流体識別方法および流体識別装置
【課題】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。
【解決手段】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含む流体識別センサーを用いて、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、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と比較することによって流体の識別を行う。
【解決手段】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含む流体識別センサーを用いて、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、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と比較することによって流体の識別を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油、重油などの炭化水素系液体、エタノール、メタノールなどのアルコール系液体、尿素水溶液などの液体、気体、粉粒体などの流体の識別、例えば、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別などを行う流体識別方法および流体識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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そのまま使用したり、軽油に混ぜて使用することが行われることがある。
【０００４】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
流体識別素子を含む流体識別センサーを用いて、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【０００８】
また、本発明の流体識別方法は、前記流体識別センサーが、前記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をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率との差に基づいて流体の識別を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が０となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率に対する、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率の割合に基づいて流体の識別を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が１となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記変化率が、平均変化率であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度が、流体識別素子に電圧を印加する前の初期温度であることを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度と第２の温度の温度差が２０℃以上あることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度と第２の温度の温度差が４０℃以上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。
【００１３】
また、本発明の流体識別方法は、前記流体識別素子が、発熱機能及び感温機能を有する感温体を備えることを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、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。
【００１４】
また、本発明の流体識別方法は、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、本発明の流体識別方法は、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。
【００１５】
また、本発明の流体識別方法は、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、
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含む流体識別センサーと、
前記流体識別センサーの出力に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測され前記識別制御部に記憶された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被識別流体の第１の温度に対応する流体識別素子の第１出力値と、被識別流体の第２の温度に対応する流体識別素子の第２出力値によって、第１出力値と第２出力値の変化率から、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別などの流体識別を精度よく行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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２の流体識別センサーモジュール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である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本実施例において、流体識別素子２１は、図５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、Ｔａ
ＳｉＯ2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。
【００２２】
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、ボンディングワイヤ２１ｄ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、図６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６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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、図６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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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内の被識別流体Ｆは実質上流動しない。
【００３８】
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７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。
【００３９】
マイコン７２では、図７に示されるように、発熱体２１ａ４への電圧印加終了直前に、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を得る。この平均センサー出力電圧値は、感温体２１ａ２のピーク温度に対応する。
【００４０】
なお、平均センサー出力電圧値は必ずしも感温体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。
【００４１】
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。この熱伝達は、被識別燃料の比重や動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ：High Frequency Reciprocating Rig）などに依存し、流体の種別や濃度、流体の温度などによって感温体２１ａ２の温度上昇の度合いが変化する。
【００４２】
このようにして得られる平均センサー出力電圧値を、被識別燃料Ｆの第１の温度Ｔ１に対応する第１の平均センサー出力電圧値（第１出力値Ｖ１）と、第２の温度Ｔ２に対応する第２の平均センサー出力電圧値（第２出力値Ｖ２）について測定する。
【００４３】
