JPH06249816A - 液体濃度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作成が容易で、かつ熱応答性の良い静電容量
式の液体濃度センサを提供すること。 【構成】 側壁２６ａに燃料Ｆの流入通路４７と排出通
路４７ａを有する継手４０，４０ａを取付けた断面が有
底カップ状のセンサケース２６を設け、センサケース２
６の端板（外部電極）２７と内部電極２８を対向させ
る。内部電極２８に取付けたターミナル３３の足３３ａ
と感温素子３５の出力端子３６は、内部電極２８を支持
する絶縁体２９に形成した開口３４を挿通して、絶縁体
２９の後部に配設した基板３２にそれぞれ固定され、基
板３２上の処理回路に接続される。ターミナル３３の足
３３ａは所定の強度と可撓性を有していて、基板３２の
支持機能と、内部電極２８と基板３２の電気的な接続機
能とを兼ね備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混合燃料などの液体濃度
を検出する静電容量式の液体濃度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】地球環境を守り、石油依存度を減らすな
どの目的で、石油燃料にアルコールを混合した混合燃料
を用いるエンジン等の開発が行なわれている。このよう
な混合燃料においては、石油燃料とアルコール（エタノ
ール，メタノール）混合比が変っても常に最適な出力が
得られるよう、その混合比を検出し、これに基づいて燃
料供給量や点火時期の調整を行なう必要がある。

【０００３】このような石油燃料とアルコールの混合比
を検出するアルコール濃度検出センサとして、静電容量
式アルコールセンサが知られている。この静電容量式セ
ンサは混合燃料の混合比に応じて定まる誘電率から静電
容量を検出することにより、アルコール濃度を検出する
ものであり、その一例として特開平３−１６５２４８号
に開示されるごとき液体濃度センサが知られている。

【０００４】特開平３−１６５２４８号の液体濃度セン
サを図４によって簡単に説明すると、金属製の円筒容器
１にリード線２を接続して外部電極が構成され、円筒容
器１内には棒状の内部電極３が配設されている。円筒容
器１の一端は、Ｏリング４を介して絶縁ブッシュ５で閉
塞されている。内部電極３には出力端子６が取付けられ
ると共に、この内部電極３は絶縁ブッシュ５と円筒容器
１に挿入したプラグ状サポート部材７により支持されて
いる。円筒容器１の開口端８は燃料Ｆの流入口とされて
いると共に、円筒容器１の側壁にはこの円筒容器１に連
通して側方に突出するコネクタを兼ねた燃料排出管９が
設けられている。

【０００５】上記の液体濃度センサでは、混合燃料が開
口端８から円筒容器１内に流入し、排出管９から排出さ
れるとき、円筒容器（外部電極）１と内部電極３の間で
は燃料Ｆを誘電体とするコンデンサが構成される。

【０００６】コンデンサの静電容量Ｃは、 Ｃ＝Ａ／ｔ・ε／ε₀ ・ε₀ で表わされる。

【０００７】但し、Ａ ：電極板の面積 ｔ ：電極間の距離 ε ：誘電体の誘電率 ε₀ ：真空の誘電率 ε／ε₀ ：誘電体の比誘電率 したがって、Ａ，ｔが一定であれば、誘電体の比誘電率
ε／ε₀ に比例して静電容量Ｃが変化し、この静電容量
Ｃを検出すれば、混合燃料Ｆの比誘電率を知ることがで
きる。そして、混合燃料の比誘電率は混合比（例えばガ
ソリンとアルコールとの混合燃料において、アルコール
の濃度）に応じた値となるので、燃料の比誘電率ε／ε
₀ すなわち静電容量Ｃを検出すれば混合比（アルコール
濃度）を知ることができる。

