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図面 (7)

課題

流体混合物含有量を決定するための誘電定数に依存する既知センサを使用しては識別することができない流体中の成分(たとえば尿素)の濃度レベルを決定する。

解決方法

容器(24)内の流体(22)中の対象成分の濃度を決定する方法は、流体の誘電率を決定し、流体の導電率を決定し、決定された誘電率と決定された導電率との間の直接的な関係に基づいて対象成分の濃度を決定することを含む。そのような濃度決定を行なうためのセンサの実施例は、コンデンサ部(26)と制御エレクトロニクス(30)とを含み、制御エレクトロニクスは、誘電率決定を行なうためにコンデンサを第1のモードで動作させるとともに、導電率決定を行なうためにコンデンサを第2のモードで動作させる。一実施例のデータセット(32)は、特定の濃度値における誘電率と導電率と温度との間の関係を表わす少なくとも1つの3次元多項式を含む。

概要

背景

流体混合物中の1つまたは複数の成分の濃度レベルを決定することが有用であり或いは必要であるような様々な状況が存在する。1つの例が自動車用燃料ステムの場合である。例えば、燃料噴射システムにおける燃料供給パラメータを調整するためには、燃料混合物中のアルコール含有量を決定することが有益である。そのような決定を行なうための既知の技術が米国特許第5,367,264号に示されている。この文献は、燃料混合物に晒されるコンデンサベース測定回路キャパシタンスおよびコンダクタンスに基づいて燃料混合物のアルコール含有量を決定する方法を開示している。様々なそのような装置が知られている。

そのような装置の1つの限界は、これらの装置が限られた導電率流体においてしか役に立たないという点である。導電率が比較的高い流体は、殆どのコンデンサベースの濃度測定装置信頼できないものにする或いは役に立たないものにする特別の問題をもたらす。導電率が高い流体の含有量を決定するための信頼できる技術が必要である。

そのような技術が望ましい状況の一例は、自動車エンジン排気を制御するために既知の選択的触媒反応SCR)を使用する触媒コンバータに対して供給される流体中の尿素の濃度レベルを決定することである。そのような装置は、尿素と脱イオン水との混合物を利用して、車の排ガス中の窒素酸化物を制御するために使用されるアンモニア水酸化物を生成する。典型的な構成は、自動車所有者または運転者によって定期的に補充されなければならない供給タンクを含む。一例において、大型車両(すなわち大型トラック)の運転者は、燃料燃料タンク内に導入するのと同様に、供給タンク内に尿素を導入しなければならない。

自動車の運転者が不注意に或いは意図的に適切な供給タンク内に適切な量の尿素を注入しない可能性もある。混合物中の尿素の量が不十分であると、例えば、触媒コンバータは所望の動作をすることができない。したがって、自動車の運転者に調整または修正を行なう必要性を警告できるように、尿素の濃度レベルの表示を与えることができるようにすることが望ましい。また、触媒コンバータ内への混合物の供給割合を自動化して、尿素の濃度レベルの変化を補償できるようにすることも望ましい。

そのような状況において役立つ信頼できる尿素濃度決定を行なうことができる市販の装置は存在しない。尿素は、信頼できる測定を行なうことができる可能性を妨げる傾向がある特性を有する。例えば、尿素は一定の誘電定数を有していないと考えられる。尿素の誘電特性は、温度に伴って変化するとともに、様々な量のアンモニア水酸化物に伴って生じる尿素内の化学反応に依存する。また、アンモニア水酸化物の量は、温度および時間と共に変化する。尿素が暖かくなり、古くなり、あるいはその両方が伴うと、アンモニア水酸化物の量が増大し、導電率に影響が及ぶとともに、尿素の誘電特性の値の決定が更に複雑になる。

