混合比算出装置、及び該混合比算出装置を用いた混合比算出方法
【課題】混合液体の混合比の検出精度の低下が抑制された混合比算出装置、及び混合比算出方法を提供する。
【解決手段】混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす電極の静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、該センサ部の出力信号に基づいて、混合液体の混合比を算出する算出部と、を備え、センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす電極を少なくとも３つ有し、算出部は、センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの比誘電率と該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは比誘電率と該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出する。
【解決手段】混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす電極の静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、該センサ部の出力信号に基づいて、混合液体の混合比を算出する算出部と、を備え、センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす電極を少なくとも３つ有し、算出部は、センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの比誘電率と該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは比誘電率と該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出対象である混合液体の誘電率を含む静電容量を検出し、検出された静電容量に基づいて混合液体の混合比を算出する混合比算出装置、及び該混合比算出装置を用いた混合比算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、アルコールとガソリンとを含む混合液体のアルコール含有量（アルコールとガソリンの混合比）を測定する装置が提案されている。この装置は、混合液体が貫流するケーシングの一部分をなす電極と、ケーシング内に配置されたセンサ素子と、これら電極とセンサ素子とによって構成されるコンデンサの静電容量を評価する電子測定回路と、を有する。該電子測定回路は、静電容量から混合液体の誘電率を検出し、検出された誘電率に基づいてアルコールとガソリンの混合比を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５―８７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、混合液体の誘電率を含む静電容量を検出するためには、混合液体中に電極とセンサ素子とを配置しなくてはならない。これにより、混合液体に含まれる異物が電極若しくはセンサ素子に付着し、電極とセンサ素子とによって構成されるコンデンサの静電容量が変化する虞がある。混合液体に含まれる異物の誘電率は、概して混合液体の誘電率よりも大きいので、静電容量の期待値よりも大きい値が検出される虞がある。コンデンサの静電容量が異物によって変化すると、該静電容量に基づいて算出される比誘電率、及び該比誘電率に基づいて算出されるアルコールとガソリンの混合比も変化し、これによってアルコールとガソリンの混合比の検出精度が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、混合液体の混合比の検出精度の低下が抑制された混合比算出装置、及び該混合比算出装置を用いた混合比算出方法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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす電極によって構成されるコンデンサの静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、該センサ部の出力信号に基づいて、混合液体の混合比を算出する算出部と、を備える混合比算出装置であって、センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす電極を少なくとも３つ有しており、算出部は、センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出することを特徴する。
【０００７】
このように本発明によれば、被検出対象である混合液体の誘電率を含む少なくとも３つの静電容量と、該静電容量それぞれに対応する少なくとも３つの比誘電率とに対する回帰直線、若しくは上記した静電容量の逆数と比誘電率とに対する回帰直線を求めることで、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて混合液体の混合比を算出する。すなわち、電極の汚れの影響が取り除かれた比誘電率に基づいて混合比を算出する。これにより、本発明に係る混合比算出装置は、混合比の検出精度の低下が抑制された混合比算出装置となっている。
【０００８】
混合液体の比誘電率、及び混合液体の混合比を算出するためのパラメータを記憶する構成としては、請求項２に記載のように、対をなす電極における真空中の静電容量と、混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率と、を記憶保持する記憶部を有する構成を採用することができる。なお、このような構成の場合、請求項３に記載のように、混合液体の温度を測定する温度測定部を有し、記憶部に、混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率の温度特性が記憶された構成が良い。これにより、混合液体の温度変化に応じて、混合液体の混合比を算出することができる。
【０００９】
請求項４に記載のように、対をなす電極の表面が、保護膜によって被覆・保護された構成が好ましい。これにより、混合液体による電極の腐食を抑制することができる。
【００１０】
請求項５に記載のように、電極が櫛歯形状である構成が良い。これにより、平板形状の電極と比べて、電極間の対向面積を効率良く確保することができる。したがって、混合比算出装置の体格を小型化することができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明の作用効果は、請求項１〜５いずれかに記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。
【００１２】
