液体状態検知センサ
【課題】発熱抵抗体への通電時の温度変化に基づき得られる濃度対応値に対し補正を行い、濃度対応値の示す濃度分布傾向を平滑化して、液体に含まれる特定成分の濃度をより正確に検出することができる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を求める（Ｓ１〜Ｓ５）。その７００ｍｓｅｃ後に再度、発熱抵抗体の抵抗値に対応した電圧値を取得し（Ｓ８）、先に取得した電圧値との差分値ΔＶを求め、さらに尿素水溶液の温度に基づくキャリブレーションを行って尿素濃度を求める（Ｓ１１，Ｓ１９）。得られた尿素濃度に対し、さらに、尿素水溶液の温度に基づく二次的な補正を行って濃度分布傾向を平滑化することで、より正確な尿素濃度を求める（Ｓ２０）。
【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を求める（Ｓ１〜Ｓ５）。その７００ｍｓｅｃ後に再度、発熱抵抗体の抵抗値に対応した電圧値を取得し（Ｓ８）、先に取得した電圧値との差分値ΔＶを求め、さらに尿素水溶液の温度に基づくキャリブレーションを行って尿素濃度を求める（Ｓ１１，Ｓ１９）。得られた尿素濃度に対し、さらに、尿素水溶液の温度に基づく二次的な補正を行って濃度分布傾向を平滑化することで、より正確な尿素濃度を求める（Ｓ２０）。
【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、尿素濃度を検出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】
従来、こうした尿素濃度の検知は、尿素水溶液中の尿素濃度に応じて熱伝導率に差異が生ずることを利用して、尿素水溶液中に発熱抵抗体と温度検出素子とを浸漬し、発熱抵抗体に通電してその周囲の尿素水溶液を加熱したときの温度上昇傾向を温度検出素子で測定することにより行われる。
【０００４】
ところで発熱抵抗体に通電したとき、発熱抵抗体は、自身の温度によってその抵抗値が変化する。通電前の発熱抵抗体は周囲の尿素水溶液の温度と略同一となっているので、通電開始直後の抵抗値を測定すれば、尿素水溶液の初期の温度を測定することが可能である。また、尿素水溶液中に浸漬される発熱抵抗体を加熱した際の昇温の度合い（つまり抵抗値変化）は、尿素水溶液の熱伝導率に影響を受けることとなる。そこで、発熱抵抗体に所定時間の通電を行い、通電直後と通電後にそれぞれ発熱抵抗体の抵抗値を測定し、測定した抵抗値に基づいて発熱抵抗体の温度変化を求め、予め求めておいた尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係に照らし合わせれば、温度検出素子を用いずに、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検出することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−１１４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが濃度センサの性能向上のため、さらなる検討を行ったところ、特許文献１のように尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係から求めた尿素濃度は、実際の尿素濃度に対して僅かながらズレを生ずることがわかった。検討結果によれば、尿素濃度を求める演算式において基準とした尿素水溶液の基準温度と、濃度検知対象の尿素水溶液の温度とのズレが大きくなるほど、求めた尿素濃度と実際の尿素濃度とのズレが大きくなる傾向（以下、「濃度分布傾向」という。）が見られた。例えば図５に示すように、尿素濃度を求める演算式の基準温度を常温（例えば２５℃付近）とした場合、常温付近では上記相関関係から求まる尿素濃度と実際の尿素濃度との間において、ほぼズレが生ずることはないが、尿素水溶液の温度が低温側あるいは高温側に移行するほど、実際の尿素濃度よりも高い尿素濃度が算出されてしまう。このような濃度分布傾向は尿素水溶液の性質や熱伝導率により左右されるものと予想されるが、物性値を基礎にした上記の尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係からは、見出すことが難しい傾向である。尿素濃度の検出精度の向上を図るには、算出される尿素濃度に対し、さらなる補正を行う必要があった。
【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、発熱抵抗体への通電時の温度変化に基づき得られる濃度対応値に対し補正を行い、濃度対応値の示す濃度分布傾向を平滑化して、液体に含まれる特定成分の濃度をより正確に検出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】
【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、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、液体が収容された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、前記検出時間内のうち前記第１対応値を取得した後、または、前記検出時間の経過後に、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に対応した濃度対応値を求める濃度対応値取得手段とを備えた液体状態検知センサにおいて、前記濃度対応値に対し前記温度情報に基づく補正を行って、前記液体の温度に応じた前記濃度対応値の濃度分布傾向を平滑化した補正濃度対応値を求める補正濃度対応値取得手段を備えている。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、絶縁性セラミック基体内に前記発熱抵抗体を埋設した構成をなし、且つ、前記絶縁セラミック基体の外表面が前記液体に接するように前記液体収容容器内に配置されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１または２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、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る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。
【００１１】
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、発熱抵抗体を所定の検出時間通電（加熱）した場合、特定成分の濃度の異なる液体毎に発熱抵抗体の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、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値と、第２抵抗値に対応した第２対応値とを順に取得した上で両対応値の差分値を求め、こ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に対応した濃度対応値を求めるようにしている。
【００１２】
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、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値をもとに求めた液体の温度情報と、第２対応値と第１対応値との差分値とを用いて、上記の濃度対応値を求めるようにしている。
【００１３】
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）や演算式を濃度対応値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。
【００１４】
さらに本発明者らの検討によると、上記テーブルや演算式を作成する際に基準とした尿素水溶液の基準温度と、濃度検知対象の尿素水溶液の温度とのズレが大きくなるほど、濃度対応値と、実際の尿素濃度とのズレが大きくなる濃度分布傾向があることがわかった。こうした濃度分布傾向は、上記のように物性値を基礎にした、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からは見出すことが難しい傾向である。そこで請求項１に係る発明では、温度情報に基づいて、濃度対応値に対してさらに補正を行って濃度分布傾向を平滑化することで、液体の温度に依存することなく、液体に含まれる特定成分の濃度をより正確に検出することができる。
【００１５】
なお、濃度対応値に対する補正を行うにあたっては、上記同様、予め、所定温度の参照液体の濃度に応じた本来取得されるべき濃度対応値と、その参照液体から検出によって得られる濃度対応値とのズレを確認することによって得られる濃度分布傾向をもとにテーブル（マップ）の作成や演算式の導出を行っておき、補正濃度対応値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。
【００１６】
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、また傍熱形の液体性状検出素子を有するセンサに比して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。
【００１７】
また、請求項２に係る発明によれば、発熱抵抗体を埋設してなる絶縁セラミック基体の外表面が液体に接するようにして、液体性状検出素子を液体収容容器内に配置しているため、液体の温度、液体に含まれる特定成分の濃度を検知する感度を高めることができる。さらに、発熱抵抗体を絶縁セラミック基体に埋設した構成を有することから、液体性状検出素子を導電性の液体に直接浸漬させることも可能である。
【００１８】
また、請求項３に係る発明によれば、液体状態検知センサにより状態の検知を行う液体を尿素水溶液とし、特定成分を尿素とすることができるので、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】
【００１９】
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。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。
【００２０】
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２参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００２１】
