液濃度検出装置
【課題】 一対の電極の間に形成される電極間スペースに収容される液体の占有割合が変化する使用環境において、液濃度を適切に検出できる液濃度検出装置を提供する。
【解決手段】 液濃度検出装置１は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）および第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］））におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、液濃度検出装置１は、電極間液体占有割合が変化した場合であっても、電極間液体占有割合の変化に応じて適切に液濃度を検出することが可能となる。
【解決手段】 液濃度検出装置１は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）および第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］））におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、液濃度検出装置１は、電極間液体占有割合が変化した場合であっても、電極間液体占有割合の変化に応じて適切に液濃度を検出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースに配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度（液濃度）を検出する液濃度検出装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、特許文献１の請求項２には、液体と電気的に絶縁された少なくとも２つの導電性電極を備え、電極間の静電容量の変化から濃度を検出する液濃度センサが記載されている。また、特許文献１の請求項３には、静電容量変化を積分回路の帰還部に挿入して液濃度を検出する装置が記載されている。
【０００４】
なお、この従来の液濃度検出装置は、１対の電極の間に形成される電極間スペース全体に液体が常時配置された状態で有ることを前提として、液濃度を検出するよう構成されている。
【０００５】
他方、一対の電極間の静電容量に基づき液体の物理量を検出する装置としては、液濃度を検出する装置の他に、一対の電極間の静電容量に基づき液量（レベル）を計測する装置が、特許文献２に開示されている。そして、特許文献２においては、液量を計測するための電極対（一対の電極）として、少なくとも１組の電極対（液量計測用電極対）を備える装置が開示されている。なお、特許文献２においては、液量計測用電極対とは別に、補正用の電極対（液量補正用電極対）を備える構成が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３５２０８９号公報（請求項２，３）
【特許文献２】特開平９−１５２３６８号公報（請求項２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の液濃度検出装置においては、電極間スペース全体に液体が満たされる必要があることから、液体の消費などにより液量が変化して電極間スペース全体に液体が満たされない状態になりうる使用環境においては、液濃度を適切に検出できない虞がある。
【０００７】
つまり、液体の消費や液体を収容する容器の振動などの影響により、電極間スペースに液体と大気が混在した状態になると、電極間スペースに配置される物質の誘電率は、液濃度が変化しなくとも、電極間スペース全体に液体が満たされるときの誘電率とは異なる値を示すことになる。このように、電極間スペースに配置される液体の占有割合が変化すると、液濃度を適切に検出することが不可能となる。
【０００８】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、一対の電極の間に形成される電極間スペースに収容される液体の占有割合が変化する使用環境において、液濃度を適切に検出できる液濃度検出装置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】
【０００９】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置であって、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち、特定成分の濃度の変化に依存せず、電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域を第１周波数帯域とした場合において、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が第１周波数帯域であるときの静電容量を第１静電容量として検出する第１静電容量検出手段と、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち第１周波数帯域とは異なる周波数帯域を第２周波数帯域とした場合において、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が第２周波数帯域であるときの静電容量のうち、少なくとも１点以上の静電容量を第２静電容量として検出する第２静電容量検出手段と、第１静電容量に基づいて電極間スペースにおける液体の占有割合である電極間液体占有割合を演算する電極間液体占有割合演算手段と、電極間液体占有割合および第２静電容量に基づき特定成分の濃度を演算する液濃度演算手段と、を備えることを特徴とする液濃度検出装置である。
【００１０】
この液濃度検出装置は、一対の電極間の静電容量として、印加する交流電圧の周波数帯域が異なる少なくとも２点の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出し、第１静電容量および第２静電容量を用いて、液体に含まれる特定成分の濃度（以下、液濃度ともいう）を検出することに特徴がある。
【００１１】
なお、液濃度が同一であっても、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が異なる場合には、一対の電極間の静電容量は、周波数帯域ごとに異なる値を示す。また、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち特定の周波数帯域においては、特定成分の濃度の変化に依存せず、主に電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する。なお、本発明の液濃度検出装置では、このような周波数帯域を第１周波数帯域と定めている。
【００１２】
そして、この液濃度検出装置においては、第１周波数帯域であるときの一対の電極間の静電容量である第１静電容量を第１静電容量検出手段が検出し、電極間液体占有割合演算手段が第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を演算する。
【００１３】
また、この液濃度検出装置においては、第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域であるときの一対の電極間の静電容量である第２静電容量を第２静電容量検出手段が検出し、液濃度演算手段が電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて特定成分の濃度（液濃度）を演算する。
【００１４】
なお、第２周波数帯域は、電極間スペースにおける液体の占有割合が一定であっても、特定成分の濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。このため、第２静電容量は、電極間液体占有割合が変化しない場合であっても、液濃度に応じて値が変化する。
【００１５】
つまり、この液濃度検出装置は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域および第２周波数帯域）におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、この液濃度検出装置は、電極間液体占有割合が変化した場合であっても、電極間液体占有割合の変化に応じて適切に液濃度を検出することが可能となる。
【００１６】
よって、本発明によれば、一対の電極間の静電容量として、単一の静電容量ではなく、周波数帯域の異なる複数の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで電極間液体占有割合を特定でき、一対の電極の全てが液体に浸漬されない状態であっても、液体における特定成分の濃度を検出できる。
【００１７】
次に、上述の発明においては、第１周波数帯域が第２周波数帯域よりも低い周波数帯域であるとよい。
低周波数帯域ほど、液体中の特定成分の濃度に依存せず、電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化し易い傾向にあるから、第１静電容量を第２周波数帯域よりも低い第１周波数帯域により検出することで、電極間液体占有割合の検出精度を良好なものとすることができる。
【００１８】
そして、上述の発明においては、例えば、第１周波数帯域が１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域であり、第２周波数帯域が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域であるとよい。
つまり、少なくとも１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域においては、特定成分の濃度の変化に対して依存せず、主に電極間液体占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する。このため、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域を第１周波数帯域として設定することで、電極間液体占有割合をより精度良く検出することができる。
【００１９】
また、少なくとも１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域における一対の電極間の静電容量は、液体における特定成分の濃度が同一であっても、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域における静電容量と比べて、周波数の変化に対する静電容量の変化量が大きくなる。また、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域においては、液体における特定成分の濃度（液濃度）に応じて静電容量が変化する傾向が強くなる。このことから、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域を第２周波数帯域として設定することで、液濃度の変化に対する第２静電容量の変化量が大きくなり、液濃度の検出精度を向上できる。
【００２０】
よって、本発明によれば、電極間液体占有割合の検出精度を向上できるとともに、液濃度の検出精度を向上できる。
なお、第１周波数帯域は、少なくとも１［ｋＨｚ］以上の周波数帯域に設定することが望ましい。また、第２周波数帯域は、少なくとも２０［ＭＨｚ］以下の周波数帯域に設定することが望ましい。
【００２１】
次に、上述の発明においては、一対の電極は、液体のレベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態で配置され、電極間液体占有割合演算手段は、第１静電容量に基づきレベルを演算するとよい。
【００２２】
このように、一対の電極の配置状態が液体のレベルに応じて電極間液体占有割合が変化する配置状態となることで、電極間液体占有割合とレベルとの間に相関関係が生じ、ひいては、一対の電極間の静電容量とレベルとの間にも相関関係が生じることとなる。
【００２３】
これより、電極間液体占有割合演算手段が第１静電容量を用いて液体のレベルを演算することが可能となり、第１静電容量を検出するための一対の電極とは別に、レベルを検出するための一対の電極を別途備えることなく、レベルを検出することができる。
【００２４】
なお、レベル（液量）を検出するための従来の装置としては、上述の特許文献２に記載のように、液量を計測するための電極対（一対の電極）として、少なくとも１組の電極対（液量計測用電極対）を備える装置が知られている。
【００２５】
これに対して、本発明は、レベル（液量）および液濃度（液体中における特定成分の濃度）をそれぞれ検出するにあたり、電極対（一対の電極）を１組（換言すれば、電極対を共用化して）備えればよく、電極対を用途ごとにそれぞれ備える必要がない。
【００２６】
よって、本発明によれば、複数の電極対を備えることなく、１つの電極対を用いることで、液濃度のみならずレベル（液量）を検出することが可能となる。
ところで、一対の電極間の静電容量と液濃度との相関関係は、液体の温度変化によって変化することがある。このため、液体の温度が一定の用途においては、予め液体温度を測定しておき、その温度条件下における静電容量と液濃度との相関関係に基づき液濃度を検出することで、温度の影響による誤差が生じるのを防止できる。しかし、液体の温度が変化する用途においては、温度変化の影響により静電容量と液濃度との相関関係が変動してしまい、液濃度の検出精度が低下する虞がある。
【００２７】
そこで、上述の発明においては、液体の温度を検出する温度検出手段を備え、液濃度演算手段は、電極間液体占有割合、第２静電容量および温度検出手段により検出された液体温度に基づき特定成分の濃度を検出するとよい。
【００２８】
このように温度検出手段を備えておき、電極間液体占有割合および第２静電容量に加えて温度検出手段が検出した液体温度を用いて特定成分の濃度を検出することで、液体の温度変化に応じて液濃度を検出することが可能となる。
【００２９】
よって、本発明によれば、液体の温度変化による検出誤差の発生を抑えつつ液濃度を検出でき、液濃度の検出精度を向上できる。
次に、上述の発明においては、第２静電容量検出手段は、第２周波数帯域のうち互いに周波数が異なる２点以上の静電容量を第２静電容量として検出し、液濃度演算手段は、少なくとも電極間液体占有割合および２点以上の第２静電容量に基づき特定成分の濃度を検出するとよい。
【００３０】
このように、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出することで、より多くの静電容量に基づいて液濃度を演算することができ、液濃度の検出精度をより高めることができる。