請求項７に記載のように、第１算出工程終了後、算出された少なくとも３つの比誘電率それぞれを比較する比較工程を行い、該比較工程において、少なくとも２つの比誘電率の値が同じ値を有する場合に、同じ値を有する比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出する第５算出工程を行い、比較工程において、比誘電率それぞれが異なる値を有する場合に、第２算出工程、第３算出工程、及び第４算出工程を行うのが良い。第１算出工程を経ることで算出された少なくとも３つの比誘電率のうち、２つの比誘電率が同じ値を持つ場合、すなわち、２つの比誘電率が汚れの影響を受けていない場合、この２つの比誘電率の差分は、ゼロとなる。したがって、上記した比較工程を行うことで、差分がゼロとなる比誘電率、すなわち汚れの影響がない比誘電率を求めることができる。このように、汚れの影響を受けていない比誘電率が少なくとも２つ算出された場合、上記した第２算出工程と第３算出工程とを省くことができるので、算出部の処理速度を速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る混合比算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】電極の概略構成を示す断面図である。
【図３】静電容量と比誘電率のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を、アルコールとガソリンとからなる混合液体の混合比の算出に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。なお、ガソリンは数百種類もの成分からなる液体であるが、ガソリンを構成する成分の誘電率は互いに等しいため、本実施形態では、ガソリンを混合液体に含まれる１種類の成分とみなし、混合液体を、アルコールとガソリンの２種類の成分からなるものとみなす。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る混合比算出装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、電極の概略構成を示す断面図である。図３は、静電容量と比誘電率のグラフである。なお、図３においては、横軸が静電容量を示し、縦軸が比誘電率を示している。
【００１５】
図１に示すように、混合比算出装置１００は、要部として、混合液体の誘電率を含む静電容量を測定し、該静電容量を電気信号に変換するセンサ部１０と、該センサ部１０から出力された出力信号に基づいて混合液体の混合比を算出する算出部３０と、を有する。さらに、本実施形態に係る混合比算出装置１００は、混合液体の温度を測定する温度測定部５０と、後述する電極１１〜１４によって構成されるコンデンサの真空中の静電容量、混合液体を構成するアルコール、ガソリンそれぞれの比誘電率、及び該比誘電率の温度特性を記憶保持する記憶部７０と、を有している。
【００１６】
センサ部１０は、混合液体中に配置される４つの電極１１〜１４と、これら電極１１〜１４によって測定された、混合液体の誘電率を含む静電容量を検出し、電気信号に変換する検出回路１５と、を有している。図２に示すように、電極１１〜１４それぞれは、断面矩形状とされ、絶縁性の保護膜１６を介して基板１７上に配置され、その表面が保護膜１６によって被覆・保護されている。
【００１７】
図２に示すように、第１電極１１と第２電極１２とが対向されることで、第１電極１１と第２電極１２とによってコンデンサＣ１２が構成され、第２電極１２と第３電極１３とが対向されることで、第２電極１２と第３電極１３とによってコンデンサＣ２３が構成され、第３電極１３と第４電極１４とが対向されることで、第３電極１３と第４電極１４とによってコンデンサＣ３４が構成されている。ここで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の対向面積は互いに等しくなっている。一方、第１電極１１と第２電極１２との電極間隔ｄ１が、第２電極１２と第３電極１３との電極間隔ｄ２よりも長く、電極間隔ｄ２が、第３電極１３と第４電極１４との電極間隔ｄ３よりも長くなっている。コンデンサの静電容量は、対向面積と、電極間隔の逆数とに比例するので、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量の比は、電極間隔の逆数の比と等しくなっている。本実施形態では、電極間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３の比が、４：２：１となっているので、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量の比は、１：２：４となっている。なお、本実施形態では、第１電極１１と第２電極１２との間、第２電極１２と第３電極１３との間、及び第３電極１３と第４電極１４との間に介在する保護膜１６は、存在しないものとみなしている。
【００１８】
算出部３０は、センサ部１０の各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４において測定された、混合液体の誘電率を含む静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に基づいて、混合液体の比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを検出し、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、該静電容量それぞれに対応する比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒとに対する回帰直線を求めることで、補正された比誘電率εｒを算出する。そして、補正された比誘電率εｒに基づいて、混合液体の混合比ａ，ｂを算出する。算出部３０には、混合液体の温度を測定する温度測定部５０と、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４、アルコールとガソリンそれぞれの比誘電率εａｒ，εｂｒ、及び該比誘電率εａｒ，εｂｒの温度依存性を記憶保持する記憶部７０と、が接続されている。算出部３０は、温度測定部５０の測定結果を参照し、計算に必要なパラメータを記憶部７０から取り出すことで、混合比ａ，ｂを算出する。
【００１９】
次に、本実施形態に係る混合比算出方法を説明する。先ず、センサ部１０の検出回路１５によって、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を測定し、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を電気信号に変換する。該電気信号がセンサ部１０から算出部３０に入力されると、算出部３０は、記憶部７０から真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４を取り出して、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４との商をとることで、比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第１算出工程に相当する。
【００２０】
以下、第１算出工程で行われる計算を説明する。静電容量は、比誘電率と真空の静電容量との積に等しいので、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒ、及び真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４それぞれの関係は、下式（１Ａ）〜（１Ｃ）のように示すことができる。
（数１）
Ｃ１＝ε１ｒ×Ｃ０１２ ・・・（１Ａ）
Ｃ２＝ε２ｒ×Ｃ０２３ ・・・（１Ｂ）
Ｃ３＝ε３ｒ×Ｃ０３４ ・・・（１Ｃ）
【００２１】
