尿素濃度センサ
【課題】 微小な検出信号によって各種状態をセンシングするセンサ回路に対して、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができる尿素濃度センサを提供する。
【解決手段】 尿素濃度センサは、尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路５と、電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源２と、該電源２の出力側に並列接続された出力コンデンサＣ２と、フィルタ用コンデンサＣ３を備えたフィルタ回路３と、該回路３を介して印加された電圧を、センサ回路５が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧ＩＣ４と、センサ回路５に基準電圧ＩＣ４で変換された作動電圧が印加された場合に、当該センサ回路５の出力信号を尿素濃度に変換するマイクロコンピュータ６と備え、出力コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３として機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用する。
【解決手段】 尿素濃度センサは、尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路５と、電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源２と、該電源２の出力側に並列接続された出力コンデンサＣ２と、フィルタ用コンデンサＣ３を備えたフィルタ回路３と、該回路３を介して印加された電圧を、センサ回路５が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧ＩＣ４と、センサ回路５に基準電圧ＩＣ４で変換された作動電圧が印加された場合に、当該センサ回路５の出力信号を尿素濃度に変換するマイクロコンピュータ６と備え、出力コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３として機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両等に搭載され、当該車両から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出する尿素濃度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばディーゼル車の排気ガス浄化システム用の尿素濃度センサとしては、センサ信号として０．１ｍＶ以下の微小信号を増幅し、マイクロコンピュータでＡ／Ｄ変換して尿素水の濃度を検出するものが知られている。そして、この尿素濃度センサは、排気ガス浄化システムに尿素濃度値を示す信号を供給することによって、排気ガス浄化システムが正常に機能出来る状態かどうかをモニタしていた。この種の尿素濃度を微小信号として検出する尿素濃度センサとしては、下記の特許文献１や特許文献２に記載された技術や、特許文献３に記載されたブリッジ回路を利用したものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５２７１号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平７−４３２８４号公報
【０００５】
【特許文献３】特開平５−１１３４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した尿素濃度センサを動作させるためのセンサ回路は、ディーゼルエンジン車に搭載されるために、センサ回路の電源電圧として２４Ｖ系電源が使用され、作動電圧範囲として７Ｖ〜３６Ｖという広範囲で作動する必要がある。したがって、マイクロコンピュータやセンサ回路の電源回路としては、発熱や効率の観点から、シリーズレギュレータではなく、２４Ｖ系電源からの電圧を降圧させる降圧型のスイッチング電源を使用する必要がある。
【０００７】
しかしながら、このスイッチング電源は、降圧時のスイッチング動作によって、電源電圧に大きなリップルノイズや電磁波ノイズが含まれるために、センサ回路に直接印加すると、リップルノイズや電磁波ノイズが検出信号に混入してしまう。これにより、従来では、センサ回路の微小な検出信号で正確な尿素濃度を検出することが困難となっているというのが現状である。
【０００８】
また、従来において、尿素濃度センサの検出信号の変化が微小であるために、検出信号を増幅しているが、上述のように検出信号にスイッチング電源のノイズが混入した場合には、微小な検出信号に混入しているノイズも同時に増幅するので、検出する尿素濃度が変化してしまう。更に、自動車用電子機器としては、車載無線機や携帯電話等の外部からの電磁波ノイズに対して誤動作しないことが必須の条件となるが、検出信号に混入した電磁波ノイズによって、検出した尿素濃度が変化して、その結果排気ガス浄化システムが誤動作する可能性が否めず、従来の尿素濃度センサの耐電波障害性を更に向上させる必要があった。
【０００９】
更に、従来において、尿素濃度センサに限らず、他のセンサについても電磁波ノイズやスイッチングノイズに対して正確な検出出力を得ることが課題となっている。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、微小な検出信号によって各種状態をセンシングするセンサ回路に対して、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができ、かつ外部からの電磁波ノイズに対する耐ＥＭＩ性能を著しく高めた尿素濃度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る尿素濃度センサは、尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路と、電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源と、スイッチング電源の出力側に並列接続された出力コンデンサと、出力コンデンサの出力側に設けられ、出力コンデンサと並列接続されたフィルタ用コンデンサを備えたフィルタ回路と、フィルタ回路を介して印加された電圧を、センサ回路が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧変換部と、センサ回路に基準電圧変換部で変換された作動電圧が印加された場合に、センサ回路の出力信号を尿素濃度に変換する濃度算出部と備え、出力コンデンサとして、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することによって、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る尿素濃度センサによれば、出力コンデンサとして、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用したので、スイッチング電源の出力電圧にリップル電圧が混入した場合であっても、確実にリップル電圧を低減させることができ、微小な検出信号によって各種状態をセンシングするセンサ回路に対して、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができる。