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、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おり、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０と、そのセラミックヒータ１１０の径方向周囲を覆いセラミックヒータ１１０を保護するプロテクタ１３０とを包囲している。そして、外筒電極１０の最先端部（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。なお、外筒電極１０の最先端部は必ずしも開口している必要はなく、プロテクタ１３０が視認できないように、液体導入口を有する整流板を、外筒電極１０の先端部１１に設けるようにしてもよい。
【００２２】
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、電極支持部４１に溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８（図２参照）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９９（図２参照）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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９９（図２参照）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。
【００２５】
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樹脂製部材であり、筒状をなし、後端側に、径方向外側へ向かって突出する鍔部５１が形成され、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が電極支持部４１に係合される際には、電極支持部４１の孔４６に収容部４３側から挿通され、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。
【００２６】
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２参照）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。また、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においても水密性および気密性が保たれるようになっている。
【００２７】
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上のパターンと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。
【００２８】
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９９（図２参照）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を有する。セラミックヒータ１１０は、２枚の板状の絶縁性セラミック層間にＰｔを主体に形成したヒータパターンを挟んで焼成したものである。ヒータパターンのうち発熱抵抗体１１４（図２参照）を構成するパターンの断面積を、リード線９０に接続される出力取り出し用の一対のリード部のパターンの断面積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。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」に相当し、２枚の絶縁性セラミック層を積層したものが、本発明における「絶縁性セラミック基体」に相当する。
【００２９】
このセラミックヒータ１１０は、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に支持されている。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なし、自身の内周側にセラミックヒータ１１０を挿通させ、小径となる先端側より、セラミックヒータ１１０の発熱抵抗体１１４（図２参照）が埋設された側を露出させている。その状態でセラミックヒータ１１０は、接着剤からなる固定部材１２５，１２６によってホルダ１２０の内周に固定されている。そしてホルダ１２０の大径側となる後端側は、内部電極２０の先端部２１に外嵌めで装着されており、さらに内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１２１が介在され、円筒状の内部電極２０内部の水密性および気密性が確保されている。
【００３０】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０の外表面に形成される各リード部と電気的に接続された出力取り出し部（出力取り出し部は、１枚の絶縁性セラミック層を貫通してなるビア導体を介してリード部と接続される。）に２つの中継端子１１９（図１では一方の中継端子１１９のみを表示している。）が接続され、その中継端子１１９に、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、中継端子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。
【００３１】
また、セラミックヒータ１１０のホルダ１２０から露出した部分は、有底円筒形状に形成された金属製のプロテクタ１３０によって覆われて保護されている。プロテクタ１３０は、開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。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、液体流通孔を介し、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液９９（図２参照）の交換が行われる。
【００３２】
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は円筒形状をなし、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に内周側から係合し、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（図２参照）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９９と、後端側に流入する尿素水溶液９９との液交換や気泡抜きが行われる。
【００３３】
次に、図２，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２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。図３は、ＲＯＭ２３０の記憶エリアの構成を示す図である。
【００３４】
図２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９９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２１０を搭載し、マイクロコンピュータ２１０には、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２８０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２５０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。
【００３５】
マイクロコンピュータ２１０は公知の構成からなるＣＰＵ２２０，ＲＯＭ２３０およびＲＡＭ２４０を備える。ＣＰＵ２２０は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２３０には、図３に示す、プログラム記憶エリア２３１、テーブル記憶エリア２３２、設定値等記憶エリア２３３などが設けられている。プログラム記憶エリア２３１には、後述する性状検知プログラム（図４参照）が記憶されており、液体状態検知センサ１００の駆動時に読み出されて実行される。テーブル記憶エリア２３２には、性状検知プログラムの実行に伴い参照される濃度補正テーブルが記憶されている。このテーブルは、後述する（１）式により得られた尿素濃度Ｃに対し、尿素水溶液９９の温度Ｔに応じた二次的な補正を行う際に参照されるテーブルであり、予め実験等により作成されるものである。より具体的には、特定の尿素水溶液９９の温度Ｔ（あるいは温度範囲）ごとに尿素濃度の検知を行い、（１）式により得られた尿素濃度Ｃと実際の尿素濃度とのズレを求める。そして、尿素濃度Ｃを実際の尿素濃度に近づけるため、尿素濃度Ｃに掛け合わせる補正値Ｚ（補正倍率）を求めたズレから算出し、尿素水溶液９９の温度Ｔ（あるいは温度範囲）と対応付け、これを濃度補正テーブルとしてテーブル記憶エリア２３２に記憶させればよい。
【００３６】
設定値等記憶エリア２３３には、性状検知プログラムに用いられる（１）〜（３）式（後述）、各種変数の初期値、閾値等が記憶されている。また、ＲＯＭ２３０には図示しないその他の記憶エリアも設けられ、液体状態検知センサ１００の駆動に伴い実行されるその他のプログラム（例えばレベル検知のためのプログラム）や設定値等も記憶されている。同様に、図２に示す、ＲＡＭ２４０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等の実行時には、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。
【００３７】
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２８０は、マイクロコンピュータ２１０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２１０に出力する。なお、本実施の形態では、外筒電極１０と内部電極２０との間に尿素水溶液９９を導入した際に、内部電極２０の外周面上に形成された絶縁性被膜２３を主な誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量が、導電性を有する尿素水溶液９９の介在する部分と介在しない部分とにおいて大きく異なることを利用して、レベル検知が行われる。
【００３８】
次に、液体性状検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２１０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２１０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２５０は、差動増幅回路部２６０、定電流出力部２７０およびスイッチ２５５により構成される。