【００３１】
なお、上述の発明においては、例えば、液体が少なくとも尿素を含む水溶液であり、特定成分の濃度が尿素の濃度であるとよい。
つまり、尿素水溶液においては、尿素の濃度が一定であっても、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が変化することによって、一対の電極間の静電容量が変化する。このことから、尿素水溶液における尿素の濃度を検出するにあたり、上記の液濃度検出装置を用いることで、一対の電極の全体が液体に浸漬されていない場合であっても、液濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態について、図面と共に説明する。
図１に、実施形態としての液濃度検出装置１の概略構成図を示す。
なお、本実施形態は、少なくとも尿素を含む尿素水溶液における尿素の濃度を検出するための液濃度検出装置である。この液濃度検出装置は、例えば、ディーゼル自動車などに備えられて、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における尿素濃度を検出するために利用される。
【００３３】
図１に示すように、液濃度検出装置１は、収容容器８１（タンク８１ともいう）に収容される尿素水溶液の尿素濃度を検出するものであり、一対の電極（後述する外筒電極１０および内部電極２０）を有するセンサ部７１と、センサ部７１の一対の電極間を通過する電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換部７３と、尿素水溶液の温度を検出する温度検出部７５と、少なくともレベル（水位）および液濃度を演算するための演算処理を行う演算処理部７７と、センサ部７１の一対の電極間に印加する交流電圧を出力する電圧出力部７９と、を備えている。
【００３４】
センサ部７１は、収容容器８１の内部に配置される。このとき、センサ部７１に備えられる一対の電極は、収容容器８１における尿素水溶液のレベル（水位）に応じて電極間スペースにおける液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で配置される。なお、センサ部７１の構造については、後述する。
【００３５】
電流−電圧変換部７３は、センサ部７１の一対の電極間を通過する電流値を電圧値に変換し、変換した電圧値を演算処理部７７に対して出力する。
温度検出部７５は、尿素水溶液の温度を検出し、検出した温度を演算処理部７７に対して出力する。
【００３６】
演算処理部７７は、マイクロコンピュータ（マイコン）や信号入出力部などを備えており、各種演算処理を実行することにより、液体に含まれる特定成分の濃度（本実施形態では尿素水溶液の尿素濃度）および液体の水位レベル（本実施形態では、尿素水溶液のレベル）を演算する。
【００３７】
電圧出力部７９は、演算処理部７７から指定された周波数の交流電圧をセンサ部７１の一対の電極間に印加する。なお、電圧出力部７９は、少なくとも３種類の周波数（低周波（１００［ｋＨｚ］）、高周波１（５［ＭＨｚ］）、高周波２（１０［ＭＨｚ］））の交流電圧を出力可能に構成されている。
【００３８】
ここで、センサ部７１としての液濃度センサ７２について説明する。なお、図２に、液濃度センサ７２の内部構成を表した縦断面図を示す。
図２に示すように、液濃度センサ７２は、円筒形状を有する外筒電極１０と、その外筒電極１０の内部にて、外筒電極１０の軸線方向に沿って設けられた内部電極２０と、外筒電極１０および内部電極２０を互いに非接触の状態で支持する基部４０と、を備えて構成される。
【００３９】
図３に、外筒電極１０の斜視図を示す。
外筒電極１０は、導電性の金属材料からなり、図３に示すように、長細い円筒形状を有する。液濃度センサ７２の先端側（図２における下側）にあたる外筒電極１０の先端部１１には、後述する内部電極２０のブッシュ３０（図２参照）の抜け防止のための開口部１３が設けられている。そして、開口部１３の設けられた位置における外筒電極１０の母線（図中一点鎖線Ａで示す。）に沿って、細幅のスリット１４，１５，１６が、先端部１１側から順に基端部１２（液濃度センサ７２の基部４０側の端部）にわたって、それぞれが独立に形成されている。
【００４０】
スリット１４，１５，１６は、それぞれが略同形状で等間隔に１本の母線上に沿って断続的に配置され、各スリット１４，１５，１６間にはスリットが形成されていない筒状形態の補強部１７，１８を有している。さらに、先端部１１および基端部１２にも、それぞれの端面から連なって、スリットが形成されていない領域（スリット非形成領域）が設けられている。そして、これら各スリット１４，１５，１６は、開口部１３とともに、外筒電極１０の外周面上で周方向に等間隔となる３本の母線上に、それぞれ形成されている。また、外筒電極１０の基端部１２には、スリット１４，１５，１６が形成された各母線とは異なる母線上に、１つの空気抜孔１９が形成されている。
【００４１】
次に、図２に示すように、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の基部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。
基部４０は、尿素水溶液を収容したタンク８１に液濃度センサ７２を固定するための台座として機能し、そのための取り付け孔（図示省略）を鍔部４２に有する。また、基部４０のうち鍔部４２を挟んだ電極支持部４１の反対側には、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）と外部回路（本実施形態では、電流−電圧変換部７３）との電気的な接続を行うための中継用の回路基板６０などを収容する収容部４３が形成されている。
【００４２】
なお、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（図示省略）上に載置されている。
一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）と外部回路との接続は、カバー４５の側部に固定されるコネクタ６２を介して行われる。なお、コネクタ６２の外部接続端子（図示外）と回路基板６０の配線とは、配線ケーブル６１を介して接続されている。また、カバー４５は、収容部４３を覆って保護する状態で鍔部４２に固定されている。
【００４３】
基部４０の電極支持部４１には、収容部４３の内部に貫通する孔４６が形成されており、この孔４６の内部に、内部電極２０が固定される。本実施形態の内部電極２０は、円柱状をした導電性の金属棒であり、外筒電極１０の全長とほぽ同じ長さを有する。内部電極２０の先端部２１側（図２における下側であり、液濃度センサ７２の先端側）の端部は面取りされている。この内部電極２０の外周面上には、例えばＰＦＡからなる絶縁膜（図示省略）が形成されている。また、基端部２２側（図２における上側）には、内部電極２０を基部４０に固定するため、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。
【００４４】
なお、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筒状の樹脂製部材であり、先端側が基部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。
【００４５】
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は、収容部４３側から電極支持部４１の内周に挿通されることで電極支持部４１に係合される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、電極支持部４１の内周をインナーケース５０が通り抜けることが防止される。
【００４６】
また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿入されるが、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。
【００４７】
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の外周と基部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、液濃度センサ７２がタンク８１に取り付けられた際に、タンク８１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気密性が保たれている。なお、基部４０の鍔部４２において液濃度センサ７２の先端側の面には板状のゴム部材（図示省略）が嵌められ、Ｏリング５３，５４と同様に、タンクヘの取り付け時に、タンクの内外の気密性が保たれる。
【００４８】
そして、内部電極２０の基部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。押さえ板５７は、パイプガイド５５との間に押さえ板５６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。
【００４９】
また、押さえ板５６，５７には中央に孔が設けてあり、内部電極２０の電極取りだし用リード線５９が挿通され、回路基板６０に接合されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示省略）が基部４０に接続されており、これにより、外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。なお、基部４０は、導電性材料で構成されている。
【００５０】
また、基部４０の電極支持部４１にて支持された内部電極２０は、その先端部２１が、外筒電極１０の先端部１１と非接触の状態となるようにゴム製のブッシュ３０により、保持されている。図２に示すように、ブッシュ３０は、外径が外筒電極１０の内周と略一致する円筒形状の胴部３２の一端側に、テーパ状の先端部３１が形成されている。先端部３１は、胴部３２側の端が胴部３２の外径よりも大きく構成された鍔部３４として形成されており、外筒電極１０に胴部３２が嵌められた際のストッパーとして機能する。
【００５１】
ブッシュ３０の胴部３２の内周には、内部電極２０の先端部２１を位置決め保持するためのリブ３６が複数本周方向に対して分散して列設されている。そして、先端部３１には、胴部３２の内周側に接続する孔３３が開ロされており、胴部３２の内周で内部電極２０が保持された状態でも、リブ３６の隙間を介してブッシュ３０の内側と外側とが連通するように構成されている。これにより、孔３３を介してタンクに収容された尿素水が外筒電極１０と内部電極２０との間に形成されるギャップ（電極間スペース）に入り込むことが可能となる。また、胴部３２の外周には、外筒電極１０の開口部１３に係合して、ブッシュ３０の抜け防止として機能する突起部３５が設けられている。このようなブッシュ３０に保持される内部電極２０は、外筒電極１０との接触が防止される。
【００５２】
次に、液濃度検出装置１にて実行される液状態測定処理の処理内容について説明する。
なお、図５は、液状態測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
まず、液状態測定処理が開始されると、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、装置内の各部（演算処理部７７、電圧出力部７９など）の初期化処理が実行される。具体的には、メモリや信号入出力部などのリセット処理が実行される。
【００５３】
次のＳ１２０では、水位レベル測定処理が実行される。図６に、水位レベル測定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
水位レベル測定処理が開始されると、Ｓ２１０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の周波数を低周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）に切り替える処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が電圧出力部７９に対して低周波指令信号を出力することで、電圧出力部７９から液濃度センサ７２に対して出力される周波数帯域を切り替える。
【００５４】
次のＳ２２０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の波形を作成する処理が実行される。具体的には、電圧出力部７９が、液濃度センサ７２に対して出力する交流電圧の波形を生成すると共に、液濃度センサ７２に対して電圧を印加する。このとき、交流電圧の周波数は、１００［ｋＨｚ］である。
【００５５】
次のＳ２３０では、液濃度センサ７２を介して出力される電圧を測定する処理が実行される。具体的には、電流−電圧変換部７３が、液濃度センサ７２の一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を通過した電流値を電圧値に変換しており、演算処理部７７が、電流−電圧変換部７３からの出力電圧を検出（入力）する。
【００５６】
次のＳ２４０では、演算処理部７７の内部において、液濃度センサ７２の出力電圧波形を解析する処理を行い、出力電圧波形の振幅を算出する。
次のＳ２５０では、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量を演算する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、液濃度センサ７２の出力電圧波形の振幅に基づき一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量（第１静電容量）を演算する。
【００５７】
次にＳ２６０では、タンク８１の内部における水位レベル（以下、単に、レベルともいう）および一対の電極の隙間空間における液体の占有割合（電極間液体占有割合）を検出する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、第１静電容量に基づき水位レベルおよび電極間液体占有割合を検出する処理を実行する。
【００５８】
演算処理部７７は、水位レベル、電極間液体占有割合および静電容量の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め記憶しており、そのマップあるいは計算式を用いて、第１静電容量に基づき水位レベルおよび電極間液体占有割合を演算する。
【００５９】