【００１３】
更に、機能性高分子アルミ電解コンデンサは、１ＭＨｚ以上の高周波域でのインピーダンス及び等価直列抵抗（ＥＳＲ）が著しく小さいため、電磁波ノイズに対する耐性が著しく向上し、電磁波ノイズのある環境下でも正確に尿素濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明は、例えば図１に示すように構成された尿素濃度センサに適用される。
【００１６】
［尿素濃度センサの構成］
この尿素濃度センサ（高感度センサ）は、例えばディーゼルエンジンによって走行する車両に搭載され、ディーゼルエンジン車両から排出される排気ガス中のＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出して、図示しない排気ガス浄化システムに供給するものである。
【００１７】
この尿素濃度センサは、図１に示すように、主として、車両のイグニッションスイッチによって起動するイグニッション電源１，スイッチング電源２，フィルタ回路３，基準電圧ＩＣ４，センサ回路５，排気ガス浄化システムと接続されたマイクロコンピュータ６を備えて構成されている。
【００１８】
この尿素濃度センサにおいて、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオン操作されると、２４Ｖ系電源であるイグニッション電源１からイグニッション電圧ＶＩＧＮがスイッチング電源２に供給される。このイグニッション電圧ＶＩＧＮは、２４Ｖ系電源からの電圧ではあるが、様々な状況によって変動し、例えば７Ｖ〜３６Ｖの電圧範囲となる。したがって、この尿素濃度センサは、イグニッション電圧ＶＩＧＮの電圧範囲に亘って動作可能な構成となっている。
【００１９】
このイグニッション電圧ＶＩＧＮは、ダイオードＤ１、及び、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるフィルタ回路を介してスイッチング電源２の入力側に印加される。これらコンデンサＣ１及びインダクタＬ１は、スイッチング電源２のスイッチングノイズがイグニッション電源１側に流れることを抑制するために設けられている。
【００２０】
スイッチング電源２は、内部に複数のスイッチング素子と増幅回路を備え、スイッチング素子を予め設定されたスイッチング周波数でオンオフ制御することによって、イグニッション電圧ＶＩＧＮを所定電圧Ｖｃｃまで降圧する電圧変換を行う。
【００２１】
このスイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃは、スイッチング電源２及びフィルタ回路３と直列接続されたインダクタＬ２に蓄えられた電気エネルギーを出力コンデンサＣ２に移し、負荷側である基準電圧ＩＣ４及びセンサ回路５に供給する。すなわち、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃは、出力コンデンサＣ２を介して、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ３からなるＲＣフィルタであるフィルタ回路３に印加され、基準電圧ＩＣ４で変換されて、センサ回路５に供給される。
【００２２】
ここで、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃには、ノイズ成分であるリップル電圧が含まれる。このリップル電圧ＶＲＩＰＰＬＥは、下記の式１に示されるように、スイッチング電源２のスイッチング周波数ｆ、スイッチング電源２の入力電圧（イグニッション電圧ＶＩＧＮ（；Ｖｉｎ））及び出力電圧Ｖｃｃ（；Ｖｏｕｔ）、出力コンデンサＣ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）、インダクタＬ２によって決定される。
ＶＲＩＰＰＬＥ＝｛Ｖｏｕｔ×（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）／（Ｖｏｕｔ×Ｌ２×ｆ）｝×ＥＳＲ （式１）
【００２３】
したがって、上記式１より、尿素濃度センサは、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧成分を低減させるために、スイッチング電源２の出力側に並列接続された出力コンデンサＣ２として、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる、ＥＳＲが極めて小さいいわゆる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用している。
【００２４】
この機能性高分子アルミ電解コンデンサは、図３に、周波数に対する等価直列抵抗（ＥＳＲ）を示すように、ＯＳコンデンサ、通常のアルミ電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、チップタイプアルミ電解コンデンサと比較して、１ｋＨｚ以降の周波数領域においてＥＳＲが著しく低い特性を有する。したがって、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧は、出力コンデンサＣ２によって低く抑制されることになる。また、この機能性高分子アルミ電解コンデンサは、図４に示すように、従来のタンタル電解コンデンサと比較しても、十分にＥＳＲやインピーダンスが低いことがわかる。したがって、この出力コンデンサＣ２によって、出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧は、１０〜２０ｍＶ程度まで低下させることができる。
【００２５】
また、上記の式１によってインダクタＬ２は、インダクタンスを１００〜１５０［μＨ］と大きく設定することによって、出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧を低減することができる。これに対し、規定のスイッチング時間の間に電流がインダクタＬ２を通過する必要があることから、インダクタＬ２のインダクタンスを極力大きく設定することが望ましい。
【００２６】
また、スイッチング電源２の出力側であって、出力コンデンサＣ２の前段には、スイッチング電源２の発振安定性を確保するために、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２からなりスイッチング電源２と並列接続されたフィードバック抵抗、位相補正用のコンデンサＣ４が設けられている。
【００２７】
このフィードバック抵抗は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値によってスイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃを決定している。また、このフィードバック抵抗と並列に高周波インピーダンスが小さいコンデンサＣ４を設けることにより、スイッチング電源２の中にあるアンプの高周波での増幅度を減少させ、ゲインが低減すると共に、フィードバックされる信号の位相が進むために位相遅れが１８０度以下となって系の安定性を向上させることができる。
【００２８】