概要

流体混合物の含有量を決定するための誘電定数に依存する既知のセンサを使用しては識別することができない流体中の成分(たとえば尿素)の濃度レベルを決定する。容器(24)内の流体(22)中の対象成分の濃度を決定する方法は、流体の誘電率を決定し、流体の導電率を決定し、決定された誘電率と決定された導電率との間の直接的な関係に基づいて対象成分の濃度を決定することを含む。そのような濃度決定を行なうためのセンサの実施例は、コンデンサ部(26)と制御エレクトロニクス(30)とを含み、制御エレクトロニクスは、誘電率決定を行なうためにコンデンサを第1のモードで動作させるとともに、導電率決定を行なうためにコンデンサを第2のモードで動作させる。一実施例のデータセット(32)は、特定の濃度値における誘電率と導電率と温度との間の関係を表わす少なくとも1つの3次元多項式を含む。

目的

そのような技術が望ましい状況の一例は、自動車エンジンの排気を制御するために既知の選択的触媒反応(SCR)を使用する触媒コンバータに対して供給される流体中の尿素の濃度レベルを決定することである

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

流体中の成分の濃度を決定する方法であって、以下のステップ、すなわち、流体の誘電率を決定すること、流体の導電率を決定すること、決定された誘電率と決定された導電率との間の直接的な関係に基づいて前記成分の濃度を決定すること、を含む流体中の成分の濃度を決定する方法。

請求項2

流体の温度を決定すること、決定された温度と決定された誘電率と決定された導電率との間の関係に基づいて濃度を決定することを含む請求項1に記載の方法。

請求項3

濃度値における誘電率と導電率と温度との間の関係をそれぞれが示す複数の3次元多項式を予め決定すること、予め決定された多項式のうちのどれが、決定された誘電率と決定された導電率と決定された温度との間の関係に対応しているのかを決定することを含む請求項2に記載の方法。

請求項4

対応する予め決定された濃度値における誘電率と導電率との間の関係をそれぞれが示す複数の関係を予め決定すること、予め決定された関係のうちのどれが、決定された誘電率と決定された導電率との間の関係に対応しているのかを決定することを含む請求項1に記載の方法。

請求項5

複数の関係をそれぞれが示す複数の多項式を予め決定することを含む請求項4に記載の方法。

請求項6

1つのコンデンサを用意し、流体の少なくとも一部が前記コンデンサの陰極陽極との間に存在するように前記コンデンサを配置すること、誘電率を決定するために前記コンデンサを第1の周波数で動作させること、導電率を決定するために前記コンデンサを第2の周波数で動作させることを含む請求項1に記載の方法。

請求項7

前記成分は、一定でない誘電特性を有し、前記成分に関与する化学反応に依存している請求項1に記載の方法。

請求項8

前記成分の誘電特性が流体の温度に依存している請求項7に記載の方法。

請求項9

前記成分が尿素であり、流体が水を含む請求項1に記載の方法。

請求項10

流体が少なくとも1つの汚染物質を含むかどうかを決定することを含む請求項1に記載の方法。

請求項11

前記直接的な関係が少なくとも1つの予期される関係に対応しているかどうかを決定すること、前記直接的な関係が少なくとも1つの予期される関係に対応していない場合に、流体が少なくとも1つの汚染物質を含むかどうかを決定することを含む請求項10に記載の方法。

請求項12

流体中の成分の濃度を決定するためのセンサ装置であって、2つの電極を有するとともに、流体が前記電極間誘電体として作用するように前記電極が流体に晒されるようになっているコンデンサと、前記コンデンサが第1のモードで動作することに基づいて流体の誘電率を決定するとともに、前記コンデンサが第2のモードで動作することに基づいて流体の導電率を決定するコントローラであって、決定された誘電率と決定された導電率との間の直接的な関係を決定することにより濃度の表示を得るコントローラと、を含むセンサ装置。

請求項13

前記コンデンサを前記第1のモードおよび前記第2のモードでそれぞれ動作させるために前記コントローラが前記コンデンサに対して選択的に結合する複数のオシレータを含む請求項12に記載のセンサ装置。

