液体状態検知センサ
【課題】液体の温度検知と濃度検知とを発熱抵抗体を有する一つの素子で行え、また、液体凍結時におけるその素子の破損防止機能を有した液体状態検知センサを提供する。
【解決手段】発熱抵抗体への通電開始後に取得した発熱抵抗体の抵抗値に対応する電圧値に基づき尿素水溶液の温度情報を求め（Ｓ１〜Ｓ６）、凍結温度以下なら通電を停止して発熱抵抗体の損傷を防止する（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ８）。凍結温度より高ければ（Ｓ７：ＮＯ）、７００ｍｓｅｃ後に発熱抵抗体の抵抗値に対応した電圧値を取得し（Ｓ１０，Ｓ１１）、先に取得した電圧値と差分値ΔＶから尿素水溶液の尿素濃度を求める。このとき、先に得た尿素水溶液の温度情報を用いて補正を行うことで、より正確な尿素濃度の検知を行う（Ｓ１３〜Ｓ１８）。
【解決手段】発熱抵抗体への通電開始後に取得した発熱抵抗体の抵抗値に対応する電圧値に基づき尿素水溶液の温度情報を求め（Ｓ１〜Ｓ６）、凍結温度以下なら通電を停止して発熱抵抗体の損傷を防止する（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ８）。凍結温度より高ければ（Ｓ７：ＮＯ）、７００ｍｓｅｃ後に発熱抵抗体の抵抗値に対応した電圧値を取得し（Ｓ１０，Ｓ１１）、先に取得した電圧値と差分値ΔＶから尿素水溶液の尿素濃度を求める。このとき、先に得た尿素水溶液の温度情報を用いて補正を行うことで、より正確な尿素濃度の検知を行う（Ｓ１３〜Ｓ１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体収容容器内に収容される液体の温度および当該液体に含まれる特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化装置にＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いる場合があるが、その還元剤として尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるとよいことが知られている。しかし、自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、過酷な環境条件下で保管され、また経時変化などにより、その尿素濃度に変化を生ずる場合がある。また、尿素水タンクに誤って異種水溶液（例えば軽油）あるいは水が混入される可能性もある。こうしたことから、尿素水溶液の尿素濃度を管理できるように、尿素濃度を検知するための濃度センサが尿素水タンクに取り付けられ、濃度検知が行われている。
【０００３】
ところで、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度により熱伝導率に差異が生ずることから、通電により発熱させた発熱体の温度を感温体により測定し、その際の発熱体から感温体への熱伝導に液体による影響を与えれば、測定される発熱体の温度に、液体の濃度に応じた差異を生じさせることができる。そこで、発熱体に所定時間の通電を行い、その通電の前後に感温体で温度測定を行って発熱体の温度変化を求めれば、尿素濃度と発熱体の温度変化との相関関係から尿素水溶液に含まれる尿素の濃度の検知を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。なお、尿素濃度と発熱体の温度変化との相関関係には液体の温度に対する依存性があることから、特許文献１では、上記感温体とは別体に設けた他の感温体を用いて尿素水溶液の温度測定を行い、その温度ごとの濃度と温度変化との相関関係に基づいて、尿素濃度の検知を行っている。また、特許文献１には、上記した他の感温体からの出力情報に基づき、尿素水溶液が凍結する温度まで低下していると検知された場合に警告を発することが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−８４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、発熱体に付随する感温体とは別体に他の感温体を設けて濃度識別センサー部を構成することで濃度センサが大きくなってしまったり、濃度検知を行うための回路構成が複雑になってしまったりするという問題があった。
【０００５】
また、寒冷地などでは尿素水タンクに収容された尿素水溶液が凍結することがあり、このような場合、触媒に対して尿素水溶液を噴射することができないため、尿素水溶液の解凍を待つ必要がある。一方、特許文献１では、上述したように、発熱体に付随する感温体とは別に設けた他の感温体を用いて尿素水溶液の凍結を知らせることが記載されているが、凍結時における発熱体への処理については言及されていない。しかし、尿素水溶液の凍結時に、発熱体に所定時間の通電を行って尿素濃度を検知する処理が繰り返し実行されると、濃度識別センサー部が破損してしまう虞がある。より詳細には、尿素水溶液の凍結時に発熱体に所定時間の通電を行うと、その発熱に伴い濃度識別センサー部周りにある一部の尿素水溶液が解凍されるが、解凍したその一部の尿素水溶液は、大部分の尿素水溶液が依然として凍結した状態であれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって濃度識別センサー部が破損してしまうことがある。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、液体の温度検知と濃度検知とを発熱抵抗体を有する一つの素子で行え、また、液体凍結時におけるその素子の破損を防止することができる液体状態検知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及び効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、前記差分値と前記温度情報とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段とを備えている。
【０００８】
本発明の液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が発熱抵抗体を有するが、発熱抵抗体は、自身の温度上昇に伴って抵抗値が変化する性質を有する。ここで、発熱抵抗体への通電前において、発熱抵抗体自身の温度は周囲の液体の温度とほぼ同一である。すなわち、発熱抵抗体への通電開始後間もない発熱抵抗体の抵抗値は、自身の発熱による影響がまだ少なく、周囲の液体の温度と相関関係にある。そこで、本発明では、発熱抵抗体への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している。
【０００９】
また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることから、発熱抵抗体を用いてその周囲の液体を一定時間加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇率が異なることになる。そこで、本発明では、発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行い、発熱抵抗体の通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値と、発熱抵抗体への検出時間経過後の第２抵抗値に対応した第２対応値との差分値に基づき、発熱抵抗体の温度上昇の度合いを捉え、液体に含まれる特定成分の濃度を検知するようにしている。
【００１０】
ところで、液体に含まれる特定成分の濃度が同一であっても、液体の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、上述した第２対応値と第１対応値との差分値の変化の度合い）が異なることになる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、液体の温度に対する依存性がある。そこで、本発明では、上記のように液体に含まれる特定成分の濃度を検知するにあたり、発熱抵抗体への通電開始後に取得した第１対応値をもとに求めた液体の温度情報を用いて、第２対応値と第１対応値との差分値を補正して濃度検知を行っている。このような構成とすることで、液体の温度に依存することなく、正確に液体に含まれる特定成分の濃度を検出することができる。なお、液体の温度情報を用いて差分値を補正するにあたっては、例えば、所定の濃度の参照液体に関する温度に対する差分値の相関関係を予め確認しておき、この相関関係をもとに作成したテーブル（マップ）や算出式を濃度取得手段に記憶させておくことで実行させることができる。
【００１１】
さらに、本発明では、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体を有する一つの液体性状検出素子（所謂、直熱形の液体性状検出素子）を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行うようにしている。これにより、液体状態検知センサの小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、前記差分値に基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、前記検出時間内に、前記温度情報取得手段によって得られた前記温度情報に基づき、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記通電手段による前記発熱抵抗体への通電を停止する通電停止手段とを備えている。
【００１３】
この請求項２に係る発明の液体状態検知センサにおいても、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体を有する一つの液体性状検出素子（所謂、直熱形の液体性状検出素子）を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行う構成を採用している。ただし、本発明では、このような構成を有する液体性状検出素子で温度検知と濃度検知とを行うが故に、液体が凍結しているか否かを検知するには発熱抵抗体に対して通電を行い、液体の温度情報を取得する必要がある。そして、液体の温度検知に続いて、発熱抵抗体への通電を所定の検出時間行って濃度検知を実行することになるが、液体が凍結していると、発熱抵抗体の発熱により液体のうち液体性状検出素子の周りに存在する一部の液体が部分的な解凍を生じる。しかし、解凍したその一部の液体は、大部分の液体が依然として凍結していれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって液体性状検出素子の破損を招きかねない。
【００１４】
そこで、本発明では、まず、所定の検出時間の通電が発熱抵抗体に実行される前に、発熱抵抗体への通電開始後に温度情報取得手段によって取得された温度情報に基づいて液体が凍結しているか否かを判定するようにしている。そして、液体が凍結していると判定された場合に、その後の通電手段による発熱抵抗体への通電を強制的に停止するようにしている。このようにすることで、液体が凍結した場合であっても、液体性状検出素子が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を回避することができ、信頼性の高い液体状態検知センサとすることができる。
【００１５】
なお、本発明における第１対応値としては、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を挙げることができる。また、本発明の第２対応値についても、発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した値であればよい。ただし、本発明では、第２対応値と第１対応値との差分値を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合には、第２対応値は同様に電圧値とする必要がある。また、後述するように第３対応値を取得する際にも、第１対応値との差分値を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合と同様に電圧値とする必要がある。
【００１６】
さらに、本発明において、第１対応値取得手段にて第１対応値を取得するタイミングとしては、発熱抵抗体への通電開始後、発熱抵抗体自身の温度が周囲の液体の温度とほぼ同一である期間内に取得すればよく、具体的には、発熱抵抗体への通電開始後１００ｍｓｅｃ以内に第１対応値を取得すればよい。なお、発熱抵抗体への通電の開始時においては、発熱抵抗体に通電される電流が安定し難い傾向があるため、発熱抵抗体への通電開始後、２ｍｓｅｃを経過し１００ｍｓｅｃ以内（より望ましくは５０ｍｓｅｃ以内）に、第１対応値を取得することが好ましい。
【００１７】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記凍結判定手段は、前記温度情報が前記液体の凍結温度以下であった場合に、前記液体が凍結していると判定するように構成されているとよい。
【００１８】
本発明の液体状態検知センサでは、温度情報取得手段により得られた温度情報が液体の凍結温度以下になったか否かを判定して、液体の凍結の有無を判定するようにしている。これにより、液体の凍結の有無を速やかに判定することができ、液体が凍結していると判定された場合に発熱抵抗体への通電を速やかに停止することが可能となる。その結果、液体が凍結した場合であっても、液体性状検出素子が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を効果的に回避することができる。
【００１９】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記検出時間内で且つ前記第１対応値取得後に前記発熱抵抗体の第３抵抗値に対応した第３対応値を取得する第３対応値取得手段を備え、前記凍結判定手段は、前記温度情報が予め設定した温度しきい値以下となり、且つ、前記第３対応値と前記第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とが所定の大小関係を満たした場合に、前記液体が凍結していると判定するように構成されているとよい。
【００２０】
ところで、液体は特定成分の濃度が変化すると、それに応じて液体の凍結温度も変化することがある。例えば、液体が尿素水溶液である場合、尿素の濃度が薄くなるに従い、凍結温度は高くなる。そのため、液体が凍結したか否かを判定するにあたり、液体の温度情報と予め設定された凍結温度とを比較するだけでは、液体に含まれる特定成分の濃度が経時的に変化した場合に精度良く液体の凍結を検知できない虞がある。
【００２１】
そこで、本発明の液体状態検知センサでは、温度情報取得手段により得られた温度情報と予め設定した温度しきい値とを比較しつつ、第３対応値と第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とを比較するようにしている。そして、温度情報が温度しきい値以下となり、且つ、中間差分値が凍結判定しきい値と所定の大小関係を満たした場合に、液体が凍結していると判定するようにしている。なお、ここでいう「所定の大小関係」としては、［１］中間差分値＜凍結判定しきい値、［２］中間差分値≦凍結判定しきい値を例示できる。このように、温度情報と温度しきい値との比較および中間差分値と凍結判定しきい値との比較といった二段階での凍結の有無を判定するようにすれば、液体に含まれる特定成分の濃度が変化した場合にも、精度良く液体の凍結の有無を判定することができる。
【００２２】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記通電手段は、前記発熱抵抗体への通電が停止されてから待機時間経過後に、再度、前記発熱抵抗体への通電を開始するように構成されており、前記待機時間として、前記通電手段により前記検出時間の通電が行われた場合には第１待機時間を選択し、前記通電停止手段によって前記発熱抵抗体への通電が停止された場合には前記第１待機時間より短い第２待機時間を選択する待機時間選択手段を備えるとよい。
【００２３】
本発明の液体状態検知センサでは、待機時間を設けて発熱抵抗体の温度が周囲の液体の温度とほぼ等しくなるまで待機させることで、正確な液体の温度検知と特定成分の濃度検知を繰り返し行うことができる。ここで、液体が凍結していると判定された場合には、上記のように発熱抵抗体への強制的な通電停止が行われるが、発熱抵抗体への検出時間の通電がほとんど行われないため、発熱抵抗体はあまり加熱されずに周囲の液体とほぼ等しい温度に曝される。そこで、本発明では、液体が凍結していると判定されて発熱抵抗体への通電停止が行われた場合には、次に発熱抵抗体に通電が行われるまでの待機時間を短くしている。これにより、液体温度の再検知を迅速に繰り返すことができ、液体が解凍したことを迅速に判断することができ、液体解凍後、速やかに濃度検知を行うことができる。
【００２４】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記差分値算出手段にて得られた前記差分値を用い、前記液体収容容器内の異常の有無を判断する異常判断手段を備え、前記濃度取得手段は、前記差分値のうちで前記異常判断手段にて異常なしと判断された場合にのみ、前記濃度取得手段により、前記液体に含まれる特定成分の濃度を求めるように構成するとよい。
【００２５】
このように、液体に含まれる特定成分の濃度検知を行う際に取得される差分値が正常な範囲から逸脱していた場合に異常が生じたと判断することで、例えば、液体収容容器内に収容された液体が軽油等の異種液体であるとか、液体収容容器内が空であるなどの異常が発生したことを報知したり、液体を利用する装置の作動に制限を生じさせたりすることができる。また、正常な範囲の差分値に基づいて液体に含まれる特定成分の濃度を求めることから、濃度の検知精度を高めることができる。
【００２６】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記通電手段は、前記発熱抵抗体に定電流を通電するように構成されており、前記第１対応値取得手段は、電圧値である第１対応値を取得し、前記第２対応値取得手段は、電圧値である第２対応値を取得するとよい。
【００２７】
このように、通電手段が発熱抵抗体に定電流を通電するように構成し、第１対応値取得手段が電圧値である第１対応値を取得し、第２対応値取得手段が電圧値である第２対応値を取得するように構成することで、回路構成を単純化しつつ精度のよい差分値を取得することができ、液体状態検知センサを安価に提供することができる。