フィルタ回路３は、スイッチング電源２と並列接続され、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧成分を低減させる。これにより、フィルタ回路３は、出力コンデンサＣ２によって１０〜２０ｍＶ程度まで低減させたリップル電圧を、０．１ｍＶ以下に小さくすることができる。更に、フィルタ回路３のコンデンサＣ３（フィルタ用コンデンサ）としては、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することが望ましい。
【００２９】
なお、フィルタ回路３としては、図１に示すＲＣ型のフィルタ回路のみならず、図２に示すようなＬＣ型のフィルタ回路であっても、同様にリップル電圧を０．１ｍＶ以下にまで低減させることができる。
【００３０】
そして、フィルタ回路３でリップル電圧成分が低減された出力電圧Ｖｃｃは、基準電圧ＩＣ４（基準電圧変換部）により、センサ回路５が作動する基準となる作動電圧の４．０９６Ｖに変換され、コンデンサＣ５を介してセンサ回路５に印加される。ここで、センサ回路５の作動電圧を４．０９６Ｖとしたのは、車両の始動時においてスタータに大電流が要求される場合に、イグニッション電圧ＶＩＧＮが７Ｖ程度に低下した場合であっても、マイクロコンピュータ６やセンサ回路５を正常に作動させるためである。
【００３１】
センサ回路５は、抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ６，抵抗Ｒ７がブリッジ接続されてなるブリッジ回路で構成される。このブリッジ回路は、一方端が基準電圧ＩＣ４に接続され、他方端がＧＮＤ端子及びマイクロコンピュータ６に接続されている。抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ６は、例えばカーボン抵抗であり、抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、例えば白金抵抗で構成される。白金抵抗の抵抗値の温度変化は大きく、約３６００ｐｐｍ／℃である。抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ６は、空気中に配置され、抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、尿素水中に配置される。なお、スイッチング電源２と基準電圧ＩＣ４とを接続する電源ラインのＧＮＤ端子と、ブリッジ回路に接続されるＧＮＤ端子とを接続し、極力面積を大きくして配線インピーダンスを小さくすることが望ましい。
【００３２】
このセンサ回路の抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ６，抵抗Ｒ７のうちの１つの抵抗、例えば抵抗Ｒ５が図示しないヒータと一体的に組み立てられており、このヒータが加熱され、ヒータの熱が伝達される。所定期間ごとに、所定期間だけヒータが加熱されることによって、定期的に抵抗Ｒ５の抵抗値が変化する。このセンサ回路の抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、尿素水タンク内に充填された尿素水内に配設され、尿素水の尿素濃度が高いほど、抵抗Ｒ５に伝達された熱の放熱が少なく、したがって、抵抗Ｒ５の抵抗値は、ゆっくりと回復する。そして、尿素水の尿素濃度が低いほど、抵抗Ｒ５の熱は、より早く放熱される。したがって、ブリッジ回路の抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５の接続点の電圧値の変動割合は、尿素濃度に比例して異なるものとなる。
【００３３】
そして、センサ回路５は、作動電圧が基準電圧ＩＣ４から印加された状態において、抵抗Ｒ５に一体的に組み立てられたヒータからの熱によって抵抗Ｒ５の抵抗値が増加し、また、熱せられた抵抗Ｒ５が、尿素水に放熱することによって、抵抗値が低下する。そして、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧された電圧値及び抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とで分圧された電圧値がオペアンプに供給される。オペアンプは、抵抗Ｒ９を介して供給される抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧値と、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７で分圧した電圧値との差分の演算をし、且つ差分電圧を増幅して、出力信号をマイクロコンピュータ６に出力する。
【００３４】
このマイクロコンピュータ６（濃度算出部）は、例えばオペアンプの出力信号から尿素濃度に変換する演算を行って、演算結果を排気ガス浄化システムに出力する。また、このマイクロコンピュータ６は、予め出力信号に対する尿素濃度を記述したマップデータを記憶しておき、差分電圧の変化をマップデータと比較することにより、尿素濃度を推定してもよい。
【００３５】
［尿素濃度センサの特性］
つぎに、上述したように構成された尿素濃度センサにおける特性について説明する。
【００３６】
図５は、イグニッション電源１からスイッチング電源２に供給されるイグニッション電圧ＶＩＧＮが７Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖである場合ごとに、温度を−３０度〜８０度まで変更した時の、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧［ｍＶ］を示す。ここで、スイッチング周波数は２００ＫＨｚ、出力電圧Ｖｃｃは５Ｖ、出力コンデンサＣ２の高周波インピーダンスは約１００ｋＨｚで２０ｍΩ、インダクタＬ２を流れる電流を１００〜１５０ｍＡ程度にインダクタンスを設定している。
【００３７】
この図５によれば、スイッチング電源２の出力側に機能性高分子アルミ電解コンデンサである出力コンデンサＣ２を設け、更に、フィルタ回路３のコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することにより、車両の状態に応じてイグニッション電圧ＶＩＧＮが変化した場合や、環境条件が変化した場合においても、コンデンサＣ２の端子でのリップル電圧を約２０ｍＶ以下に抑制することができる。
【００３８】
これに対し、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用せずに、通常のアルミ電解コンデンサを使用した場合には、図６に示すように、イグニッション電圧ＶＩＧＮが高くなるほど、且つ温度が低くなるほどリップル電圧が上昇してしまう。このようにリップル電圧が上昇すると、センサ回路５のブリッジ回路で検出する検出信号の変化電圧値とリップル電圧の値が近くなり、マイクロコンピュータ６で正確な尿素濃度を演算できない恐れがある。具体的には、センサ回路５で１００μＶの電圧変化を検知するとした場合に、例えば１００μＶ程度のリップル電圧が含まれた場合には、正確な尿素濃度を演算することが困難となる。
【００３９】
したがって、この機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサによれば、図５及び図６の比較により、環境温度が２０度である場合には、出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧を２９．２ｍＶから１３．８ｍＶまで減少させることができ、環境温度が−３０度である場合には、出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧を９４．８ｍＶから１３．８ｍＶまで減少させることができる。