ここで、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２は、温度差が大きいほど精度の高い測定を行うことが可能であるが、好ましくは２０℃以上の温度差、さらに好ましくは４０℃以上の温度差を有していればよい。
【００４４】
なお、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２となるまで、被識別燃料Ｆを加熱するには、流体識別素子２１の発熱体２１ａ４を用いて加熱してもよいし、別途ヒーターを用意して、ヒーターによって加熱してもよい。さらには、燃料タンク１００をインキュベーターのような恒温槽内に設置することも、燃料タンク１００を恒温水槽とすることもできる。
【００４５】
図８は、灯油、軽油、Ａ重油、特３号軽油について、本発明の流体識別装置を用いて平
均センサー出力値を測定した場合の温度とセンサー出力値の関係を示すグラフ、図９は、各被識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の差を示すグラフである。
【００４６】
図８では、第１の温度Ｔ１として０℃、第２の温度Ｔ２として２０℃を設定している。なお、図８（Ａ）は得られた出力値をそのままプロットしたグラフであり、図８（Ｂ）は各被識別燃料Ｆの第２出力値Ｖ２の値を一定の値、図８（Ｂ）では軽油の第２出力値Ｖ２に補正してプロットしたグラフである。
【００４７】
図８に示すように、被識別燃料Ｆの種類によって、温度変化に応じたセンサー出力の変化率、すなわち、グラフの傾きが異なっている。
このセンサー出力の変化率によって被識別燃料Ｆの種類を識別することが可能となる。
【００４８】
図９は、軽油におけるセンサー出力の変化率を０に補正した場合の、各被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率、すなわち、軽油を基準とした場合の各被識別燃料Ｆの変化率の差を示すグラフである。
【００４９】
このように、例えば、軽油を基準とすることによって、各被識別燃料Ｆの変化率は、その種類によって特定の値を取ることがわかる。したがって、被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率を測定することによって、被識別燃料Ｆの種類を識別することができる。
【００５０】
なお、基準とする流体は軽油に限らず、どのような流体を基準としてもよいことは言うまでもない。
また、図１０は、軽油におけるセンサー出力の変化率を１に補正した場合の、各被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率、すなわち、軽油を基準とした場合の各被識別燃料Ｆの変化率の割合を示すグラフである。
【００５１】
このように、変化率の割合を用いた場合であっても、図９と同様に被識別燃料毎の特性を見いだすことができる。したがって、被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率を測定することによって、被識別燃料Ｆの種類を識別することができる。
【００５２】
なお、基準とする流体は軽油に限らず、どのような流体を基準としてもよいことは言うまでもない。
なお、この実施例では、変化率として数１に示すように、平均変化率を用いたが、数２に示すような単純変化率を用いて識別を行ってもよい。
【００５３】
【数１】
【００５４】
【数２】
また、この実施例では、流体種識別についてのみ説明しているが、流体の濃度や有無などについても、同様に出力値を得ることによって、変化率の差や割合を求めることによって識別することが可能である。
【００５５】
図１１は、本発明の流体識別装置における、流体識別のためのＡＳＩＣ５２の別の回路構成を示している。
図１１に示すＡＳＩＣ５２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。
【００５６】
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。
【００５７】
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７と同様に出力されることとなる。
【００５８】
従って、図６に示すＡＳＩＣと同様に、平均センサー出力電圧値を得ることができ、上述したように、被識別流体の流体識別を行うことができる。
なお、このＡＳＩＣ５５によって流体識別を行う場合、被識別流体の温度Ｔ１及びＴ２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。
【００５９】
なお、このＡＳＩＣ５５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て、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。
【００６０】
以下に、本発明の流体識別装置１０を用いて、実際に複数の被識別流体を識別した際のセンサー出力電圧値及び変化率を示す。
表１〜４は、第１の温度Ｔ１を２０℃、第２の温度Ｔ２を４０℃とした場合の、灯油Ａ、灯油Ｂ、軽油Ａ、軽油Ｂ、特３号軽油、Ａ重油Ａ、Ａ重油Ｂについて測定値を示している。なお、この実施例では、同じ構成のセンサーを４つ（O-16からO-19）使用し、その結果を示している。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
【表４】
図１２は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１３は、表１〜４の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１４は、表１〜４の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１５は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフ、図１６は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【００６５】
図１２〜１６では、被識別流体の種類によって明らかな特性、すなわち、被識別流体と基準となる流体との値の差が見て取れる。このような結果を用いて、被識別流体の流体種を判別することができる。
【００６６】
表５〜８は、第１の温度Ｔ１を０℃、第２の温度Ｔ２を４０℃とした場合の、灯油Ａ、灯油Ｂ、軽油Ａ、軽油Ｂ、特３号軽油、Ａ重油Ａ、Ａ重油Ｂについて測定値を示している。なお、この実施例でも、同じ構成のセンサーを４つ（O-16からO-19）使用し、その結果を示している。
【００６７】
【表５】
【００６８】
【表６】
【００６９】
【表７】
【００７０】
【表８】
図１７は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１８は、表５〜８の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１９は、表５〜８の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフ、図２０は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフ、図２１は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【００７１】
図１７〜２１では、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２の温度差を２０℃とした図１２〜１６の場合と比べ、センサー毎の結果に差が見られなくなっている。これは、センサー毎の測定誤差が低減され、センサー出力値の精度が向上したことを意味している。すなわち、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２の温度差を大きくすることによって、流体識別の識別精度を向上させることができる。
【００７２】
図２２は、本発明の流体識別装置の第２の実施例を示す概略図、図２３は、図２２の流体識別装置の使用状態の一例を示す概略図、図２４は、図２２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。
【００７３】
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。
【００７４】
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２２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２３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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、図２４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。