【０００８】上記の液体濃度センサでは、円筒状の外部
電極と棒状の内部電極との寸法関係を正確に決めるのが
難しく、作成上困難を伴なうという欠点がある。

【０００９】上記の液体濃度センサに対し、図５に示す
ような平板対向電極タイプと称される液体濃度センサが
知られており、これは作成上の容易さ、静電容量の設計
の容量さという利点がある。この液体濃度センサは、同
図に示されるように、センサケース１０の一端を閉塞す
る端板１１が一方の電極（外部電極）を成し、この端板
１１に対向してセンサケース１０の内部に絶縁体１９に
取付けられた平板状の他方の電極（内部電極）１３が配
設されている。センサケース１０の内部には処理回路を
搭載した基板１４がホルダ１５により取付けられてお
り、上記処理回路と静電容量を構成する内部電極１３と
はリード線１６により接続されている。なお、端板１１
は支持板１２に固定されている。

【００１０】センサケース１０の側壁１０ａを貫通して
上下対称位置に２つの継手１７，１７ａが取付けられて
おり、各継手１７，１７ａの内部には、センサケース１
０内に通じる燃料Ｆの流入通路１８と排出通路１８ａが
形成されている。また、継手１７，１７ａには流入通路
１８と排出通路１８ａにそれぞれ連通する燃料流入口２
０と燃料排出口２１が設けらている。また、流入通路１
８内には温度補正用の感温素子２２が設けられている。

【００１１】上記の液体濃度センサでは、継手１７の燃
料流入口２０と排出口２１にそれぞれ燃料ホース（図示
せず）が接続され、燃料流入口２０側から排出口２１側
に石油燃料とアルコールを混合した燃料を通すと、その
燃料Ｆは入排出通路１８を通って端板（外部電極）１１
と内部電極１３の通路２３に流れ、排出通路１８ａを通
って排出口２１から排出される。

【００１２】このとき、燃料Ｆが誘電体となり、図４に
示すセンサの場合と同様、誘電体の比誘電率に比例して
静電容量Ｃが変化し、この静電容量Ｃを基板１４上の処
理回路を含む検出部で検出し、誘電体すなわち燃料Ｆの
比誘電率を知り、アルコール濃度を検出できる。また、
比誘電率は誘電体である混合燃料Ｆの温度によっても変
化するため、燃料の流入通路１８に設けた感温素子２２
で燃料Ｆの温度を検出し、その温度変化に対応して補償
回路で処理し、温度補正を行っている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の平板対向電極タ
イプの液体濃度センサでは、センサケース内に配設され
る処理回路を搭載した基板は、センサケース内に配設し
たホルダに接着剤などで支持され、かつこの基板と静電
容量を構成する電極とはリード線で接続されているた
め、基板の固定工程や、電極と基板をつなぐリード線の
接続のための半田付け又は電着工程等が必要であった。

【００１４】また、温度補正用の感温素子は、高熱応答
性を求められながらも、耐食性の面から熱伝導性の悪い
ステンレス等からなる継手の燃料流入通路や排出通路に
固定されるため、熱応答性が悪いという欠点があった。

【００１５】本発明は上記の問題点に鑑み、基板の固定
工程とリード線の接続工程を不要とし、かつ熱応答性の
向上を図った液体濃度センサを提供とすることを目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明はセンサケースの
端部に設けられる一方の電極と、この一方の電極に対向
してセンサケース内に設置される他方の電極と、両電極
部に連通する被検出液の流入通路と排出通路を具備した
静電容量式の液体濃度センサにおいて、電極の一方を銅
にＮｉメッキを施したプレートで構成し、この電極に複
数の足を有し、電極と同種の金属で構成したターミナル
を固定し、足の他端に基板を取付けて支持し、基板上の
処理回路と内部電極とを電気的に接続したことを特徴と
する。

【００１７】上記内部電極は上記センサケース内に配設
した絶縁支持体の一側に固定し、上記ターミナルの足は
上記絶縁支持体に形成した開口を挿通して、上記絶縁支
持体の他側に配設された基板に取付けるとよい。

【００１８】上記ターミナルに感温素子を固定すると共
に、この感温素子をターミナルとともに内部電極に固定
し、感温素子の端子を基板の処理回路に電気的に接続す
るとよい。