【００３９】
定電流出力部２７０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２５５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２１０の制御に従って発熱抵抗体１１４への通電のオン・オフを行う。差動増幅回路部２６０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２１０に出力する。
【００４０】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００のセラミックヒータ１１０を用い、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度を検知する原理について簡単に説明する。
【００４１】
Ｐｔを主体に形成された発熱抵抗体１１４は、自身の温度と自身の抵抗値との間に相関関係があることが知られている。また、発熱抵抗体１１４への通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体１１４の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体１１４自身の温度は、自身の周囲に存在する尿素水溶液９９の温度とほぼ同一である。このことから、発熱抵抗体１１４への通電開始後（ただし、通電開始後に電流値が安定するまで約１０ｍｓｅｃを要する。）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９９の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液９９の温度を測定することが可能である。
【００４２】
次に、発熱抵抗体１１４への通電が継続された場合、発熱抵抗体１１４自身の温度は周囲に存在する尿素水溶液９９に奪われるが、尿素水溶液９９の熱伝導率によって発熱抵抗体１１４の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する尿素水溶液９９の熱伝導率に応じ、発熱抵抗体１１４の温度上昇率は異なってくる。また、尿素水溶液９９の熱伝導率は、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度によって異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体１１４を尿素水溶液９９に浸漬させ、その発熱抵抗体１１４を一定時間加熱して当該発熱抵抗体１１４の抵抗値変化の度合いを求めれば周囲の尿素水溶液９９の熱伝導率の違いを見出すことができ、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度を得ることができる。
【００４３】
具体的に、基準温度（例えば常温（２５℃）など）の尿素水溶液９９に発熱抵抗体１１４を浸漬し７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液９９の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体１１４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９９中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１１４は熱を奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなる。その結果、発熱抵抗体１１４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が大きくなる。
【００４４】
この尿素水溶液９９の尿素濃度と発熱抵抗体１１４の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、比例関係がある。具体的に、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液９９の尿素濃度と、発熱抵抗体１１４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、以下の式に示す。
ΔＶ＝ａＴ・Ｃ＋ｂＴ・・・（１）
なお、ΔＶは発熱抵抗体１１４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９９中の尿素濃度［ｗｔ％］を示す。ａＴは、尿素水溶液９９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９９の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示す。
【００４５】
一方、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液９９の温度が異なると、発熱抵抗体１１４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１１４の温度上昇率は、尿素水溶液９９の温度に対する依存性がある。
【００４６】
例えば、発熱抵抗体１１４に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液９９を加熱した場合、発熱抵抗体１１４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。これに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液９９に浸漬した発熱抵抗体１１４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９９の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液９９の温度が低いほど発熱抵抗体１１４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。
【００４７】
このように、尿素水溶液９９の尿素濃度と発熱抵抗体１１４の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液９９の温度に対する依存性がある。従って、（１）式に対し、尿素水溶液９９の温度に応じた補正（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。具体的に、尿素水溶液９９の温度により補正を行うための式を以下に示す。
ａＴ＝ａ２５＋ｘ（Ｔ−２５）・・・（２）
ｂＴ＝ｂ２５＋ｙ（Ｔ−２５）・・・（３）
なお、ａ２５は、尿素水溶液９９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９９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。上記（１）〜（３）式を用い、尿素水溶液９９中の尿素濃度を求める上で、尿素水溶液９９の温度に応じたキャリブレーションを行えば、正確な尿素濃度を求めることができる。
【００４８】
ところで、尿素水溶液９９の温度がキャリブレーションの基準温度（上記（２）、（３）式では２５℃）から離れるほど、求めた尿素濃度と実際の尿素濃度との間のズレが大きくなる傾向（濃度分布傾向）が見られる。本実施の形態の液体状態検知センサ１００ではこの濃度分布傾向を平滑化するため、（１）式により得られた尿素濃度Ｃに対し、さらに、尿素水溶液９９の温度に応じた二次的な補正を行っている。具体的には、マイクロコンピュータ２１０のＲＯＭ２３０に記憶された性状検知プログラムをＣＰＵ２２０が実行することにより、尿素水溶液９９の温度や尿素濃度Ｃを検知すると共に、得られた尿素濃度Ｃに対し、上記の二次的な補正を適用する。以下、図２〜図４を参照し、性状検知プログラムについて説明する。図４は、性状検知プログラムのフローチャートである。なお、図４におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。また、液体状態検知センサ１００では他のプログラムの実行に従って尿素水溶液９９のレベル検知も行われるが、ここでは、レベル検知についての説明は省略する。
【００４９】
ＥＣＵからの指示に基づき尿素水溶液９９の状態検知が行われる際には、図３に示す、ＲＯＭ２３０のプログラム記憶エリア２３１に記憶された性状検知プログラムがＲＡＭ２４０の所定の記憶エリアに読みこまれ、実行される。
【００５０】
図４に示すように、マイクロコンピュータ２１０（図２参照）からの制御信号に基づきスイッチ１５５が閉じられると、定電流出力部２７０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、本実施の形態では、発熱抵抗体１１４への通電開始後、電流値が安定するまでの時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ４における電圧値の測定が行われることはない。
【００５１】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ４に進み、差動増幅回路部２６０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２１０に入力される（Ｓ４）。なお、Ｓ４で差動増幅回路部２６０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、本発明における「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２０が、本発明における「第１対応値取得手段」に相当する。
【００５２】
続いて、マイクロコンピュータ２１０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値に基づき予め設定された演算式を用いて、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液９９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（Ｓ５）。なお、Ｓ５で尿素水溶液９９の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「温度情報取得手段」に相当する。
【００５３】