上述したように、センサ部７１における一対の電極が尿素水溶液のレベルに応じて電極間液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で備えられることから、電極間液体占有割合とレベルとの間に相関関係が生じる。そして、電極間の静電容量と電極間液体占有割合との間に相関関係があることから、レベルと静電容量との間にも相関関係が生じることとなり、その相関関係に基づいて、マップあるいは計算式が定められている。
【００６０】
なお、水位レベルと電極間液体占有割合との間に相関関係が有る場合においては、第１静電容量に基づきいずれか一方の値を演算した後、水位レベルと電極間液体占有割合との相関関係に基づき他方の値を演算することで、水位レベルおよび電極間液体占有割合を演算するように構成することもできる。
【００６１】
ここで、本実施形態の液濃度検出装置１により、電極間液体占有割合および液体の水位レベルを検出する原理について説明する。図４は、液濃度センサ７２における外筒電極１０と内部電極２０との間（電極間スペース）に満たされた尿素水の水面近傍の拡大断面図である。
【００６２】
液濃度センサ７２は、尿索水を収容したタンク８１において、外筒電極１０および内部電極２０の軸線方向が尿素水の水位の高低方向に対して平行となる状態で組み付けられる。つまり、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）は、タンク８１における尿素水溶液のレベルに応じて外筒電極１０および内部電極２０の電極間スペースにおける液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で配置される。
【００６３】
そして、一対の電極間（外筒電極１０と内部電極２０との間）の静電容量を測定することで、両者間に存在する尿素水が、外筒電極１０の軸線方向にどれだけの水位レベルまで存在しているかを検出することができる。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、静電容量の大きさが、その径の差が小さいほど大きくなることに基づく。
【００６４】
すなわち、図４に示すように、尿素水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、両者間の空気層と絶縁膜２３との合計の厚み分の距離（距離Ｂで示す）となる。一方、尿素水が満たされた部位においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿索水が導電性のために外筒電極１０と尿素水との電位が等しくなることから、絶縁膜２３の厚み分の距離（距離Ｃで示す）となる。
【００６５】
つまり、尿索水が満たされている部位は、満たされていない部位よりも電位差の生じる部位聞の距離がより近いため、静電容量が大きい。このことから、ギャップ間に電圧を印加した場合、尿素水が満たされている部分が多くなるに従って、静電容量がより大きくなる部分（距離Ｃである部分）の割合が増える。
【００６６】
そして、周知のように、静電容量の大きさが互いに対向する電位の異なる部位の面積に比例することから、液濃度センサ７２の全体として検出される静電容量は、尿素水の水位レベルが高くなるに従って大きくなる。
【００６７】
次に、図８に、尿素濃度の異なる２種類（０［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］）の尿素水溶液における水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図８では、尿素水溶液の水温が２４［℃］であるときの相関関係を示しており、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）に対する印加電圧の周波数は低周波数（１００［ｋＨｚ］）である。
【００６８】
つまり、演算処理部７７に記憶されるマップまたは計算式は、このような相関関係に基づき予め定められており、例えば、図８に示す相関関係に基づき定められたマップにおいては、静電容量が約１６０［ｐＦ］であるときの水位レベルの演算結果は、約４０［ｃｍ］である。
【００６９】
また、図９に、尿素濃度の異なる２種類（０ｗｔ％、３２．５ｗｔ％）の尿素水溶液について、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、この相関関係は、尿素水溶液の水温が２４［℃］であるときの相関関係である。
【００７０】
これによれば、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位レベル（あるいは、電極間液体占有割合）と静電容量との相関関係は、低周波数（１００［ｋＨｚ］）の場合と比べて、尿素濃度ごとに異なる相関関係となることが判る。つまり、印加電圧の周波数が低周波数（１００［ｋＨｚ］）に設定されたときの静電容量に基づき水位レベル（電極間液体占有割合）を検出する場合には、尿素濃度の変化による影響を受けることなく、水位レベル（電極間液体占有割合）を検出することができる。
【００７１】
Ｓ２６０での処理が完了するとともにＳ１２０での処理が完了すると、次のＳ１３０では、尿素水溶液の温度（水温）を検出する処理が実行される。具体的には、温度検出部７５が水温を検出するとともに、検出した水温データを演算処理部７７に対して出力する。
【００７２】
次のＳ１４０では、液濃度測定処理が実行される。図７に、液濃度測定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
液濃度測定処理が開始されると、Ｓ３１０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の周波数を高周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）に切り替える処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が電圧出力部７９に対して高周波指令信号を出力することで、電圧出力部７９から液濃度センサ７２に対して出力される周波数帯域を切り替える。
【００７３】
次のＳ３２０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の波形を作製する処理が実行される。具体的には、電圧出力部７９が、液濃度センサ７２に対して出力する交流電圧の波形を生成すると共に、液濃度センサ７２に対して電圧を印加する。このとき、交流電圧の周波数は、１０［ＭＨｚ］である。
【００７４】
次のＳ３３０では、液濃度センサ７２を介して出力される電圧を測定する処理が実行される。具体的には、電流−電圧変換部７３が、液濃度センサ７２の一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を通過した電流値を電圧値に変換しており、演算処理部７７が、電流−電圧変換部７３からの出力電圧を検出（入力）する。
【００７５】
次のＳ３４０では、演算処理部７７の内部において、液濃度センサ７２の出力電圧波形を解析する処理を行い、出力電圧波形の振幅を算出する。
次のＳ３５０では、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量を演算する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、液濃度センサ７２の出力電圧波形の振幅に基づき一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量（第２静電容量）を演算する。
【００７６】
次のＳ３６０では、タンク８１の内部に収容されている尿素水溶液の尿素濃度を検出する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、Ｓ１３０で検出した水温および第２静電容量に基づき尿素水溶液の尿素濃度を検出する処理を実行する。
【００７７】
なお、演算処理部７７は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、水温、尿素濃度および静電容量の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め記憶しており、そのマップあるいは計算式を用いて、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、Ｓ１３０で検出した水温および第２静電容量に基づき尿素濃度を演算する。
【００７８】
図１０に、尿素濃度の異なる４種類（０［ｗｔ％］、１６．３［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］、４０．０［ｗｔ％］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。また、図１１に、周波数が異なる３種類（１００［ｋＨｚ］、５［ＭＨｚ］、１０［ＭＨｚ］）の場合について、尿素水溶液における濃度と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。
【００７９】
なお、図１０および図１１では、尿素水溶液の水温が２４［℃］で、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
つまり、演算処理部７７に記憶されるマップまたは計算式は、このような相関関係に基づき予め定められており、例えば、図１１に示す相関関係のうち周波数が１０［ＭＨｚ］であるときの波形に基づき定められたマップにおいては、静電容量が約１２５［ｐＦ］であるときの尿素濃度の演算結果は、約１６．３［ｗｔ％］である。
【００８０】
なお、高周波数帯域における尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）ごとおよび尿素水溶液の水温ごとに異なるため、高周波数帯域におけるマップまたは計算式は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）ごとおよび尿素水溶液の水温ごとに予め定められている。
【００８１】
ここで、図１２に、尿素濃度が０［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図１２では、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
【００８２】
また、図１３に、尿素濃度が３２．５［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図１３では、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
【００８３】
図１２および図１３によれば、低周波数領域（例えば、１００［ｋＨｚ］以下の帯域）では、周波数と静電容量との相関関係が水温に依存することなく、高周波数領域（例えば、１［ＭＨｚ］以上の帯域）では、周波数と静電容量との相関関係が水温に依存しており、水温毎に異なる波形を示すことが判る。
【００８４】
よって、Ｓ３６０での処理において、演算処理部７７は、まず、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）およびＳ１３０で検出した水温を用いて、これらの水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）および水温に対応するマップあるいは計算式（静電容量と尿素濃度との相関関係に関するマップあるいは計算式）を選択し、そのマップあるいは計算式を用いて第２静電容量に対応する尿素濃度を検出する処理を行う。
【００８５】
Ｓ３６０での処理が完了するとともにＳ１４０での処理が完了すると、次のＳ１５０では、水位レベルおよび尿素濃度に関する検出データを外部機器に出力する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、演算結果である水位レベルおよび尿素濃度を、外部機器（例えば、ディーゼル自動車の中央処理装置など）に対して出力する。
【００８６】
Ｓ１５０は、検出データを出力した後、予め定められた待機時間が経過すると、処理を完了する。
そして、Ｓ１５０での処理が完了すると、再びＳ１２０に移行し、その後、Ｓ１２０からＳ１５０までの処理が繰り返し実行される。このようにして、本実施形態の液濃度検出装置１は、一定周期ごとに水位レベルおよび尿素濃度を検出するための処理を繰り返し実行する。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の液濃度検出装置１は、電極対（一対の電極）を複数備えるのではなく、単一の電極対を備える構成であり、その一対の電極間の静電容量として、印加する交流電圧の周波数帯域が異なる２点の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出する。
【００８８】
そして、液濃度検出装置１は、低周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）における第１静電容量を用いて電極間液体占有割合および水位レベルを演算する。なお、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち１００［ｋＨｚ］の帯域は、尿素濃度の変化に対して依存せず、主に電極間スペースにおける尿素水溶液の占有割合（電極間液体占有割合）に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。
【００８９】
また、液濃度検出装置１は、検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、検出した水温、高周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）における第２静電容量を用いて、尿素濃度を演算する。なお、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち１０［ＭＨｚ］の帯域は、電極間液体占有割合が一定であっても、尿素濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。
【００９０】
つまり、液濃度検出装置１は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）および第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］））におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、液濃度検出装置１は、尿素水溶液の消費や車両（タンク８１）の振動などによって電極間液体占有割合が変化した場合であっても、適切に液濃度を検出することが可能となる。