【００７８】
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２３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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】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】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】図３は、図２の流体識別センサーモジュールの模式的断面図である。
【図４】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である。
【図５】図５は、流体識別素子２１の薄膜チップの分解模式図である。
【図６】図６は、流体識別のための回路構成図である。
【図７】図７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８】図８は、灯油、軽油、Ａ重油、特３号軽油について、本発明の流体識別装置を用いて平均センサー出力値を測定した場合の温度とセンサー出力値の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、各被識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の差を示すグラフである。
【図１０】図１０は、各識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の割合を示すグラフである。
【図１１】図１１は、流体識別のための別の回路構成図である。
【図１２】図１２は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１３】図１３は、表１〜４の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１４】図１４は、表１〜４の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１５】図１５は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフである。
【図１６】図１６は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【図１７】図１７は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１８】図１８は、表５〜８の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１９】図１９は、表５〜８の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図２０】図２０は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフである。
【図２１】図２１は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【図２２】図２２は、本発明の流体識別装置の第２の実施例を示す概略図である。
【図２３】図２３は、図２２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２４】図２４は、図２２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。
【符号の説明】
【００８２】
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
２１ｄ ボンディングワイヤ
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
５４ 記憶装置
５６ 電源用接続端子
５８ インターフェイス
６４ 抵抗体
６５ 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
１００ 燃料タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油、重油などの炭化水素系液体、エタノール、メタノールなどのアルコール系液体、尿素水溶液などの液体、気体、粉粒体などの流体の識別、例えば、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別などを行う流体識別方法および流体識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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そのまま使用したり、軽油に混ぜて使用することが行われることがある。
【０００４】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
流体識別素子を含む流体識別センサーを用いて、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【０００８】
また、本発明の流体識別方法は、前記流体識別センサーが、前記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をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率との差に基づいて流体の識別を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が０となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率に対する、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率の割合に基づいて流体の識別を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の流体識別方法は、前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が１となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記変化率が、平均変化率であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度が、流体識別素子に電圧を印加する前の初期温度であることを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度と第２の温度の温度差が２０℃以上あることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の流体識別方法は、前記第１の温度と第２の温度の温度差が４０℃以上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。
【００１３】
また、本発明の流体識別方法は、前記流体識別素子が、発熱機能及び感温機能を有する感温体を備えることを特徴とする。
また、本発明の流体識別方法は、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。
【００１４】
また、本発明の流体識別方法は、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、本発明の流体識別方法は、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。
【００１５】
また、本発明の流体識別方法は、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、
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含む流体識別センサーと、
前記流体識別センサーの出力に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測され前記識別制御部に記憶された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被識別流体の第１の温度に対応する流体識別素子の第１出力値と、被識別流体の第２の温度に対応する流体識別素子の第２出力値によって、第１出力値と第２出力値の変化率から、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別などの流体識別を精度よく行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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２の流体識別センサーモジュール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である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本実施例において、流体識別素子２１は、図５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、Ｔａ