【００２８】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、セラミック基体中に前記発熱抵抗体が埋設されたセラミックヒータであるとよい。液体性状検出素子をセラミックヒータにて構成することにより、耐久性、耐腐食性に優れ、液体の温度と液体に含まれる特定成分の濃度との検知を長期間にわたって安定して行うことができる。
【００２９】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分を尿素とすることができる。これにより、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を具体化した液体状態検知センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としての液体状態検知センサ１００の構造について説明する。図１は、液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。なお、液体状態検知センサ１００においてレベル検知部７０（外筒電極１０および内部電極２０から構成されるコンデンサ）の長手方向を軸線Ｏ方向とし、液体性状検知部３０が設けられる側を先端側、取付部４０が設けられる側を後端側とする。
【００３１】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００は、ディーゼル自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元に使用される尿素水溶液の状態、つまりは尿素水溶液のレベル（液位）、温度、およびその溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知するためのセンサである。図１に示すように、液体状態検知センサ１００は、円筒形状を有する外筒電極１０、およびその外筒電極１０の内部にて外筒電極１０の軸線Ｏ方向に沿って設けられた円筒状の内部電極２０から構成されるレベル検知部７０と、内部電極２０の先端側に設けられた液体性状検知部３０と、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００３２】
外筒電極１０は金属材料からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を有する。外筒電極１０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上には、各母線に沿ってそれぞれ複数の細幅のスリット１５が断続的に開口されている。また、外筒電極１０の先端部１１において、上記スリット１５が形成された各母線上には、後述する内部電極２０との間に介在されるゴムブッシュ８０の抜け防止のための開口部１６がそれぞれ設けられている。さらに、外筒電極１０の後端側の基端部１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線とは異なる母線上には、１つの空気抜孔１９が形成されている。また、外筒電極１０の先端部１１は、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０の径方向周囲を、そのセラミックヒータ１１０を覆って保護するプロテクタ１３０ごと包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延長されている。そして最先端部（図中最下部）は開口されており、液体性状検知部３０を構成するプロテクタ１３０が開口側から視認可能な状態となっている。
【００３３】
次に、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の取付部４０の電極支持部４１の外周に係合した状態で溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８に液体状態検知センサ１００を固定するための台座として機能し、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示外）が鍔部４２に形成されている。また、取付部４０の鍔部４２を挟んで電極支持部４１の反対側には、後述する尿素水溶液のレベル、温度、尿素濃度などを検知するための回路や、図示外の外部回路（例えば自動車のエンジン制御装置（ＥＣＵ））との電気的な接続を行うための入出力回路等が搭載された回路基板６０などを収容する収容部４３が形成されている。なお、この取付部４０は、回路基板６０に対し、そのグランド電位をなす配線部（図示しない）と同電位となるように接続されているため、外筒電極１０は取付部４０を介して接地されている。
【００３４】
回路基板６０は、収容部４３の内壁面の四隅より突出する基板載置部（図示外）上に載置されている。収容部４３はカバー４５に覆われ保護されており、そのカバー４５は、鍔部４２に固定されている。また、カバー４５の側面にはコネクタ６２が固定されており、コネクタ６２の接続端子（図示外）と回路基板６０上のパターン（後述する入出力回路部２９０）とが配線ケーブル６１によって接続されている。このコネクタ６２を介し、回路基板６０とＥＣＵとの接続が行われる。
【００３５】
取付部４０の電極支持部４１には収容部４３内に貫通する孔４６が開口されており、この孔４６内に、内部電極２０の基端部２２が挿通されている。本実施の形態の内部電極２０は軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状をした金属材料からなる。この内部電極２０の外周面上には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などからなる絶縁性被膜２３が形成されている。絶縁性被膜２３は、このような樹脂をディッピングもしくは静電粉体塗装により内部電極２０の外表面上に塗布し、熱処理することにより、樹脂コーティング層の形態で形成される。この内部電極２０と外筒電極１０との間で、尿素水溶液のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサを形成してなるレベル検知部７０が構成されている。
【００３６】
内部電極２０の軸線Ｏ方向後端側の基端部２２には、内部電極２０を取付部４０に固定するためのパイプガイド５５とインナーケース５０が係合されている。パイプガイド５５は、内部電極２０の基端部２２の端縁寄りに接合された環状のガイド部材である。インナーケース５０は内部電極２０と外筒電極１０とが確実に絶縁されるように内部電極２０を位置決め支持する鍔付き筒状の樹脂製部材であり、先端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。インナーケース５０には径方向外側に向かって突出する鍔部５１が形成されており、インナーケース５０が電極支持部４１に係合される際には、収容部４３側から電極支持部４１の孔４６に挿通される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、インナーケース５０が孔４６内を通り抜けることが防止される。また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されるが、パイプガイド５５が鍔部５１に当接することで、インナーケース５０からの脱落が防止される。
【００３７】
さらに、インナーケース５０の外周と内周とには、それぞれ、Ｏリング５３とＯリング５４とが設けられている。Ｏリング５３は、インナーケース５０の外周と取付部４０の孔４６との間の隙間を密閉し、Ｏリング５４は、インナーケース５０の内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間を密閉している。これにより、液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けられた際に、尿素水タンク９８の内部と外部とが収容部４３を介して連通しないように、その水密性および気密性が保たれる。なお、取付部４０の鍔部４２の先端側の面には図示外の板状のシール部材が装着され、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８に取り付けた際に、鍔部４２と尿素水タンクとの間の水密性および気密性が保たれるようになっている。
【００３８】
そして、内部電極２０の取付部４０への組み付けの際には、２枚の押さえ板５６，５７によって、パイプガイド５５がインナーケース５０の鍔部５１に対して押圧される。絶縁性の押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に押さえ板５７を挟み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８によって収容部４３内に固定される。これにより、パイプガイド５５に接合された内部電極２０が電極支持部４１に固定されることとなる。押さえ板５６，５７には中央に孔５９が開口されており、内部電極２０の電極引出線５２と、後述するセラミックヒータ１１０との電気的な接続を行う２本のリード線９０（図１では一方のリード線９０のみを表示している。）を内包する２芯のケーブル９１とが挿通され、それぞれ回路基板６０上のパターンに電気的に接続されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示外）は取付部４０に接続されており、これにより、取付部４０に溶接された外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。
【００３９】
次に、内部電極２０の先端部２１に設けられた液体性状検知部３０は、本実施の形態では尿素水溶液の温度および含有される尿素の濃度の検出を行う液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０と、セラミックヒータ１１０を支持すると共に、内部電極２０の先端部２１に装着される絶縁性樹脂製のホルダ１２０と、ホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０の周囲を覆って保護するプロテクタ１３０とを備えて構成される。
【００４０】
図２に示すように、セラミックヒータ１１０は、絶縁性セラミックからなる板状のセラミック基体１１１上にＰｔを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となるセラミック基体（図示せず）で挟みヒータパターン１１５を埋設した状態に形成したものである。発熱抵抗体１１４を構成するパターンの断面積を、電圧印加のための両極となるリード部１１２，１１３のパターンよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体１１４において発熱が行われるようにしている。また、リード部１１２，１１３の両端には、それぞれセラミック基体１１１の表面に設けられた電極パッドに導通するビア導体（図示外）がつながっており、２本のリード線９０との接続を中継する２つのコネクタ１１９（図１では共に一方のみを表示している。）のそれぞれと電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ１１０が、本発明における「液体性状検出素子」に相当する。
【００４１】
次に、図１に示すように、セラミックヒータ１１０を支持するホルダ１２０は、外径が段違い状２段に構成された円筒形状を有し、小径となる先端側にて、発熱抵抗体１１４の埋設された側（図２参照）を露出した状態のセラミックヒータ１１０を、接着剤からなる固定部材１２５，１２６で固定している。そして大径側となる後端側が内部電極２０の先端部２１に装着されており、その内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１４０が介在され、内部電極２０の内部の水密性および気密性が確保されている。
【００４２】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０のコネクタ１１９にはケーブル９１の２本のリード線９０の芯線がそれぞれ加締めまたは半田付けにより接合される。さらに絶縁性の保護部材９５により、コネクタ１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われ保護される。そして、２つのリード線９０は筒形状の内部電極２０内を挿通され、上記回路基板６０に接続されている。
【００４３】
次に、プロテクタ１３０は、有底円筒形状に形成された金属製の保護部材である。開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。また、プロテクタ１３０の外周上には液体流通孔（図示外）が開口されており、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液の交換が行われる。
【００４４】
そして、このような構成の液体性状検知部３０は、内部電極２０の先端部２１にホルダ１２０を介し装着され、さらにゴムブッシュ８０によって、外筒電極１０内で弾性的に支持される。ゴムブッシュ８０は円筒形状を有し、その外周面上に形成された突起部８７が、外筒電極１０の開口部１６に係合されて固定される。また、ゴムブッシュ８０の外周面と内周面とのそれぞれには、軸線Ｏ方向に沿った複数の溝（図示外）が溝設されている。液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８に取り付けられた際に、この溝を介し、ゴムブッシュ８０の先端側に流入する尿素水溶液と、後端側に流入する尿素水溶液との液交換や気泡抜きが行われる。
【００４５】
次に、図３を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図３は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、液体状態検知センサ１００は液体収容容器としての尿素水タンク９８に取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体１１４が埋設されたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水タンク９８に収容された状態検知対象の液体としての尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵとの通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
【００４７】
マイクロコンピュータ２２０は公知の構成からなるＣＰＵ２２１，ＲＯＭ２２２，ＲＡＭ２２３を備える。ＣＰＵ２２１は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２２２には図示外の各種記憶エリアが設けられ、後述する性状検知プログラムや後述する（１）〜（５）の式、各種変数の初期値、閾値等が所定の記憶エリアに記憶されている。同様に、ＲＡＭ２２３にも各種記憶エリアが設けられており、性状検知プログラムの実行時には、プログラムの一部や、各種変数、タイマーカウント値などが一時的に所定の記憶エリアに記憶される。
【００４８】
入出力回路部２９０は、液体状態検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
【００４９】
次に、液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０、定電流出力部２４０、スイッチ２６０から構成される。
【００５０】
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の制御に従ってスイッチの開閉を行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００５１】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度を検知する原理について説明する。まず、図４を参照し、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。図４は、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【００５２】
液体状態検知センサ１００（図１参照）は、尿素水溶液を収容した尿素水タンク９８（図３参照）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク９８内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンク９８に組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その径の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、尿素水溶液で満たされていない部分においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離（距離Ｙで示す）と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離（距離Ｚで示す）との合計の距離（距離Ｘで示す）となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離Ｚとなる。
【００５４】
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＹで空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成の静電容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
【００５５】
ここで距離Ｚと比べ距離Ｙは大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
【００５６】
このような尿素水溶液のレベルの測定は、レベル検知回路部２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。
【００５７】
次に、図５〜図７を参照し、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。図５は、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を例に、発熱抵抗体への定電流の通電を開始してから時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度上昇に伴い、その抵抗値に対応した電圧値が上昇する様子を示すグラフである。図６は、発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度とが比例関係にあり、且つ、温度依存性があることを示すグラフである。図７は、発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度との関係を、尿素水溶液の温度により補正したところ、補正された濃度（換算濃度）と尿素濃度とがほぼ一致することを示すグラフである。