【００９１】
よって、本実施形態によれば、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）間の静電容量として、単一の静電容量ではなく、周波数帯域の異なる第１静電容量および第２静電容量を検出することで電極間液体占有割合（水位レベル）を特定でき、一対の電極の全てを常時液体に浸漬させた状態にしなくとも、尿素濃度を検出できる。
【００９２】
なお、尿素濃度の変化に依存せず、主に電極間液体占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域は、上述した１００［ｋＨｚ］の周波数帯域に限られず、１０［ＭＨｚ］よりも高い周波数帯域（例えば、１００［ＭＨｚ］以上）にも存在する。このため、このような周波数帯域（１００［ＭＨｚ］以上の周波数帯域）における静電容量を、第１静電容量として用いることも可能である。
【００９３】
ここで、本実施形態においては、電極間液体占有割合の検出に用いる第１静電容量を検出する際には、一対の電極に印加する交流電圧の周波数帯域が第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）である。また、液濃度の検出に用いる第２静電容量を検出する際には、一対の電極に印加する交流電圧の周波数帯域が第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）である。
【００９４】
つまり、第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）は、第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）よりも低い周波数帯域に設定されている。
ところで、図１０によれば、少なくとも１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域においては、特定成分の濃度（尿素濃度）の変化に対して一対の電極間の静電容量が依存し難いことが判る。また、図８によれば、特定成分の濃度（尿素濃度）の差異にかかわらず、水位レベル（換言すれば、電極間液体占有割合）に応じて一対の電極間の静電容量が変化することが判る。このため、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域を第１周波数帯域として設定することで、電極間液体占有割合をより精度良く検出することができる。
【００９５】
なお、第１周波数帯域は、少なくとも１［ｋＨｚ］以上の周波数帯域に設定することが望ましい。
また、図１０によれば、液体における特定成分の濃度（尿素濃度）が同一であっても、少なくとも１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域における一対の電極間の静電容量は、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域における静電容量に比べて、周波数の変化に対する静電容量の変化量が大きくなる。また、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域においては、液体における特定成分の濃度（液濃度）に応じて静電容量が変化する傾向が強くなる。
【００９６】
そして、本実施形態では、周波数帯域が１０［ＭＨｚ］である時の静電容量を第２静電容量として検出しており、液濃度の検出に用いる第２静電容量の検出時の周波数帯域（第２周波数帯域）が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域に設定されていることから、液濃度（尿素濃度）の変化に対する第２静電容量の変化量が大きくなり、液濃度の検出精度を向上できる。
【００９７】
なお、第２周波数帯域は、少なくとも２０［ＭＨｚ］以下の周波数帯域に設定することが望ましい。
また、本実施形態においては、一対の電極の配置状態が尿素水溶液のレベルに応じて電極間液体占有割合が変化する状態であることから、電極間液体占有割合のみならずレベルを演算することが可能である。
【００９８】
つまり、本実施形態の液濃度検出装置１は、液量を計測するための電極対（一対の電極）を備えることなく、１つの電極対を用いることで、液濃度のみならずレベル（液量）を検出することが可能となる。
【００９９】
このことから、液濃度検出装置１は、電極対の設置スペースを新たに確保することなく、レベル（水位レベル）を検出できるという利点がある。
また、本実施形態においては、尿素水溶液の温度（水温）を検出し、その水温を尿素濃度の検出処理に用いることから、水温が変化する環境下であっても、水温変化に応じて液濃度を検出することができる。これにより、液濃度検出装置１は、尿素水溶液の温度変化による検出誤差の発生を抑えつつ液濃度を検出でき、液濃度の検出精度を向上できる。
【０１００】
なお、上記実施形態においては、外筒電極１０および内部電極２０が特許請求の範囲における一対の電極に相当し、演算処理部７７におけるＳ２５０での処理が第１静電容量検出手段に相当し、Ｓ３５０での処理が第２静電容量検出手段に相当し、Ｓ２６０での処理が電極間液体占有割合演算手段に相当し、Ｓ３６０での処理が液濃度演算手段に相当し、温度検出部７５が温度検出手段に相当している。
【０１０１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態においては、液体の温度（水温）を検出して、その水温を液濃度の演算に用いているが、水温が一定温度となる用途においては、水温の検出を行わず、その一定温度における電極間液体占有割合、静電容量および特定成分の濃度の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め用意しておき、液濃度を検出することができる。
【０１０２】
また、上記実施形態は、液濃度の検出に用いる第２静電容量として１点の静電容量を検出する構成であるが、互いに周波数が異なる２点以上の静電容量を第２静電容量として検出し、その複数の第２静電容量を用いて、液濃度を検出しても良い。つまり、電極間スペースにおける液体の占有割合が一定であっても特定成分の濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域（第２周波数帯域）において、互いに周波数が異なる２点以上の第２静電容量を検出するのである。
【０１０３】
例えば、上記実施形態における電圧出力部７９は、出力する交流電圧の周波数として、低周波（１００［ｋＨｚ］）および高周波２（１０［ＭＨｚ］）の他に、高周波１（５［ＭＨｚ］）を設定可能に構成されており、周波数帯域が５［ＭＨｚ］であるときの静電容量についても第２静電容量として検出できる。そして、５［ＭＨｚ］および１０［ＭＨｚ］であるときの２つの静電容量を第２静電容量として、マップあるいは計算式に基づき、２つの第２静電容量に対応する液濃度を検出するのである。
【０１０４】
このように、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出することで、より多くの静電容量に基づいて液濃度を演算することができ、液濃度の検出精度をより高めることができる。
【０１０５】
なお、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出する場合には、マップまたは計算式として、２点の第２静電容量の傾きと液濃度との相関関係に関するマップまたは計算式に基づき、２点の第２静電容量の傾きに対応する液濃度を演算してもよい。ここで、２点の第２静電容量の傾きとは、周波数の変化量に対する第２静電容量の変化量の割合を意味する。
【０１０６】
また、液濃度に加えて水位レベルを検出する際の電極対（一対の電極）の配置状態については、上述したような、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）の軸線方向が尿素水の水位の高低方向に対して平行となる状態に限られることはなく、一対の軸線方向が水位の高低方向に対して斜めになる状態であってもよい。つまり、一対の軸線方向が水位の高低方向に対して斜めになる状態であっても、レベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態であればよい。
【０１０７】
なお、一対の電極が平板状の電極で構成される場合には、一対の電極の隙間間隔方向がレベル方向に対して平行ではない状態であれば、レベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】液濃度検出装置の概略構成図である。
【図２】液濃度センサの内部構成を表した縦断面図である。
【図３】外筒電極の斜視図である。
【図４】液濃度センサにおける外筒電極と内部電極との間に満たされた尿素水の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】液状態測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図６】水位レベル測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図７】液濃度測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図８】尿素濃度の異なる２種類（０［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］）の尿素水溶液における水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図９】尿素濃度の異なる２種類（０ｗｔ％、３２．５ｗｔ％）の尿素水溶液について、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１０】尿素濃度の異なる４種類（０［ｗｔ％］、１６．３［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］、４０．０［ｗｔ％］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１１】周波数が異なる３種類（１００［ｋＨｚ］、５［ＭＨｚ］、１０［ＭＨｚ］）の場合について、尿素水溶液における濃度と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１２】尿素濃度が０［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１３】尿素濃度が３２．５［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…液濃度検出装置、１０…外筒電極、２０…内部電極、２３…絶縁膜、７１…センサ部、７２…液濃度センサ、７３…静電容量検出部、７５…温度検出部、７７…演算処理部、７９…電圧出力部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースに配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度（液濃度）を検出する液濃度検出装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、特許文献１の請求項２には、液体と電気的に絶縁された少なくとも２つの導電性電極を備え、電極間の静電容量の変化から濃度を検出する液濃度センサが記載されている。また、特許文献１の請求項３には、静電容量変化を積分回路の帰還部に挿入して液濃度を検出する装置が記載されている。
【０００４】
なお、この従来の液濃度検出装置は、１対の電極の間に形成される電極間スペース全体に液体が常時配置された状態で有ることを前提として、液濃度を検出するよう構成されている。
【０００５】
他方、一対の電極間の静電容量に基づき液体の物理量を検出する装置としては、液濃度を検出する装置の他に、一対の電極間の静電容量に基づき液量（レベル）を計測する装置が、特許文献２に開示されている。そして、特許文献２においては、液量を計測するための電極対（一対の電極）として、少なくとも１組の電極対（液量計測用電極対）を備える装置が開示されている。なお、特許文献２においては、液量計測用電極対とは別に、補正用の電極対（液量補正用電極対）を備える構成が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３５２０８９号公報（請求項２，３）
【特許文献２】特開平９−１５２３６８号公報（請求項２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の液濃度検出装置においては、電極間スペース全体に液体が満たされる必要があることから、液体の消費などにより液量が変化して電極間スペース全体に液体が満たされない状態になりうる使用環境においては、液濃度を適切に検出できない虞がある。
【０００７】
つまり、液体の消費や液体を収容する容器の振動などの影響により、電極間スペースに液体と大気が混在した状態になると、電極間スペースに配置される物質の誘電率は、液濃度が変化しなくとも、電極間スペース全体に液体が満たされるときの誘電率とは異なる値を示すことになる。このように、電極間スペースに配置される液体の占有割合が変化すると、液濃度を適切に検出することが不可能となる。
【０００８】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、一対の電極の間に形成される電極間スペースに収容される液体の占有割合が変化する使用環境において、液濃度を適切に検出できる液濃度検出装置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】