請求項14

流体の温度を検出するための温度センサを含み、前記コントローラは、流体の決定された誘電率と決定された導電率と検出された温度とを使用して、濃度の表示を得る請求項12に記載のセンサ装置。

請求項15

複数の既知の濃度のそれぞれにおける少なくとも誘電率と導電率との間の複数の関係を規定するデータセットを含む記憶部を含む請求項12に記載のセンサ装置。

請求項16

前記データセットは、少なくとも1つの既知の濃度における誘電率と導電率と温度との間の少なくとも1つの関係を規定する少なくとも1つの3次元多項式を含む請求項15に記載のセンサ装置。

請求項17

前記データセットは、選択された範囲の濃度における予期される関係の範囲を示し、前記コントローラは、決定された誘電率と決定された導電率との間の関係が前記予期される関係の範囲内にない場合に、流体の汚染物質のうちの少なくとも1つを決定し或いは望ましくない濃度レベルを決定する請求項15に記載のセンサ装置。

請求項18

前記コントローラは、流体の濃度および温度を示す出力を供給する請求項12に記載のセンサ装置。

請求項19

前記コントローラの出力は、温度を示す持続時間を有する第1のパルスと、濃度を示す持続時間を有する第2のパルスとを含むデジタル信号を含む請求項18に記載のセンサ装置。

請求項20

前記コントローラは、前記直接的な関係が少なくとも1つの前記予期される関係に対応しているかどうかを決定することにより、流体が汚染物質を含むかどうかを決定する請求項12に記載のセンサ装置。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、2003年6月16日に提出された米国仮特許出願60/478,755の優先権を主張する。

0002

本発明は、一般に、流体の特性を決定することに関する。特に、この発明は、一定でない誘電特性を有する流体中の成分の濃度を決定することに関する。

背景技術

0003

流体混合物中の1つまたは複数の成分の濃度レベルを決定することが有用であり或いは必要であるような様々な状況が存在する。1つの例が自動車用燃料ステムの場合である。例えば、燃料噴射システムにおける燃料供給パラメータを調整するためには、燃料混合物中のアルコール含有量を決定することが有益である。そのような決定を行なうための既知の技術が米国特許第5,367,264号に示されている。この文献は、燃料混合物に晒されるコンデンサベース測定回路キャパシタンスおよびコンダクタンスに基づいて燃料混合物のアルコール含有量を決定する方法を開示している。様々なそのような装置が知られている。

0004

そのような装置の1つの限界は、これらの装置が限られた導電率の流体においてしか役に立たないという点である。導電率が比較的高い流体は、殆どのコンデンサベースの濃度測定装置信頼できないものにする或いは役に立たないものにする特別の問題をもたらす。導電率が高い流体の含有量を決定するための信頼できる技術が必要である。

0005

そのような技術が望ましい状況の一例は、自動車エンジン排気を制御するために既知の選択的触媒反応SCR)を使用する触媒コンバータに対して供給される流体中の尿素の濃度レベルを決定することである。そのような装置は、尿素と脱イオン水との混合物を利用して、車の排ガス中の窒素酸化物を制御するために使用されるアンモニア水酸化物を生成する。典型的な構成は、自動車所有者または運転者によって定期的に補充されなければならない供給タンクを含む。一例において、大型車両(すなわち大型トラック)の運転者は、燃料燃料タンク内に導入するのと同様に、供給タンク内に尿素を導入しなければならない。

0006

自動車の運転者が不注意に或いは意図的に適切な供給タンク内に適切な量の尿素を注入しない可能性もある。混合物中の尿素の量が不十分であると、例えば、触媒コンバータは所望の動作をすることができない。したがって、自動車の運転者に調整または修正を行なう必要性を警告できるように、尿素の濃度レベルの表示を与えることができるようにすることが望ましい。また、触媒コンバータ内への混合物の供給割合を自動化して、尿素の濃度レベルの変化を補償できるようにすることも望ましい。