【００５８】
通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体自身の温度は、自身の周囲に存在する液体の温度とほぼ同一である。このことは、図５のグラフに示される。発熱抵抗体へ定電流を流し始めた後（ただし、通電開始後、電流値が安定となるまで約１０ｍｓｅｃを要する。）より、時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度が連続的に上昇していくことが示される。
【００５９】
このことから、発熱抵抗体への通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の抵抗値に対応した電圧値と、周囲に存在する尿素水溶液の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液の温度を測定することが可能である。以下に、発熱抵抗体への通電後の抵抗値と、その周囲に存在する尿素水溶液の温度との関係を表す式を示す。
ＲＴ＝Ｒ０（１＋α０Ｔ）・・・（１）
なお、ＲＴは、Ｔ℃における発熱抵抗体の抵抗値を示すが、発熱抵抗体への通電を開始した際において、発熱抵抗体の周囲の液体の温度もＴ℃である。また、Ｒ０は、０℃における発熱抵抗体の抵抗値（Ω）を示す。α０は、０℃基準の温度係数を示すが、発熱抵抗体を構成する材料によって決まるものである。従って、（１）の式から、発熱抵抗体の抵抗値が周囲の温度に比例することがわかる。
【００６０】
また、オームの法則より、
ＲＴ＝ＶＴ／Ｉ・・・（２）
で示されるが、発熱抵抗体には定電流が流されるため、電流値Ｉ（Ａ）は一定である。すなわち、発熱抵抗体の電圧値ＶＴ（本実施の形態では、差動増幅回路部２３０より出力される電圧値（Ｖ））は、（２）の式から抵抗値ＲＴ（Ω）に比例し、（１）の式から周囲の温度に比例することがわかる。
【００６１】
次に、発熱抵抗体への通電が継続された場合、発熱抵抗体自身の温度は周囲に存在する液体に奪われるが、それら液体の熱伝導率によって発熱抵抗体の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する液体の熱伝導率に応じて発熱抵抗体の温度上昇率は異なってくる。また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体を液体に浸漬させ、その液体を一定時間加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば周囲の液体の熱伝導率の違いを見いだすことができ、液体の濃度を得ることができる。
【００６２】
このことは、図６のグラフに示される。例えば、温度２５℃の尿素水溶液に浸漬した発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化は１２２０ｍＶとなり、１６．２５ｗｔ％，３２．５ｗｔ％のときにはそれぞれ１２６２ｍＶ，１２９８ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が高くなるに従って熱伝導率が低くなり、発熱抵抗体は熱が奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなり、その結果、発熱抵抗体の抵抗値変化が大きくなって、その抵抗値変化に対応した電圧値変化（図中ΔＶで示す。）が大きくなることが示される。
【００６３】
このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、図６に示されるような比例関係があることがわかる。以下に、発熱抵抗体の周囲の尿素水溶液の尿素濃度と、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）との関係を表す式を示す。
ΔＶ＝ａＴＣ＋ｂＴ・・・（３）
なお、ΔＶは発熱抵抗体の通電開始後の抵抗値に対応した電圧値と、通電後一定の検出時間（例えば７００ｍｓｅｃ）経過した後の抵抗値に対応した電圧値との差分値（ｍＶ）を示す。また、Ｃは尿素水溶液中の尿素濃度（ｗｔ％）を示す。ａＴは、尿素水溶液の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の傾きを示し、ｂＴは、尿素水溶液の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示す。
【００６４】
一方、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、電圧値変化）が異なる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。
【００６５】
このことは、上記同様、図６のグラフに示される。例えば、発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）は１２９８ｍＶとなるのに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液に対して発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、電圧値変化は１４４０ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液の温度が低いほど発熱抵抗体の抵抗値変化が小さくなって、抵抗値変化に対応した電圧値変化が小さくなることが示される。
【００６６】
このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液の温度に対する依存性があることがわかる。従って、（３）の式に、（１），（２）の式から求まる尿素水溶液の温度によって補正（キャリブレーション）を行うことで、正確な尿素濃度の算出を行うことができる。以下に、尿素水溶液の温度により補正を行うための式を示す。
ａＴ＝ａ２５＋ｘ（Ｔ−２５）・・・（４）
ｂＴ＝ｂ２５＋ｙ（Ｔ−２５）・・・（５）
なお、ａ２５は、尿素水溶液の温度が２５℃の場合におけるΔＶ−Ｃ直線の傾きを示し、ｘはその直線の傾きの温度補正係数である。同様に、ｂ２５は、尿素水溶液の温度が２５℃の場合におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示し、ｙはその直線の切片の温度補正係数である。
【００６７】
なお、上記（３），（４），（５）に示される式に相応した補正値を実験等によって求めたところ、ａ２５＝２．３，ｂ２５＝１．２２３，ｘ＝０．０１５，ｙ＝２．４５が得られた。これらの値を用いれば、補正により得られる尿素水溶液の濃度（換算濃度）と、実際の尿素濃度とが、ほぼ一致することが図７に示された。
【００６８】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、このような原理に基づいて、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度の検知が行われる。特に、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知は、マイクロコンピュータ２２０のＲＯＭ２２２に記憶された性状検知プログラムを実行することによって行われる。以下、図３，図８，図９を参照して、性状検知プログラムについて説明する。図８は、性状検知プログラムのフローチャートである。図９は、空焚きおよび異種液体を判別するための閾値Ｑ，Ｒを説明するためのグラフである。なお、図８におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。
【００６９】
ＥＣＵからの指示に基づき尿素水溶液の状態検知が行われる際には、ＲＯＭ２２２に記憶された性状検知プログラムがＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに読みこまれ、実行される。図８に示すように、マイクロコンピュータ２２０（図３参照）からスイッチ２６０に制御信号が送信されると、スイッチが閉じられ、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電が開始される（Ｓ１）。そして、別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電開始から１０ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２：ＮＯ）。前述したように、発熱抵抗体への通電開始後、電流値が安定となる時間である初期通電時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ３における電圧値の測定が行われることはない。
【００７０】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、差動増幅回路部２３０により発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定され、その検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３）。なお、Ｓ３で差動増幅回路部２３０により測定された通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第１対応値取得手段」に相当する。
【００７１】
マイクロコンピュータ２２０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値をＶＴとし、（１），（２）の式に基づく計算が行われ、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが求められる。算出された温度Ｔは温度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ６）。なお、Ｓ６で尿素水溶液の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「温度情報取得手段」に相当する。
【００７２】
一方、算出された尿素水溶液の温度Ｔが、予めＲＯＭ２２２に記憶された尿素水溶液の凍結温度（−１１℃）と比較され（Ｓ７）、凍結温度以下であった場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、液体が凍結していると判断してスイッチ２６０に制御信号が送信されて、スイッチが開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ８）。そして別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電停止後１ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ９：ＮＯ）。この待機時間は、約１０ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。１ｓｅｃが経過すればＳ１に戻り、周囲の尿素水溶液の温度と等しくなった発熱抵抗体１１４の温度検知が再び開始される。（Ｓ９：ＹＥＳ）。なお、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下か否かを判断するＣＰＵ２２１が、本発明における「凍結判定手段」に相当し、Ｓ８で発熱抵抗体１１４への通電を停止するようにスイッチ２６０への制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電停止手段」に相当する。さらに、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下か否かを判断することで、Ｓ９，Ｓ２２における待機時間のいずれか一方の処理が行われるようにするＣＰＵ２２１が、本発明における「待機時間選択手段」に相当する。
【００７３】
発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下であるうちは、発熱抵抗体１１４の熱により一度解凍された尿素水溶液が再び凍結する虞があり、そのときの凍結膨張圧によりセラミックヒータ１１０が破損する虞があるため、Ｓ１〜Ｓ９の処理が繰り返され、尿素水溶液の温度Ｔの監視が行われる。そして、尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度より大きくなれば（Ｓ７：ＮＯ）、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４への通電が継続されたまま、７００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ１０：ＮＯ）。
【００７４】
発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ３と同様に、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１１）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２２０からスイッチ２６０の制御信号が出力され、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ１２）。なお、Ｓ１１で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第２対応値取得手段」に相当する。また、Ｓ１で定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ１０で７００ｍｓｅｃの待機を行った後、Ｓ１２で通電を停止するように、スイッチ２６０の制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電手段」に相当する。
【００７５】
そして、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ１１で得られた７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われる（Ｓ１３）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、尿素水溶液の尿素濃度の取りうる値に基づく電圧値変化の最大値（閾値Ｑ：図９参照）よりも小さければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にある正常差分値であるとして、Ｓ１８に進んで（３）〜（５）の式に基づく計算が行われ、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度Ｃが求められる。なお、この場合の差分値（正常差分値）ΔＶは、図９において、閾値Ｑより小さい、例えば大きさＥの値をとる。そして算出された尿素濃度は濃度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ１８）。なお、Ｓ１３で差分値ΔＶの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明の「差分値算出手段」に相当し、Ｓ１８で尿素水溶液の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「濃度取得手段」に相当する。
【００７６】
その後、タイマープログラムのカウント値の参照により、６０ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２２：ＮＯ）。この待機時間は、７００ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。６０ｓｅｃの経過後にはＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００７７】
一方、Ｓ１４において、算出された差分値ΔＶが上記閾値Ｑ以上であった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、発熱抵抗体１１４の周囲が空気である場合に取りうる電圧値変化の最小値（閾値Ｒ：図９参照）よりも大きければ（Ｓ１９：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断され、空焚きを報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２０）。なお、この場合、差分値ΔＶは、図９において、閾値Ｒより大きい、例えば大きさＧの値をとる。なお、Ｓ１４，Ｓ１９の判断処理により、異常が生じたと判断してＳ２０もしくはＳ２１の処理が行われるようにするＣＰＵ２２１が、本発明における「異常判断手段」に相当する。
【００７８】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１９：ＮＯ）、閾値Ｑ以上であることから発熱抵抗体１１４の周囲の液体が尿素水溶液ではない（例えば、軽油である。）と判断され、異種液体を報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２１）。なお、この場合、差分値ΔＶは、図９において、閾値Ｑ以上、且つ、閾値Ｒ以下の、例えば大きさＦの値をとる。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２２に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００７９】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施の形態の性状検知プログラムでは、尿素水溶液の温度（Ｓ６）を（１），（２）の式に基づいて算出し、尿素濃度（Ｓ１８）を（３）〜（５）の式に基づいて算出したが、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２２２の所定の記憶エリアに記憶させ、Ｓ６，Ｓ１８の処理で参照することによってそれぞれ求めてもよい。
【００８０】