【０００９】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、一対の電極を備え、一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、一対の電極間の静電容量を用いて液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置であって、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち、特定成分の濃度の変化に依存せず、電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域を第１周波数帯域とした場合において、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が第１周波数帯域であるときの静電容量を第１静電容量として検出する第１静電容量検出手段と、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち第１周波数帯域とは異なる周波数帯域を第２周波数帯域とした場合において、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が第２周波数帯域であるときの静電容量のうち、少なくとも１点以上の静電容量を第２静電容量として検出する第２静電容量検出手段と、第１静電容量に基づいて電極間スペースにおける液体の占有割合である電極間液体占有割合を演算する電極間液体占有割合演算手段と、電極間液体占有割合および第２静電容量に基づき特定成分の濃度を演算する液濃度演算手段と、を備えることを特徴とする液濃度検出装置である。
【００１０】
この液濃度検出装置は、一対の電極間の静電容量として、印加する交流電圧の周波数帯域が異なる少なくとも２点の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出し、第１静電容量および第２静電容量を用いて、液体に含まれる特定成分の濃度（以下、液濃度ともいう）を検出することに特徴がある。
【００１１】
なお、液濃度が同一であっても、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が異なる場合には、一対の電極間の静電容量は、周波数帯域ごとに異なる値を示す。また、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち特定の周波数帯域においては、特定成分の濃度の変化に依存せず、主に電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する。なお、本発明の液濃度検出装置では、このような周波数帯域を第１周波数帯域と定めている。
【００１２】
そして、この液濃度検出装置においては、第１周波数帯域であるときの一対の電極間の静電容量である第１静電容量を第１静電容量検出手段が検出し、電極間液体占有割合演算手段が第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を演算する。
【００１３】
また、この液濃度検出装置においては、第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域であるときの一対の電極間の静電容量である第２静電容量を第２静電容量検出手段が検出し、液濃度演算手段が電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて特定成分の濃度（液濃度）を演算する。
【００１４】
なお、第２周波数帯域は、電極間スペースにおける液体の占有割合が一定であっても、特定成分の濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。このため、第２静電容量は、電極間液体占有割合が変化しない場合であっても、液濃度に応じて値が変化する。
【００１５】
つまり、この液濃度検出装置は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域および第２周波数帯域）におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、この液濃度検出装置は、電極間液体占有割合が変化した場合であっても、電極間液体占有割合の変化に応じて適切に液濃度を検出することが可能となる。
【００１６】
よって、本発明によれば、一対の電極間の静電容量として、単一の静電容量ではなく、周波数帯域の異なる複数の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで電極間液体占有割合を特定でき、一対の電極の全てが液体に浸漬されない状態であっても、液体における特定成分の濃度を検出できる。
【００１７】
次に、上述の発明においては、第１周波数帯域が第２周波数帯域よりも低い周波数帯域であるとよい。
低周波数帯域ほど、液体中の特定成分の濃度に依存せず、電極間スペースにおける液体の占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化し易い傾向にあるから、第１静電容量を第２周波数帯域よりも低い第１周波数帯域により検出することで、電極間液体占有割合の検出精度を良好なものとすることができる。
【００１８】
そして、上述の発明においては、例えば、第１周波数帯域が１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域であり、第２周波数帯域が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域であるとよい。
つまり、少なくとも１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域においては、特定成分の濃度の変化に対して依存せず、主に電極間液体占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する。このため、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域を第１周波数帯域として設定することで、電極間液体占有割合をより精度良く検出することができる。
【００１９】
また、少なくとも１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域における一対の電極間の静電容量は、液体における特定成分の濃度が同一であっても、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域における静電容量と比べて、周波数の変化に対する静電容量の変化量が大きくなる。また、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域においては、液体における特定成分の濃度（液濃度）に応じて静電容量が変化する傾向が強くなる。このことから、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域を第２周波数帯域として設定することで、液濃度の変化に対する第２静電容量の変化量が大きくなり、液濃度の検出精度を向上できる。
【００２０】
よって、本発明によれば、電極間液体占有割合の検出精度を向上できるとともに、液濃度の検出精度を向上できる。
なお、第１周波数帯域は、少なくとも１［ｋＨｚ］以上の周波数帯域に設定することが望ましい。また、第２周波数帯域は、少なくとも２０［ＭＨｚ］以下の周波数帯域に設定することが望ましい。
【００２１】
次に、上述の発明においては、一対の電極は、液体のレベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態で配置され、電極間液体占有割合演算手段は、第１静電容量に基づきレベルを演算するとよい。
【００２２】
このように、一対の電極の配置状態が液体のレベルに応じて電極間液体占有割合が変化する配置状態となることで、電極間液体占有割合とレベルとの間に相関関係が生じ、ひいては、一対の電極間の静電容量とレベルとの間にも相関関係が生じることとなる。
【００２３】
これより、電極間液体占有割合演算手段が第１静電容量を用いて液体のレベルを演算することが可能となり、第１静電容量を検出するための一対の電極とは別に、レベルを検出するための一対の電極を別途備えることなく、レベルを検出することができる。
【００２４】
なお、レベル（液量）を検出するための従来の装置としては、上述の特許文献２に記載のように、液量を計測するための電極対（一対の電極）として、少なくとも１組の電極対（液量計測用電極対）を備える装置が知られている。
【００２５】
これに対して、本発明は、レベル（液量）および液濃度（液体中における特定成分の濃度）をそれぞれ検出するにあたり、電極対（一対の電極）を１組（換言すれば、電極対を共用化して）備えればよく、電極対を用途ごとにそれぞれ備える必要がない。
【００２６】
よって、本発明によれば、複数の電極対を備えることなく、１つの電極対を用いることで、液濃度のみならずレベル（液量）を検出することが可能となる。
ところで、一対の電極間の静電容量と液濃度との相関関係は、液体の温度変化によって変化することがある。このため、液体の温度が一定の用途においては、予め液体温度を測定しておき、その温度条件下における静電容量と液濃度との相関関係に基づき液濃度を検出することで、温度の影響による誤差が生じるのを防止できる。しかし、液体の温度が変化する用途においては、温度変化の影響により静電容量と液濃度との相関関係が変動してしまい、液濃度の検出精度が低下する虞がある。
【００２７】
そこで、上述の発明においては、液体の温度を検出する温度検出手段を備え、液濃度演算手段は、電極間液体占有割合、第２静電容量および温度検出手段により検出された液体温度に基づき特定成分の濃度を検出するとよい。
【００２８】
このように温度検出手段を備えておき、電極間液体占有割合および第２静電容量に加えて温度検出手段が検出した液体温度を用いて特定成分の濃度を検出することで、液体の温度変化に応じて液濃度を検出することが可能となる。
【００２９】
よって、本発明によれば、液体の温度変化による検出誤差の発生を抑えつつ液濃度を検出でき、液濃度の検出精度を向上できる。
次に、上述の発明においては、第２静電容量検出手段は、第２周波数帯域のうち互いに周波数が異なる２点以上の静電容量を第２静電容量として検出し、液濃度演算手段は、少なくとも電極間液体占有割合および２点以上の第２静電容量に基づき特定成分の濃度を検出するとよい。
【００３０】
このように、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出することで、より多くの静電容量に基づいて液濃度を演算することができ、液濃度の検出精度をより高めることができる。
【００３１】
なお、上述の発明においては、例えば、液体が少なくとも尿素を含む水溶液であり、特定成分の濃度が尿素の濃度であるとよい。
つまり、尿素水溶液においては、尿素の濃度が一定であっても、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が変化することによって、一対の電極間の静電容量が変化する。このことから、尿素水溶液における尿素の濃度を検出するにあたり、上記の液濃度検出装置を用いることで、一対の電極の全体が液体に浸漬されていない場合であっても、液濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態について、図面と共に説明する。
図１に、実施形態としての液濃度検出装置１の概略構成図を示す。
なお、本実施形態は、少なくとも尿素を含む尿素水溶液における尿素の濃度を検出するための液濃度検出装置である。この液濃度検出装置は、例えば、ディーゼル自動車などに備えられて、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における尿素濃度を検出するために利用される。
【００３３】
図１に示すように、液濃度検出装置１は、収容容器８１（タンク８１ともいう）に収容される尿素水溶液の尿素濃度を検出するものであり、一対の電極（後述する外筒電極１０および内部電極２０）を有するセンサ部７１と、センサ部７１の一対の電極間を通過する電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換部７３と、尿素水溶液の温度を検出する温度検出部７５と、少なくともレベル（水位）および液濃度を演算するための演算処理を行う演算処理部７７と、センサ部７１の一対の電極間に印加する交流電圧を出力する電圧出力部７９と、を備えている。
【００３４】
センサ部７１は、収容容器８１の内部に配置される。このとき、センサ部７１に備えられる一対の電極は、収容容器８１における尿素水溶液のレベル（水位）に応じて電極間スペースにおける液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で配置される。なお、センサ部７１の構造については、後述する。
【００３５】
電流−電圧変換部７３は、センサ部７１の一対の電極間を通過する電流値を電圧値に変換し、変換した電圧値を演算処理部７７に対して出力する。
温度検出部７５は、尿素水溶液の温度を検出し、検出した温度を演算処理部７７に対して出力する。
【００３６】
演算処理部７７は、マイクロコンピュータ（マイコン）や信号入出力部などを備えており、各種演算処理を実行することにより、液体に含まれる特定成分の濃度（本実施形態では尿素水溶液の尿素濃度）および液体の水位レベル（本実施形態では、尿素水溶液のレベル）を演算する。
【００３７】
電圧出力部７９は、演算処理部７７から指定された周波数の交流電圧をセンサ部７１の一対の電極間に印加する。なお、電圧出力部７９は、少なくとも３種類の周波数（低周波（１００［ｋＨｚ］）、高周波１（５［ＭＨｚ］）、高周波２（１０［ＭＨｚ］））の交流電圧を出力可能に構成されている。
【００３８】
ここで、センサ部７１としての液濃度センサ７２について説明する。なお、図２に、液濃度センサ７２の内部構成を表した縦断面図を示す。
図２に示すように、液濃度センサ７２は、円筒形状を有する外筒電極１０と、その外筒電極１０の内部にて、外筒電極１０の軸線方向に沿って設けられた内部電極２０と、外筒電極１０および内部電極２０を互いに非接触の状態で支持する基部４０と、を備えて構成される。
【００３９】
図３に、外筒電極１０の斜視図を示す。
外筒電極１０は、導電性の金属材料からなり、図３に示すように、長細い円筒形状を有する。液濃度センサ７２の先端側（図２における下側）にあたる外筒電極１０の先端部１１には、後述する内部電極２０のブッシュ３０（図２参照）の抜け防止のための開口部１３が設けられている。そして、開口部１３の設けられた位置における外筒電極１０の母線（図中一点鎖線Ａで示す。）に沿って、細幅のスリット１４，１５，１６が、先端部１１側から順に基端部１２（液濃度センサ７２の基部４０側の端部）にわたって、それぞれが独立に形成されている。
【００４０】