0007

そのような状況において役立つ信頼できる尿素濃度決定を行なうことができる市販の装置は存在しない。尿素は、信頼できる測定を行なうことができる可能性を妨げる傾向がある特性を有する。例えば、尿素は一定の誘電定数を有していないと考えられる。尿素の誘電特性は、温度に伴って変化するとともに、様々な量のアンモニア水酸化物に伴って生じる尿素内の化学反応に依存する。また、アンモニア水酸化物の量は、温度および時間と共に変化する。尿素が暖かくなり、古くなり、あるいはその両方が伴うと、アンモニア水酸化物の量が増大し、導電率に影響が及ぶとともに、尿素の誘電特性の値の決定が更に複雑になる。

発明が解決しようとする課題

0008

流体混合物の含有量を決定するための誘電定数に依存する既知のセンサを使用しては識別することができない流体中の成分の濃度レベルを決定するための技術および装置が必要である。本発明はこの必要性を扱う。

課題を解決するための手段

0009

流体中の成分の濃度を決定する開示された典型的な方法は、流体の誘電率および流体の導電率を決定することを含む。決定された誘電率と決定された導電率との間の関係を決定することにより、濃度の表示が得られる。

0010

この実施例の方法により、一定でない誘電特性を有する成分の濃度を決定することができる。開示された方法により、導電率と共に誘電特性が変化する成分の濃度を決定することができる。決定された誘電率と決定された導電率との間の直接的な関係を決定することにより、誘電特性に関する情報が得られ、これは成分の濃度の表示を与える。

0011

尿素は、導電率および温度と共に変化する誘電特性を有する対象成分の一例である。一実施例の方法は、流体の決定された誘電率と導電率と温度との間の関係を決定することを含む。

0012

一実施例において、複数の既知の濃度におけるデータセットが決定される。このデータセットは、各濃度における少なくとも誘電率と導電率との間の関係を規定する。決定された誘電率および決定された導電率がどのようにデータセットに対応しているかを決定することにより、濃度の表示が得られる。一実施例において、データセットは、1つの濃度における誘電率と導電率と温度との間の関係に対応する3次元多項式を含む。

0013

流体中の成分の濃度を決定するための一実施例の装置は、流体に晒されるようになっているコンデンサを含み、これにより、流体は、コンデンサの陰極陽極との間で誘電体を形成する。コントローラが、コンデンサが第1のモードで動作することに基づいて流体の誘電率を決定する。コントローラは、コンデンサが第2のモードで動作することに基づいて導電率を決定する。その後、コントローラは、決定された誘電率と決定された導電率とを使用して、成分の濃度を決定する。一実施例においては、成分の誘電特性が温度に伴って変化し、コントローラは、1つの既知の温度で決定を行ない、あるいは、誘電率および導電率を決定する際に選択された範囲内の温度を決定する。

0014

本発明の様々な特徴および利点は、現在において好ましい実施態様の以下の詳細な説明から当業者にとって明らかとなる。詳細な説明に付随する図面の一覧は、図面の簡単な説明の欄に示されている。

発明を実施するための最良の形態

0015

図1は、容器24内の流体22中の対象成分の濃度を決定するために役立つセンサ装置20を概略的に示している。実施例のセンサ装置20は、流体22に晒されるようになっているコンデンサ部26を含む。温度センサ部28は、流体22の温度に関する情報を与える。制御エレクトロニクス30は、対象成分の濃度に関する決定を行なうために、コンデンサ部26および温度センサ部28を選択的に動作させる。

0016

センサ装置20の用途の一例は、一定ではない誘電特性を有する流体成分の濃度を決定する場合である。多くの物質または材料は所定の誘電定数を有する。しかしながら、他のものは、一定でない誘電特性または性質を有する。1つの例が尿素である。尿素の誘電特性は前述したように変化する。したがって、対象物質が変動する誘電特性を有する状況においては、所定の1つの誘電定数を有する対象物質に頼る既知のセンサまたは技術を使用することができない。