また、Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ２２におけるそれぞれの待機時間は一例に過ぎず、実験等により最適な待機時間を求め設定してもよい。さらには、Ｓ６において検出された尿素水溶液の温度にあわせ、Ｓ９，Ｓ２２の待機時間がそれぞれ設定されるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、Ｓ８の処理が行われるとＳ９の処理に移行したが、Ｓ９の処理を割愛し、Ｓ８の処理終了後Ｓ２２の処理に移行するようにしてもよい。さらに、Ｓ７では、尿素水溶液の温度を算出後に尿素水溶液の凍結温度との比較を行ったが、通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の発熱抵抗体１１４の電圧値を、予め実験等により求めた凍結温度（−１１℃）に対応する発熱抵抗体１１４の電圧値と比較するようにしてもよい。
【００８１】
また、回路基板６０は、レベル検知部７０および液体性状検知部３０からの出力を中継する回路基板として設け、マイクロコンピュータ２２０等を搭載した外部回路と接続し、その外部回路の制御によって、レベル検知および温度・濃度検知が行われるようにしてもよい。
【００８２】
さらに、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設け、尿素水溶液の液面レベルも検知するようにしたが、外筒電極１０および内部電極２０を設けなくともよい。また、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検知回路部２８０に定電流出力部２４０を設け、発熱抵抗体１１４に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の抵抗値に対応した電圧値を取得するようにした。しかし、例えば、液体性状検知回路部２８０に定電圧出力部を設け、発熱抵抗体１１４に定電圧をかけて、発熱抵抗体１１４に流れる電流に対応した電流値を出力して、尿素水溶液の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００８３】
ところで、尿素水溶液が車両の振動等の影響によって激しく揺動したりすることがあると、測定される発熱抵抗体１１４の検出電圧値が一時的に高い値になったり、低い値になったりすることがある。このような場合、得られる温度情報や濃度情報が一時的に異常値を示すことがあるが、例えば、複数回分の電圧の測定値を記憶し、それらの平均値に基づき温度情報や濃度情報を取得すれば、より精度の高い温度情報や濃度情報を得ることが可能である。以下、図１０を参照し、温度情報や濃度情報の精度をさらに高めることのできる性状検知プログラムの変形例について説明する。また、図１０に示す変形形態としての性状検知プログラムは、上述した実施の形態の第１の性状検知プログラム（図８に示した性状検知プログラム）のように、液体が凍結しているか否かの判断処理が異なるものであり、後述するように二段階の判定を経て液体の凍結の有無を判定するものである。
【００８４】
図１０に示す第２の性状検知プログラムでは、本実施の形態の性状検知プログラムのＳ３とＳ６の間にＳ４，Ｓ５を、Ｓ１４とＳ１８の間にＳ１５〜Ｓ１７を追加した形態のものである。また、この第２の性状検知プログラムでは、上述したＳ７の処理に置き換わり、Ｓ３１〜Ｓ３５の処理が実行されるように構成されている。その他のステップについては本実施の形態と同様であり、同一のステップ番号で示し、説明については省略もしくは簡略化する。
【００８５】
なお、第２の性状検知プログラムでは、Ｓ３において測定される通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧の値と、Ｓ１３において算出される差分値ΔＶの値とが、公知のメモリ管理法により、それぞれ新しいものから５つ、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される。また、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアには、Ｓ３およびＳ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタがそれぞれ記憶されている。これら第２の性状検知プログラムの実行に使用するためＲＡＭ２２３に記憶される各種変数やカウンタ等の値は、第２の性状検知プログラムの実行時に初期値（例えば０）に設定される。
【００８６】
図１０に示すように、第２の性状検知プログラムでは、発熱抵抗体１１４への通電が開始され１０ｍｓｅｃが経過すると、発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定されマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１〜Ｓ３）。このとき、その検出電圧の値がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されると共に、Ｓ３の処理の実行回数（すなわち、電圧値のサンプリング回数）をカウントするカウンタの値が１増加される。
【００８７】
次のＳ４の処理では、Ｓ３の処理の実行回数カウンタの値が参照され、第２の性状検知プログラムの実行開始後、Ｓ３における検出電圧の測定が５回以上行われたか否か確認される（Ｓ４）。電圧値のサンプリングが５回未満であれば（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ６に進み、測定された電圧値をそのまま用いて本実施の形態と同様の温度換算が行われる。
【００８８】
一方、５周目以降のＳ３の処理では、Ｓ３の処理の実行回数をカウントするカウンタの値も５以上となっている。このため、５周目以降のＳ４の処理では、サンプリングが５回以上行われたと判断されて（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｓ５に進む。なお、上記したように測定された検出電圧の値は最新の５つの電圧値までＲＡＭ２２３に記憶されるため、第２の性状検知プログラムの６周目以降のＳ３の処理では、最も古い電圧値が上書きされることとなる。
【００８９】
Ｓ５では、繰り返し実行されたＳ３の処理によりＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶された最新５つの電圧値から、最大値と最小値を除く３つの電圧値の平均値を算出する処理が行われる（Ｓ５）。そして算出された電圧値の平均値を用い、次のＳ６において、尿素水溶液の温度Ｔの算出が行われる。
【００９０】
Ｓ６の処理を終えるとＳ３１に進み、Ｓ６にて算出された尿素水溶液の温度Ｔが、予めＲＯＭ２２２に記憶された温度しきい値（ここでは０℃に設定）と比較され、温度しきい値以下であった場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、尿素水溶液が寒冷の雰囲気に晒されていると判断してＳ３２に進む。また、Ｓ３１にて、尿素水溶液の温度Ｔが温度しきい値以上であった場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、尿素水溶液は凍結していないと判断してＳ１０に進む。
【００９１】
次いで、Ｓ３１にて肯定判定されてＳ３２に進むと、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４の通電が継続されたまま、３００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ３２：ＮＯ）。そして、発熱抵抗体１１４への通電開始後３００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、上述したＳ３と同様に差動増幅回路部２３０（図３参照）により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３３）。なお、Ｓ３３で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後３００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第３対応値」に相当し、その電圧を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第３対応値取得手段」に相当する。
【００９２】
次いでＳ３４に進み、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ３３で得られた、通電開始から３００ｍｓｅｃ経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した中間差分値ΔＶ１の計算が行われる。そして、Ｓ３５に進み、Ｓ３４にて算出された中間差分値ΔＶ１が、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいか否かが判定される。中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいと判断された場合には（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ１０に進む。また、中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨ以下と判定された場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、尿素水溶液が凍結していると判断してスイッチ２６０に制御信号が送信されて、スイッチが開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ８）。Ｓ８の処理を終えるとＳ９に進み、１ｓｅｃが経過すればＳ１に戻り（Ｓ９：ＹＥＳ）、発熱抵抗体１１４の温度検知が再び開始される。
【００９３】
一方、Ｓ３１で否定判定されるか（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３５で肯定判定されると（Ｓ３５：ＹＥＳ）、上述した実施の形態と同様のＳ１０〜Ｓ１２の処理が実行され、Ｓ１３に進む。そしてＳ１３の処理では、Ｓ３で得られた電圧値（ＲＡＭ２２３に記憶されている最新の電圧値）をＳ１１で得られた電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われるが、次のＳ１４の処理で、差分値ΔＶの値が閾値Ｑより小さかった場合において（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶され、Ｓ１５の処理の実行回数（すなわちサンプリングに基づき算出された差分値ΔＶが正常差分値であった回数）をカウントするカウンタの値が１増加される（Ｓ１５）。
【００９４】
次に、Ｓ１６の処理では、Ｓ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタの値が参照される。そして差分値ΔＶが正常と判断され正常差分値としてＲＡＭ２２３に記憶された回数が５回未満、すなわち、Ｓ１５の処理が５回以上実行されていない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１８に進み、算出された差分値ΔＶの値をそのまま用いて本実施の形態と同様の濃度換算が行われる。
【００９５】
一方、Ｓ１５の処理の実行回数が５回目以降では、Ｓ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタの値が５以上となっている。このため、Ｓ１６の処理において、差分値ΔＶのサンプリング（ただし正常な値をとる場合のみ）が５回以上行われたと判断されて（Ｓ１６：ＹＥＳ）、Ｓ１７に進む。なお、この第２の性状検知プログラムの実行が継続され、６回目以降のＳ１５の処理が行われた場合には、上記同様、最も古い差分値ΔＶが上書きされ、ＲＡＭ２２３の記憶エリアには常に最新の５つの差分値ΔＶが記憶されることとなる。
【００９６】
Ｓ１７ではＳ６と同様に、繰り返し実行されたＳ１３の処理によりＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶された最新５つの差分値ΔＶから、最大値と最小値を除く３つの差分値ΔＶの平均値を算出する処理が行われる（Ｓ１７）。そして算出された差分値ΔＶの平均値を用い、次のＳ１８において、濃度換算が行われる。
【００９７】
第２の性状検知プログラムのその他の処理については、上記した実施の形態の性状検知プログラムと同様である。このようにして、尿素水溶液の温度と濃度の検出を、最新の５つの検出結果のうち３つの検出結果の平均に基づいて行うことで、精度の高い温度情報や濃度情報を得ることができる。もっとも、上記サンプリングを行う回数は５回に限定するものではない。また、検出結果（検出電圧の値や差分値ΔＶ）の最大値、最小値を除く処理を省いてもよい。
【００９８】
このように、第２の性状検知プログラムでは、尿素水溶液の温度Ｔと温度しきい値との比較処理（Ｓ３１）、および、発熱抵抗体１１４への通電過程で取得する中間差分値ΔＶ１と凍結判定しきい値ＴＨとの比較処理（Ｓ３５）といった二段階のステップを踏んで、尿素水溶液の凍結の有無を判定している。そのため、尿素水溶液の尿素濃度が変化した（薄まった）場合にも、この性状検知プログラムの適用により精度良く液体の凍結の有無を判定することができる。なお、この変形形態の液体状態検知センサにおいて、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが温度しきい値以下か否かを判定し、且つ、Ｓ３１で温度Ｔが温度しきい値以下である場合に、Ｓ３５で中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値と所定の大小関係を満たすか否か（ここでは、中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいか否か）を判定するＣＰＵ２２１が、本発明の請求項４における「凍結判定手段」に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
液体の温度検知と濃度検知とを一つのセンサで行うことができる液体状態検知センサに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。
【図３】液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を例に、発熱抵抗体への定電流の通電を開始してから時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度上昇に伴い、その抵抗値に対応した電圧値が上昇する様子を示すグラフである。
【図６】発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度とが比例関係にあり、且つ、温度依存性があることを示すグラフである。
【図７】発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度との関係を、尿素水溶液の温度により補正したところ、補正された濃度（換算濃度）と尿素濃度とがほぼ一致することを示すグラフである。
【図８】実施形態としての性状検知プログラムのフローチャートである。
【図９】空焚きおよび異種液体を判別するための閾値Ｑ，Ｒを説明するためのグラフである。
【図１０】変形形態としての第２の性状検知プログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
９８ 尿素水タンク
１００ 液体状態検知センサ
１１０ セラミックヒータ
１１４ 発熱抵抗体
２２０ マイクロコンピュータ
２２１ ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体収容容器内に収容される液体の温度および当該液体に含まれる特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化装置にＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いる場合があるが、その還元剤として尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるとよいことが知られている。しかし、自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、過酷な環境条件下で保管され、また経時変化などにより、その尿素濃度に変化を生ずる場合がある。また、尿素水タンクに誤って異種水溶液（例えば軽油）あるいは水が混入される可能性もある。こうしたことから、尿素水溶液の尿素濃度を管理できるように、尿素濃度を検知するための濃度センサが尿素水タンクに取り付けられ、濃度検知が行われている。
【０００３】
ところで、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度により熱伝導率に差異が生ずることから、通電により発熱させた発熱体の温度を感温体により測定し、その際の発熱体から感温体への熱伝導に液体による影響を与えれば、測定される発熱体の温度に、液体の濃度に応じた差異を生じさせることができる。そこで、発熱体に所定時間の通電を行い、その通電の前後に感温体で温度測定を行って発熱体の温度変化を求めれば、尿素濃度と発熱体の温度変化との相関関係から尿素水溶液に含まれる尿素の濃度の検知を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。なお、尿素濃度と発熱体の温度変化との相関関係には液体の温度に対する依存性があることから、特許文献１では、上記感温体とは別体に設けた他の感温体を用いて尿素水溶液の温度測定を行い、その温度ごとの濃度と温度変化との相関関係に基づいて、尿素濃度の検知を行っている。また、特許文献１には、上記した他の感温体からの出力情報に基づき、尿素水溶液が凍結する温度まで低下していると検知された場合に警告を発することが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−８４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、発熱体に付随する感温体とは別体に他の感温体を設けて濃度識別センサー部を構成することで濃度センサが大きくなってしまったり、濃度検知を行うための回路構成が複雑になってしまったりするという問題があった。
【０００５】