ＳｉＯ2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。
【００２２】
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、ボンディングワイヤ２１ｄ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、図６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６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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、図６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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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内の被識別流体Ｆは実質上流動しない。
【００３８】
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７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。
【００３９】
マイコン７２では、図７に示されるように、発熱体２１ａ４への電圧印加終了直前に、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を得る。この平均センサー出力電圧値は、感温体２１ａ２のピーク温度に対応する。
【００４０】
なお、平均センサー出力電圧値は必ずしも感温体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。
【００４１】
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。この熱伝達は、被識別燃料の比重や動粘度、潤滑性（ＨＦＲＲ：High Frequency Reciprocating Rig）などに依存し、流体の種別や濃度、流体の温度などによって感温体２１ａ２の温度上昇の度合いが変化する。
【００４２】
このようにして得られる平均センサー出力電圧値を、被識別燃料Ｆの第１の温度Ｔ１に対応する第１の平均センサー出力電圧値（第１出力値Ｖ１）と、第２の温度Ｔ２に対応する第２の平均センサー出力電圧値（第２出力値Ｖ２）について測定する。
【００４３】
ここで、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２は、温度差が大きいほど精度の高い測定を行うことが可能であるが、好ましくは２０℃以上の温度差、さらに好ましくは４０℃以上の温度差を有していればよい。
【００４４】
なお、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２となるまで、被識別燃料Ｆを加熱するには、流体識別素子２１の発熱体２１ａ４を用いて加熱してもよいし、別途ヒーターを用意して、ヒーターによって加熱してもよい。さらには、燃料タンク１００をインキュベーターのような恒温槽内に設置することも、燃料タンク１００を恒温水槽とすることもできる。
【００４５】
図８は、灯油、軽油、Ａ重油、特３号軽油について、本発明の流体識別装置を用いて平
均センサー出力値を測定した場合の温度とセンサー出力値の関係を示すグラフ、図９は、各被識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の差を示すグラフである。
【００４６】
図８では、第１の温度Ｔ１として０℃、第２の温度Ｔ２として２０℃を設定している。なお、図８（Ａ）は得られた出力値をそのままプロットしたグラフであり、図８（Ｂ）は各被識別燃料Ｆの第２出力値Ｖ２の値を一定の値、図８（Ｂ）では軽油の第２出力値Ｖ２に補正してプロットしたグラフである。
【００４７】
図８に示すように、被識別燃料Ｆの種類によって、温度変化に応じたセンサー出力の変化率、すなわち、グラフの傾きが異なっている。
このセンサー出力の変化率によって被識別燃料Ｆの種類を識別することが可能となる。
【００４８】
図９は、軽油におけるセンサー出力の変化率を０に補正した場合の、各被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率、すなわち、軽油を基準とした場合の各被識別燃料Ｆの変化率の差を示すグラフである。
【００４９】
このように、例えば、軽油を基準とすることによって、各被識別燃料Ｆの変化率は、その種類によって特定の値を取ることがわかる。したがって、被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率を測定することによって、被識別燃料Ｆの種類を識別することができる。
【００５０】
なお、基準とする流体は軽油に限らず、どのような流体を基準としてもよいことは言うまでもない。
また、図１０は、軽油におけるセンサー出力の変化率を１に補正した場合の、各被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率、すなわち、軽油を基準とした場合の各被識別燃料Ｆの変化率の割合を示すグラフである。
【００５１】
このように、変化率の割合を用いた場合であっても、図９と同様に被識別燃料毎の特性を見いだすことができる。したがって、被識別燃料Ｆのセンサー出力の変化率を測定することによって、被識別燃料Ｆの種類を識別することができる。
【００５２】
なお、基準とする流体は軽油に限らず、どのような流体を基準としてもよいことは言うまでもない。
なお、この実施例では、変化率として数１に示すように、平均変化率を用いたが、数２に示すような単純変化率を用いて識別を行ってもよい。
【００５３】
【数１】
【００５４】
【数２】
また、この実施例では、流体種識別についてのみ説明しているが、流体の濃度や有無などについても、同様に出力値を得ることによって、変化率の差や割合を求めることによって識別することが可能である。
【００５５】
図１１は、本発明の流体識別装置における、流体識別のためのＡＳＩＣ５２の別の回路構成を示している。
図１１に示すＡＳＩＣ５２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。
【００５６】
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。
【００５７】
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７と同様に出力されることとなる。
【００５８】
従って、図６に示すＡＳＩＣと同様に、平均センサー出力電圧値を得ることができ、上述したように、被識別流体の流体識別を行うことができる。
なお、このＡＳＩＣ５５によって流体識別を行う場合、被識別流体の温度Ｔ１及びＴ２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。
【００５９】
なお、このＡＳＩＣ５５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て、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。
【００６０】
以下に、本発明の流体識別装置１０を用いて、実際に複数の被識別流体を識別した際のセンサー出力電圧値及び変化率を示す。
表１〜４は、第１の温度Ｔ１を２０℃、第２の温度Ｔ２を４０℃とした場合の、灯油Ａ、灯油Ｂ、軽油Ａ、軽油Ｂ、特３号軽油、Ａ重油Ａ、Ａ重油Ｂについて測定値を示している。なお、この実施例では、同じ構成のセンサーを４つ（O-16からO-19）使用し、その結果を示している。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
【表４】