【００４０】
また、図７に、尿素濃度センサに３６ｄＢｍＡ、３８ｄＢｍＡ、４０ｄＢｍＡのＥＭＩ（電波障害）をそれぞれ与えた時の、電磁波周波数の変化に対する、マイクロコンピュータ６で演算される尿素濃度の変化を示すように、上述したように出力コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した場合には、予め想定されるような、許容される尿素濃度の範囲となっている。これは、電磁波ノイズの影響が、マイクロコンピュータ６の演算に影響を与えることがなく、正確な尿素濃度を演算していることを表している。
【００４１】
これに対し、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用しない場合には、図８に示すように、ＥＭＩが３６ｄＢｍＡである場合にはスイッチング周波数の変化に拘わらず許容範囲の尿素濃度を演算できるものの、ＥＭＩが３８ｄＢｍＡ以上となると、通常からは想定できない範囲の尿素濃度がマイクロコンピュータ６で演算されてしまう。これには、電磁波ノイズがブリッジ回路等に混入して、マイクロコンピュータ６の演算に影響を与えたことを表している。
【００４２】
したがって、この機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサによれば、図７及び図８の比較により、３．５ＭＨｚ〜９４０ＭＨｚ間の耐電波障害特性を大幅に改善することができたことになり、図８に示す場合にはＥＭＩが３６ｄＢｍＡであっても誤動作をしていたのに対して、４０ｄＢｍＡであっても誤動作をさせずに尿素濃度を演算させることができる。
【００４３】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した尿素濃度センサによれば、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用したので、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに混入するリップル電圧を著しく低減させることができ、ブリッジ回路の微小な検出信号によって尿素濃度を演算する場合であっても、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４４】
更に、外部から電磁波ノイズを印加した場合の耐ＥＭＩ性能が大幅に向上し、自動車等の厳しい電磁環境下でも正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４５】
特に、この尿素濃度センサは、センサ回路５として、尿素濃度に比例した温度値に応じて抵抗値が変化する複数の抵抗からなるブリッジ回路によって、微小な温度変化を検出し、当該温度変化に応じた電圧値の差分を出力信号としてマイクロコンピュータ６で尿素濃度を演算する場合のように、微小な変化を検出するような場合に著しい効果を発揮することができる。
【００４６】
更に言えば、従来においてリップル電圧を低減させるために、通常のアルミ電解コンデンサとセラミックコンデンサをそれぞれスイッチング電源２に対して並列に接続して構成した場合と比較して、上述の尿素濃度センサによれば格段にリップル電圧を低減させることができる。
【００４７】
更にまた、この尿素濃度センサによれば、出力コンデンサＣ２としてタンタルコンデンサを使用した場合と比較して、ＥＳＲを１／１０程度に低減することができ、且つショートによる不具合を回避することができる。
【００４８】
また、この尿素濃度センサによれば、フィルタ回路３を構成するコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することによって、センサ回路に混入するリップル電圧を更に効果的に低減させることができ、更に正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５０】
すなわち、上述した説明では、ディーゼルエンジン車両に搭載された尿素濃度センサについて説明したが、これに限らず、微小信号の変化を検出して各種状態を検出するセンサであれば、他の微小変化を検出する高感度センサにも適用でき、上述した効果を発揮できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を適用した尿素濃度センサであって、フィルタ回路としてＲＣ型のものを使用した回路図である。
【図２】本発明を適用した尿素濃度センサであって、フィルタ回路としてＬＣ型のものを使用した回路図である。
【図３】出力コンデンサとして各種コンデンサを使用した場合の周波数とＥＳＲとの関係を示す図である。
【図４】出力コンデンサとして機能性高分子アルミ電解コンデンサとタンタル電解コンデンサを使用した場合の周波数とＥＳＲ及びインピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】本発明を適用した尿素濃度センサにおける、イグニッション電圧、温度に対するリップル電圧の変化を示す図である。
【図６】出力コンデンサとして通常のアルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサにおける、イグニッション電圧、温度に対するリップル電圧の変化を示す図である。
【図７】本発明を適用した尿素濃度センサにおける、電波障害試験（周波数とＥＭＩ注入レベル）に対する尿素濃度の変化を示す図である。
【図８】出力コンデンサとして通常のアルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサにおける、電波障害試験（周波数、ＥＭＩと注入レベル）に対する尿素濃度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ イグニッション電源
２ スイッチング電源
３ フィルタ回路
４ 基準電圧ＩＣ
５ センサ回路
６ マイクロコンピュータ
Ｃ コンデンサ
Ｃ２ 出力コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｌ インダクタ
Ｒ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両等に搭載され、当該車両から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出する尿素濃度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばディーゼル車の排気ガス浄化システム用の尿素濃度センサとしては、センサ信号として０．１ｍＶ以下の微小信号を増幅し、マイクロコンピュータでＡ／Ｄ変換して尿素水の濃度を検出するものが知られている。そして、この尿素濃度センサは、排気ガス浄化システムに尿素濃度値を示す信号を供給することによって、排気ガス浄化システムが正常に機能出来る状態かどうかをモニタしていた。この種の尿素濃度を微小信号として検出する尿素濃度センサとしては、下記の特許文献１や特許文献２に記載された技術や、特許文献３に記載されたブリッジ回路を利用したものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５２７１号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平７−４３２８４号公報