次に、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（Ｓ７：ＮＯ）。発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、Ｓ４と同様に、差動増幅回路部２６０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２１０に入力される（Ｓ８）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２１０からスイッチ２５５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（Ｓ１０）。なお、Ｓ８で、差動増幅回路部２６０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、本発明における「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２０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２７０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ７で本発明における「検出時間」に相当する７００ｍｓｅｃ経過まで待機した後、Ｓ１０で通電を停止するように、スイッチ２５５の制御信号を出力するＣＰＵ２２０が、本発明における「通電手段」に相当する。
【００５４】
そして、Ｓ４で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ８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（Ｓ１１）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２３０の設定値等記憶エリア２３３に記憶された、尿素水溶液９９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）よりも小さければ（Ｓ１３：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にあると判断してＳ１９に進む。そして（１）〜（３）の式に基づく演算が行われ、尿素水溶液９９に含まれる尿素濃度Ｃが求められる（Ｓ１９）。なお、Ｓ１１で差分値ΔＶの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「差分値算出手段」に相当し、Ｓ１９で、本発明における「濃度対応値」に相当する尿素水溶液９９の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「濃度対応値取得手段」に相当する。
【００５５】
次に、テーブル記憶エリア２３２に記憶された濃度補正テーブルが参照され、Ｓ５で算出された温度Ｔ（ＲＡＭ２４０に変数として一時記憶されている。）に対応した補正値Ｚ（補正倍率）が決定される。そして、Ｓ１９で得られた尿素濃度Ｃにこの補正値Ｚが掛け合わされて、補正尿素濃度Ｃｚが算出される（Ｓ２０）。算出された補正尿素濃度Ｃｚ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（Ｓ２２）。なお、Ｓ２０で、濃度補正テーブルの参照によって温度Ｔに対応した補正値Ｚを決定し、尿素濃度Ｃと掛け合わせることで、本発明における「補正濃度対応値」に相当する補正尿素濃度Ｃｚの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「補正濃度対応値取得手段」に相当する。
【００５６】
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（Ｓ２３：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９９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（Ｓ２３：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００５７】
一方、Ｓ１３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（Ｓ１３：ＮＯ）、予め実験等により決定され設定値等記憶エリア２３３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）よりも大きければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断される。この場合には、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（Ｓ１７）。
【００５８】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１４：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（Ｓ１６）。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２３に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２３：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００５９】
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、Ｓ５において尿素水溶液９９の温度Ｔを所定の演算式に基づいて算出したが、これに限定するものではなく、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２３０に記憶させ、Ｓ５の処理で参照することによって求めてもよい。また、Ｓ１９における尿素水溶液９９中の尿素濃度Ｃについても（１）〜（３）の演算式に基づいて算出したが、上記同様これに限らず、予め実験等により作成したテーブルを参照することによって求めてもよい。一方、Ｓ２２において求めた尿素水溶液９９の補正尿素濃度Ｃｚは、濃度補正テーブルの参照によって決定した補正値Ｚを尿素濃度Ｃに掛け合わせて求めたが、これに限らず、所定の演算式に尿素濃度Ｃを代入して算出してもよいし、温度毎に予め設定した複数の補正値を加減して算出してもよい。
【００６０】
また、Ｓ２，Ｓ７，Ｓ２３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、Ｓ５において検出された尿素水溶液９９の温度Ｔにあわせ、Ｓ２３の待機時間が設定されるようにしてもよい。
【００６１】
また、回路基板６０を、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中継基板として設け、マイクロコンピュータ２１０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。
【００６２】
また、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９９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を設けず、レベル検知については行わないものとしてもよい。さらに、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、「検出時間」に相当する７００ｍｓｅｃが経過するまで待機した後に、発熱抵抗体１１４の検出電圧値（「第２対応値」に相当）を検出するようにしたが、発熱抵抗体１１４への通電開始後であって、１０ｍｓｅｃ経過後、且つ、７００ｍｓｅｃが経過する前のタイミング（例えば、６８０ｍｓｅｃ）で発熱抵抗体１１４の検出電圧値を検出し、７００ｍｓｅｃが経過した時点で発熱抵抗体１１４への通電を停止するようにしてもよい。
【００６３】
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２５０に定電流出力部２７０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２５０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９９の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００６４】
また、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、尿素水溶液９９の温度や尿素濃度、レベルの検知を行うものを一例としたが、検知対象の液体は尿素水溶液に限定するものではない。例えば液体に含まれる特定成分としてアンモニアを用い、アンモニア水の性状（液位、温度、濃度等）を検知するセンサであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【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】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３】ＲＯＭ２３０の記憶エリアの構成を示す図である。
【図４】性状検知プログラムのフローチャートである。
【図５】従来の液体状態検知センサによって算出される尿素水溶液中の尿素濃度と、実際の尿素濃度との、尿素水溶液の温度に対するズレの傾向（濃度分布傾向）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
９８ 尿素水タンク
９９ 尿素水溶液
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
２１０ マイクロコンピュータ
２２０ 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、尿素濃度を検出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】
従来、こうした尿素濃度の検知は、尿素水溶液中の尿素濃度に応じて熱伝導率に差異が生ずることを利用して、尿素水溶液中に発熱抵抗体と温度検出素子とを浸漬し、発熱抵抗体に通電してその周囲の尿素水溶液を加熱したときの温度上昇傾向を温度検出素子で測定することにより行われる。
【０００４】