図１２は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１３は、表１〜４の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１４は、表１〜４の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１５は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフ、図１６は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【００６５】
図１２〜１６では、被識別流体の種類によって明らかな特性、すなわち、被識別流体と基準となる流体との値の差が見て取れる。このような結果を用いて、被識別流体の流体種を判別することができる。
【００６６】
表５〜８は、第１の温度Ｔ１を０℃、第２の温度Ｔ２を４０℃とした場合の、灯油Ａ、灯油Ｂ、軽油Ａ、軽油Ｂ、特３号軽油、Ａ重油Ａ、Ａ重油Ｂについて測定値を示している。なお、この実施例でも、同じ構成のセンサーを４つ（O-16からO-19）使用し、その結果を示している。
【００６７】
【表５】
【００６８】
【表６】
【００６９】
【表７】
【００７０】
【表８】
図１７は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１８は、表５〜８の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフ、図１９は、表５〜８の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフ、図２０は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフ、図２１は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【００７１】
図１７〜２１では、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２の温度差を２０℃とした図１２〜１６の場合と比べ、センサー毎の結果に差が見られなくなっている。これは、センサー毎の測定誤差が低減され、センサー出力値の精度が向上したことを意味している。すなわち、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２の温度差を大きくすることによって、流体識別の識別精度を向上させることができる。
【００７２】
図２２は、本発明の流体識別装置の第２の実施例を示す概略図、図２３は、図２２の流体識別装置の使用状態の一例を示す概略図、図２４は、図２２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。
【００７３】
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。
【００７４】
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２２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２３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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、図２４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。
【００７８】
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２３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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】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】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】図３は、図２の流体識別センサーモジュールの模式的断面図である。
【図４】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である。
【図５】図５は、流体識別素子２１の薄膜チップの分解模式図である。
【図６】図６は、流体識別のための回路構成図である。
【図７】図７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８】図８は、灯油、軽油、Ａ重油、特３号軽油について、本発明の流体識別装置を用いて平均センサー出力値を測定した場合の温度とセンサー出力値の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、各被識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の差を示すグラフである。
【図１０】図１０は、各識別燃料Ｆの第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２の平均変化率の割合を示すグラフである。
【図１１】図１１は、流体識別のための別の回路構成図である。
【図１２】図１２は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１３】図１３は、表１〜４の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１４】図１４は、表１〜４の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１５】図１５は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフである。
【図１６】図１６は、表１〜４の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【図１７】図１７は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１８】図１８は、表５〜８の結果に基づいて、灯油Ａを基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図１９】図１９は、表５〜８の結果に基づいて、特３号軽油を基準として平均変化率の差を示したグラフである。
【図２０】図２０は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として平均変化率の割合を示したグラフである。
【図２１】図２１は、表５〜８の結果に基づいて、軽油Ａを基準として単純変化率の差を示したグラフである。
【図２２】図２２は、本発明の流体識別装置の第２の実施例を示す概略図である。
【図２３】図２３は、図２２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２４】図２４は、図２２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。
【符号の説明】
【００８２】
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
２１ｄ ボンディングワイヤ
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
５４ 記憶装置
５６ 電源用接続端子
５８ インターフェイス
６４ 抵抗体
６５ 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
１００ 燃料タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被識別流体を識別するための流体識別方法であって、
流体識別素子を含む流体識別センサーを用いて、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【請求項２】
前記流体識別センサーが、前記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をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の流体識別方法。
【請求項３】
前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率との差に基づいて流体の識別を行う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。
【請求項４】
前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が０となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする請求項３に記載の流体識別方法。
【請求項５】