また、寒冷地などでは尿素水タンクに収容された尿素水溶液が凍結することがあり、このような場合、触媒に対して尿素水溶液を噴射することができないため、尿素水溶液の解凍を待つ必要がある。一方、特許文献１では、上述したように、発熱体に付随する感温体とは別に設けた他の感温体を用いて尿素水溶液の凍結を知らせることが記載されているが、凍結時における発熱体への処理については言及されていない。しかし、尿素水溶液の凍結時に、発熱体に所定時間の通電を行って尿素濃度を検知する処理が繰り返し実行されると、濃度識別センサー部が破損してしまう虞がある。より詳細には、尿素水溶液の凍結時に発熱体に所定時間の通電を行うと、その発熱に伴い濃度識別センサー部周りにある一部の尿素水溶液が解凍されるが、解凍したその一部の尿素水溶液は、大部分の尿素水溶液が依然として凍結した状態であれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって濃度識別センサー部が破損してしまうことがある。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、液体の温度検知と濃度検知とを発熱抵抗体を有する一つの素子で行え、また、液体凍結時におけるその素子の破損を防止することができる液体状態検知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及び効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、前記差分値と前記温度情報とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段とを備えている。
【０００８】
本発明の液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が発熱抵抗体を有するが、発熱抵抗体は、自身の温度上昇に伴って抵抗値が変化する性質を有する。ここで、発熱抵抗体への通電前において、発熱抵抗体自身の温度は周囲の液体の温度とほぼ同一である。すなわち、発熱抵抗体への通電開始後間もない発熱抵抗体の抵抗値は、自身の発熱による影響がまだ少なく、周囲の液体の温度と相関関係にある。そこで、本発明では、発熱抵抗体への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している。
【０００９】
また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることから、発熱抵抗体を用いてその周囲の液体を一定時間加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇率が異なることになる。そこで、本発明では、発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行い、発熱抵抗体の通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値と、発熱抵抗体への検出時間経過後の第２抵抗値に対応した第２対応値との差分値に基づき、発熱抵抗体の温度上昇の度合いを捉え、液体に含まれる特定成分の濃度を検知するようにしている。
【００１０】
ところで、液体に含まれる特定成分の濃度が同一であっても、液体の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、上述した第２対応値と第１対応値との差分値の変化の度合い）が異なることになる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、液体の温度に対する依存性がある。そこで、本発明では、上記のように液体に含まれる特定成分の濃度を検知するにあたり、発熱抵抗体への通電開始後に取得した第１対応値をもとに求めた液体の温度情報を用いて、第２対応値と第１対応値との差分値を補正して濃度検知を行っている。このような構成とすることで、液体の温度に依存することなく、正確に液体に含まれる特定成分の濃度を検出することができる。なお、液体の温度情報を用いて差分値を補正するにあたっては、例えば、所定の濃度の参照液体に関する温度に対する差分値の相関関係を予め確認しておき、この相関関係をもとに作成したテーブル（マップ）や算出式を濃度取得手段に記憶させておくことで実行させることができる。
【００１１】
さらに、本発明では、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体を有する一つの液体性状検出素子（所謂、直熱形の液体性状検出素子）を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行うようにしている。これにより、液体状態検知センサの小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、前記差分値に基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、前記検出時間内に、前記温度情報取得手段によって得られた前記温度情報に基づき、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記通電手段による前記発熱抵抗体への通電を停止する通電停止手段とを備えている。
【００１３】
この請求項２に係る発明の液体状態検知センサにおいても、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体を有する一つの液体性状検出素子（所謂、直熱形の液体性状検出素子）を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行う構成を採用している。ただし、本発明では、このような構成を有する液体性状検出素子で温度検知と濃度検知とを行うが故に、液体が凍結しているか否かを検知するには発熱抵抗体に対して通電を行い、液体の温度情報を取得する必要がある。そして、液体の温度検知に続いて、発熱抵抗体への通電を所定の検出時間行って濃度検知を実行することになるが、液体が凍結していると、発熱抵抗体の発熱により液体のうち液体性状検出素子の周りに存在する一部の液体が部分的な解凍を生じる。しかし、解凍したその一部の液体は、大部分の液体が依然として凍結していれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって液体性状検出素子の破損を招きかねない。
【００１４】
そこで、本発明では、まず、所定の検出時間の通電が発熱抵抗体に実行される前に、発熱抵抗体への通電開始後に温度情報取得手段によって取得された温度情報に基づいて液体が凍結しているか否かを判定するようにしている。そして、液体が凍結していると判定された場合に、その後の通電手段による発熱抵抗体への通電を強制的に停止するようにしている。このようにすることで、液体が凍結した場合であっても、液体性状検出素子が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を回避することができ、信頼性の高い液体状態検知センサとすることができる。
【００１５】
なお、本発明における第１対応値としては、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を挙げることができる。また、本発明の第２対応値についても、発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した値であればよい。ただし、本発明では、第２対応値と第１対応値との差分値を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合には、第２対応値は同様に電圧値とする必要がある。また、後述するように第３対応値を取得する際にも、第１対応値との差分値を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合と同様に電圧値とする必要がある。
【００１６】
さらに、本発明において、第１対応値取得手段にて第１対応値を取得するタイミングとしては、発熱抵抗体への通電開始後、発熱抵抗体自身の温度が周囲の液体の温度とほぼ同一である期間内に取得すればよく、具体的には、発熱抵抗体への通電開始後１００ｍｓｅｃ以内に第１対応値を取得すればよい。なお、発熱抵抗体への通電の開始時においては、発熱抵抗体に通電される電流が安定し難い傾向があるため、発熱抵抗体への通電開始後、２ｍｓｅｃを経過し１００ｍｓｅｃ以内（より望ましくは５０ｍｓｅｃ以内）に、第１対応値を取得することが好ましい。
【００１７】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記凍結判定手段は、前記温度情報が前記液体の凍結温度以下であった場合に、前記液体が凍結していると判定するように構成されているとよい。
【００１８】
本発明の液体状態検知センサでは、温度情報取得手段により得られた温度情報が液体の凍結温度以下になったか否かを判定して、液体の凍結の有無を判定するようにしている。これにより、液体の凍結の有無を速やかに判定することができ、液体が凍結していると判定された場合に発熱抵抗体への通電を速やかに停止することが可能となる。その結果、液体が凍結した場合であっても、液体性状検出素子が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を効果的に回避することができる。
【００１９】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記検出時間内で且つ前記第１対応値取得後に前記発熱抵抗体の第３抵抗値に対応した第３対応値を取得する第３対応値取得手段を備え、前記凍結判定手段は、前記温度情報が予め設定した温度しきい値以下となり、且つ、前記第３対応値と前記第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とが所定の大小関係を満たした場合に、前記液体が凍結していると判定するように構成されているとよい。
【００２０】
ところで、液体は特定成分の濃度が変化すると、それに応じて液体の凍結温度も変化することがある。例えば、液体が尿素水溶液である場合、尿素の濃度が薄くなるに従い、凍結温度は高くなる。そのため、液体が凍結したか否かを判定するにあたり、液体の温度情報と予め設定された凍結温度とを比較するだけでは、液体に含まれる特定成分の濃度が経時的に変化した場合に精度良く液体の凍結を検知できない虞がある。
【００２１】
そこで、本発明の液体状態検知センサでは、温度情報取得手段により得られた温度情報と予め設定した温度しきい値とを比較しつつ、第３対応値と第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とを比較するようにしている。そして、温度情報が温度しきい値以下となり、且つ、中間差分値が凍結判定しきい値と所定の大小関係を満たした場合に、液体が凍結していると判定するようにしている。なお、ここでいう「所定の大小関係」としては、［１］中間差分値＜凍結判定しきい値、［２］中間差分値≦凍結判定しきい値を例示できる。このように、温度情報と温度しきい値との比較および中間差分値と凍結判定しきい値との比較といった二段階での凍結の有無を判定するようにすれば、液体に含まれる特定成分の濃度が変化した場合にも、精度良く液体の凍結の有無を判定することができる。
【００２２】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記通電手段は、前記発熱抵抗体への通電が停止されてから待機時間経過後に、再度、前記発熱抵抗体への通電を開始するように構成されており、前記待機時間として、前記通電手段により前記検出時間の通電が行われた場合には第１待機時間を選択し、前記通電停止手段によって前記発熱抵抗体への通電が停止された場合には前記第１待機時間より短い第２待機時間を選択する待機時間選択手段を備えるとよい。
【００２３】
本発明の液体状態検知センサでは、待機時間を設けて発熱抵抗体の温度が周囲の液体の温度とほぼ等しくなるまで待機させることで、正確な液体の温度検知と特定成分の濃度検知を繰り返し行うことができる。ここで、液体が凍結していると判定された場合には、上記のように発熱抵抗体への強制的な通電停止が行われるが、発熱抵抗体への検出時間の通電がほとんど行われないため、発熱抵抗体はあまり加熱されずに周囲の液体とほぼ等しい温度に曝される。そこで、本発明では、液体が凍結していると判定されて発熱抵抗体への通電停止が行われた場合には、次に発熱抵抗体に通電が行われるまでの待機時間を短くしている。これにより、液体温度の再検知を迅速に繰り返すことができ、液体が解凍したことを迅速に判断することができ、液体解凍後、速やかに濃度検知を行うことができる。
【００２４】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記差分値算出手段にて得られた前記差分値を用い、前記液体収容容器内の異常の有無を判断する異常判断手段を備え、前記濃度取得手段は、前記差分値のうちで前記異常判断手段にて異常なしと判断された場合にのみ、前記濃度取得手段により、前記液体に含まれる特定成分の濃度を求めるように構成するとよい。
【００２５】
このように、液体に含まれる特定成分の濃度検知を行う際に取得される差分値が正常な範囲から逸脱していた場合に異常が生じたと判断することで、例えば、液体収容容器内に収容された液体が軽油等の異種液体であるとか、液体収容容器内が空であるなどの異常が発生したことを報知したり、液体を利用する装置の作動に制限を生じさせたりすることができる。また、正常な範囲の差分値に基づいて液体に含まれる特定成分の濃度を求めることから、濃度の検知精度を高めることができる。
【００２６】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記通電手段は、前記発熱抵抗体に定電流を通電するように構成されており、前記第１対応値取得手段は、電圧値である第１対応値を取得し、前記第２対応値取得手段は、電圧値である第２対応値を取得するとよい。
【００２７】
このように、通電手段が発熱抵抗体に定電流を通電するように構成し、第１対応値取得手段が電圧値である第１対応値を取得し、第２対応値取得手段が電圧値である第２対応値を取得するように構成することで、回路構成を単純化しつつ精度のよい差分値を取得することができ、液体状態検知センサを安価に提供することができる。
【００２８】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、セラミック基体中に前記発熱抵抗体が埋設されたセラミックヒータであるとよい。液体性状検出素子をセラミックヒータにて構成することにより、耐久性、耐腐食性に優れ、液体の温度と液体に含まれる特定成分の濃度との検知を長期間にわたって安定して行うことができる。
【００２９】
また、上記の液体状態検知センサであって、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分を尿素とすることができる。これにより、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を具体化した液体状態検知センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としての液体状態検知センサ１００の構造について説明する。図１は、液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。なお、液体状態検知センサ１００においてレベル検知部７０（外筒電極１０および内部電極２０から構成されるコンデンサ）の長手方向を軸線Ｏ方向とし、液体性状検知部３０が設けられる側を先端側、取付部４０が設けられる側を後端側とする。
【００３１】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００は、ディーゼル自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元に使用される尿素水溶液の状態、つまりは尿素水溶液のレベル（液位）、温度、およびその溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知するためのセンサである。図１に示すように、液体状態検知センサ１００は、円筒形状を有する外筒電極１０、およびその外筒電極１０の内部にて外筒電極１０の軸線Ｏ方向に沿って設けられた円筒状の内部電極２０から構成されるレベル検知部７０と、内部電極２０の先端側に設けられた液体性状検知部３０と、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００３２】
外筒電極１０は金属材料からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を有する。外筒電極１０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上には、各母線に沿ってそれぞれ複数の細幅のスリット１５が断続的に開口されている。また、外筒電極１０の先端部１１において、上記スリット１５が形成された各母線上には、後述する内部電極２０との間に介在されるゴムブッシュ８０の抜け防止のための開口部１６がそれぞれ設けられている。さらに、外筒電極１０の後端側の基端部１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線とは異なる母線上には、１つの空気抜孔１９が形成されている。また、外筒電極１０の先端部１１は、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０の径方向周囲を、そのセラミックヒータ１１０を覆って保護するプロテクタ１３０ごと包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延長されている。そして最先端部（図中最下部）は開口されており、液体性状検知部３０を構成するプロテクタ１３０が開口側から視認可能な状態となっている。
【００３３】
次に、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の取付部４０の電極支持部４１の外周に係合した状態で溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８に液体状態検知センサ１００を固定するための台座として機能し、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示外）が鍔部４２に形成されている。また、取付部４０の鍔部４２を挟んで電極支持部４１の反対側には、後述する尿素水溶液のレベル、温度、尿素濃度などを検知するための回路や、図示外の外部回路（例えば自動車のエンジン制御装置（ＥＣＵ））との電気的な接続を行うための入出力回路等が搭載された回路基板６０などを収容する収容部４３が形成されている。なお、この取付部４０は、回路基板６０に対し、そのグランド電位をなす配線部（図示しない）と同電位となるように接続されているため、外筒電極１０は取付部４０を介して接地されている。
【００３４】