したがって、下式（２Ａ）〜（２Ｃ）に示すように、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３それぞれを、対応する真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４で割ることにより、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを算出することができる。
（数２）
ε１ｒ＝Ｃ１／Ｃ０１２ ・・・（２Ａ）
ε２ｒ＝Ｃ２／Ｃ０２３ ・・・（２Ｂ）
ε３ｒ＝Ｃ３／Ｃ０３４ ・・・（２Ｃ）
【００２２】
第１算出工程終了後、算出部３０は、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、変換された比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒとに対する回帰直線を求める。以上が、特許請求の範囲に記載の第２算出工程に相当する。回帰直線は、公知の最小二乗法を用いることで求めることができるので、本実施形態では、その説明を割愛する。
【００２３】
第２算出工程終了後、算出部３０は、算出された回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率（切片）を求めることで、補正された比誘電率を算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第３算出工程に相当する。
【００２４】
以下、算出された回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率が、補正された比誘電率、すなわち、汚れの影響が取り除かれた比誘電率に相当する理由について説明する。混合液体の比誘電率をεｒとし、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４に付着した混合液体に含まれる異物によって、比誘電率εｒがそれぞれ誤差因子α１，α２，α３だけ変動したとすると、上式（１Ａ）〜（１Ｃ）は、下式（３Ａ）〜（３Ｃ）のように表される。
（数３）
Ｃ１＝（εｒ＋α１）×Ｃ０１２ ・・・（３Ａ）
Ｃ２＝（εｒ＋α２）×Ｃ０２３ ・・・（３Ｂ）
Ｃ３＝（εｒ＋α３）×Ｃ０３４ ・・・（３Ｃ）
【００２５】
また、混合液体に含まれる異物によって、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４がそれぞれ誤差因子β１，β２，β３だけ変動したとすると、上式（１Ａ）〜（１Ｃ）は、下式（４Ａ）〜（４Ｃ）のように表される。
（数４）
Ｃ１＝εｒ×Ｃ０１２＋β１ ・・・（４Ａ）
Ｃ２＝εｒ×Ｃ０２３＋β２ ・・・（４Ｂ）
Ｃ３＝εｒ×Ｃ０３４＋β３ ・・・（４Ｃ）
【００２６】
ここで、上式（３Ａ）〜（３Ｃ）と、上式（４Ａ）〜（４Ｃ）とから、β１はα１×Ｃ０１２に等しく、β２はα２×Ｃ０２３に等しく、β３はα３×Ｃ０３４に等しく、βはαに比例する関係となっていることが確認できる。
【００２７】
比誘電率εｒと真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４は一定なので、誘電率と真空の静電容量との積であるεｒ×Ｃ０１２，εｒ×Ｃ０２３，εｒ×Ｃ０３４は一定となる。したがって、誤差因子α，βがない場合、図３の破線で示すように、静電容量及び比誘電率の期待値（黒点）を結んでなる直線は、横軸（静電容量）に対して平行となる。しかしながら、図３に示すように、実際の測定点（白点）は、期待値よりも、静電容量、比誘電率ともに大きくなっている。これは、電極１１〜１４に付着した、混合液体中に含まれる有機物や、無機物からなる異物の比誘電率が混合液体の比誘電率よりも高いためである。換言すれば、誤差因子αが正の値をとるためである。また、図３に示すように、静電容量が高まるにつれて、測定された静電容量、及び算出された比誘電率がともに大きくなっているのが確認できる。すなわち、静電容量が高まるにつれて、誤差因子α，βが大きくなっていることが確認できる。これは、電極間隔が狭くなる（静電容量が大きくなる）につれて、電極間隔に占める異物の割合が高まり、これによって電極１１〜１４に付着した異物の影響が大きくなるためである。したがって、これら測定点に基づいて算出された回帰直線は、図３に実線で示すように、静電容量に対して比誘電率が比例する、右肩上がりの直線となっている。この回帰直線と縦軸との交点は、静電容量が最も小さい時（電極間隔が無限の時）に得ることができる比誘電率、すなわち、電極間隔に占める異物の割合が最も低い比誘電率、更にいえば、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸（比誘電率）との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当することとなる。なお、図３においては、便宜上、プロットの値を大仰に描いている。
【００２８】
第３算出工程終了後、算出部３０は、温度測定部５０によって測定された混合液体の温度に対応するアルコールとガソリンそれぞれの比誘電率εａｒ，εｂｒを記憶部７０から取り出す。そして、算出部３０は、比誘電率εｒ，εａｒ，εｂｒに基づいて、混合比ａ、ｂを算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第４算出工程に相当する。
【００２９】
以下、第４算出工程で行われる計算を説明する。混合液体の比誘電率は、各成分の比誘電率とその混合比との線形和に等しいことが一般的に知られているので、混合液体の比誘電率εｒは、下式（５）によって表すことができる。
（数５）
εｒ＝εａｒ×ａ＋εｂｒ×ｂ ・・・（５）
【００３０】
上記したように、混合液体はアルコールとガソリンの２種類からなるので、混合比ａとｂの和は１に等しく、関係式ａ＋ｂ＝１が成り立つ。この関係式を用いて、上式（５）を混合比ａとｂそれぞれについて整理すると、下式（６Ａ），（６Ｂ）が成立する。
（数６）
ａ＝（εｒ−εｂｒ）／（εａｒ−εｂｒ） ・・・（６Ａ）
ｂ＝（εａｒ−εｒ）／（εａｒ−εｂｒ） ・・・（６Ｂ）
【００３１】
したがって、補正された比誘電率εｒと、記憶部７０から取り出したεａｒ，εｂｒとを上式（６Ａ），（６Ｂ）に代入することで、混合比ａ，ｂを算出することができる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る混合比算出装置１００、及び混合比算出方法の作用効果を説明する。上記したように、混合比算出装置１００は、静電容量と誘電率との回帰直線を求め、該回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率の値を求めることで、補正された混合液体の比誘電率εｒを算出している。したがって、この汚れの影響が取り除かれた比誘電率εｒに基づいて混合比を算出することで、混合比の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３４】
本実施形態では、混合比算出装置１００、及び混合比算出方法を、アルコールとガソリンとからなる混合液体の混合比の算出に適用した例を示した。しかしながら、本実施形態に係る混合比算出装置１００、及び混合比算出方法は、上記した混合液体以外にも適用することができる。
【００３５】
