計測された流体と該流体の特性を示す指標値として計測される電気的出力値との関係を示すデータであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の流体識別装置。
  16. 　前記特性計測部が、
    　感温体を含んでなる流体識別素子と、
    　該流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、前記流体識別素子の温度に対応する電気的出力値を出力する流体識別センサーとから構成されるとともに、
    　前記識別制御部が、前記電気的出力値に基づいて流体の識別を行うように構成され、
    　前記識別制御部は、前記電気的出力値と、予め識別制御部に記憶された流体識別データとを比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする請求項１５に記載の流体識別装置。
  17. 　前記特性計測部が、
    　感温体を含んでなる流体識別素子と、
    　該流体識別素子に、電圧を印加して、被識別流体を加熱するとともに、前記流体識別素子の温度が一定の値となるように前記電圧を制御するとともに、前記電圧に基づいた電気的出力値を出力する流体識別センサーとから構成されるとともに、
    　前記識別制御部が、前記電気的出力値に基づいて流体の識別を行うように構成され、
    　前記識別制御部は、前記電気的出力値と、予め識別制御部に記憶された流体識別データとを比較することによって流体の識別を行うことを特徴とする請求項１５に記載の流体識別装置。
  18. 　前記流体識別素子が、発熱体と、該発熱体の近傍に配設された感温体とを備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の流体識別装置。
  19. 　前記流体識別素子の感温体が、発熱機能及び感温機能を有する感温体であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の流体識別装置。
  20. 　前記流体識別センサーが、前記流体識別素子と、
    　該流体識別素子から一定間隔離間して配設された流体温度検知素子とを備えることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の流体識別装置。
  21. 　前記流体識別素子と流体温度検知素子が、流体レベルに対して水平に配設されていることを特徴とする請求項２０に記載の流体識別装置。
  22. 　前記被識別流体の識別が、流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別のうち、少なくとも一つの識別であることを特徴とする請求項１３から２１のいずれかに記載の流体識別装置。
  23. 　前記被識別流体が、炭化水素系液体であることを特徴とする請求項１３から２２のいずれかに記載の流体識別装置。
  24. 　前記被識別流体が、軽油、灯油、重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項２３に記載の流体識別装置。
  25. 　前記被識別流体が、オイルタンク内に滞留した潤滑油中に含有する軽油・灯油・重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項２４に記載の流体識別装置。
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