【０００５】
【特許文献３】特開平５−１１３４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した尿素濃度センサを動作させるためのセンサ回路は、ディーゼルエンジン車に搭載されるために、センサ回路の電源電圧として２４Ｖ系電源が使用され、作動電圧範囲として７Ｖ〜３６Ｖという広範囲で作動する必要がある。したがって、マイクロコンピュータやセンサ回路の電源回路としては、発熱や効率の観点から、シリーズレギュレータではなく、２４Ｖ系電源からの電圧を降圧させる降圧型のスイッチング電源を使用する必要がある。
【０００７】
しかしながら、このスイッチング電源は、降圧時のスイッチング動作によって、電源電圧に大きなリップルノイズや電磁波ノイズが含まれるために、センサ回路に直接印加すると、リップルノイズや電磁波ノイズが検出信号に混入してしまう。これにより、従来では、センサ回路の微小な検出信号で正確な尿素濃度を検出することが困難となっているというのが現状である。
【０００８】
また、従来において、尿素濃度センサの検出信号の変化が微小であるために、検出信号を増幅しているが、上述のように検出信号にスイッチング電源のノイズが混入した場合には、微小な検出信号に混入しているノイズも同時に増幅するので、検出する尿素濃度が変化してしまう。更に、自動車用電子機器としては、車載無線機や携帯電話等の外部からの電磁波ノイズに対して誤動作しないことが必須の条件となるが、検出信号に混入した電磁波ノイズによって、検出した尿素濃度が変化して、その結果排気ガス浄化システムが誤動作する可能性が否めず、従来の尿素濃度センサの耐電波障害性を更に向上させる必要があった。
【０００９】
更に、従来において、尿素濃度センサに限らず、他のセンサについても電磁波ノイズやスイッチングノイズに対して正確な検出出力を得ることが課題となっている。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、微小な検出信号によって各種状態をセンシングするセンサ回路に対して、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができ、かつ外部からの電磁波ノイズに対する耐ＥＭＩ性能を著しく高めた尿素濃度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る尿素濃度センサは、尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路と、電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源と、スイッチング電源の出力側に並列接続された出力コンデンサと、出力コンデンサの出力側に設けられ、出力コンデンサと並列接続されたフィルタ用コンデンサを備えたフィルタ回路と、フィルタ回路を介して印加された電圧を、センサ回路が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧変換部と、センサ回路に基準電圧変換部で変換された作動電圧が印加された場合に、センサ回路の出力信号を尿素濃度に変換する濃度算出部と備え、出力コンデンサとして、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することによって、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る尿素濃度センサによれば、出力コンデンサとして、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用したので、スイッチング電源の出力電圧にリップル電圧が混入した場合であっても、確実にリップル電圧を低減させることができ、微小な検出信号によって各種状態をセンシングするセンサ回路に対して、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができる。
【００１３】
更に、機能性高分子アルミ電解コンデンサは、１ＭＨｚ以上の高周波域でのインピーダンス及び等価直列抵抗（ＥＳＲ）が著しく小さいため、電磁波ノイズに対する耐性が著しく向上し、電磁波ノイズのある環境下でも正確に尿素濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明は、例えば図１に示すように構成された尿素濃度センサに適用される。
【００１６】
［尿素濃度センサの構成］
この尿素濃度センサ（高感度センサ）は、例えばディーゼルエンジンによって走行する車両に搭載され、ディーゼルエンジン車両から排出される排気ガス中のＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出して、図示しない排気ガス浄化システムに供給するものである。
【００１７】
この尿素濃度センサは、図１に示すように、主として、車両のイグニッションスイッチによって起動するイグニッション電源１，スイッチング電源２，フィルタ回路３，基準電圧ＩＣ４，センサ回路５，排気ガス浄化システムと接続されたマイクロコンピュータ６を備えて構成されている。
【００１８】
この尿素濃度センサにおいて、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオン操作されると、２４Ｖ系電源であるイグニッション電源１からイグニッション電圧ＶＩＧＮがスイッチング電源２に供給される。このイグニッション電圧ＶＩＧＮは、２４Ｖ系電源からの電圧ではあるが、様々な状況によって変動し、例えば７Ｖ〜３６Ｖの電圧範囲となる。したがって、この尿素濃度センサは、イグニッション電圧ＶＩＧＮの電圧範囲に亘って動作可能な構成となっている。
【００１９】
このイグニッション電圧ＶＩＧＮは、ダイオードＤ１、及び、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるフィルタ回路を介してスイッチング電源２の入力側に印加される。これらコンデンサＣ１及びインダクタＬ１は、スイッチング電源２のスイッチングノイズがイグニッション電源１側に流れることを抑制するために設けられている。
【００２０】
スイッチング電源２は、内部に複数のスイッチング素子と増幅回路を備え、スイッチング素子を予め設定されたスイッチング周波数でオンオフ制御することによって、イグニッション電圧ＶＩＧＮを所定電圧Ｖｃｃまで降圧する電圧変換を行う。
【００２１】
このスイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃは、スイッチング電源２及びフィルタ回路３と直列接続されたインダクタＬ２に蓄えられた電気エネルギーを出力コンデンサＣ２に移し、負荷側である基準電圧ＩＣ４及びセンサ回路５に供給する。すなわち、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃは、出力コンデンサＣ２を介して、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ３からなるＲＣフィルタであるフィルタ回路３に印加され、基準電圧ＩＣ４で変換されて、センサ回路５に供給される。
【００２２】