本実施形態では、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも高い場合において、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求める例を示した。しかしながら、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも低い場合においても、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。この場合、比誘電率の誤差因子αは負の値をとるので、誤差因子αに比例する、静電容量の誤差因子βも負の値をとる。また、誤差因子α，βが負の場合においても、静電容量が高まるにつれて（電極間隔が狭くなるにつれて）、電極間隔に占める異物の割合が高まるので、誤差因子α，βの値は大きくなる。これにより、異物の誘電率が混合液体の誘電率よりも低い場合には、比誘電率と静電容量とに対する回帰直線が右肩下がりとなる。この右肩下がりの回帰直線と縦軸（比誘電率）との交点は、電極間隔に占める異物の割合が最も低い比誘電率、すなわち、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当する。このように、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも低い場合においても、比誘電率と静電容量との回帰直線における、縦軸との交点の値を求めることで、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。
【００３６】
本実施形態では、電極間の対向面積が一定とされ、電極間隔がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる例を示した。しかしながら、電極間隔が一定とされ、電極間の対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成を採用することもできる。この場合、対向面積が小さくなる（静電容量が小さくなる）にしたがって、電極間隔に占める異物の割合が高くなるので、比誘電率と静電容量との回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値は、汚れの影響が最も大きい比誘電率に相当する。したがって、この回帰直線からは、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることはできない。しかしながら、このような、対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成の場合、比誘電率と静電容量の逆数とに対する回帰直線を求めることで、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。この回帰直線の場合、対向面積が大きくなる（静電容量が大きくなる）にしたがって、静電容量の逆数が小さくなり、且つ、電極間隔に占める異物の割合も低くなる。したがって、求めた回帰直線と縦軸（比誘電率）との交点の値は、静電容量が無限（対向面積が無限）の時に得ることができる比誘電率、すなわち、対向面積に占める異物の割合が最も低い比誘電率、更にいえば、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量の逆数がゼロ（静電容量、及び対向面積が無限大）の時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当する。このように、電極間隔が一定とされ、電極間の対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成においても、比誘電率と、静電容量の逆数との回帰直線を求め、該回帰直線における静電容量の逆数がゼロの時の比誘電率を求めることで、補正された比誘電率εｒを算出することができる。
【００３７】
本実施形態では、第１算出工程終了後に、第２算出工程を行う例を示した。しかしながら、第２算出工程を行う前に、第１算出工程終了後、算出された３つの比誘電率それぞれを比較する比較工程を行っても良い。算出された比誘電率の内、２つの比誘電率に誤差因子が含まれていない場合、それら２つの比誘電率の差分はゼロとなる。したがって、差分した際に、ゼロとなる比誘電率を求めることで、誤差因子がない、すなわち、汚れの影響がない比誘電率を算出することができる。このように、汚れの影響がない比誘電率が２つ検出された場合、上記した第２算出工程と第３算出工程とを省くことができるので、算出部３０の処理速度を速めることができる。
【００３８】
本実施形態では、電極１１〜１４が断面矩形状である例を示した。しかしながら、電極１１〜１４の形状は、上記例に限定されない。電極１１〜１４の形状としては、例えば櫛歯形状を採用することができる。これにより、体格が小さな電極であっても、電極間の対向面積を十分に確保することができるので、混合比算出装置１００の体格を小型化することができる。
【００３９】
本実施形態では、４つの電極１１〜１４をセンサ部１０が有する例を示した。しかしながら、電極の数は少なくとも４つ以上であれば良く、上記例に限定されない。例えば、センサ部１０が電極を５つ有する構成を採用することもできる。この場合、コンデンサが４つ構成される。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・センサ部
３０・・・算出部
５０・・・温度測定部
７０・・・記憶部
１００・・・混合比算出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出対象である混合液体の誘電率を含む静電容量を検出し、検出された静電容量に基づいて混合液体の混合比を算出する混合比算出装置、及び該混合比算出装置を用いた混合比算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、アルコールとガソリンとを含む混合液体のアルコール含有量（アルコールとガソリンの混合比）を測定する装置が提案されている。この装置は、混合液体が貫流するケーシングの一部分をなす電極と、ケーシング内に配置されたセンサ素子と、これら電極とセンサ素子とによって構成されるコンデンサの静電容量を評価する電子測定回路と、を有する。該電子測定回路は、静電容量から混合液体の誘電率を検出し、検出された誘電率に基づいてアルコールとガソリンの混合比を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５―８７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、混合液体の誘電率を含む静電容量を検出するためには、混合液体中に電極とセンサ素子とを配置しなくてはならない。これにより、混合液体に含まれる異物が電極若しくはセンサ素子に付着し、電極とセンサ素子とによって構成されるコンデンサの静電容量が変化する虞がある。混合液体に含まれる異物の誘電率は、概して混合液体の誘電率よりも大きいので、静電容量の期待値よりも大きい値が検出される虞がある。コンデンサの静電容量が異物によって変化すると、該静電容量に基づいて算出される比誘電率、及び該比誘電率に基づいて算出されるアルコールとガソリンの混合比も変化し、これによってアルコールとガソリンの混合比の検出精度が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、混合液体の混合比の検出精度の低下が抑制された混合比算出装置、及び該混合比算出装置を用いた混合比算出方法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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす電極によって構成されるコンデンサの静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、該センサ部の出力信号に基づいて、混合液体の混合比を算出する算出部と、を備える混合比算出装置であって、センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす電極を少なくとも３つ有しており、算出部は、センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出することを特徴する。