スリット１４，１５，１６は、それぞれが略同形状で等間隔に１本の母線上に沿って断続的に配置され、各スリット１４，１５，１６間にはスリットが形成されていない筒状形態の補強部１７，１８を有している。さらに、先端部１１および基端部１２にも、それぞれの端面から連なって、スリットが形成されていない領域（スリット非形成領域）が設けられている。そして、これら各スリット１４，１５，１６は、開口部１３とともに、外筒電極１０の外周面上で周方向に等間隔となる３本の母線上に、それぞれ形成されている。また、外筒電極１０の基端部１２には、スリット１４，１５，１６が形成された各母線とは異なる母線上に、１つの空気抜孔１９が形成されている。
【００４１】
次に、図２に示すように、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の基部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。
基部４０は、尿素水溶液を収容したタンク８１に液濃度センサ７２を固定するための台座として機能し、そのための取り付け孔（図示省略）を鍔部４２に有する。また、基部４０のうち鍔部４２を挟んだ電極支持部４１の反対側には、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）と外部回路（本実施形態では、電流−電圧変換部７３）との電気的な接続を行うための中継用の回路基板６０などを収容する収容部４３が形成されている。
【００４２】
なお、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（図示省略）上に載置されている。
一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）と外部回路との接続は、カバー４５の側部に固定されるコネクタ６２を介して行われる。なお、コネクタ６２の外部接続端子（図示外）と回路基板６０の配線とは、配線ケーブル６１を介して接続されている。また、カバー４５は、収容部４３を覆って保護する状態で鍔部４２に固定されている。
【００４３】
基部４０の電極支持部４１には、収容部４３の内部に貫通する孔４６が形成されており、この孔４６の内部に、内部電極２０が固定される。本実施形態の内部電極２０は、円柱状をした導電性の金属棒であり、外筒電極１０の全長とほぽ同じ長さを有する。内部電極２０の先端部２１側（図２における下側であり、液濃度センサ７２の先端側）の端部は面取りされている。この内部電極２０の外周面上には、例えばＰＦＡからなる絶縁膜（図示省略）が形成されている。また、基端部２２側（図２における上側）には、内部電極２０を基部４０に固定するため、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。
【００４４】
なお、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筒状の樹脂製部材であり、先端側が基部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。
【００４５】
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は、収容部４３側から電極支持部４１の内周に挿通されることで電極支持部４１に係合される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、電極支持部４１の内周をインナーケース５０が通り抜けることが防止される。
【００４６】
また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿入されるが、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。
【００４７】
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の外周と基部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、液濃度センサ７２がタンク８１に取り付けられた際に、タンク８１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気密性が保たれている。なお、基部４０の鍔部４２において液濃度センサ７２の先端側の面には板状のゴム部材（図示省略）が嵌められ、Ｏリング５３，５４と同様に、タンクヘの取り付け時に、タンクの内外の気密性が保たれる。
【００４８】
そして、内部電極２０の基部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。押さえ板５７は、パイプガイド５５との間に押さえ板５６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。
【００４９】
また、押さえ板５６，５７には中央に孔が設けてあり、内部電極２０の電極取りだし用リード線５９が挿通され、回路基板６０に接合されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示省略）が基部４０に接続されており、これにより、外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。なお、基部４０は、導電性材料で構成されている。
【００５０】
また、基部４０の電極支持部４１にて支持された内部電極２０は、その先端部２１が、外筒電極１０の先端部１１と非接触の状態となるようにゴム製のブッシュ３０により、保持されている。図２に示すように、ブッシュ３０は、外径が外筒電極１０の内周と略一致する円筒形状の胴部３２の一端側に、テーパ状の先端部３１が形成されている。先端部３１は、胴部３２側の端が胴部３２の外径よりも大きく構成された鍔部３４として形成されており、外筒電極１０に胴部３２が嵌められた際のストッパーとして機能する。
【００５１】
ブッシュ３０の胴部３２の内周には、内部電極２０の先端部２１を位置決め保持するためのリブ３６が複数本周方向に対して分散して列設されている。そして、先端部３１には、胴部３２の内周側に接続する孔３３が開ロされており、胴部３２の内周で内部電極２０が保持された状態でも、リブ３６の隙間を介してブッシュ３０の内側と外側とが連通するように構成されている。これにより、孔３３を介してタンクに収容された尿素水が外筒電極１０と内部電極２０との間に形成されるギャップ（電極間スペース）に入り込むことが可能となる。また、胴部３２の外周には、外筒電極１０の開口部１３に係合して、ブッシュ３０の抜け防止として機能する突起部３５が設けられている。このようなブッシュ３０に保持される内部電極２０は、外筒電極１０との接触が防止される。
【００５２】
次に、液濃度検出装置１にて実行される液状態測定処理の処理内容について説明する。
なお、図５は、液状態測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
まず、液状態測定処理が開始されると、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、装置内の各部（演算処理部７７、電圧出力部７９など）の初期化処理が実行される。具体的には、メモリや信号入出力部などのリセット処理が実行される。
【００５３】
次のＳ１２０では、水位レベル測定処理が実行される。図６に、水位レベル測定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
水位レベル測定処理が開始されると、Ｓ２１０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の周波数を低周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）に切り替える処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が電圧出力部７９に対して低周波指令信号を出力することで、電圧出力部７９から液濃度センサ７２に対して出力される周波数帯域を切り替える。
【００５４】
次のＳ２２０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の波形を作成する処理が実行される。具体的には、電圧出力部７９が、液濃度センサ７２に対して出力する交流電圧の波形を生成すると共に、液濃度センサ７２に対して電圧を印加する。このとき、交流電圧の周波数は、１００［ｋＨｚ］である。
【００５５】
次のＳ２３０では、液濃度センサ７２を介して出力される電圧を測定する処理が実行される。具体的には、電流−電圧変換部７３が、液濃度センサ７２の一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を通過した電流値を電圧値に変換しており、演算処理部７７が、電流−電圧変換部７３からの出力電圧を検出（入力）する。
【００５６】
次のＳ２４０では、演算処理部７７の内部において、液濃度センサ７２の出力電圧波形を解析する処理を行い、出力電圧波形の振幅を算出する。
次のＳ２５０では、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量を演算する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、液濃度センサ７２の出力電圧波形の振幅に基づき一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量（第１静電容量）を演算する。
【００５７】
次にＳ２６０では、タンク８１の内部における水位レベル（以下、単に、レベルともいう）および一対の電極の隙間空間における液体の占有割合（電極間液体占有割合）を検出する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、第１静電容量に基づき水位レベルおよび電極間液体占有割合を検出する処理を実行する。
【００５８】
演算処理部７７は、水位レベル、電極間液体占有割合および静電容量の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め記憶しており、そのマップあるいは計算式を用いて、第１静電容量に基づき水位レベルおよび電極間液体占有割合を演算する。
【００５９】
上述したように、センサ部７１における一対の電極が尿素水溶液のレベルに応じて電極間液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で備えられることから、電極間液体占有割合とレベルとの間に相関関係が生じる。そして、電極間の静電容量と電極間液体占有割合との間に相関関係があることから、レベルと静電容量との間にも相関関係が生じることとなり、その相関関係に基づいて、マップあるいは計算式が定められている。
【００６０】
なお、水位レベルと電極間液体占有割合との間に相関関係が有る場合においては、第１静電容量に基づきいずれか一方の値を演算した後、水位レベルと電極間液体占有割合との相関関係に基づき他方の値を演算することで、水位レベルおよび電極間液体占有割合を演算するように構成することもできる。
【００６１】
ここで、本実施形態の液濃度検出装置１により、電極間液体占有割合および液体の水位レベルを検出する原理について説明する。図４は、液濃度センサ７２における外筒電極１０と内部電極２０との間（電極間スペース）に満たされた尿素水の水面近傍の拡大断面図である。
【００６２】
液濃度センサ７２は、尿索水を収容したタンク８１において、外筒電極１０および内部電極２０の軸線方向が尿素水の水位の高低方向に対して平行となる状態で組み付けられる。つまり、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）は、タンク８１における尿素水溶液のレベルに応じて外筒電極１０および内部電極２０の電極間スペースにおける液体占有割合（尿素水溶液の占有割合）が変化する状態で配置される。
【００６３】
そして、一対の電極間（外筒電極１０と内部電極２０との間）の静電容量を測定することで、両者間に存在する尿素水が、外筒電極１０の軸線方向にどれだけの水位レベルまで存在しているかを検出することができる。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、静電容量の大きさが、その径の差が小さいほど大きくなることに基づく。
【００６４】
すなわち、図４に示すように、尿素水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、両者間の空気層と絶縁膜２３との合計の厚み分の距離（距離Ｂで示す）となる。一方、尿素水が満たされた部位においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿索水が導電性のために外筒電極１０と尿素水との電位が等しくなることから、絶縁膜２３の厚み分の距離（距離Ｃで示す）となる。
【００６５】
つまり、尿索水が満たされている部位は、満たされていない部位よりも電位差の生じる部位聞の距離がより近いため、静電容量が大きい。このことから、ギャップ間に電圧を印加した場合、尿素水が満たされている部分が多くなるに従って、静電容量がより大きくなる部分（距離Ｃである部分）の割合が増える。
【００６６】
そして、周知のように、静電容量の大きさが互いに対向する電位の異なる部位の面積に比例することから、液濃度センサ７２の全体として検出される静電容量は、尿素水の水位レベルが高くなるに従って大きくなる。
【００６７】
次に、図８に、尿素濃度の異なる２種類（０［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］）の尿素水溶液における水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図８では、尿素水溶液の水温が２４［℃］であるときの相関関係を示しており、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）に対する印加電圧の周波数は低周波数（１００［ｋＨｚ］）である。
【００６８】
つまり、演算処理部７７に記憶されるマップまたは計算式は、このような相関関係に基づき予め定められており、例えば、図８に示す相関関係に基づき定められたマップにおいては、静電容量が約１６０［ｐＦ］であるときの水位レベルの演算結果は、約４０［ｃｍ］である。
【００６９】
また、図９に、尿素濃度の異なる２種類（０ｗｔ％、３２．５ｗｔ％）の尿素水溶液について、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、この相関関係は、尿素水溶液の水温が２４［℃］であるときの相関関係である。
【００７０】