0017

一実施例の装置は、陰極と陽極との間の活性面積比が高い導電率を補償できる十分な大きさを有する一方で、誘電測定を行なうことができる十分な分解能を保持するコンデンサ部26を有する。この説明を鑑みれば、当業者は、その特定の状況の必要性を満たす適切な比を選択することができる。

0018

図1の実施例において、コンデンサ部26は、流体22の誘電率の測定を行なうために、第1のモードで選択的に動作する。また、コンデンサ部26は、流体22の導電率の測定を行なうために、第2のモードで動作する。制御エレクトロニクス30は、誘電率と導電率との間の関係を決定して、対象成分の濃度に関する決定を行なう。

0019

流体22の温度が変化する状況において、温度センサ部28は、対象物質が温度に伴って変化する誘電特性を有する場合であっても濃度決定を行なうことができるように、温度の表示を与える。1つの実施例においては、流体22の温度が特定の値または所与温度範囲内にあるとし、制御エレクトロニクス30が濃度レベルを決定するために誘電率測定値および導電率測定値を使用する。他の実施態様において、制御エレクトロニクス30は、決定された誘電率および導電率と共に温度センサ部28からの表示を使用して、濃度決定を行なう。

0020

この実施例において、制御エレクトロニクス30は、複数の濃度値に対応する誘電率と導電率との間の関係を表わすデータセットを有する記憶部を含む。図2はデータセット32の一例を図式的に示している。この例において、3次元多項式は、特定の濃度レベルにおける導電率と誘電率と温度との間の関係に対応している。図示の例は、尿素の濃度におけるデータ多項式の一例を参照符号34および36で示している。この例において、プロット34は、30%の尿素濃度レベルを表わし、一方、プロット36は、20%の尿素濃度レベルを表わしている。

0021

一実施例においては、特定の濃度における誘電率と導電率との間の関係を示すデータを得るために、異なる温度および異なる導電率レベルで既知の濃度レベルがサンプリングされる。これらの関係を予め決定して、その関係を適切なデータセット形式で記憶することにより、制御エレクトロニクス30は、測定され或いは決定された誘電率および導電率を利用して、対象成分の濃度に関する決定を行なうことができる。

0022

一実施例においては、流体の温度が一定のまま或いは選択された範囲内に保持されるものとし、データセットが誘電率と導電率との間の関係を規定する2次元多項式を含む。様々な濃度レベルにおける誘電率と導電率との間の関係を規定するデータセットの特定の形式は、特定の状況の必要性に適するようにカスタマイズされることができる。この明細書本文の利益を得る当業者は、その特定の必要性を満たすようにデータセットを構成することができる。

0023

図1を参照すると、この実施例における制御エレクトロニクス30は、データセット32を含むメモリを含むマイクロプロセッサ等のコントローラ40を含む。一実施例において、コントローラ40は、MC681HC908AZ60Aという記号表示を有する市販のモトローラチップを含む。

0024

コントローラ40は、コンデンサ部26と温度センサ部28とを選択的に動作するためのスイッチ42を制御する。この実施態様の1つの利点は、誘電率決定を行なうためにコンデンサ部26を第1のモードで動作させ、また、導電率決定を行なうためにコンデンサ部26を第2のモードで動作させている一方で、コンデンサ部26と制御エレクトロニクス30(すなわち、スイッチ42)との間で単一の接続を使用できるという点である。

0025

コントローラ40が濃度決定を行なうと、入力/出力ポート56からの出力信号は、特定の状況の要求にしたがって使用される濃度レベル情報を与える。

0026

電源部58は、例えば、コントローラ40および制御エレクトロニクス30の他の部分に対して電力を供給して例えばコンデンサ部26および温度センサ部28を適切に動作させるため、電圧調整器を含む。図3は、1つの特定の実施態様における制御エレクトロニクス30の一部を示している。

0027

この実施例において、コンデンサ部26は陰極44および陽極48を有し、これらの両方の極は、少なくとも一部が流体22中に浸されている。陰極44と陽極48との間の流体は、これらの極間で回路を効果的に完成させるとともに、流体22の誘電率および導電率の測定を行なうことを可能にする。