【０００７】
このように本発明によれば、被検出対象である混合液体の誘電率を含む少なくとも３つの静電容量と、該静電容量それぞれに対応する少なくとも３つの比誘電率とに対する回帰直線、若しくは上記した静電容量の逆数と比誘電率とに対する回帰直線を求めることで、補正された比誘電率を算出し、補正された比誘電率に基づいて混合液体の混合比を算出する。すなわち、電極の汚れの影響が取り除かれた比誘電率に基づいて混合比を算出する。これにより、本発明に係る混合比算出装置は、混合比の検出精度の低下が抑制された混合比算出装置となっている。
【０００８】
混合液体の比誘電率、及び混合液体の混合比を算出するためのパラメータを記憶する構成としては、請求項２に記載のように、対をなす電極における真空中の静電容量と、混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率と、を記憶保持する記憶部を有する構成を採用することができる。なお、このような構成の場合、請求項３に記載のように、混合液体の温度を測定する温度測定部を有し、記憶部に、混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率の温度特性が記憶された構成が良い。これにより、混合液体の温度変化に応じて、混合液体の混合比を算出することができる。
【０００９】
請求項４に記載のように、対をなす電極の表面が、保護膜によって被覆・保護された構成が好ましい。これにより、混合液体による電極の腐食を抑制することができる。
【００１０】
請求項５に記載のように、電極が櫛歯形状である構成が良い。これにより、平板形状の電極と比べて、電極間の対向面積を効率良く確保することができる。したがって、混合比算出装置の体格を小型化することができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明の作用効果は、請求項１〜５いずれかに記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。
【００１２】
請求項７に記載のように、第１算出工程終了後、算出された少なくとも３つの比誘電率それぞれを比較する比較工程を行い、該比較工程において、少なくとも２つの比誘電率の値が同じ値を有する場合に、同じ値を有する比誘電率に基づいて、混合液体の混合比を算出する第５算出工程を行い、比較工程において、比誘電率それぞれが異なる値を有する場合に、第２算出工程、第３算出工程、及び第４算出工程を行うのが良い。第１算出工程を経ることで算出された少なくとも３つの比誘電率のうち、２つの比誘電率が同じ値を持つ場合、すなわち、２つの比誘電率が汚れの影響を受けていない場合、この２つの比誘電率の差分は、ゼロとなる。したがって、上記した比較工程を行うことで、差分がゼロとなる比誘電率、すなわち汚れの影響がない比誘電率を求めることができる。このように、汚れの影響を受けていない比誘電率が少なくとも２つ算出された場合、上記した第２算出工程と第３算出工程とを省くことができるので、算出部の処理速度を速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る混合比算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】電極の概略構成を示す断面図である。
【図３】静電容量と比誘電率のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を、アルコールとガソリンとからなる混合液体の混合比の算出に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。なお、ガソリンは数百種類もの成分からなる液体であるが、ガソリンを構成する成分の誘電率は互いに等しいため、本実施形態では、ガソリンを混合液体に含まれる１種類の成分とみなし、混合液体を、アルコールとガソリンの２種類の成分からなるものとみなす。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る混合比算出装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、電極の概略構成を示す断面図である。図３は、静電容量と比誘電率のグラフである。なお、図３においては、横軸が静電容量を示し、縦軸が比誘電率を示している。
【００１５】
図１に示すように、混合比算出装置１００は、要部として、混合液体の誘電率を含む静電容量を測定し、該静電容量を電気信号に変換するセンサ部１０と、該センサ部１０から出力された出力信号に基づいて混合液体の混合比を算出する算出部３０と、を有する。さらに、本実施形態に係る混合比算出装置１００は、混合液体の温度を測定する温度測定部５０と、後述する電極１１〜１４によって構成されるコンデンサの真空中の静電容量、混合液体を構成するアルコール、ガソリンそれぞれの比誘電率、及び該比誘電率の温度特性を記憶保持する記憶部７０と、を有している。
【００１６】
センサ部１０は、混合液体中に配置される４つの電極１１〜１４と、これら電極１１〜１４によって測定された、混合液体の誘電率を含む静電容量を検出し、電気信号に変換する検出回路１５と、を有している。図２に示すように、電極１１〜１４それぞれは、断面矩形状とされ、絶縁性の保護膜１６を介して基板１７上に配置され、その表面が保護膜１６によって被覆・保護されている。
【００１７】
図２に示すように、第１電極１１と第２電極１２とが対向されることで、第１電極１１と第２電極１２とによってコンデンサＣ１２が構成され、第２電極１２と第３電極１３とが対向されることで、第２電極１２と第３電極１３とによってコンデンサＣ２３が構成され、第３電極１３と第４電極１４とが対向されることで、第３電極１３と第４電極１４とによってコンデンサＣ３４が構成されている。ここで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の対向面積は互いに等しくなっている。一方、第１電極１１と第２電極１２との電極間隔ｄ１が、第２電極１２と第３電極１３との電極間隔ｄ２よりも長く、電極間隔ｄ２が、第３電極１３と第４電極１４との電極間隔ｄ３よりも長くなっている。コンデンサの静電容量は、対向面積と、電極間隔の逆数とに比例するので、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量の比は、電極間隔の逆数の比と等しくなっている。本実施形態では、電極間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３の比が、４：２：１となっているので、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量の比は、１：２：４となっている。なお、本実施形態では、第１電極１１と第２電極１２との間、第２電極１２と第３電極１３との間、及び第３電極１３と第４電極１４との間に介在する保護膜１６は、存在しないものとみなしている。
【００１８】