ここで、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃには、ノイズ成分であるリップル電圧が含まれる。このリップル電圧ＶＲＩＰＰＬＥは、下記の式１に示されるように、スイッチング電源２のスイッチング周波数ｆ、スイッチング電源２の入力電圧（イグニッション電圧ＶＩＧＮ（；Ｖｉｎ））及び出力電圧Ｖｃｃ（；Ｖｏｕｔ）、出力コンデンサＣ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）、インダクタＬ２によって決定される。
ＶＲＩＰＰＬＥ＝｛Ｖｏｕｔ×（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）／（Ｖｏｕｔ×Ｌ２×ｆ）｝×ＥＳＲ （式１）
【００２３】
したがって、上記式１より、尿素濃度センサは、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧成分を低減させるために、スイッチング電源２の出力側に並列接続された出力コンデンサＣ２として、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる、ＥＳＲが極めて小さいいわゆる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用している。
【００２４】
この機能性高分子アルミ電解コンデンサは、図３に、周波数に対する等価直列抵抗（ＥＳＲ）を示すように、ＯＳコンデンサ、通常のアルミ電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、チップタイプアルミ電解コンデンサと比較して、１ｋＨｚ以降の周波数領域においてＥＳＲが著しく低い特性を有する。したがって、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧は、出力コンデンサＣ２によって低く抑制されることになる。また、この機能性高分子アルミ電解コンデンサは、図４に示すように、従来のタンタル電解コンデンサと比較しても、十分にＥＳＲやインピーダンスが低いことがわかる。したがって、この出力コンデンサＣ２によって、出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧は、１０〜２０ｍＶ程度まで低下させることができる。
【００２５】
また、上記の式１によってインダクタＬ２は、インダクタンスを１００〜１５０［μＨ］と大きく設定することによって、出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧を低減することができる。これに対し、規定のスイッチング時間の間に電流がインダクタＬ２を通過する必要があることから、インダクタＬ２のインダクタンスを極力大きく設定することが望ましい。
【００２６】
また、スイッチング電源２の出力側であって、出力コンデンサＣ２の前段には、スイッチング電源２の発振安定性を確保するために、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２からなりスイッチング電源２と並列接続されたフィードバック抵抗、位相補正用のコンデンサＣ４が設けられている。
【００２７】
このフィードバック抵抗は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値によってスイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃを決定している。また、このフィードバック抵抗と並列に高周波インピーダンスが小さいコンデンサＣ４を設けることにより、スイッチング電源２の中にあるアンプの高周波での増幅度を減少させ、ゲインが低減すると共に、フィードバックされる信号の位相が進むために位相遅れが１８０度以下となって系の安定性を向上させることができる。
【００２８】
フィルタ回路３は、スイッチング電源２と並列接続され、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧成分を低減させる。これにより、フィルタ回路３は、出力コンデンサＣ２によって１０〜２０ｍＶ程度まで低減させたリップル電圧を、０．１ｍＶ以下に小さくすることができる。更に、フィルタ回路３のコンデンサＣ３（フィルタ用コンデンサ）としては、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することが望ましい。
【００２９】
なお、フィルタ回路３としては、図１に示すＲＣ型のフィルタ回路のみならず、図２に示すようなＬＣ型のフィルタ回路であっても、同様にリップル電圧を０．１ｍＶ以下にまで低減させることができる。
【００３０】
そして、フィルタ回路３でリップル電圧成分が低減された出力電圧Ｖｃｃは、基準電圧ＩＣ４（基準電圧変換部）により、センサ回路５が作動する基準となる作動電圧の４．０９６Ｖに変換され、コンデンサＣ５を介してセンサ回路５に印加される。ここで、センサ回路５の作動電圧を４．０９６Ｖとしたのは、車両の始動時においてスタータに大電流が要求される場合に、イグニッション電圧ＶＩＧＮが７Ｖ程度に低下した場合であっても、マイクロコンピュータ６やセンサ回路５を正常に作動させるためである。
【００３１】
センサ回路５は、抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ６，抵抗Ｒ７がブリッジ接続されてなるブリッジ回路で構成される。このブリッジ回路は、一方端が基準電圧ＩＣ４に接続され、他方端がＧＮＤ端子及びマイクロコンピュータ６に接続されている。抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ６は、例えばカーボン抵抗であり、抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、例えば白金抵抗で構成される。白金抵抗の抵抗値の温度変化は大きく、約３６００ｐｐｍ／℃である。抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ６は、空気中に配置され、抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、尿素水中に配置される。なお、スイッチング電源２と基準電圧ＩＣ４とを接続する電源ラインのＧＮＤ端子と、ブリッジ回路に接続されるＧＮＤ端子とを接続し、極力面積を大きくして配線インピーダンスを小さくすることが望ましい。
【００３２】
このセンサ回路の抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ６，抵抗Ｒ７のうちの１つの抵抗、例えば抵抗Ｒ５が図示しないヒータと一体的に組み立てられており、このヒータが加熱され、ヒータの熱が伝達される。所定期間ごとに、所定期間だけヒータが加熱されることによって、定期的に抵抗Ｒ５の抵抗値が変化する。このセンサ回路の抵抗Ｒ５，抵抗Ｒ７は、尿素水タンク内に充填された尿素水内に配設され、尿素水の尿素濃度が高いほど、抵抗Ｒ５に伝達された熱の放熱が少なく、したがって、抵抗Ｒ５の抵抗値は、ゆっくりと回復する。そして、尿素水の尿素濃度が低いほど、抵抗Ｒ５の熱は、より早く放熱される。したがって、ブリッジ回路の抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５の接続点の電圧値の変動割合は、尿素濃度に比例して異なるものとなる。
【００３３】