回路基板６０は、収容部４３の内壁面の四隅より突出する基板載置部（図示外）上に載置されている。収容部４３はカバー４５に覆われ保護されており、そのカバー４５は、鍔部４２に固定されている。また、カバー４５の側面にはコネクタ６２が固定されており、コネクタ６２の接続端子（図示外）と回路基板６０上のパターン（後述する入出力回路部２９０）とが配線ケーブル６１によって接続されている。このコネクタ６２を介し、回路基板６０とＥＣＵとの接続が行われる。
【００３５】
取付部４０の電極支持部４１には収容部４３内に貫通する孔４６が開口されており、この孔４６内に、内部電極２０の基端部２２が挿通されている。本実施の形態の内部電極２０は軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状をした金属材料からなる。この内部電極２０の外周面上には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などからなる絶縁性被膜２３が形成されている。絶縁性被膜２３は、このような樹脂をディッピングもしくは静電粉体塗装により内部電極２０の外表面上に塗布し、熱処理することにより、樹脂コーティング層の形態で形成される。この内部電極２０と外筒電極１０との間で、尿素水溶液のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサを形成してなるレベル検知部７０が構成されている。
【００３６】
内部電極２０の軸線Ｏ方向後端側の基端部２２には、内部電極２０を取付部４０に固定するためのパイプガイド５５とインナーケース５０が係合されている。パイプガイド５５は、内部電極２０の基端部２２の端縁寄りに接合された環状のガイド部材である。インナーケース５０は内部電極２０と外筒電極１０とが確実に絶縁されるように内部電極２０を位置決め支持する鍔付き筒状の樹脂製部材であり、先端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。インナーケース５０には径方向外側に向かって突出する鍔部５１が形成されており、インナーケース５０が電極支持部４１に係合される際には、収容部４３側から電極支持部４１の孔４６に挿通される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、インナーケース５０が孔４６内を通り抜けることが防止される。また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されるが、パイプガイド５５が鍔部５１に当接することで、インナーケース５０からの脱落が防止される。
【００３７】
さらに、インナーケース５０の外周と内周とには、それぞれ、Ｏリング５３とＯリング５４とが設けられている。Ｏリング５３は、インナーケース５０の外周と取付部４０の孔４６との間の隙間を密閉し、Ｏリング５４は、インナーケース５０の内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間を密閉している。これにより、液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けられた際に、尿素水タンク９８の内部と外部とが収容部４３を介して連通しないように、その水密性および気密性が保たれる。なお、取付部４０の鍔部４２の先端側の面には図示外の板状のシール部材が装着され、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８に取り付けた際に、鍔部４２と尿素水タンクとの間の水密性および気密性が保たれるようになっている。
【００３８】
そして、内部電極２０の取付部４０への組み付けの際には、２枚の押さえ板５６，５７によって、パイプガイド５５がインナーケース５０の鍔部５１に対して押圧される。絶縁性の押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に押さえ板５７を挟み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８によって収容部４３内に固定される。これにより、パイプガイド５５に接合された内部電極２０が電極支持部４１に固定されることとなる。押さえ板５６，５７には中央に孔５９が開口されており、内部電極２０の電極引出線５２と、後述するセラミックヒータ１１０との電気的な接続を行う２本のリード線９０（図１では一方のリード線９０のみを表示している。）を内包する２芯のケーブル９１とが挿通され、それぞれ回路基板６０上のパターンに電気的に接続されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示外）は取付部４０に接続されており、これにより、取付部４０に溶接された外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。
【００３９】
次に、内部電極２０の先端部２１に設けられた液体性状検知部３０は、本実施の形態では尿素水溶液の温度および含有される尿素の濃度の検出を行う液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０と、セラミックヒータ１１０を支持すると共に、内部電極２０の先端部２１に装着される絶縁性樹脂製のホルダ１２０と、ホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０の周囲を覆って保護するプロテクタ１３０とを備えて構成される。
【００４０】
図２に示すように、セラミックヒータ１１０は、絶縁性セラミックからなる板状のセラミック基体１１１上にＰｔを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となるセラミック基体（図示せず）で挟みヒータパターン１１５を埋設した状態に形成したものである。発熱抵抗体１１４を構成するパターンの断面積を、電圧印加のための両極となるリード部１１２，１１３のパターンよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体１１４において発熱が行われるようにしている。また、リード部１１２，１１３の両端には、それぞれセラミック基体１１１の表面に設けられた電極パッドに導通するビア導体（図示外）がつながっており、２本のリード線９０との接続を中継する２つのコネクタ１１９（図１では共に一方のみを表示している。）のそれぞれと電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ１１０が、本発明における「液体性状検出素子」に相当する。
【００４１】
次に、図１に示すように、セラミックヒータ１１０を支持するホルダ１２０は、外径が段違い状２段に構成された円筒形状を有し、小径となる先端側にて、発熱抵抗体１１４の埋設された側（図２参照）を露出した状態のセラミックヒータ１１０を、接着剤からなる固定部材１２５，１２６で固定している。そして大径側となる後端側が内部電極２０の先端部２１に装着されており、その内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１４０が介在され、内部電極２０の内部の水密性および気密性が確保されている。
【００４２】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０のコネクタ１１９にはケーブル９１の２本のリード線９０の芯線がそれぞれ加締めまたは半田付けにより接合される。さらに絶縁性の保護部材９５により、コネクタ１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われ保護される。そして、２つのリード線９０は筒形状の内部電極２０内を挿通され、上記回路基板６０に接続されている。
【００４３】
次に、プロテクタ１３０は、有底円筒形状に形成された金属製の保護部材である。開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。また、プロテクタ１３０の外周上には液体流通孔（図示外）が開口されており、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液の交換が行われる。
【００４４】
そして、このような構成の液体性状検知部３０は、内部電極２０の先端部２１にホルダ１２０を介し装着され、さらにゴムブッシュ８０によって、外筒電極１０内で弾性的に支持される。ゴムブッシュ８０は円筒形状を有し、その外周面上に形成された突起部８７が、外筒電極１０の開口部１６に係合されて固定される。また、ゴムブッシュ８０の外周面と内周面とのそれぞれには、軸線Ｏ方向に沿った複数の溝（図示外）が溝設されている。液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８に取り付けられた際に、この溝を介し、ゴムブッシュ８０の先端側に流入する尿素水溶液と、後端側に流入する尿素水溶液との液交換や気泡抜きが行われる。
【００４５】
次に、図３を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図３は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、液体状態検知センサ１００は液体収容容器としての尿素水タンク９８に取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体１１４が埋設されたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水タンク９８に収容された状態検知対象の液体としての尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵとの通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
【００４７】
マイクロコンピュータ２２０は公知の構成からなるＣＰＵ２２１，ＲＯＭ２２２，ＲＡＭ２２３を備える。ＣＰＵ２２１は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２２２には図示外の各種記憶エリアが設けられ、後述する性状検知プログラムや後述する（１）〜（５）の式、各種変数の初期値、閾値等が所定の記憶エリアに記憶されている。同様に、ＲＡＭ２２３にも各種記憶エリアが設けられており、性状検知プログラムの実行時には、プログラムの一部や、各種変数、タイマーカウント値などが一時的に所定の記憶エリアに記憶される。
【００４８】
入出力回路部２９０は、液体状態検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
【００４９】
次に、液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０、定電流出力部２４０、スイッチ２６０から構成される。
【００５０】
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の制御に従ってスイッチの開閉を行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００５１】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度を検知する原理について説明する。まず、図４を参照し、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。図４は、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【００５２】
液体状態検知センサ１００（図１参照）は、尿素水溶液を収容した尿素水タンク９８（図３参照）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク９８内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンク９８に組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その径の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、尿素水溶液で満たされていない部分においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離（距離Ｙで示す）と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離（距離Ｚで示す）との合計の距離（距離Ｘで示す）となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離Ｚとなる。
【００５４】
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＹで空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成の静電容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
【００５５】
ここで距離Ｚと比べ距離Ｙは大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
【００５６】
このような尿素水溶液のレベルの測定は、レベル検知回路部２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。
【００５７】
次に、図５〜図７を参照し、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。図５は、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を例に、発熱抵抗体への定電流の通電を開始してから時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度上昇に伴い、その抵抗値に対応した電圧値が上昇する様子を示すグラフである。図６は、発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度とが比例関係にあり、且つ、温度依存性があることを示すグラフである。図７は、発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度との関係を、尿素水溶液の温度により補正したところ、補正された濃度（換算濃度）と尿素濃度とがほぼ一致することを示すグラフである。
【００５８】
通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体自身の温度は、自身の周囲に存在する液体の温度とほぼ同一である。このことは、図５のグラフに示される。発熱抵抗体へ定電流を流し始めた後（ただし、通電開始後、電流値が安定となるまで約１０ｍｓｅｃを要する。）より、時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度が連続的に上昇していくことが示される。
【００５９】
このことから、発熱抵抗体への通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の抵抗値に対応した電圧値と、周囲に存在する尿素水溶液の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液の温度を測定することが可能である。以下に、発熱抵抗体への通電後の抵抗値と、その周囲に存在する尿素水溶液の温度との関係を表す式を示す。
ＲＴ＝Ｒ０（１＋α０Ｔ）・・・（１）
なお、ＲＴは、Ｔ℃における発熱抵抗体の抵抗値を示すが、発熱抵抗体への通電を開始した際において、発熱抵抗体の周囲の液体の温度もＴ℃である。また、Ｒ０は、０℃における発熱抵抗体の抵抗値（Ω）を示す。α０は、０℃基準の温度係数を示すが、発熱抵抗体を構成する材料によって決まるものである。従って、（１）の式から、発熱抵抗体の抵抗値が周囲の温度に比例することがわかる。
【００６０】
また、オームの法則より、
ＲＴ＝ＶＴ／Ｉ・・・（２）
で示されるが、発熱抵抗体には定電流が流されるため、電流値Ｉ（Ａ）は一定である。すなわち、発熱抵抗体の電圧値ＶＴ（本実施の形態では、差動増幅回路部２３０より出力される電圧値（Ｖ））は、（２）の式から抵抗値ＲＴ（Ω）に比例し、（１）の式から周囲の温度に比例することがわかる。
【００６１】
次に、発熱抵抗体への通電が継続された場合、発熱抵抗体自身の温度は周囲に存在する液体に奪われるが、それら液体の熱伝導率によって発熱抵抗体の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する液体の熱伝導率に応じて発熱抵抗体の温度上昇率は異なってくる。また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体を液体に浸漬させ、その液体を一定時間加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば周囲の液体の熱伝導率の違いを見いだすことができ、液体の濃度を得ることができる。
【００６２】
このことは、図６のグラフに示される。例えば、温度２５℃の尿素水溶液に浸漬した発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化は１２２０ｍＶとなり、１６．２５ｗｔ％，３２．５ｗｔ％のときにはそれぞれ１２６２ｍＶ，１２９８ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が高くなるに従って熱伝導率が低くなり、発熱抵抗体は熱が奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなり、その結果、発熱抵抗体の抵抗値変化が大きくなって、その抵抗値変化に対応した電圧値変化（図中ΔＶで示す。）が大きくなることが示される。
【００６３】
このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、図６に示されるような比例関係があることがわかる。以下に、発熱抵抗体の周囲の尿素水溶液の尿素濃度と、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）との関係を表す式を示す。
ΔＶ＝ａＴＣ＋ｂＴ・・・（３）
なお、ΔＶは発熱抵抗体の通電開始後の抵抗値に対応した電圧値と、通電後一定の検出時間（例えば７００ｍｓｅｃ）経過した後の抵抗値に対応した電圧値との差分値（ｍＶ）を示す。また、Ｃは尿素水溶液中の尿素濃度（ｗｔ％）を示す。ａＴは、尿素水溶液の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の傾きを示し、ｂＴは、尿素水溶液の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示す。