算出部３０は、センサ部１０の各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４において測定された、混合液体の誘電率を含む静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に基づいて、混合液体の比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを検出し、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、該静電容量それぞれに対応する比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒとに対する回帰直線を求めることで、補正された比誘電率εｒを算出する。そして、補正された比誘電率εｒに基づいて、混合液体の混合比ａ，ｂを算出する。算出部３０には、混合液体の温度を測定する温度測定部５０と、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４、アルコールとガソリンそれぞれの比誘電率εａｒ，εｂｒ、及び該比誘電率εａｒ，εｂｒの温度依存性を記憶保持する記憶部７０と、が接続されている。算出部３０は、温度測定部５０の測定結果を参照し、計算に必要なパラメータを記憶部７０から取り出すことで、混合比ａ，ｂを算出する。
【００１９】
次に、本実施形態に係る混合比算出方法を説明する。先ず、センサ部１０の検出回路１５によって、コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を測定し、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を電気信号に変換する。該電気信号がセンサ部１０から算出部３０に入力されると、算出部３０は、記憶部７０から真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４を取り出して、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４との商をとることで、比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第１算出工程に相当する。
【００２０】
以下、第１算出工程で行われる計算を説明する。静電容量は、比誘電率と真空の静電容量との積に等しいので、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒ、及び真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４それぞれの関係は、下式（１Ａ）〜（１Ｃ）のように示すことができる。
（数１）
Ｃ１＝ε１ｒ×Ｃ０１２ ・・・（１Ａ）
Ｃ２＝ε２ｒ×Ｃ０２３ ・・・（１Ｂ）
Ｃ３＝ε３ｒ×Ｃ０３４ ・・・（１Ｃ）
【００２１】
したがって、下式（２Ａ）〜（２Ｃ）に示すように、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３それぞれを、対応する真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４で割ることにより、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒを算出することができる。
（数２）
ε１ｒ＝Ｃ１／Ｃ０１２ ・・・（２Ａ）
ε２ｒ＝Ｃ２／Ｃ０２３ ・・・（２Ｂ）
ε３ｒ＝Ｃ３／Ｃ０３４ ・・・（２Ｃ）
【００２２】
第１算出工程終了後、算出部３０は、測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、変換された比誘電率ε１ｒ，ε２ｒ，ε３ｒとに対する回帰直線を求める。以上が、特許請求の範囲に記載の第２算出工程に相当する。回帰直線は、公知の最小二乗法を用いることで求めることができるので、本実施形態では、その説明を割愛する。
【００２３】
第２算出工程終了後、算出部３０は、算出された回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率（切片）を求めることで、補正された比誘電率を算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第３算出工程に相当する。
【００２４】
以下、算出された回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率が、補正された比誘電率、すなわち、汚れの影響が取り除かれた比誘電率に相当する理由について説明する。混合液体の比誘電率をεｒとし、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４に付着した混合液体に含まれる異物によって、比誘電率εｒがそれぞれ誤差因子α１，α２，α３だけ変動したとすると、上式（１Ａ）〜（１Ｃ）は、下式（３Ａ）〜（３Ｃ）のように表される。
（数３）
Ｃ１＝（εｒ＋α１）×Ｃ０１２ ・・・（３Ａ）
Ｃ２＝（εｒ＋α２）×Ｃ０２３ ・・・（３Ｂ）
Ｃ３＝（εｒ＋α３）×Ｃ０３４ ・・・（３Ｃ）
【００２５】
また、混合液体に含まれる異物によって、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４がそれぞれ誤差因子β１，β２，β３だけ変動したとすると、上式（１Ａ）〜（１Ｃ）は、下式（４Ａ）〜（４Ｃ）のように表される。
（数４）
Ｃ１＝εｒ×Ｃ０１２＋β１ ・・・（４Ａ）
Ｃ２＝εｒ×Ｃ０２３＋β２ ・・・（４Ｂ）
Ｃ３＝εｒ×Ｃ０３４＋β３ ・・・（４Ｃ）
【００２６】
ここで、上式（３Ａ）〜（３Ｃ）と、上式（４Ａ）〜（４Ｃ）とから、β１はα１×Ｃ０１２に等しく、β２はα２×Ｃ０２３に等しく、β３はα３×Ｃ０３４に等しく、βはαに比例する関係となっていることが確認できる。
【００２７】
比誘電率εｒと真空の静電容量Ｃ０１２，Ｃ０２３，Ｃ０３４は一定なので、誘電率と真空の静電容量との積であるεｒ×Ｃ０１２，εｒ×Ｃ０２３，εｒ×Ｃ０３４は一定となる。したがって、誤差因子α，βがない場合、図３の破線で示すように、静電容量及び比誘電率の期待値（黒点）を結んでなる直線は、横軸（静電容量）に対して平行となる。しかしながら、図３に示すように、実際の測定点（白点）は、期待値よりも、静電容量、比誘電率ともに大きくなっている。これは、電極１１〜１４に付着した、混合液体中に含まれる有機物や、無機物からなる異物の比誘電率が混合液体の比誘電率よりも高いためである。換言すれば、誤差因子αが正の値をとるためである。また、図３に示すように、静電容量が高まるにつれて、測定された静電容量、及び算出された比誘電率がともに大きくなっているのが確認できる。すなわち、静電容量が高まるにつれて、誤差因子α，βが大きくなっていることが確認できる。これは、電極間隔が狭くなる（静電容量が大きくなる）につれて、電極間隔に占める異物の割合が高まり、これによって電極１１〜１４に付着した異物の影響が大きくなるためである。したがって、これら測定点に基づいて算出された回帰直線は、図３に実線で示すように、静電容量に対して比誘電率が比例する、右肩上がりの直線となっている。この回帰直線と縦軸との交点は、静電容量が最も小さい時（電極間隔が無限の時）に得ることができる比誘電率、すなわち、電極間隔に占める異物の割合が最も低い比誘電率、更にいえば、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸（比誘電率）との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当することとなる。なお、図３においては、便宜上、プロットの値を大仰に描いている。