【００１９】

【作用】上記の構成によれば、基板はターミナルを介し
て一方の電極に支持され、このように、ターミナルは基
板の支持機能および、電極と回路基板を電気的に接続す
る機能とを兼ね備えている。また感温素子は電極に取付
けられており、被検出液に接している電極が熱伝導体と
なって被検出液の温度と等しい温度となるので、感温素
子はこの電極を介して被検出液の温度を高精度に検出す
る。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図３を参照して
説明する。

【００２１】図１において、液体濃度センサ２５は、軸
線を通る断面が略カップ形状のセンサケース２６を具備
して、その端板２７が外部電極とされている。このセン
サケース２６は銅などの薄い金属板でプレス成形され、
端板２７と円筒状の側壁２６ａとは一体に形成されてい
る。

【００２２】センサケース２６内には、端板（外部電
極）２８と対向して平行に内部電極２８が設けられてい
る。内部電極２８は、銅にＮｉメッキを施したものが使
用されると共に、センサケース２６内に配設された絶縁
体２９の前面にネジ３０で取付けられている。なお、図
示例では端板（外部電極）２７は、内部電極２８の側に
突出しており、この凸部２７ａを形成することにより、
両電極間の中央部の通路３１の断面積がその周囲より小
さくなるように形成されている。

【００２３】センサケース２６内は、開口３４を有する
絶縁体２９と、この開口３４を閉塞するよう絶縁体２９
の前面に装着された内部電極２８により前室と後室とに
仕切られている。内部電極２８には複数の足３３ａを有
するターミナル３３が溶接され、さらに、ターミナル３
３に固定された感温素子３５が、このターミナル３３と
ともに内部電極２８に固定されている。一方、絶縁体２
９の後部室には処理回路を搭載した基板３２が配設され
ていて、ターミナル３３の足３３ａおよび感温素子３５
の端子３６は、絶縁体２９の開口３４を挿通して、基板
３２に形成した穴３２ａに挿入され、半田付けで固定さ
れたうえ、処理回路に電気接続されている。なお、図
２，図３に示すように、ターミナル３３の足３３ａは適
度の可撓性と伸縮性を付与するためその中間部３３ｂを
フォーミングして円弧状に曲げ成形している。

【００２４】上記の構成によると、内部電極２８が絶縁
体２９に固定されることにより、ターミナル３３の足３
３ａを介して基板３２が内部電極２８に支持されると共
に、両者の間は電気的に接続される。したがって、基板
３２は特にホルダー等で支持する必要はない。なお、図
示例では補助金具４９を用いて基板３２の上部を支えて
いるが、これは必ずしも必要としない。また、基板３２
上の処理回路からの信号は、複数のリード線３７，３７
ａにより外部に出力される。また、センサケース２６の
開口端３８は、複数の閉塞板３９により閉じられてい
る。

【００２５】センサケース２６の側壁２６ａの上下対称
位置には燃料Ｆを流入するための通路を有する継手４
０，４０ａが取付けられる。各継手４０，４０ａはセン
サケース２６の側壁２６ａに形成される取付孔４１に溶
接されたナット部材４２と、ナット部材４２にネジ込み
固定される筒軸体４３と、この筒軸体４３に嵌合される
燃料の流入口４４および排出口４５を有する環状金具４
６とから構成されている。燃料流入側と排出側の各継手
４０，４０ａの各筒軸体４３の軸中心部にはその先端か
ら途中まで伸びる燃料の流入通路４７と排出通路４７ａ
が形成されていて、この通路４７，４７ａの先端はスペ
ーサ４８の間隔を介して内外電極間の通路３１と連通し
ている。

【００２６】そして、環状金具４６を筒軸体４３に嵌合
したとき、流入口４４と排出口４５の内端は各筒軸体４
３の流入通路４７と排出通路４７ａに連通することがで
きる。なお、筒軸体４３の外端側に形成したネジ部にキ
ャップ５０をネジ込み、パッキン５１を介してその先端
で環状金具４６を押えている。また、環状金具４６の燃
料流入口４４と燃料排出口４５の基部５３は、ナット部
材４２側に取付けたＬ字状の支持金具５２で支えられて
いる。