0028

図示の実施例においては、対象の濃度レベルを決定するために使用される測定を行なうために複数のオシレータ50が設けられている。コンデンサ26は、誘電率決定を行なうために第1のモードで動作する。誘電率決定を行なうために第1の周波数でコンデンサ部26を励起させるべく、第1のオシレータ60がアナログスイッチ42を介して選択的に切り換えられる。

0029

導電率決定を行なうために第2の低い周波数でコンデンサを動作させるべく、コンデンサ部26に結合されるスイッチ42を介して第2のオシレータ62が切り換えられる。第3のオシレータ64は、温度センサ部28を動作させるために選択的に使用される。一実施例において、温度センサ部28は、サーミスタまたは既知のNTC装置を含む。オシレータをコンデンサ部26または温度センサ部28に対して結合する結果としての出力信号は、それがコントローラ40に供給される前に、マルチプレクサ52およびカウンタ54によって処理される。

0030

この実施例において、基準オシレータ66は、導電率がゼロの基準点の測定を行なう。他の基準オシレータ68は、温度ドリフトを補償し且つオシレータ部品への影響をエイジングするための基準信号を供給する。基準オシレータ68は、他のオシレータと同じ温度に晒されるとともに、他のオシレータと同じエイジングを受けるため、基準オシレータ68からの出力は、構成部品の温度およびエイジングに関連付けられるオシレータ性能の変化を補償するための能力を与える。

0031

図示の実施例には、第3の基準オシレータ70が含まれている。基準オシレータ70は温度測定のための基準値を与える。この実施例において、基準オシレータ70は、オシレータ64を較正するために25℃で測定された値を供給する。

0032

コントローラ40は、様々なオシレータ50の動作によって与えられる値を利用して、決定された誘電率と決定された導電率との間の関係に基づいて濃度レベル決定を自動的に行なう。一実施例において、コントローラ40は、誘電率および導電率に関する未加工の測定データを利用し、その未加工の測定データを基準オシレータの動作に基づく情報に関連付けるとともに、オシレータに対するエイジングドリフトおよび温度の影響を補償する。

0033

図4はオシレータ50の一実施態様を概略的に示している。この実施態様においては、バックアップの目的で或いは必要に応じた付加的な基準のために、幾つかの冗長なオシレータ72および74が含まれている。

0034

図示の実施態様は、誘電率決定を行なうための第1のオシレータ60に関連付けられたプルアップ抵抗76およびプルアップコンデンサ78を含む。この実施例においては、流体22の導電率が比較的低い場合であっても測定値を得るために、プルアップ抵抗76およびコンデンサ78がキャパシタンスと抵抗との間の比率必要な範囲を与える。1つの実施態様はLVC技術を使用することを含み、抵抗76およびコンデンサ78のプルアップ値は、LVC技術の使用を可能にする急速な時定数を与える。測定中、特に誘電率の測定中に使用される比較的高い周波数は、LVC技術を図示の実施態様において有用な手法にする。

0035

図4に示される実施態様の他の特徴は、導電率測定のために使用される第2のオシレータ62に関連付けられるローパスフィルタ80である。ローパスフィルタ80は、導電率測定を行なうためのコンデンサ動作の任意の高い周波数成分を効果的にフィルタリングして除去する。

0036

様々なオシレータの動作周波数は、特定の状況の必要性を満たすように選択することができる。一実施例において、誘電率を決定するために使用される第1のオシレータ60は10MHzで動作し、導電率を決定するために使用される第2のオシレータ62は20KHzで動作し、温度を決定するために使用される第3のオシレータ64は500Hz〜1MHzの範囲内で動作する。一実施例において、基準オシレータ66は10MHzで動作し、温度基準オシレータ70は20KHzで動作する。この説明の利益を得る当業者は、図4に概略的に示された様々な構成要素に適したオシレータ周波数および値を選択して、それらの特定の状況の必要性を満たすことができる。