そして、センサ回路５は、作動電圧が基準電圧ＩＣ４から印加された状態において、抵抗Ｒ５に一体的に組み立てられたヒータからの熱によって抵抗Ｒ５の抵抗値が増加し、また、熱せられた抵抗Ｒ５が、尿素水に放熱することによって、抵抗値が低下する。そして、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧された電圧値及び抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とで分圧された電圧値がオペアンプに供給される。オペアンプは、抵抗Ｒ９を介して供給される抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧値と、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７で分圧した電圧値との差分の演算をし、且つ差分電圧を増幅して、出力信号をマイクロコンピュータ６に出力する。
【００３４】
このマイクロコンピュータ６（濃度算出部）は、例えばオペアンプの出力信号から尿素濃度に変換する演算を行って、演算結果を排気ガス浄化システムに出力する。また、このマイクロコンピュータ６は、予め出力信号に対する尿素濃度を記述したマップデータを記憶しておき、差分電圧の変化をマップデータと比較することにより、尿素濃度を推定してもよい。
【００３５】
［尿素濃度センサの特性］
つぎに、上述したように構成された尿素濃度センサにおける特性について説明する。
【００３６】
図５は、イグニッション電源１からスイッチング電源２に供給されるイグニッション電圧ＶＩＧＮが７Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖである場合ごとに、温度を−３０度〜８０度まで変更した時の、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに含まれるリップル電圧［ｍＶ］を示す。ここで、スイッチング周波数は２００ＫＨｚ、出力電圧Ｖｃｃは５Ｖ、出力コンデンサＣ２の高周波インピーダンスは約１００ｋＨｚで２０ｍΩ、インダクタＬ２を流れる電流を１００〜１５０ｍＡ程度にインダクタンスを設定している。
【００３７】
この図５によれば、スイッチング電源２の出力側に機能性高分子アルミ電解コンデンサである出力コンデンサＣ２を設け、更に、フィルタ回路３のコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することにより、車両の状態に応じてイグニッション電圧ＶＩＧＮが変化した場合や、環境条件が変化した場合においても、コンデンサＣ２の端子でのリップル電圧を約２０ｍＶ以下に抑制することができる。
【００３８】
これに対し、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用せずに、通常のアルミ電解コンデンサを使用した場合には、図６に示すように、イグニッション電圧ＶＩＧＮが高くなるほど、且つ温度が低くなるほどリップル電圧が上昇してしまう。このようにリップル電圧が上昇すると、センサ回路５のブリッジ回路で検出する検出信号の変化電圧値とリップル電圧の値が近くなり、マイクロコンピュータ６で正確な尿素濃度を演算できない恐れがある。具体的には、センサ回路５で１００μＶの電圧変化を検知するとした場合に、例えば１００μＶ程度のリップル電圧が含まれた場合には、正確な尿素濃度を演算することが困難となる。
【００３９】
したがって、この機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサによれば、図５及び図６の比較により、環境温度が２０度である場合には、出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧を２９．２ｍＶから１３．８ｍＶまで減少させることができ、環境温度が−３０度である場合には、出力電圧Ｖｃｃのリップル電圧を９４．８ｍＶから１３．８ｍＶまで減少させることができる。
【００４０】
また、図７に、尿素濃度センサに３６ｄＢｍＡ、３８ｄＢｍＡ、４０ｄＢｍＡのＥＭＩ（電波障害）をそれぞれ与えた時の、電磁波周波数の変化に対する、マイクロコンピュータ６で演算される尿素濃度の変化を示すように、上述したように出力コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した場合には、予め想定されるような、許容される尿素濃度の範囲となっている。これは、電磁波ノイズの影響が、マイクロコンピュータ６の演算に影響を与えることがなく、正確な尿素濃度を演算していることを表している。
【００４１】
これに対し、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用しない場合には、図８に示すように、ＥＭＩが３６ｄＢｍＡである場合にはスイッチング周波数の変化に拘わらず許容範囲の尿素濃度を演算できるものの、ＥＭＩが３８ｄＢｍＡ以上となると、通常からは想定できない範囲の尿素濃度がマイクロコンピュータ６で演算されてしまう。これには、電磁波ノイズがブリッジ回路等に混入して、マイクロコンピュータ６の演算に影響を与えたことを表している。
【００４２】
したがって、この機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサによれば、図７及び図８の比較により、３．５ＭＨｚ〜９４０ＭＨｚ間の耐電波障害特性を大幅に改善することができたことになり、図８に示す場合にはＥＭＩが３６ｄＢｍＡであっても誤動作をしていたのに対して、４０ｄＢｍＡであっても誤動作をさせずに尿素濃度を演算させることができる。
【００４３】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した尿素濃度センサによれば、出力コンデンサＣ２として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用したので、スイッチング電源２の出力電圧Ｖｃｃに混入するリップル電圧を著しく低減させることができ、ブリッジ回路の微小な検出信号によって尿素濃度を演算する場合であっても、ノイズ成分を著しく低下させた作動電圧を印加して正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４４】
更に、外部から電磁波ノイズを印加した場合の耐ＥＭＩ性能が大幅に向上し、自動車等の厳しい電磁環境下でも正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４５】
特に、この尿素濃度センサは、センサ回路５として、尿素濃度に比例した温度値に応じて抵抗値が変化する複数の抵抗からなるブリッジ回路によって、微小な温度変化を検出し、当該温度変化に応じた電圧値の差分を出力信号としてマイクロコンピュータ６で尿素濃度を演算する場合のように、微小な変化を検出するような場合に著しい効果を発揮することができる。
【００４６】
更に言えば、従来においてリップル電圧を低減させるために、通常のアルミ電解コンデンサとセラミックコンデンサをそれぞれスイッチング電源２に対して並列に接続して構成した場合と比較して、上述の尿素濃度センサによれば格段にリップル電圧を低減させることができる。
【００４７】