これによれば、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位レベル（あるいは、電極間液体占有割合）と静電容量との相関関係は、低周波数（１００［ｋＨｚ］）の場合と比べて、尿素濃度ごとに異なる相関関係となることが判る。つまり、印加電圧の周波数が低周波数（１００［ｋＨｚ］）に設定されたときの静電容量に基づき水位レベル（電極間液体占有割合）を検出する場合には、尿素濃度の変化による影響を受けることなく、水位レベル（電極間液体占有割合）を検出することができる。
【００７１】
Ｓ２６０での処理が完了するとともにＳ１２０での処理が完了すると、次のＳ１３０では、尿素水溶液の温度（水温）を検出する処理が実行される。具体的には、温度検出部７５が水温を検出するとともに、検出した水温データを演算処理部７７に対して出力する。
【００７２】
次のＳ１４０では、液濃度測定処理が実行される。図７に、液濃度測定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
液濃度測定処理が開始されると、Ｓ３１０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の周波数を高周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）に切り替える処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が電圧出力部７９に対して高周波指令信号を出力することで、電圧出力部７９から液濃度センサ７２に対して出力される周波数帯域を切り替える。
【００７３】
次のＳ３２０では、液濃度センサ７２に印加する交流電圧の波形を作製する処理が実行される。具体的には、電圧出力部７９が、液濃度センサ７２に対して出力する交流電圧の波形を生成すると共に、液濃度センサ７２に対して電圧を印加する。このとき、交流電圧の周波数は、１０［ＭＨｚ］である。
【００７４】
次のＳ３３０では、液濃度センサ７２を介して出力される電圧を測定する処理が実行される。具体的には、電流−電圧変換部７３が、液濃度センサ７２の一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を通過した電流値を電圧値に変換しており、演算処理部７７が、電流−電圧変換部７３からの出力電圧を検出（入力）する。
【００７５】
次のＳ３４０では、演算処理部７７の内部において、液濃度センサ７２の出力電圧波形を解析する処理を行い、出力電圧波形の振幅を算出する。
次のＳ３５０では、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量を演算する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、液濃度センサ７２の出力電圧波形の振幅に基づき一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）における静電容量（第２静電容量）を演算する。
【００７６】
次のＳ３６０では、タンク８１の内部に収容されている尿素水溶液の尿素濃度を検出する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、Ｓ１３０で検出した水温および第２静電容量に基づき尿素水溶液の尿素濃度を検出する処理を実行する。
【００７７】
なお、演算処理部７７は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、水温、尿素濃度および静電容量の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め記憶しており、そのマップあるいは計算式を用いて、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、Ｓ１３０で検出した水温および第２静電容量に基づき尿素濃度を演算する。
【００７８】
図１０に、尿素濃度の異なる４種類（０［ｗｔ％］、１６．３［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］、４０．０［ｗｔ％］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。また、図１１に、周波数が異なる３種類（１００［ｋＨｚ］、５［ＭＨｚ］、１０［ＭＨｚ］）の場合について、尿素水溶液における濃度と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。
【００７９】
なお、図１０および図１１では、尿素水溶液の水温が２４［℃］で、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
つまり、演算処理部７７に記憶されるマップまたは計算式は、このような相関関係に基づき予め定められており、例えば、図１１に示す相関関係のうち周波数が１０［ＭＨｚ］であるときの波形に基づき定められたマップにおいては、静電容量が約１２５［ｐＦ］であるときの尿素濃度の演算結果は、約１６．３［ｗｔ％］である。
【００８０】
なお、高周波数帯域における尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）ごとおよび尿素水溶液の水温ごとに異なるため、高周波数帯域におけるマップまたは計算式は、水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）ごとおよび尿素水溶液の水温ごとに予め定められている。
【００８１】
ここで、図１２に、尿素濃度が０［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図１２では、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
【００８２】
また、図１３に、尿素濃度が３２．５［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例を示す。なお、図１３では、水位レベルが４０［ｃｍ］であるときの相関関係を示している。
【００８３】
図１２および図１３によれば、低周波数領域（例えば、１００［ｋＨｚ］以下の帯域）では、周波数と静電容量との相関関係が水温に依存することなく、高周波数領域（例えば、１［ＭＨｚ］以上の帯域）では、周波数と静電容量との相関関係が水温に依存しており、水温毎に異なる波形を示すことが判る。
【００８４】
よって、Ｓ３６０での処理において、演算処理部７７は、まず、Ｓ１２０で検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）およびＳ１３０で検出した水温を用いて、これらの水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）および水温に対応するマップあるいは計算式（静電容量と尿素濃度との相関関係に関するマップあるいは計算式）を選択し、そのマップあるいは計算式を用いて第２静電容量に対応する尿素濃度を検出する処理を行う。
【００８５】
Ｓ３６０での処理が完了するとともにＳ１４０での処理が完了すると、次のＳ１５０では、水位レベルおよび尿素濃度に関する検出データを外部機器に出力する処理が実行される。具体的には、演算処理部７７が、演算結果である水位レベルおよび尿素濃度を、外部機器（例えば、ディーゼル自動車の中央処理装置など）に対して出力する。
【００８６】
Ｓ１５０は、検出データを出力した後、予め定められた待機時間が経過すると、処理を完了する。
そして、Ｓ１５０での処理が完了すると、再びＳ１２０に移行し、その後、Ｓ１２０からＳ１５０までの処理が繰り返し実行される。このようにして、本実施形態の液濃度検出装置１は、一定周期ごとに水位レベルおよび尿素濃度を検出するための処理を繰り返し実行する。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の液濃度検出装置１は、電極対（一対の電極）を複数備えるのではなく、単一の電極対を備える構成であり、その一対の電極間の静電容量として、印加する交流電圧の周波数帯域が異なる２点の静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出する。
【００８８】
そして、液濃度検出装置１は、低周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）における第１静電容量を用いて電極間液体占有割合および水位レベルを演算する。なお、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち１００［ｋＨｚ］の帯域は、尿素濃度の変化に対して依存せず、主に電極間スペースにおける尿素水溶液の占有割合（電極間液体占有割合）に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。
【００８９】
また、液濃度検出装置１は、検出した水位レベル（あるいは電極間液体占有割合）、検出した水温、高周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）における第２静電容量を用いて、尿素濃度を演算する。なお、一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち１０［ＭＨｚ］の帯域は、電極間液体占有割合が一定であっても、尿素濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域である。
【００９０】
つまり、液濃度検出装置１は、異なる周波数帯域（第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）および第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］））におけるそれぞれの静電容量（第１静電容量および第２静電容量）を検出することで、第１静電容量を用いて電極間液体占有割合を特定しつつ、電極間液体占有割合および第２静電容量を用いて液濃度を演算する。これにより、液濃度検出装置１は、尿素水溶液の消費や車両（タンク８１）の振動などによって電極間液体占有割合が変化した場合であっても、適切に液濃度を検出することが可能となる。
【００９１】
よって、本実施形態によれば、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）間の静電容量として、単一の静電容量ではなく、周波数帯域の異なる第１静電容量および第２静電容量を検出することで電極間液体占有割合（水位レベル）を特定でき、一対の電極の全てを常時液体に浸漬させた状態にしなくとも、尿素濃度を検出できる。
【００９２】
なお、尿素濃度の変化に依存せず、主に電極間液体占有割合に応じて一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域は、上述した１００［ｋＨｚ］の周波数帯域に限られず、１０［ＭＨｚ］よりも高い周波数帯域（例えば、１００［ＭＨｚ］以上）にも存在する。このため、このような周波数帯域（１００［ＭＨｚ］以上の周波数帯域）における静電容量を、第１静電容量として用いることも可能である。
【００９３】
ここで、本実施形態においては、電極間液体占有割合の検出に用いる第１静電容量を検出する際には、一対の電極に印加する交流電圧の周波数帯域が第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）である。また、液濃度の検出に用いる第２静電容量を検出する際には、一対の電極に印加する交流電圧の周波数帯域が第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）である。
【００９４】
つまり、第１周波数帯域（１００［ｋＨｚ］）は、第２周波数帯域（１０［ＭＨｚ］）よりも低い周波数帯域に設定されている。
ところで、図１０によれば、少なくとも１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域においては、特定成分の濃度（尿素濃度）の変化に対して一対の電極間の静電容量が依存し難いことが判る。また、図８によれば、特定成分の濃度（尿素濃度）の差異にかかわらず、水位レベル（換言すれば、電極間液体占有割合）に応じて一対の電極間の静電容量が変化することが判る。このため、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域を第１周波数帯域として設定することで、電極間液体占有割合をより精度良く検出することができる。
【００９５】
なお、第１周波数帯域は、少なくとも１［ｋＨｚ］以上の周波数帯域に設定することが望ましい。
また、図１０によれば、液体における特定成分の濃度（尿素濃度）が同一であっても、少なくとも１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域における一対の電極間の静電容量は、１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域における静電容量に比べて、周波数の変化に対する静電容量の変化量が大きくなる。また、１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域においては、液体における特定成分の濃度（液濃度）に応じて静電容量が変化する傾向が強くなる。
【００９６】
そして、本実施形態では、周波数帯域が１０［ＭＨｚ］である時の静電容量を第２静電容量として検出しており、液濃度の検出に用いる第２静電容量の検出時の周波数帯域（第２周波数帯域）が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域に設定されていることから、液濃度（尿素濃度）の変化に対する第２静電容量の変化量が大きくなり、液濃度の検出精度を向上できる。
【００９７】
なお、第２周波数帯域は、少なくとも２０［ＭＨｚ］以下の周波数帯域に設定することが望ましい。
また、本実施形態においては、一対の電極の配置状態が尿素水溶液のレベルに応じて電極間液体占有割合が変化する状態であることから、電極間液体占有割合のみならずレベルを演算することが可能である。
【００９８】
つまり、本実施形態の液濃度検出装置１は、液量を計測するための電極対（一対の電極）を備えることなく、１つの電極対を用いることで、液濃度のみならずレベル（液量）を検出することが可能となる。
【００９９】
このことから、液濃度検出装置１は、電極対の設置スペースを新たに確保することなく、レベル（水位レベル）を検出できるという利点がある。