0037

図1を再び参照すると、実施例のセンサ装置20は、容器24内の流体22のレベルに関するレベル測定を行なう能力を含む。この実施例において、レベルプローブ部90は、レベル測定を行なうために流体に晒される少なくとも1つの電極を含む。制御エレクトロニクス30は、レベル決定を行なうためにレベルプローブ部90を動作させるレベル検出ドライバ部92を含む。一実施例において、レベルプローブ部90の抵抗値は、容器24内の流体22のレベルの表示を与える。1つの実施例は、公開された出願WO0227280に記載された原理にしたがって動作する。この文献の教示内容は、これを参照することにより本明細書に組み込まれる。一実施例において、レベルプローブ部90は2つの電極を含む。他の実施例においては、1つの電極が設けられ、コンデンサ部26の陰極44が他の電極として作用する。

0038

図3を再び参照すると、この実施例のセンサ装置20の出力ポート56は2つの出力部を有する。第1の出力部は既知のCAN通信技術を使用するため、制御エレクトロニクス30の部品としてCAN装置94が含まれている。他の出力部の例は、コントローラ40からの信号出力電圧振幅に対応する長さの信号パルスを供給するべく一般的に知られる方法で動作するパルス幅変調部96から利用可能なパルス幅変調出力部である。

0039

図5は、パルス幅変調部96を使用する出力技術の一実施例を示している。この実施例において、パルス列100は、センサ装置20を使用して行なわれる様々な決定に関する情報を与える。この実施例において、パルス列100は、パルス列100からの測定情報に先立つアイドル時間102を含む。第1のパルス104は、装置を同期させるために外部装置に情報を与え、これにより、同期パルス104に続く実体的な情報が適切に受けられて解釈されるようになる。パルス106は温度決定に関する情報を与える。その次のパルス108は、濃度レベル決定に関する情報を与える。その後、パルス110は、容器24内の流体22の決定されたレベルの表示を与える。解放パルス112は、パルス列の終端を信号で伝え、別のアイドル時間102に先行する。

0040

一実施例において、パルス106、108および110のサイズまたは持続時間は、予測できる様式で情報を供給するべく選択されたパラメータの範囲内で制御される。一実施例の技術は、少なくとも一部が選択された範囲外の期待された測定値からのずれに基づいている汚染物質検出に関する情報を与えることを含む。

0041

一実施例において、パルス列は、図5に示されるように4つのパルス期間を含む。一実施例において、各パルスのプラス部分およびマイナス部分は等しくなっており、これにより、プラスパルスマイナスパルス、または、パルス全体の期間を、測定されたパラメータ値を読み取るために使用することができる。各プラスパルス(マイナスパルスが等しい実施例においては、各マイナスパルス)の長さは、持続時間中、常に少なくとも0.5ミリ秒である。

0042

一実施例において、同期パルスは10ミリ秒の長さを有する。温度パルスは1,000マイクロ秒〜15,500マイクロ秒である。1,000マイクロ秒の温度パルスは、−40℃の温度読み取り値に対応している。100マイクロ秒/℃スケールの下では、15,500マイクロ秒のパルス持続時間は、105℃の温度読み取り値に対応している。

0043

温度読み取り値に誤差が存在する一実施例においては、温度パルス持続時間が500マイクロ秒である。

0044

一実施例における濃度パルスは、2,000マイクロ秒〜10,000マイクロ秒の範囲内の持続時間を有する。200マイクロ秒/パーセンテージ単位のスケールを使用すると、2,000マイクロ秒のパルス持続時間は0%濃度決定に対応する。10,000マイクロ秒のパルス持続時間は40%濃度決定に対応する。

0045

一実施例において、センサ装置は流体の濃度に関する表示を与える。1つの実施態様は、測定された流体が例えば尿素特性におけるプログラムされたデータセットと一致していない場合に汚染物質が存在することを示すパルスを与えることを含む。イオン水中の尿素濃度の予期される範囲は、誘電率と導電率との間の予期される関係を与える。この実施例では、決定された誘電率および導電率がデータセット内に記憶される予期された関係のうちの1つに対応する値を有していない場合、それは汚染物質の表示として使用される。