更にまた、この尿素濃度センサによれば、出力コンデンサＣ２としてタンタルコンデンサを使用した場合と比較して、ＥＳＲを１／１０程度に低減することができ、且つショートによる不具合を回避することができる。
【００４８】
また、この尿素濃度センサによれば、フィルタ回路３を構成するコンデンサＣ３として機能性高分子アルミ電解コンデンサを使用することによって、センサ回路に混入するリップル電圧を更に効果的に低減させることができ、更に正確な尿素濃度を検出することができる。
【００４９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５０】
すなわち、上述した説明では、ディーゼルエンジン車両に搭載された尿素濃度センサについて説明したが、これに限らず、微小信号の変化を検出して各種状態を検出するセンサであれば、他の微小変化を検出する高感度センサにも適用でき、上述した効果を発揮できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を適用した尿素濃度センサであって、フィルタ回路としてＲＣ型のものを使用した回路図である。
【図２】本発明を適用した尿素濃度センサであって、フィルタ回路としてＬＣ型のものを使用した回路図である。
【図３】出力コンデンサとして各種コンデンサを使用した場合の周波数とＥＳＲとの関係を示す図である。
【図４】出力コンデンサとして機能性高分子アルミ電解コンデンサとタンタル電解コンデンサを使用した場合の周波数とＥＳＲ及びインピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】本発明を適用した尿素濃度センサにおける、イグニッション電圧、温度に対するリップル電圧の変化を示す図である。
【図６】出力コンデンサとして通常のアルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサにおける、イグニッション電圧、温度に対するリップル電圧の変化を示す図である。
【図７】本発明を適用した尿素濃度センサにおける、電波障害試験（周波数とＥＭＩ注入レベル）に対する尿素濃度の変化を示す図である。
【図８】出力コンデンサとして通常のアルミ電解コンデンサを使用した尿素濃度センサにおける、電波障害試験（周波数、ＥＭＩと注入レベル）に対する尿素濃度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ イグニッション電源
２ スイッチング電源
３ フィルタ回路
４ 基準電圧ＩＣ
５ センサ回路
６ マイクロコンピュータ
Ｃ コンデンサ
Ｃ２ 出力コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｌ インダクタ
Ｒ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路と、
電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源と、
前記スイッチング電源の出力側に並列接続され、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサからなる出力コンデンサと、
前記出力コンデンサの出力側に設けられ、前記出力コンデンサと並列接続されたフィルタ用コンデンサを備え、前記フィルタ用コンデンサが、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサからなるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を介して印加された電圧を、前記センサ回路が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧変換部と、
前記センサ回路に前記基準電圧変換部で変換された作動電圧が印加された場合に、当該センサ回路の出力信号を尿素濃度に変換する濃度算出部と
を備えたことを特徴とする尿素濃度センサ。
【請求項２】
前記センサ回路は、
空気中に配置された一対の第１の抵抗器，第２の抵抗器と、前記第１の抵抗器，第２の抵抗器のそれぞれに直列に接続され、尿素水中に配置された第３の抵抗器，第４の抵抗器とからなるブリッジ回路と、
当該ブリッジ回路の抵抗値変化に比例した検出信号の差分を出力信号として前記濃度算出部に出力する差分増幅回路とからなり、
前記ブリッジ回路の前記第３の抵抗器は、前記第３の抵抗器を加熱するヒータと一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度センサ。
【請求項３】
前記スイッチング電源の出力には、当該スイッチング電源の規定のスイッチング時間に基づいてインダクタンスが高く設定されたインダクタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度センサ。
【請求項１】
尿素濃度に比例した出力信号を検出するセンサ回路と、
電源電圧を所定の電圧に降圧させるスイッチング電源と、
前記スイッチング電源の出力側に並列接続され、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサからなる出力コンデンサと、
前記出力コンデンサの出力側に設けられ、前記出力コンデンサと並列接続されたフィルタ用コンデンサを備え、前記フィルタ用コンデンサが、機能性高分子材料を用いて電解質を固体化してなる機能性高分子アルミ電解コンデンサからなるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を介して印加された電圧を、前記センサ回路が作動する基準となる作動電圧に変換する基準電圧変換部と、
前記センサ回路に前記基準電圧変換部で変換された作動電圧が印加された場合に、当該センサ回路の出力信号を尿素濃度に変換する濃度算出部と
を備えたことを特徴とする尿素濃度センサ。
【請求項２】
前記センサ回路は、
空気中に配置された一対の第１の抵抗器，第２の抵抗器と、前記第１の抵抗器，第２の抵抗器のそれぞれに直列に接続され、尿素水中に配置された第３の抵抗器，第４の抵抗器とからなるブリッジ回路と、
当該ブリッジ回路の抵抗値変化に比例した検出信号の差分を出力信号として前記濃度算出部に出力する差分増幅回路とからなり、
前記ブリッジ回路の前記第３の抵抗器は、前記第３の抵抗器を加熱するヒータと一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度センサ。
【請求項３】
前記スイッチング電源の出力には、当該スイッチング電源の規定のスイッチング時間に基づいてインダクタンスが高く設定されたインダクタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１２６０７０（Ｐ２００６−１２６０７０Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１６４６９（Ｐ２００４−３１６４６９）
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００１８１２５１）自動車電機工業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００１８１２５１）自動車電機工業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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