【００２８】
第３算出工程終了後、算出部３０は、温度測定部５０によって測定された混合液体の温度に対応するアルコールとガソリンそれぞれの比誘電率εａｒ，εｂｒを記憶部７０から取り出す。そして、算出部３０は、比誘電率εｒ，εａｒ，εｂｒに基づいて、混合比ａ、ｂを算出する。以上が、特許請求の範囲に記載の第４算出工程に相当する。
【００２９】
以下、第４算出工程で行われる計算を説明する。混合液体の比誘電率は、各成分の比誘電率とその混合比との線形和に等しいことが一般的に知られているので、混合液体の比誘電率εｒは、下式（５）によって表すことができる。
（数５）
εｒ＝εａｒ×ａ＋εｂｒ×ｂ ・・・（５）
【００３０】
上記したように、混合液体はアルコールとガソリンの２種類からなるので、混合比ａとｂの和は１に等しく、関係式ａ＋ｂ＝１が成り立つ。この関係式を用いて、上式（５）を混合比ａとｂそれぞれについて整理すると、下式（６Ａ），（６Ｂ）が成立する。
（数６）
ａ＝（εｒ−εｂｒ）／（εａｒ−εｂｒ） ・・・（６Ａ）
ｂ＝（εａｒ−εｒ）／（εａｒ−εｂｒ） ・・・（６Ｂ）
【００３１】
したがって、補正された比誘電率εｒと、記憶部７０から取り出したεａｒ，εｂｒとを上式（６Ａ），（６Ｂ）に代入することで、混合比ａ，ｂを算出することができる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る混合比算出装置１００、及び混合比算出方法の作用効果を説明する。上記したように、混合比算出装置１００は、静電容量と誘電率との回帰直線を求め、該回帰直線における、静電容量がゼロの時の比誘電率の値を求めることで、補正された混合液体の比誘電率εｒを算出している。したがって、この汚れの影響が取り除かれた比誘電率εｒに基づいて混合比を算出することで、混合比の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３４】
本実施形態では、混合比算出装置１００、及び混合比算出方法を、アルコールとガソリンとからなる混合液体の混合比の算出に適用した例を示した。しかしながら、本実施形態に係る混合比算出装置１００、及び混合比算出方法は、上記した混合液体以外にも適用することができる。
【００３５】
本実施形態では、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも高い場合において、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求める例を示した。しかしながら、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも低い場合においても、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。この場合、比誘電率の誤差因子αは負の値をとるので、誤差因子αに比例する、静電容量の誤差因子βも負の値をとる。また、誤差因子α，βが負の場合においても、静電容量が高まるにつれて（電極間隔が狭くなるにつれて）、電極間隔に占める異物の割合が高まるので、誤差因子α，βの値は大きくなる。これにより、異物の誘電率が混合液体の誘電率よりも低い場合には、比誘電率と静電容量とに対する回帰直線が右肩下がりとなる。この右肩下がりの回帰直線と縦軸（比誘電率）との交点は、電極間隔に占める異物の割合が最も低い比誘電率、すなわち、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当する。このように、混合液体に含まれる異物の誘電率が、混合液体の誘電率よりも低い場合においても、比誘電率と静電容量との回帰直線における、縦軸との交点の値を求めることで、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。
【００３６】
本実施形態では、電極間の対向面積が一定とされ、電極間隔がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる例を示した。しかしながら、電極間隔が一定とされ、電極間の対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成を採用することもできる。この場合、対向面積が小さくなる（静電容量が小さくなる）にしたがって、電極間隔に占める異物の割合が高くなるので、比誘電率と静電容量との回帰直線における静電容量がゼロの時の比誘電率の値は、汚れの影響が最も大きい比誘電率に相当する。したがって、この回帰直線からは、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることはできない。しかしながら、このような、対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成の場合、比誘電率と静電容量の逆数とに対する回帰直線を求めることで、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒを求めることができる。この回帰直線の場合、対向面積が大きくなる（静電容量が大きくなる）にしたがって、静電容量の逆数が小さくなり、且つ、電極間隔に占める異物の割合も低くなる。したがって、求めた回帰直線と縦軸（比誘電率）との交点の値は、静電容量が無限（対向面積が無限）の時に得ることができる比誘電率、すなわち、対向面積に占める異物の割合が最も低い比誘電率、更にいえば、汚れの影響が最も小さい比誘電率を示している。したがって、求めた回帰直線における縦軸との交点の値、すなわち、回帰直線における静電容量の逆数がゼロ（静電容量、及び対向面積が無限大）の時の比誘電率の値が、汚れの影響が取り除かれた混合液体の比誘電率εｒに相当する。このように、電極間隔が一定とされ、電極間の対向面積がそれぞれ異なることで、各コンデンサＣ１２，Ｃ２３，Ｃ３４の静電容量が異なる構成においても、比誘電率と、静電容量の逆数との回帰直線を求め、該回帰直線における静電容量の逆数がゼロの時の比誘電率を求めることで、補正された比誘電率εｒを算出することができる。
【００３７】
本実施形態では、第１算出工程終了後に、第２算出工程を行う例を示した。しかしながら、第２算出工程を行う前に、第１算出工程終了後、算出された３つの比誘電率それぞれを比較する比較工程を行っても良い。算出された比誘電率の内、２つの比誘電率に誤差因子が含まれていない場合、それら２つの比誘電率の差分はゼロとなる。したがって、差分した際に、ゼロとなる比誘電率を求めることで、誤差因子がない、すなわち、汚れの影響がない比誘電率を算出することができる。このように、汚れの影響がない比誘電率が２つ検出された場合、上記した第２算出工程と第３算出工程とを省くことができるので、算出部３０の処理速度を速めることができる。
【００３８】
本実施形態では、電極１１〜１４が断面矩形状である例を示した。しかしながら、電極１１〜１４の形状は、上記例に限定されない。電極１１〜１４の形状としては、例えば櫛歯形状を採用することができる。これにより、体格が小さな電極であっても、電極間の対向面積を十分に確保することができるので、混合比算出装置１００の体格を小型化することができる。
【００３９】