ところで発熱抵抗体に通電したとき、発熱抵抗体は、自身の温度によってその抵抗値が変化する。通電前の発熱抵抗体は周囲の尿素水溶液の温度と略同一となっているので、通電開始直後の抵抗値を測定すれば、尿素水溶液の初期の温度を測定することが可能である。また、尿素水溶液中に浸漬される発熱抵抗体を加熱した際の昇温の度合い（つまり抵抗値変化）は、尿素水溶液の熱伝導率に影響を受けることとなる。そこで、発熱抵抗体に所定時間の通電を行い、通電直後と通電後にそれぞれ発熱抵抗体の抵抗値を測定し、測定した抵抗値に基づいて発熱抵抗体の温度変化を求め、予め求めておいた尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係に照らし合わせれば、温度検出素子を用いずに、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検出することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−１１４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが濃度センサの性能向上のため、さらなる検討を行ったところ、特許文献１のように尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係から求めた尿素濃度は、実際の尿素濃度に対して僅かながらズレを生ずることがわかった。検討結果によれば、尿素濃度を求める演算式において基準とした尿素水溶液の基準温度と、濃度検知対象の尿素水溶液の温度とのズレが大きくなるほど、求めた尿素濃度と実際の尿素濃度とのズレが大きくなる傾向（以下、「濃度分布傾向」という。）が見られた。例えば図５に示すように、尿素濃度を求める演算式の基準温度を常温（例えば２５℃付近）とした場合、常温付近では上記相関関係から求まる尿素濃度と実際の尿素濃度との間において、ほぼズレが生ずることはないが、尿素水溶液の温度が低温側あるいは高温側に移行するほど、実際の尿素濃度よりも高い尿素濃度が算出されてしまう。このような濃度分布傾向は尿素水溶液の性質や熱伝導率により左右されるものと予想されるが、物性値を基礎にした上記の尿素濃度と発熱抵抗体の温度変化との相関関係からは、見出すことが難しい傾向である。尿素濃度の検出精度の向上を図るには、算出される尿素濃度に対し、さらなる補正を行う必要があった。
【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、発熱抵抗体への通電時の温度変化に基づき得られる濃度対応値に対し補正を行い、濃度対応値の示す濃度分布傾向を平滑化して、液体に含まれる特定成分の濃度をより正確に検出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】
【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、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、液体が収容された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、前記検出時間内のうち前記第１対応値を取得した後、または、前記検出時間の経過後に、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に対応した濃度対応値を求める濃度対応値取得手段とを備えた液体状態検知センサにおいて、前記濃度対応値に対し前記温度情報に基づく補正を行って、前記液体の温度に応じた前記濃度対応値の濃度分布傾向を平滑化した補正濃度対応値を求める補正濃度対応値取得手段を備えている。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、絶縁性セラミック基体内に前記発熱抵抗体を埋設した構成をなし、且つ、前記絶縁セラミック基体の外表面が前記液体に接するように前記液体収容容器内に配置されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１または２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、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る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。
【００１１】
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、発熱抵抗体を所定の検出時間通電（加熱）した場合、特定成分の濃度の異なる液体毎に発熱抵抗体の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、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値と、第２抵抗値に対応した第２対応値とを順に取得した上で両対応値の差分値を求め、こ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に対応した濃度対応値を求めるようにしている。
【００１２】
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、発熱抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値をもとに求めた液体の温度情報と、第２対応値と第１対応値との差分値とを用いて、上記の濃度対応値を求めるようにしている。
【００１３】
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）や演算式を濃度対応値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。
【００１４】
さらに本発明者らの検討によると、上記テーブルや演算式を作成する際に基準とした尿素水溶液の基準温度と、濃度検知対象の尿素水溶液の温度とのズレが大きくなるほど、濃度対応値と、実際の尿素濃度とのズレが大きくなる濃度分布傾向があることがわかった。こうした濃度分布傾向は、上記のように物性値を基礎にした、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からは見出すことが難しい傾向である。そこで請求項１に係る発明では、温度情報に基づいて、濃度対応値に対してさらに補正を行って濃度分布傾向を平滑化することで、液体の温度に依存することなく、液体に含まれる特定成分の濃度をより正確に検出することができる。
【００１５】
なお、濃度対応値に対する補正を行うにあたっては、上記同様、予め、所定温度の参照液体の濃度に応じた本来取得されるべき濃度対応値と、その参照液体から検出によって得られる濃度対応値とのズレを確認することによって得られる濃度分布傾向をもとにテーブル（マップ）の作成や演算式の導出を行っておき、補正濃度対応値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。
【００１６】
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、また傍熱形の液体性状検出素子を有するセンサに比して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。
【００１７】
また、請求項２に係る発明によれば、発熱抵抗体を埋設してなる絶縁セラミック基体の外表面が液体に接するようにして、液体性状検出素子を液体収容容器内に配置しているため、液体の温度、液体に含まれる特定成分の濃度を検知する感度を高めることができる。さらに、発熱抵抗体を絶縁セラミック基体に埋設した構成を有することから、液体性状検出素子を導電性の液体に直接浸漬させることも可能である。
【００１８】
また、請求項３に係る発明によれば、液体状態検知センサにより状態の検知を行う液体を尿素水溶液とし、特定成分を尿素とすることができるので、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】
【００１９】
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。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。
【００２０】
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２参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００２１】
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、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おり、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０と、そのセラミックヒータ１１０の径方向周囲を覆いセラミックヒータ１１０を保護するプロテクタ１３０とを包囲している。そして、外筒電極１０の最先端部（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。なお、外筒電極１０の最先端部は必ずしも開口している必要はなく、プロテクタ１３０が視認できないように、液体導入口を有する整流板を、外筒電極１０の先端部１１に設けるようにしてもよい。
【００２２】
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、電極支持部４１に溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８（図２参照）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９９（図２参照）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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９９（図２参照）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。
【００２５】
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樹脂製部材であり、筒状をなし、後端側に、径方向外側へ向かって突出する鍔部５１が形成され、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が電極支持部４１に係合される際には、電極支持部４１の孔４６に収容部４３側から挿通され、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。
【００２６】
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２参照）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。また、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においても水密性および気密性が保たれるようになっている。