【００２７】つぎに、作用を説明する。

【００２８】本実施例では、継手４０，４０ａの燃料流
入口４４と排出口４５にそれぞれ燃料ホース（図示せ
ず）が接続され、燃料Ｆを燃料流入口４４側から流すと
き、この燃料Ｆは流入通路４７を通って上方に流れ、端
板（外部電極）２７と内部電極２８の通路３１に流入し
排出通路４７ａを通って排出口４５から排出される。

【００２９】本実施例においても、内外の電極部を流れ
る燃料Ｆが誘電体となり、誘電体の比誘電率に比例して
静電容量Ｃが変化し、この静電容量Ｃの変化を内部電極
２８で検出し、ターミナル３３を介して基板３２上の処
理回路に出力し、誘電体、すなわち燃料の比誘電率を知
り、アルコール濃度を検出できる。また、比誘電率は、
誘電体である燃料Ｆの温度によっても変化するため、燃
料Ｆの温度を、この燃料Ｆと直接接する内部電極２８の
温度を感温素子３５で検出することにより検知し、その
出力信号を端子３６を介して補償回路（図示せず）に出
力して温度補正を行っている。

【００３０】なお、本発明は実施例の構成に限定され
ず、必要に応じて適当に変更して構わない。例えば、絶
縁体２９の開口３４を挿通してターミナル３３の足３３
ａと感温素子３５の出力端子３６を基板３２に導いてい
るが、絶縁体２９の構造や開口３４の形状等は適当に変
更することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は平板対向
電極タイプの液体濃度センサにおいて、電極と基板を電
気的に接続するターミナルが電極と基板の電気的接続機
能および、基板の支持機能を兼用しているので、基板を
ホルダー等の別部材を用いて固定する作業工程を不要に
できると共に、電極と基板を接続するリード線の接続工
程を不要にできてセンサの作成工程が大幅に簡略化され
る。さらに、熱伝導性の良い金属で電極およびターミナ
ルを構成し、そのターミナルに感温素子が固定されてい
るので熱応答性が向上し、検出精度が上る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る液体濃度検出センサの断
面図である。

【図２】内部電極と基板の横断面図である。

【図３】内部電極と基板の縦断面図である。

【図４】第１従来例の断面図である。

【図５】第２従来例の断面図である。

【符号の説明】

２６…センサケース、２７…端板（外部電極）、２８…
内部電極、２９…絶縁体、３２…基板、３３…ターミナ
ル、３３ａ…足、３４…開口、３５…感温素子、４０，
４０ａ…継手。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧澤 浩 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサケースの端部に設けられる一方の
   電極と、前記一方の電極と対向し、前記センサケース内
   に設置される他方の電極と、前記両電極部に連通する被
   検出液の流入通路と排出通路を具備した静電容量式の液
   体濃度センサにおいて、 前記電極の一方を銅にＮｉメッキを施したプレートで構
   成し、この電極に複数の足を有し、前記電極と同種の金
   属で構成したターミナルを固定し、前記足の他端に基板
   を取付けて支持し、前記基板上の処理回路と前記内部電
   極とを電気的に接続したことを特徴とする液体濃度セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記電極の一方は、前記センサケース内
   に配設した絶縁支持体の一側に固定され、前記ターミナ
   ルの足を前記絶縁支持体に形成した開口を挿通して、前
   記絶縁支持体の他側に配設された基板に取付けてあるこ
   とを特徴とする請求項１記載の液体濃度センサ。
3. 【請求項３】 前記ターミナルに感温素子を固定すると
   共に、この感温素子を前記ターミナルとともに前記一方
   の電極に固定し、前記感温素子の端子を前記基板の処理
   回路に電気的に接続することを特徴とする請求項１記載
   の液体濃度センサ。