また、本実施形態においては、尿素水溶液の温度（水温）を検出し、その水温を尿素濃度の検出処理に用いることから、水温が変化する環境下であっても、水温変化に応じて液濃度を検出することができる。これにより、液濃度検出装置１は、尿素水溶液の温度変化による検出誤差の発生を抑えつつ液濃度を検出でき、液濃度の検出精度を向上できる。
【０１００】
なお、上記実施形態においては、外筒電極１０および内部電極２０が特許請求の範囲における一対の電極に相当し、演算処理部７７におけるＳ２５０での処理が第１静電容量検出手段に相当し、Ｓ３５０での処理が第２静電容量検出手段に相当し、Ｓ２６０での処理が電極間液体占有割合演算手段に相当し、Ｓ３６０での処理が液濃度演算手段に相当し、温度検出部７５が温度検出手段に相当している。
【０１０１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態においては、液体の温度（水温）を検出して、その水温を液濃度の演算に用いているが、水温が一定温度となる用途においては、水温の検出を行わず、その一定温度における電極間液体占有割合、静電容量および特定成分の濃度の相関関係に関するマップあるいは計算式を予め用意しておき、液濃度を検出することができる。
【０１０２】
また、上記実施形態は、液濃度の検出に用いる第２静電容量として１点の静電容量を検出する構成であるが、互いに周波数が異なる２点以上の静電容量を第２静電容量として検出し、その複数の第２静電容量を用いて、液濃度を検出しても良い。つまり、電極間スペースにおける液体の占有割合が一定であっても特定成分の濃度の変化に対して一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域（第２周波数帯域）において、互いに周波数が異なる２点以上の第２静電容量を検出するのである。
【０１０３】
例えば、上記実施形態における電圧出力部７９は、出力する交流電圧の周波数として、低周波（１００［ｋＨｚ］）および高周波２（１０［ＭＨｚ］）の他に、高周波１（５［ＭＨｚ］）を設定可能に構成されており、周波数帯域が５［ＭＨｚ］であるときの静電容量についても第２静電容量として検出できる。そして、５［ＭＨｚ］および１０［ＭＨｚ］であるときの２つの静電容量を第２静電容量として、マップあるいは計算式に基づき、２つの第２静電容量に対応する液濃度を検出するのである。
【０１０４】
このように、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出することで、より多くの静電容量に基づいて液濃度を演算することができ、液濃度の検出精度をより高めることができる。
【０１０５】
なお、互いに周波数が異なる第２静電容量を２箇所以上検出する場合には、マップまたは計算式として、２点の第２静電容量の傾きと液濃度との相関関係に関するマップまたは計算式に基づき、２点の第２静電容量の傾きに対応する液濃度を演算してもよい。ここで、２点の第２静電容量の傾きとは、周波数の変化量に対する第２静電容量の変化量の割合を意味する。
【０１０６】
また、液濃度に加えて水位レベルを検出する際の電極対（一対の電極）の配置状態については、上述したような、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）の軸線方向が尿素水の水位の高低方向に対して平行となる状態に限られることはなく、一対の軸線方向が水位の高低方向に対して斜めになる状態であってもよい。つまり、一対の軸線方向が水位の高低方向に対して斜めになる状態であっても、レベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態であればよい。
【０１０７】
なお、一対の電極が平板状の電極で構成される場合には、一対の電極の隙間間隔方向がレベル方向に対して平行ではない状態であれば、レベルに応じて電極間スペースにおける液体占有割合が変化する状態となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】液濃度検出装置の概略構成図である。
【図２】液濃度センサの内部構成を表した縦断面図である。
【図３】外筒電極の斜視図である。
【図４】液濃度センサにおける外筒電極と内部電極との間に満たされた尿素水の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】液状態測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図６】水位レベル測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図７】液濃度測定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図８】尿素濃度の異なる２種類（０［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］）の尿素水溶液における水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図９】尿素濃度の異なる２種類（０ｗｔ％、３２．５ｗｔ％）の尿素水溶液について、印加電圧の周波数が高周波数（１０［ＭＨｚ］）であるときの水位と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１０】尿素濃度の異なる４種類（０［ｗｔ％］、１６．３［ｗｔ％］、３２．５［ｗｔ％］、４０．０［ｗｔ％］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１１】周波数が異なる３種類（１００［ｋＨｚ］、５［ＭＨｚ］、１０［ＭＨｚ］）の場合について、尿素水溶液における濃度と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１２】尿素濃度が０［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【図１３】尿素濃度が３２．５［ｗｔ％］である尿素水溶液について、水温の異なる３種類（２４［℃］、５０［℃］、７０［℃］）の尿素水溶液における周波数と静電容量との相関関係を表した波形の一例である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…液濃度検出装置、１０…外筒電極、２０…内部電極、２３…絶縁膜、７１…センサ部、７２…液濃度センサ、７３…静電容量検出部、７５…温度検出部、７７…演算処理部、７９…電圧出力部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を備え、前記一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、前記一対の電極間の静電容量を用いて前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置であって、
前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち、前記特定成分の濃度の変化に依存せず、前記電極間スペースにおける前記液体の占有割合に応じて前記一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域を第１周波数帯域とした場合において、前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が前記第１周波数帯域であるときの前記静電容量を第１静電容量として検出する第１静電容量検出手段と、
前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち前記第１周波数帯域とは異なる周波数帯域を第２周波数帯域とした場合において、前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が前記第２周波数帯域であるときの前記静電容量のうち、少なくとも１点以上の前記静電容量を第２静電容量として検出する第２静電容量検出手段と、
前記第１静電容量に基づいて前記電極間スペースにおける前記液体の占有割合である電極間液体占有割合を演算する電極間液体占有割合演算手段と、
前記電極間液体占有割合および前記第２静電容量に基づき前記特定成分の濃度を演算する液濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする液濃度検出装置。
【請求項２】
前記第１周波数帯域は、前記第２周波数帯域よりも低い周波数帯域であること、
を特徴とする請求項１に記載の液濃度検出装置。
【請求項３】
前記第１周波数帯域が１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域であり、前記第２周波数帯域が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の液濃度検出装置。
【請求項４】
前記一対の電極は、前記液体のレベルに応じて前記電極間スペースにおける前記電極間液体占有割合が変化する状態で配置され、
前記電極間液体占有割合演算手段は、前記第１静電容量に基づき前記レベルを演算すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項５】
前記液体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記液濃度演算手段は、前記電極間液体占有割合、前記第２静電容量および前記温度検出手段により検出された液体温度に基づき前記特定成分の濃度を検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項６】
前記第２静電容量検出手段は、前記第２周波数帯域のうち互いに周波数が異なる２点以上の前記静電容量を、前記第２静電容量として検出し、
前記液濃度演算手段は、少なくとも前記電極間液体占有割合および前記２点以上の前記第２静電容量に基づき前記特定成分の濃度を検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項７】
前記液体は、少なくとも尿素を含む水溶液であり、
前記特定成分の濃度は、尿素の濃度であること、
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項１】
一対の電極を備え、前記一対の電極の間に形成される電極間スペースの少なくとも一部に配置される液体について、前記一対の電極間の静電容量を用いて前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出する液濃度検出装置であって、
前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち、前記特定成分の濃度の変化に依存せず、前記電極間スペースにおける前記液体の占有割合に応じて前記一対の電極間の静電容量が変化する周波数帯域を第１周波数帯域とした場合において、前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が前記第１周波数帯域であるときの前記静電容量を第１静電容量として検出する第１静電容量検出手段と、
前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域のうち前記第１周波数帯域とは異なる周波数帯域を第２周波数帯域とした場合において、前記一対の電極間に印加する交流電圧の周波数帯域が前記第２周波数帯域であるときの前記静電容量のうち、少なくとも１点以上の前記静電容量を第２静電容量として検出する第２静電容量検出手段と、
前記第１静電容量に基づいて前記電極間スペースにおける前記液体の占有割合である電極間液体占有割合を演算する電極間液体占有割合演算手段と、
前記電極間液体占有割合および前記第２静電容量に基づき前記特定成分の濃度を演算する液濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする液濃度検出装置。
【請求項２】
前記第１周波数帯域は、前記第２周波数帯域よりも低い周波数帯域であること、
を特徴とする請求項１に記載の液濃度検出装置。
【請求項３】
前記第１周波数帯域が１００［ｋＨｚ］以下の周波数帯域であり、前記第２周波数帯域が１［ＭＨｚ］以上の周波数帯域であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の液濃度検出装置。
【請求項４】
前記一対の電極は、前記液体のレベルに応じて前記電極間スペースにおける前記電極間液体占有割合が変化する状態で配置され、
前記電極間液体占有割合演算手段は、前記第１静電容量に基づき前記レベルを演算すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項５】
前記液体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記液濃度演算手段は、前記電極間液体占有割合、前記第２静電容量および前記温度検出手段により検出された液体温度に基づき前記特定成分の濃度を検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項６】
前記第２静電容量検出手段は、前記第２周波数帯域のうち互いに周波数が異なる２点以上の前記静電容量を、前記第２静電容量として検出し、
前記液濃度演算手段は、少なくとも前記電極間液体占有割合および前記２点以上の前記第２静電容量に基づき前記特定成分の濃度を検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【請求項７】
前記液体は、少なくとも尿素を含む水溶液であり、
前記特定成分の濃度は、尿素の濃度であること、
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の液濃度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２０８２３４（Ｐ２００６−２０８２３４Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１７２３（Ｐ２００５−２１７２３）
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【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１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【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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