【００２７】
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上のパターンと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。
【００２８】
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９９（図２参照）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を有する。セラミックヒータ１１０は、２枚の板状の絶縁性セラミック層間にＰｔを主体に形成したヒータパターンを挟んで焼成したものである。ヒータパターンのうち発熱抵抗体１１４（図２参照）を構成するパターンの断面積を、リード線９０に接続される出力取り出し用の一対のリード部のパターンの断面積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。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」に相当し、２枚の絶縁性セラミック層を積層したものが、本発明における「絶縁性セラミック基体」に相当する。
【００２９】
このセラミックヒータ１１０は、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に支持されている。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なし、自身の内周側にセラミックヒータ１１０を挿通させ、小径となる先端側より、セラミックヒータ１１０の発熱抵抗体１１４（図２参照）が埋設された側を露出させている。その状態でセラミックヒータ１１０は、接着剤からなる固定部材１２５，１２６によってホルダ１２０の内周に固定されている。そしてホルダ１２０の大径側となる後端側は、内部電極２０の先端部２１に外嵌めで装着されており、さらに内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１２１が介在され、円筒状の内部電極２０内部の水密性および気密性が確保されている。
【００３０】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０の外表面に形成される各リード部と電気的に接続された出力取り出し部（出力取り出し部は、１枚の絶縁性セラミック層を貫通してなるビア導体を介してリード部と接続される。）に２つの中継端子１１９（図１では一方の中継端子１１９のみを表示している。）が接続され、その中継端子１１９に、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、中継端子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。
【００３１】
また、セラミックヒータ１１０のホルダ１２０から露出した部分は、有底円筒形状に形成された金属製のプロテクタ１３０によって覆われて保護されている。プロテクタ１３０は、開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。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、液体流通孔を介し、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液９９（図２参照）の交換が行われる。
【００３２】
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は円筒形状をなし、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に内周側から係合し、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（図２参照）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９９と、後端側に流入する尿素水溶液９９との液交換や気泡抜きが行われる。
【００３３】
次に、図２，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２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。図３は、ＲＯＭ２３０の記憶エリアの構成を示す図である。
【００３４】
図２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９９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２１０を搭載し、マイクロコンピュータ２１０には、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２８０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２５０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。
【００３５】
マイクロコンピュータ２１０は公知の構成からなるＣＰＵ２２０，ＲＯＭ２３０およびＲＡＭ２４０を備える。ＣＰＵ２２０は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２３０には、図３に示す、プログラム記憶エリア２３１、テーブル記憶エリア２３２、設定値等記憶エリア２３３などが設けられている。プログラム記憶エリア２３１には、後述する性状検知プログラム（図４参照）が記憶されており、液体状態検知センサ１００の駆動時に読み出されて実行される。テーブル記憶エリア２３２には、性状検知プログラムの実行に伴い参照される濃度補正テーブルが記憶されている。このテーブルは、後述する（１）式により得られた尿素濃度Ｃに対し、尿素水溶液９９の温度Ｔに応じた二次的な補正を行う際に参照されるテーブルであり、予め実験等により作成されるものである。より具体的には、特定の尿素水溶液９９の温度Ｔ（あるいは温度範囲）ごとに尿素濃度の検知を行い、（１）式により得られた尿素濃度Ｃと実際の尿素濃度とのズレを求める。そして、尿素濃度Ｃを実際の尿素濃度に近づけるため、尿素濃度Ｃに掛け合わせる補正値Ｚ（補正倍率）を求めたズレから算出し、尿素水溶液９９の温度Ｔ（あるいは温度範囲）と対応付け、これを濃度補正テーブルとしてテーブル記憶エリア２３２に記憶させればよい。
【００３６】
設定値等記憶エリア２３３には、性状検知プログラムに用いられる（１）〜（３）式（後述）、各種変数の初期値、閾値等が記憶されている。また、ＲＯＭ２３０には図示しないその他の記憶エリアも設けられ、液体状態検知センサ１００の駆動に伴い実行されるその他のプログラム（例えばレベル検知のためのプログラム）や設定値等も記憶されている。同様に、図２に示す、ＲＡＭ２４０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等の実行時には、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。
【００３７】
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２８０は、マイクロコンピュータ２１０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２１０に出力する。なお、本実施の形態では、外筒電極１０と内部電極２０との間に尿素水溶液９９を導入した際に、内部電極２０の外周面上に形成された絶縁性被膜２３を主な誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量が、導電性を有する尿素水溶液９９の介在する部分と介在しない部分とにおいて大きく異なることを利用して、レベル検知が行われる。
【００３８】
次に、液体性状検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２１０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２１０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２５０は、差動増幅回路部２６０、定電流出力部２７０およびスイッチ２５５により構成される。
【００３９】
定電流出力部２７０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２５５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２１０の制御に従って発熱抵抗体１１４への通電のオン・オフを行う。差動増幅回路部２６０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２１０に出力する。
【００４０】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００のセラミックヒータ１１０を用い、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度を検知する原理について簡単に説明する。
【００４１】
Ｐｔを主体に形成された発熱抵抗体１１４は、自身の温度と自身の抵抗値との間に相関関係があることが知られている。また、発熱抵抗体１１４への通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体１１４の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体１１４自身の温度は、自身の周囲に存在する尿素水溶液９９の温度とほぼ同一である。このことから、発熱抵抗体１１４への通電開始後（ただし、通電開始後に電流値が安定するまで約１０ｍｓｅｃを要する。）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９９の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液９９の温度を測定することが可能である。
【００４２】
次に、発熱抵抗体１１４への通電が継続された場合、発熱抵抗体１１４自身の温度は周囲に存在する尿素水溶液９９に奪われるが、尿素水溶液９９の熱伝導率によって発熱抵抗体１１４の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する尿素水溶液９９の熱伝導率に応じ、発熱抵抗体１１４の温度上昇率は異なってくる。また、尿素水溶液９９の熱伝導率は、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度によって異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体１１４を尿素水溶液９９に浸漬させ、その発熱抵抗体１１４を一定時間加熱して当該発熱抵抗体１１４の抵抗値変化の度合いを求めれば周囲の尿素水溶液９９の熱伝導率の違いを見出すことができ、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度を得ることができる。