【００６４】
一方、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、電圧値変化）が異なる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。
【００６５】
このことは、上記同様、図６のグラフに示される。例えば、発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）は１２９８ｍＶとなるのに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液に対して発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、電圧値変化は１４４０ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液の温度が低いほど発熱抵抗体の抵抗値変化が小さくなって、抵抗値変化に対応した電圧値変化が小さくなることが示される。
【００６６】
このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液の温度に対する依存性があることがわかる。従って、（３）の式に、（１），（２）の式から求まる尿素水溶液の温度によって補正（キャリブレーション）を行うことで、正確な尿素濃度の算出を行うことができる。以下に、尿素水溶液の温度により補正を行うための式を示す。
ａＴ＝ａ２５＋ｘ（Ｔ−２５）・・・（４）
ｂＴ＝ｂ２５＋ｙ（Ｔ−２５）・・・（５）
なお、ａ２５は、尿素水溶液の温度が２５℃の場合におけるΔＶ−Ｃ直線の傾きを示し、ｘはその直線の傾きの温度補正係数である。同様に、ｂ２５は、尿素水溶液の温度が２５℃の場合におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示し、ｙはその直線の切片の温度補正係数である。
【００６７】
なお、上記（３），（４），（５）に示される式に相応した補正値を実験等によって求めたところ、ａ２５＝２．３，ｂ２５＝１．２２３，ｘ＝０．０１５，ｙ＝２．４５が得られた。これらの値を用いれば、補正により得られる尿素水溶液の濃度（換算濃度）と、実際の尿素濃度とが、ほぼ一致することが図７に示された。
【００６８】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、このような原理に基づいて、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度の検知が行われる。特に、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知は、マイクロコンピュータ２２０のＲＯＭ２２２に記憶された性状検知プログラムを実行することによって行われる。以下、図３，図８，図９を参照して、性状検知プログラムについて説明する。図８は、性状検知プログラムのフローチャートである。図９は、空焚きおよび異種液体を判別するための閾値Ｑ，Ｒを説明するためのグラフである。なお、図８におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。
【００６９】
ＥＣＵからの指示に基づき尿素水溶液の状態検知が行われる際には、ＲＯＭ２２２に記憶された性状検知プログラムがＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに読みこまれ、実行される。図８に示すように、マイクロコンピュータ２２０（図３参照）からスイッチ２６０に制御信号が送信されると、スイッチが閉じられ、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電が開始される（Ｓ１）。そして、別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電開始から１０ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２：ＮＯ）。前述したように、発熱抵抗体への通電開始後、電流値が安定となる時間である初期通電時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ３における電圧値の測定が行われることはない。
【００７０】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、差動増幅回路部２３０により発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定され、その検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３）。なお、Ｓ３で差動増幅回路部２３０により測定された通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第１対応値取得手段」に相当する。
【００７１】
マイクロコンピュータ２２０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値をＶＴとし、（１），（２）の式に基づく計算が行われ、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが求められる。算出された温度Ｔは温度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ６）。なお、Ｓ６で尿素水溶液の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「温度情報取得手段」に相当する。
【００７２】
一方、算出された尿素水溶液の温度Ｔが、予めＲＯＭ２２２に記憶された尿素水溶液の凍結温度（−１１℃）と比較され（Ｓ７）、凍結温度以下であった場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、液体が凍結していると判断してスイッチ２６０に制御信号が送信されて、スイッチが開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ８）。そして別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電停止後１ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ９：ＮＯ）。この待機時間は、約１０ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。１ｓｅｃが経過すればＳ１に戻り、周囲の尿素水溶液の温度と等しくなった発熱抵抗体１１４の温度検知が再び開始される。（Ｓ９：ＹＥＳ）。なお、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下か否かを判断するＣＰＵ２２１が、本発明における「凍結判定手段」に相当し、Ｓ８で発熱抵抗体１１４への通電を停止するようにスイッチ２６０への制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電停止手段」に相当する。さらに、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下か否かを判断することで、Ｓ９，Ｓ２２における待機時間のいずれか一方の処理が行われるようにするＣＰＵ２２１が、本発明における「待機時間選択手段」に相当する。
【００７３】
発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度以下であるうちは、発熱抵抗体１１４の熱により一度解凍された尿素水溶液が再び凍結する虞があり、そのときの凍結膨張圧によりセラミックヒータ１１０が破損する虞があるため、Ｓ１〜Ｓ９の処理が繰り返され、尿素水溶液の温度Ｔの監視が行われる。そして、尿素水溶液の温度Ｔが凍結温度より大きくなれば（Ｓ７：ＮＯ）、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４への通電が継続されたまま、７００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ１０：ＮＯ）。
【００７４】
発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ３と同様に、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１１）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２２０からスイッチ２６０の制御信号が出力され、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ１２）。なお、Ｓ１１で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第２対応値取得手段」に相当する。また、Ｓ１で定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ１０で７００ｍｓｅｃの待機を行った後、Ｓ１２で通電を停止するように、スイッチ２６０の制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電手段」に相当する。
【００７５】
そして、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ１１で得られた７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われる（Ｓ１３）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、尿素水溶液の尿素濃度の取りうる値に基づく電圧値変化の最大値（閾値Ｑ：図９参照）よりも小さければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にある正常差分値であるとして、Ｓ１８に進んで（３）〜（５）の式に基づく計算が行われ、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度Ｃが求められる。なお、この場合の差分値（正常差分値）ΔＶは、図９において、閾値Ｑより小さい、例えば大きさＥの値をとる。そして算出された尿素濃度は濃度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ１８）。なお、Ｓ１３で差分値ΔＶの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明の「差分値算出手段」に相当し、Ｓ１８で尿素水溶液の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「濃度取得手段」に相当する。
【００７６】
その後、タイマープログラムのカウント値の参照により、６０ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２２：ＮＯ）。この待機時間は、７００ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。６０ｓｅｃの経過後にはＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００７７】
一方、Ｓ１４において、算出された差分値ΔＶが上記閾値Ｑ以上であった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、発熱抵抗体１１４の周囲が空気である場合に取りうる電圧値変化の最小値（閾値Ｒ：図９参照）よりも大きければ（Ｓ１９：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断され、空焚きを報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２０）。なお、この場合、差分値ΔＶは、図９において、閾値Ｒより大きい、例えば大きさＧの値をとる。なお、Ｓ１４，Ｓ１９の判断処理により、異常が生じたと判断してＳ２０もしくはＳ２１の処理が行われるようにするＣＰＵ２２１が、本発明における「異常判断手段」に相当する。
【００７８】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１９：ＮＯ）、閾値Ｑ以上であることから発熱抵抗体１１４の周囲の液体が尿素水溶液ではない（例えば、軽油である。）と判断され、異種液体を報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２１）。なお、この場合、差分値ΔＶは、図９において、閾値Ｑ以上、且つ、閾値Ｒ以下の、例えば大きさＦの値をとる。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２２に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００７９】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施の形態の性状検知プログラムでは、尿素水溶液の温度（Ｓ６）を（１），（２）の式に基づいて算出し、尿素濃度（Ｓ１８）を（３）〜（５）の式に基づいて算出したが、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２２２の所定の記憶エリアに記憶させ、Ｓ６，Ｓ１８の処理で参照することによってそれぞれ求めてもよい。
【００８０】
また、Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ２２におけるそれぞれの待機時間は一例に過ぎず、実験等により最適な待機時間を求め設定してもよい。さらには、Ｓ６において検出された尿素水溶液の温度にあわせ、Ｓ９，Ｓ２２の待機時間がそれぞれ設定されるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、Ｓ８の処理が行われるとＳ９の処理に移行したが、Ｓ９の処理を割愛し、Ｓ８の処理終了後Ｓ２２の処理に移行するようにしてもよい。さらに、Ｓ７では、尿素水溶液の温度を算出後に尿素水溶液の凍結温度との比較を行ったが、通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の発熱抵抗体１１４の電圧値を、予め実験等により求めた凍結温度（−１１℃）に対応する発熱抵抗体１１４の電圧値と比較するようにしてもよい。
【００８１】
また、回路基板６０は、レベル検知部７０および液体性状検知部３０からの出力を中継する回路基板として設け、マイクロコンピュータ２２０等を搭載した外部回路と接続し、その外部回路の制御によって、レベル検知および温度・濃度検知が行われるようにしてもよい。
【００８２】
さらに、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設け、尿素水溶液の液面レベルも検知するようにしたが、外筒電極１０および内部電極２０を設けなくともよい。また、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検知回路部２８０に定電流出力部２４０を設け、発熱抵抗体１１４に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の抵抗値に対応した電圧値を取得するようにした。しかし、例えば、液体性状検知回路部２８０に定電圧出力部を設け、発熱抵抗体１１４に定電圧をかけて、発熱抵抗体１１４に流れる電流に対応した電流値を出力して、尿素水溶液の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００８３】
ところで、尿素水溶液が車両の振動等の影響によって激しく揺動したりすることがあると、測定される発熱抵抗体１１４の検出電圧値が一時的に高い値になったり、低い値になったりすることがある。このような場合、得られる温度情報や濃度情報が一時的に異常値を示すことがあるが、例えば、複数回分の電圧の測定値を記憶し、それらの平均値に基づき温度情報や濃度情報を取得すれば、より精度の高い温度情報や濃度情報を得ることが可能である。以下、図１０を参照し、温度情報や濃度情報の精度をさらに高めることのできる性状検知プログラムの変形例について説明する。また、図１０に示す変形形態としての性状検知プログラムは、上述した実施の形態の第１の性状検知プログラム（図８に示した性状検知プログラム）のように、液体が凍結しているか否かの判断処理が異なるものであり、後述するように二段階の判定を経て液体の凍結の有無を判定するものである。
【００８４】
図１０に示す第２の性状検知プログラムでは、本実施の形態の性状検知プログラムのＳ３とＳ６の間にＳ４，Ｓ５を、Ｓ１４とＳ１８の間にＳ１５〜Ｓ１７を追加した形態のものである。また、この第２の性状検知プログラムでは、上述したＳ７の処理に置き換わり、Ｓ３１〜Ｓ３５の処理が実行されるように構成されている。その他のステップについては本実施の形態と同様であり、同一のステップ番号で示し、説明については省略もしくは簡略化する。
【００８５】
なお、第２の性状検知プログラムでは、Ｓ３において測定される通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧の値と、Ｓ１３において算出される差分値ΔＶの値とが、公知のメモリ管理法により、それぞれ新しいものから５つ、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される。また、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアには、Ｓ３およびＳ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタがそれぞれ記憶されている。これら第２の性状検知プログラムの実行に使用するためＲＡＭ２２３に記憶される各種変数やカウンタ等の値は、第２の性状検知プログラムの実行時に初期値（例えば０）に設定される。
【００８６】
図１０に示すように、第２の性状検知プログラムでは、発熱抵抗体１１４への通電が開始され１０ｍｓｅｃが経過すると、発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定されマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１〜Ｓ３）。このとき、その検出電圧の値がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されると共に、Ｓ３の処理の実行回数（すなわち、電圧値のサンプリング回数）をカウントするカウンタの値が１増加される。