0046

決定された関係と予期される関係との間に一致が見られないと、汚染物質の表示を与えるために導電率測定値が使用される。この実施例では、導電率測定値が汚染物質の導電率の測定値であると見なされる。

0047

一実施例においては、決定された汚染物質導電率が100μS/cm未満であると、出力は、濃度パルスの代わりに、12,000マイクロ秒の一定のパルス持続時間を含む。汚染物質導電率が100μS/cm〜約12,000μS/cmの範囲内にあるという決定がなされると、汚染物質を示す出力パルスが14,000マイクロ秒間持続する。汚染物質導電率が12,000μS/cmを超える場合、パルスは16,000マイクロ秒という一定の持続時間を有する。

0048

濃度または汚染物質検出に関してセンサエラーが存在する場合、パルス長は500マイクロ秒である。

0049

一実施例のレベルパルスは、1,000マイクロ秒〜11,000マイクロ秒の範囲の持続時間を有する。100マイクロ秒/パーセンテージスケールを使用すると、1,000マイクロ秒のパルスで0%フルレベルを表わすことができ、11,000マイクロ秒で100%フルレベルを表わすことができる。レベル決定が間違っていると思われる場合、コントローラ40は500マイクロ秒のレベルパルス持続時間を与える。

0050

図6は、流体22に関してコントローラ40により行なわれる様々な決定に関する情報をアナログ信号120が与える他の実施例の出力技術を示している。この実施例において、パルス幅変調部96は、0ボルトと5ボルトとの間を切り換え且つその切り換えをローパスフィルタを用いて滑らかにすることによりアナログ出力を生成する。この実施例においては、パルス幅変調期間が1000マイクロ秒に設定され、それにより、0.1%の分解能が可能になる。

0051

図6の実施例において、信号120の同期化部分122は4.7ボルトの大きさを有する。同期化部分122は、アナログレベルを較正するとともに、基準電圧許容誤差に関連する任意のエラーを減少させる。参照符号124で示される信号120の次の部分は、温度表示を与える電圧レベルを有する。次の部分126は、決定された濃度レベルに関する表示を与える電圧レベルを有する。その後の信号部分128は、容器24内の流体22の決定されたレベルを示す電圧を有する。次の同期パルス130はシーケンスを再び始める。

0052

開示された実施例は、成分物質が1つの誘電定数を有していない場合であっても対象成分に関する濃度決定を行なう能力を与える。誘電特性が変化する尿素等の物質の場合、開示された構成は、対象成分を含む流体の決定された誘電率と導電率との間の関係を利用して、濃度レベル決定を行なう。

0053

以上の説明は、事実上限定するものではなく、典型的なものである。開示された実施例の変形および改良は、当業者にとって明らかとなり得るものであり、この発明の本質から必ずしも逸脱しない。本発明に対して与えられる法的保護の範囲は、請求項を検討することによってのみ決定し得る。

図面の簡単な説明

0054

本発明の一例実施態様にしたがって設計されたセンサ装置を概略的に示している。
図1の実施態様において有用なデータセットの一例を図式的に示している。
図1の実施態様の選択された制御エレクトロニクスを概略的に若干詳細に示している。
図1の実施態様において有用な制御エレクトロニクスの実施例を概略的に更に詳細に示している。
図1の実施態様において有用な出力信号技術を図式的に示している。
図1の実施態様において有用な他の出力送信技術を図式的に示している。

符号の説明

0055

20センサ装置
22流体
24容器
26コンデンサ部
28温度センサ部
30制御エレクトロニクス
40コントローラ
42アナログスイッチ
44陰極
48陽極
50オシレータ
52マルチプレクサ
54カウンタ
56 I/Oポート
58電源
90レベルプローブ部
92 レベルADC

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