【００４３】
具体的に、基準温度（例えば常温（２５℃）など）の尿素水溶液９９に発熱抵抗体１１４を浸漬し７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液９９の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体１１４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９９中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１１４は熱を奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなる。その結果、発熱抵抗体１１４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が大きくなる。
【００４４】
この尿素水溶液９９の尿素濃度と発熱抵抗体１１４の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、比例関係がある。具体的に、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液９９の尿素濃度と、発熱抵抗体１１４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、以下の式に示す。
ΔＶ＝ａＴ・Ｃ＋ｂＴ・・・（１）
なお、ΔＶは発熱抵抗体１１４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９９中の尿素濃度［ｗｔ％］を示す。ａＴは、尿素水溶液９９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９９の温度Ｔ℃におけるΔＶ−Ｃ直線の切片を示す。
【００４５】
一方、尿素水溶液９９に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液９９の温度が異なると、発熱抵抗体１１４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１１４の温度上昇率は、尿素水溶液９９の温度に対する依存性がある。
【００４６】
例えば、発熱抵抗体１１４に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液９９を加熱した場合、発熱抵抗体１１４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。これに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液９９に浸漬した発熱抵抗体１１４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９９の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液９９の温度が低いほど発熱抵抗体１１４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。
【００４７】
このように、尿素水溶液９９の尿素濃度と発熱抵抗体１１４の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液９９の温度に対する依存性がある。従って、（１）式に対し、尿素水溶液９９の温度に応じた補正（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。具体的に、尿素水溶液９９の温度により補正を行うための式を以下に示す。
ａＴ＝ａ２５＋ｘ（Ｔ−２５）・・・（２）
ｂＴ＝ｂ２５＋ｙ（Ｔ−２５）・・・（３）
なお、ａ２５は、尿素水溶液９９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９９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。上記（１）〜（３）式を用い、尿素水溶液９９中の尿素濃度を求める上で、尿素水溶液９９の温度に応じたキャリブレーションを行えば、正確な尿素濃度を求めることができる。
【００４８】
ところで、尿素水溶液９９の温度がキャリブレーションの基準温度（上記（２）、（３）式では２５℃）から離れるほど、求めた尿素濃度と実際の尿素濃度との間のズレが大きくなる傾向（濃度分布傾向）が見られる。本実施の形態の液体状態検知センサ１００ではこの濃度分布傾向を平滑化するため、（１）式により得られた尿素濃度Ｃに対し、さらに、尿素水溶液９９の温度に応じた二次的な補正を行っている。具体的には、マイクロコンピュータ２１０のＲＯＭ２３０に記憶された性状検知プログラムをＣＰＵ２２０が実行することにより、尿素水溶液９９の温度や尿素濃度Ｃを検知すると共に、得られた尿素濃度Ｃに対し、上記の二次的な補正を適用する。以下、図２〜図４を参照し、性状検知プログラムについて説明する。図４は、性状検知プログラムのフローチャートである。なお、図４におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。また、液体状態検知センサ１００では他のプログラムの実行に従って尿素水溶液９９のレベル検知も行われるが、ここでは、レベル検知についての説明は省略する。
【００４９】
ＥＣＵからの指示に基づき尿素水溶液９９の状態検知が行われる際には、図３に示す、ＲＯＭ２３０のプログラム記憶エリア２３１に記憶された性状検知プログラムがＲＡＭ２４０の所定の記憶エリアに読みこまれ、実行される。
【００５０】
図４に示すように、マイクロコンピュータ２１０（図２参照）からの制御信号に基づきスイッチ１５５が閉じられると、定電流出力部２７０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、本実施の形態では、発熱抵抗体１１４への通電開始後、電流値が安定するまでの時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ４における電圧値の測定が行われることはない。
【００５１】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ４に進み、差動増幅回路部２６０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２１０に入力される（Ｓ４）。なお、Ｓ４で差動増幅回路部２６０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、本発明における「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２０が、本発明における「第１対応値取得手段」に相当する。
【００５２】
続いて、マイクロコンピュータ２１０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値に基づき予め設定された演算式を用いて、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液９９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（Ｓ５）。なお、Ｓ５で尿素水溶液９９の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「温度情報取得手段」に相当する。
【００５３】
次に、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（Ｓ７：ＮＯ）。発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、Ｓ４と同様に、差動増幅回路部２６０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２１０に入力される（Ｓ８）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２１０からスイッチ２５５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（Ｓ１０）。なお、Ｓ８で、差動増幅回路部２６０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、本発明における「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２０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２７０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ７で本発明における「検出時間」に相当する７００ｍｓｅｃ経過まで待機した後、Ｓ１０で通電を停止するように、スイッチ２５５の制御信号を出力するＣＰＵ２２０が、本発明における「通電手段」に相当する。
【００５４】
そして、Ｓ４で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ８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（Ｓ１１）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２３０の設定値等記憶エリア２３３に記憶された、尿素水溶液９９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）よりも小さければ（Ｓ１３：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にあると判断してＳ１９に進む。そして（１）〜（３）の式に基づく演算が行われ、尿素水溶液９９に含まれる尿素濃度Ｃが求められる（Ｓ１９）。なお、Ｓ１１で差分値ΔＶの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「差分値算出手段」に相当し、Ｓ１９で、本発明における「濃度対応値」に相当する尿素水溶液９９の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「濃度対応値取得手段」に相当する。