本実施形態では、４つの電極１１〜１４をセンサ部１０が有する例を示した。しかしながら、電極の数は少なくとも４つ以上であれば良く、上記例に限定されない。例えば、センサ部１０が電極を５つ有する構成を採用することもできる。この場合、コンデンサが４つ構成される。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・センサ部
３０・・・算出部
５０・・・温度測定部
７０・・・記憶部
１００・・・混合比算出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす前記電極によって構成されるコンデンサの静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、
該センサ部の出力信号に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する算出部と、を備える混合比算出装置であって、
前記センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす前記電極を少なくとも３つ有しており、
前記算出部は、前記センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された前記比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置。
【請求項２】
対をなす前記電極における真空中の静電容量と、前記混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率と、を記憶保持する記憶部を有することを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項３】
前記混合液体の温度を測定する温度測定部を有し、
前記記憶部には、前記混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率の温度特性が記憶されていることを特徴とする請求項２に記載の混合比算出装置。
【請求項４】
対をなす前記電極の表面が、保護膜によって被覆・保護されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項５】
前記対をなす電極は、櫛歯形状であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の混合比算出装置を用いて、前記混合液体の混合比を算出する混合比算出方法であって、
前記センサ部の出力信号に含まれる、少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出する第１算出工程と、
算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出する第２算出工程と、
算出された回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出する第３算出工程と、
補正された比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する第４算出工程と、を有することを特徴とする混合比算出方法。
【請求項７】
前記第１算出工程終了後、算出された少なくとも３つの前記比誘電率それぞれを比較する比較工程を行い、
該比較工程において、少なくとも２つの前記比誘電率の値が同じ値を有する場合に、同じ値を有する前記比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する第５算出工程を行い、
前記比較工程において、前記比誘電率それぞれが異なる値を有する場合に、前記第２算出工程、前記第３算出工程、及び前記第４算出工程を行うことを特徴とする請求項６に記載の混合比算出方法。
【請求項１】
混合液体中に配置される対をなす電極、及び対をなす前記電極によって構成されるコンデンサの静電容量を検出する検出回路を有するセンサ部と、
該センサ部の出力信号に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する算出部と、を備える混合比算出装置であって、
前記センサ部は、それぞれの静電容量が異なる、対をなす前記電極を少なくとも３つ有しており、
前記算出部は、前記センサ部の出力信号に含まれる、測定された少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出し、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出し、該回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出し、補正された前記比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置。
【請求項２】
対をなす前記電極における真空中の静電容量と、前記混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率と、を記憶保持する記憶部を有することを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項３】
前記混合液体の温度を測定する温度測定部を有し、
前記記憶部には、前記混合液体に含まれる成分それぞれの比誘電率の温度特性が記憶されていることを特徴とする請求項２に記載の混合比算出装置。
【請求項４】
対をなす前記電極の表面が、保護膜によって被覆・保護されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項５】
前記対をなす電極は、櫛歯形状であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の混合比算出装置を用いて、前記混合液体の混合比を算出する混合比算出方法であって、
前記センサ部の出力信号に含まれる、少なくとも３つの静電容量それぞれに対応する比誘電率を算出する第１算出工程と、
算出された少なくとも３つの比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量とに対する回帰直線、若しくは、算出された少なくとも３つの前記比誘電率と、該比誘電率それぞれに対応する静電容量の逆数とに対する回帰直線を算出する第２算出工程と、
算出された回帰直線に基づいて、補正された比誘電率を算出する第３算出工程と、
補正された比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する第４算出工程と、を有することを特徴とする混合比算出方法。
【請求項７】
前記第１算出工程終了後、算出された少なくとも３つの前記比誘電率それぞれを比較する比較工程を行い、
該比較工程において、少なくとも２つの前記比誘電率の値が同じ値を有する場合に、同じ値を有する前記比誘電率に基づいて、前記混合液体の混合比を算出する第５算出工程を行い、
前記比較工程において、前記比誘電率それぞれが異なる値を有する場合に、前記第２算出工程、前記第３算出工程、及び前記第４算出工程を行うことを特徴とする請求項６に記載の混合比算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２０３９７９（Ｐ２０１０−２０３９７９Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１２５８（Ｐ２００９−５１２５８）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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