前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率に対する、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率の割合に基づいて流体の識別を行う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。
【請求項６】
前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が１となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする請求項５に記載の流体識別方法。
【請求項７】
前記変化率が、平均変化率であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項８】
前記第１の温度が、流体識別素子に電圧を印加する前の初期温度であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項９】
前記第１の温度と第２の温度の温度差が２０℃以上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。
【請求項１０】
前記第１の温度と第２の温度の温度差が４０℃以上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。
【請求項１１】
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１から１０のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１２】
前記流体識別素子が、発熱機能及び感温機能を有する感温体を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１３】
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１から１２のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１４】
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１３のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１５】
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１４のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１６】
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１５に記載の流体識別方法。
【請求項１７】
被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
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含む流体識別センサーと、
前記流体識別センサーの出力に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測され前記識別制御部に記憶された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【請求項１】
被識別流体を識別するための流体識別方法であって、
流体識別素子を含む流体識別センサーを用いて、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【請求項２】
前記流体識別センサーが、前記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をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の流体識別方法。
【請求項３】
前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率との差に基づいて流体の識別を行う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。
【請求項４】
前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が０となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする請求項３に記載の流体識別方法。
【請求項５】
前記参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率に対する、前記被識別流体の第１出力値と第２出力値の変化率の割合に基づいて流体の識別を行う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。
【請求項６】
前記参照流体の第１出力値と第２出力値の変化率が１となるように、前記流体識別センサーの出力値を補正することを特徴とする請求項５に記載の流体識別方法。
【請求項７】
前記変化率が、平均変化率であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項８】
前記第１の温度が、流体識別素子に電圧を印加する前の初期温度であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項９】
前記第１の温度と第２の温度の温度差が２０℃以上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。
【請求項１０】
前記第１の温度と第２の温度の温度差が４０℃以上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。
【請求項１１】
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１から１０のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１２】
前記流体識別素子が、発熱機能及び感温機能を有する感温体を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１３】
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１から１２のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１４】
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１３のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１５】
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１４のいずれかに記載の流体識別方法。
【請求項１６】
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１５に記載の流体識別方法。
【請求項１７】
被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
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含む流体識別センサーと、
前記流体識別センサーの出力に基づいて流体の識別を行う識別制御部とを備え、
前記流体識別素子に、電圧を所定時間印加して、被識別流体を加熱し、流体識別素子の第１の温度に対応する電気的出力値である第１出力値と、流体識別素子の第２の温度に対応する電気的出力値である第２出力値を得、
前記第１出力値と第２出力値の変化率を、予め計測され前記識別制御部に記憶された参照流体における第１出力値と第２出力値の変化率と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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−２５６２８（Ｐ２０１０−２５６２８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４９２１（Ｐ２００８−１８４９２１）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００６１８３）三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００６１８３）三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【Ｆターム（参考）】
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