【００５５】
次に、テーブル記憶エリア２３２に記憶された濃度補正テーブルが参照され、Ｓ５で算出された温度Ｔ（ＲＡＭ２４０に変数として一時記憶されている。）に対応した補正値Ｚ（補正倍率）が決定される。そして、Ｓ１９で得られた尿素濃度Ｃにこの補正値Ｚが掛け合わされて、補正尿素濃度Ｃｚが算出される（Ｓ２０）。算出された補正尿素濃度Ｃｚ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（Ｓ２２）。なお、Ｓ２０で、濃度補正テーブルの参照によって温度Ｔに対応した補正値Ｚを決定し、尿素濃度Ｃと掛け合わせることで、本発明における「補正濃度対応値」に相当する補正尿素濃度Ｃｚの算出を行うＣＰＵ２２０が、本発明における「補正濃度対応値取得手段」に相当する。
【００５６】
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（Ｓ２３：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９９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（Ｓ２３：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００５７】
一方、Ｓ１３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（Ｓ１３：ＮＯ）、予め実験等により決定され設定値等記憶エリア２３３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）よりも大きければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断される。この場合には、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（Ｓ１７）。
【００５８】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１４：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（Ｓ１６）。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２３に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２３：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液９９の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００５９】
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、Ｓ５において尿素水溶液９９の温度Ｔを所定の演算式に基づいて算出したが、これに限定するものではなく、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２３０に記憶させ、Ｓ５の処理で参照することによって求めてもよい。また、Ｓ１９における尿素水溶液９９中の尿素濃度Ｃについても（１）〜（３）の演算式に基づいて算出したが、上記同様これに限らず、予め実験等により作成したテーブルを参照することによって求めてもよい。一方、Ｓ２２において求めた尿素水溶液９９の補正尿素濃度Ｃｚは、濃度補正テーブルの参照によって決定した補正値Ｚを尿素濃度Ｃに掛け合わせて求めたが、これに限らず、所定の演算式に尿素濃度Ｃを代入して算出してもよいし、温度毎に予め設定した複数の補正値を加減して算出してもよい。
【００６０】
また、Ｓ２，Ｓ７，Ｓ２３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、Ｓ５において検出された尿素水溶液９９の温度Ｔにあわせ、Ｓ２３の待機時間が設定されるようにしてもよい。
【００６１】
また、回路基板６０を、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中継基板として設け、マイクロコンピュータ２１０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。
【００６２】
また、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９９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を設けず、レベル検知については行わないものとしてもよい。さらに、上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、「検出時間」に相当する７００ｍｓｅｃが経過するまで待機した後に、発熱抵抗体１１４の検出電圧値（「第２対応値」に相当）を検出するようにしたが、発熱抵抗体１１４への通電開始後であって、１０ｍｓｅｃ経過後、且つ、７００ｍｓｅｃが経過する前のタイミング（例えば、６８０ｍｓｅｃ）で発熱抵抗体１１４の検出電圧値を検出し、７００ｍｓｅｃが経過した時点で発熱抵抗体１１４への通電を停止するようにしてもよい。
【００６３】
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２５０に定電流出力部２７０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２５０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９９の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００６４】
また、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、尿素水溶液９９の温度や尿素濃度、レベルの検知を行うものを一例としたが、検知対象の液体は尿素水溶液に限定するものではない。例えば液体に含まれる特定成分としてアンモニアを用い、アンモニア水の性状（液位、温度、濃度等）を検知するセンサであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【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】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３】ＲＯＭ２３０の記憶エリアの構成を示す図である。
【図４】性状検知プログラムのフローチャートである。
【図５】従来の液体状態検知センサによって算出される尿素水溶液中の尿素濃度と、実際の尿素濃度との、尿素水溶液の温度に対するズレの傾向（濃度分布傾向）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
９８ 尿素水タンク
９９ 尿素水溶液
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
２１０ マイクロコンピュータ
２２０ ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、液体が収容された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、
前記検出時間内のうち前記第１対応値を取得した後、または、前記検出時間の経過後に、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に対応した濃度対応値を求める濃度対応値取得手段と
を備えた液体状態検知センサにおいて、
前記濃度対応値に対し前記温度情報に基づく補正を行って、前記液体の温度に応じた前記濃度対応値の濃度分布傾向を平滑化した補正濃度対応値を求める補正濃度対応値取得手段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】
前記液体性状検出素子は、絶縁性セラミック基体内に前記発熱抵抗体を埋設した構成をなし、且つ、前記絶縁セラミック基体の外表面が前記液体に接するように前記液体収容容器内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
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または２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項１】
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、液体が収容された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、
前記検出時間内のうち前記第１対応値を取得した後、または、前記検出時間の経過後に、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に対応した濃度対応値を求める濃度対応値取得手段と
を備えた液体状態検知センサにおいて、
前記濃度対応値に対し前記温度情報に基づく補正を行って、前記液体の温度に応じた前記濃度対応値の濃度分布傾向を平滑化した補正濃度対応値を求める補正濃度対応値取得手段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】
前記液体性状検出素子は、絶縁性セラミック基体内に前記発熱抵抗体を埋設した構成をなし、且つ、前記絶縁セラミック基体の外表面が前記液体に接するように前記液体収容容器内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
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または２に記載の液体状態検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２１６４０５（Ｐ２００９−２１６４０５Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７２８８（Ｐ２００８−５７２８８）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【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２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【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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