【００８７】
次のＳ４の処理では、Ｓ３の処理の実行回数カウンタの値が参照され、第２の性状検知プログラムの実行開始後、Ｓ３における検出電圧の測定が５回以上行われたか否か確認される（Ｓ４）。電圧値のサンプリングが５回未満であれば（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ６に進み、測定された電圧値をそのまま用いて本実施の形態と同様の温度換算が行われる。
【００８８】
一方、５周目以降のＳ３の処理では、Ｓ３の処理の実行回数をカウントするカウンタの値も５以上となっている。このため、５周目以降のＳ４の処理では、サンプリングが５回以上行われたと判断されて（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｓ５に進む。なお、上記したように測定された検出電圧の値は最新の５つの電圧値までＲＡＭ２２３に記憶されるため、第２の性状検知プログラムの６周目以降のＳ３の処理では、最も古い電圧値が上書きされることとなる。
【００８９】
Ｓ５では、繰り返し実行されたＳ３の処理によりＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶された最新５つの電圧値から、最大値と最小値を除く３つの電圧値の平均値を算出する処理が行われる（Ｓ５）。そして算出された電圧値の平均値を用い、次のＳ６において、尿素水溶液の温度Ｔの算出が行われる。
【００９０】
Ｓ６の処理を終えるとＳ３１に進み、Ｓ６にて算出された尿素水溶液の温度Ｔが、予めＲＯＭ２２２に記憶された温度しきい値（ここでは０℃に設定）と比較され、温度しきい値以下であった場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、尿素水溶液が寒冷の雰囲気に晒されていると判断してＳ３２に進む。また、Ｓ３１にて、尿素水溶液の温度Ｔが温度しきい値以上であった場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、尿素水溶液は凍結していないと判断してＳ１０に進む。
【００９１】
次いで、Ｓ３１にて肯定判定されてＳ３２に進むと、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４の通電が継続されたまま、３００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ３２：ＮＯ）。そして、発熱抵抗体１１４への通電開始後３００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、上述したＳ３と同様に差動増幅回路部２３０（図３参照）により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３３）。なお、Ｓ３３で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後３００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第３対応値」に相当し、その電圧を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第３対応値取得手段」に相当する。
【００９２】
次いでＳ３４に進み、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ３３で得られた、通電開始から３００ｍｓｅｃ経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した中間差分値ΔＶ１の計算が行われる。そして、Ｓ３５に進み、Ｓ３４にて算出された中間差分値ΔＶ１が、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいか否かが判定される。中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいと判断された場合には（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ１０に進む。また、中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨ以下と判定された場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、尿素水溶液が凍結していると判断してスイッチ２６０に制御信号が送信されて、スイッチが開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ８）。Ｓ８の処理を終えるとＳ９に進み、１ｓｅｃが経過すればＳ１に戻り（Ｓ９：ＹＥＳ）、発熱抵抗体１１４の温度検知が再び開始される。
【００９３】
一方、Ｓ３１で否定判定されるか（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３５で肯定判定されると（Ｓ３５：ＹＥＳ）、上述した実施の形態と同様のＳ１０〜Ｓ１２の処理が実行され、Ｓ１３に進む。そしてＳ１３の処理では、Ｓ３で得られた電圧値（ＲＡＭ２２３に記憶されている最新の電圧値）をＳ１１で得られた電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われるが、次のＳ１４の処理で、差分値ΔＶの値が閾値Ｑより小さかった場合において（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶され、Ｓ１５の処理の実行回数（すなわちサンプリングに基づき算出された差分値ΔＶが正常差分値であった回数）をカウントするカウンタの値が１増加される（Ｓ１５）。
【００９４】
次に、Ｓ１６の処理では、Ｓ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタの値が参照される。そして差分値ΔＶが正常と判断され正常差分値としてＲＡＭ２２３に記憶された回数が５回未満、すなわち、Ｓ１５の処理が５回以上実行されていない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１８に進み、算出された差分値ΔＶの値をそのまま用いて本実施の形態と同様の濃度換算が行われる。
【００９５】
一方、Ｓ１５の処理の実行回数が５回目以降では、Ｓ１５の処理の実行回数をカウントするカウンタの値が５以上となっている。このため、Ｓ１６の処理において、差分値ΔＶのサンプリング（ただし正常な値をとる場合のみ）が５回以上行われたと判断されて（Ｓ１６：ＹＥＳ）、Ｓ１７に進む。なお、この第２の性状検知プログラムの実行が継続され、６回目以降のＳ１５の処理が行われた場合には、上記同様、最も古い差分値ΔＶが上書きされ、ＲＡＭ２２３の記憶エリアには常に最新の５つの差分値ΔＶが記憶されることとなる。
【００９６】
Ｓ１７ではＳ６と同様に、繰り返し実行されたＳ１３の処理によりＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶された最新５つの差分値ΔＶから、最大値と最小値を除く３つの差分値ΔＶの平均値を算出する処理が行われる（Ｓ１７）。そして算出された差分値ΔＶの平均値を用い、次のＳ１８において、濃度換算が行われる。
【００９７】
第２の性状検知プログラムのその他の処理については、上記した実施の形態の性状検知プログラムと同様である。このようにして、尿素水溶液の温度と濃度の検出を、最新の５つの検出結果のうち３つの検出結果の平均に基づいて行うことで、精度の高い温度情報や濃度情報を得ることができる。もっとも、上記サンプリングを行う回数は５回に限定するものではない。また、検出結果（検出電圧の値や差分値ΔＶ）の最大値、最小値を除く処理を省いてもよい。
【００９８】
このように、第２の性状検知プログラムでは、尿素水溶液の温度Ｔと温度しきい値との比較処理（Ｓ３１）、および、発熱抵抗体１１４への通電過程で取得する中間差分値ΔＶ１と凍結判定しきい値ＴＨとの比較処理（Ｓ３５）といった二段階のステップを踏んで、尿素水溶液の凍結の有無を判定している。そのため、尿素水溶液の尿素濃度が変化した（薄まった）場合にも、この性状検知プログラムの適用により精度良く液体の凍結の有無を判定することができる。なお、この変形形態の液体状態検知センサにおいて、Ｓ７で尿素水溶液の温度Ｔが温度しきい値以下か否かを判定し、且つ、Ｓ３１で温度Ｔが温度しきい値以下である場合に、Ｓ３５で中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値と所定の大小関係を満たすか否か（ここでは、中間差分値ΔＶ１が凍結判定しきい値ＴＨよりも大きいか否か）を判定するＣＰＵ２２１が、本発明の請求項４における「凍結判定手段」に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
液体の温度検知と濃度検知とを一つのセンサで行うことができる液体状態検知センサに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。
【図３】液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を例に、発熱抵抗体への定電流の通電を開始してから時間の経過と共に発熱抵抗体自身の温度上昇に伴い、その抵抗値に対応した電圧値が上昇する様子を示すグラフである。
【図６】発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度とが比例関係にあり、且つ、温度依存性があることを示すグラフである。
【図７】発熱抵抗体の電圧値変化（差分値ΔＶ）と尿素水溶液の尿素濃度との関係を、尿素水溶液の温度により補正したところ、補正された濃度（換算濃度）と尿素濃度とがほぼ一致することを示すグラフである。
【図８】実施形態としての性状検知プログラムのフローチャートである。
【図９】空焚きおよび異種液体を判別するための閾値Ｑ，Ｒを説明するためのグラフである。
【図１０】変形形態としての第２の性状検知プログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
９８ 尿素水タンク
１００ 液体状態検知センサ
１１０ セラミックヒータ
１１４ 発熱抵抗体
２２０ マイクロコンピュータ
２２１ ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、
前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、
前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、
前記差分値と前記温度情報とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項２】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、
前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、
前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、
前記差分値に基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、
前記検出時間内に、前記温度情報取得手段によって得られた前記温度情報に基づき、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記通電手段による前記発熱抵抗体への通電を停止する通電停止手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記凍結判定手段は、前記温度情報が前記液体の凍結温度以下であった場合に、前記液体が凍結していると判定することを特徴とする請求項２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記検出時間内で且つ前記第１対応値取得後に前記発熱抵抗体の第３抵抗値に対応した第３対応値を取得する第３対応値取得手段を備え、
前記凍結判定手段は、前記温度情報が予め設定した温度しきい値以下となり、且つ、前記第３対応値と前記第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とが所定の大小関係を満たした場合に、前記液体が凍結していると判定することを特徴とする請求項２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項５】
前記通電手段は、前記発熱抵抗体への通電が停止されてから待機時間経過後に、再度、前記発熱抵抗体への通電を開始するように構成されており、
前記待機時間として、前記通電手段により前記検出時間の通電が行われた場合には第１待機時間を選択し、前記通電停止手段によって前記発熱抵抗体への通電が停止された場合には前記第１待機時間より短い第２待機時間を選択する待機時間選択手段を備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項６】
前記差分値算出手段にて得られた前記差分値を用い、前記液体収容容器内の異常の有無を判断する異常判断手段を備え、
前記濃度取得手段は、前記差分値のうちで前記異常判断手段にて異常なしと判断された場合にのみ、前記濃度取得手段により、前記液体に含まれる特定成分の濃度を求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項７】
前記通電手段は、前記発熱抵抗体に定電流を通電するように構成されており、
前記第１対応値取得手段は、電圧値である第１対応値を取得し、前記第２対応値取得手段は、電圧値である第２対応値を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項８】
前記液体性状検出素子は、セラミック基体中に前記発熱抵抗体が埋設されたセラミックヒータであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項９】
前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項１】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、
前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、
前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、
前記差分値と前記温度情報とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項２】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記発熱抵抗体に所定の検出時間通電を行う通電手段と、
前記検出時間内に前記発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度情報を求める温度情報取得手段と、
前記検出時間経過後に前記発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値との差分値を求める差分値算出手段と、
前記差分値に基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、
前記検出時間内に、前記温度情報取得手段によって得られた前記温度情報に基づき、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記通電手段による前記発熱抵抗体への通電を停止する通電停止手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記凍結判定手段は、前記温度情報が前記液体の凍結温度以下であった場合に、前記液体が凍結していると判定することを特徴とする請求項２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記検出時間内で且つ前記第１対応値取得後に前記発熱抵抗体の第３抵抗値に対応した第３対応値を取得する第３対応値取得手段を備え、
前記凍結判定手段は、前記温度情報が予め設定した温度しきい値以下となり、且つ、前記第３対応値と前記第１対応値との差分である中間差分値と凍結判定しきい値とが所定の大小関係を満たした場合に、前記液体が凍結していると判定することを特徴とする請求項２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項５】
前記通電手段は、前記発熱抵抗体への通電が停止されてから待機時間経過後に、再度、前記発熱抵抗体への通電を開始するように構成されており、
前記待機時間として、前記通電手段により前記検出時間の通電が行われた場合には第１待機時間を選択し、前記通電停止手段によって前記発熱抵抗体への通電が停止された場合には前記第１待機時間より短い第２待機時間を選択する待機時間選択手段を備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項６】
前記差分値算出手段にて得られた前記差分値を用い、前記液体収容容器内の異常の有無を判断する異常判断手段を備え、
前記濃度取得手段は、前記差分値のうちで前記異常判断手段にて異常なしと判断された場合にのみ、前記濃度取得手段により、前記液体に含まれる特定成分の濃度を求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項７】
前記通電手段は、前記発熱抵抗体に定電流を通電するように構成されており、
前記第１対応値取得手段は、電圧値である第１対応値を取得し、前記第２対応値取得手段は、電圧値である第２対応値を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項８】
前記液体性状検出素子は、セラミック基体中に前記発熱抵抗体が埋設されたセラミックヒータであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【請求項９】
前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１１４１８１（Ｐ２００７−１１４１８１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６２０５９（Ｐ２００６−１６２０５９）
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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