JP7066089B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置に係り、さらに詳しくは、液体などの媒体の抵抗値を測定し、当該媒体の性状状態を判別するセンサ装置に関する。

一般に、液体の性状、例えば組成や特性が変化すれば、それに伴って当該液体の誘電率や抵抗率が変化する場合が多い。しかしながら、誘電率、抵抗率にどのような影響を与えるのかは、対象とする液体の種類や、注目している性状によって異なる。例えば、自動車のエンジンオイルは、長期間使用すれば、すすなどの異物が混入して劣化し、抵抗率が低下するため、エンジンオイルの抵抗を測定すれば、その劣化を判別することができると考えられる。

例えば、オイルの劣化を電気的に検出するオイル劣化検出装置が従来から知られている（特許文献１）。このオイル劣化検出装置は、エンジンオイルの流路に２枚の電極を配置し、オイルの導電率及び誘電率を測定することにより、オイルの劣化を検出している。

電極対を液体中に浸漬させ、当該液体の電気的特性を測定する場合、電極対が腐食により劣化するという問題があった。具体的には、銅からなる電極対を用いて、液体の抵抗を測定する場合、液体に直接触れる電極対が腐食し、装置の耐久性を確保することが難しいという問題があった。

また、電極対の腐食を防止するために、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボンなどの耐食性の導電材料を用いて電極対を形成することも考えられるが、製造コストが顕著に増大するという問題があった。また、電極対に金めっきを行って腐食を防止することも考えられるが、やはり製造コストが増大するという問題があった。

特開２００９－０２６９３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液体などの媒体の抵抗値を測定し、当該媒体の性状を判別するセンサ装置を提供することを目的とする。また、センサ装置の耐久性を向上させることを目的とする。また、センサ装置の製造コストを抑制し、安価に提供することを目的とする。

特に、耐久性の向上と、性状判別精度の向上とを両立させたセンサ装置を提供することを目的とする。さらに、製造コストを顕著に増大させることなく、耐久性の向上と性状判別精度の向上とを実現するセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の実施態様によるセンサ装置は、基板上に形成され、絶縁性の保護膜によって覆われた電極対と、前記電極対に対し交流を供給し、当該電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、前記電極対の寄生容量を保持する記憶部と、前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備える。

媒体の抵抗値を測定する電極対を絶縁性の保護膜で覆うことにより、製造コストを顕著に増大させることなく、電極対が腐食するのを防止し、装置の耐久性を向上させることができる。また、絶縁性の保護膜で覆われた電極対に交流を供給し、電極対周辺の媒体の抵抗値を測定することにより、耐久性を損なうことなく、媒体の性状を判別することができる。さらに、電極対の抵抗値及び寄生容量に基づいて媒体の性状を判別することにより、媒体の性状判別精度を向上させることができる。従って、上記構成を採用することにより、製造コストの抑制と、耐久性の向上と、性状判別精度の向上とを両立させることができる。

本発明の第２の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記寄生容量に基づいて、前記抵抗値の測定誤差を補正する測定誤差補正部をさらに備え、前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別するように構成される。

このような構成を採用することにより、交流を用いて電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する際、電極対の寄生容量の影響を抑制し、媒体の抵抗値を正確に求めることができる。従って、媒体の性状判別精度を向上させることができる。

本発明の第３の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記抵抗測定部が、周波数が５ｋＨｚ以下の交流を供給したときの前記電極対のインピーダンスを測定するように構成される。

上記構成を採用することにより、電極対周辺の媒体の静電容量が電極対のインピーダンスに与える影響を抑制することができる。このため、交流を供給しているときの電極対のインピーダンスを測定することにより、電極対周辺の媒体の抵抗値を正確に求めることができる。

本発明の第４の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記寄生容量が、前記媒体に近接していない前記電極対に交流を供給したときの前記電極対のインピーダンスとして測定される値となるように構成される。

このような構成を採用することにより、電極対の抵抗値測定に関連する正確な寄生容量を用いて、抵抗の測定値を補正することができる。このため、電極対の寄生容量が抵抗の測定値に与えている影響を効果的に抑制することができ、電極対周辺の媒体の抵抗値を更に正確に求めることができる。

本発明の第５の実施態様によるセンサ装置は、媒体収容タンク内に配置される基板と、前記基板上に形成され、水平方向に交差する方向に延びる電極対と、前記電極対を覆う絶縁性の保護膜と、前記電極対に対し、第１周波数の交流を供給し、前記電極対の静電容量を測定する静電容量測定部と、前記電極対に対し、第１周波数とは異なる第２周波数の交流を供給し、当該電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、前記電極対の寄生容量を保持する記憶部と、前記電極対の静電容量に基づいて、前記収容タンク内の媒体量を検出する媒体量検出部と、前記媒体量に基づいて前記抵抗値を補正する媒体量補償部と、補正後の前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備える。

このような構成を採用することにより、同一の電極対を用いて、電極対の静電容量を測定し、媒体量を検出するとともに、電極対周辺の媒体の抵抗値を測定し、媒体の性状を判別することができる。従って、媒体量を検出するための基板を用いて、媒体の性状判別も行うことができる。

本発明の第６の実施態様によるセンサ装置は、媒体収容タンク内に配置される基板と、前記基板上に形成され、水平方向に交差する方向に延びる第１電極対と、前記基板上に形成され、前記第１電極対よりも下方に配置される第２電極対と、前記第１電極対及び第２電極対を覆う絶縁性の保護膜と、前記第１電極対の静電容量を測定する容量測定部と、前記第２電極対に交流を供給し、当該第２電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、前記第２電極対の寄生容量を保持する記憶部と、前記静電容量測定部が測定した静電容量に基づいて、前記収容タンク内の媒体量を検出する媒体量検出部と、前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備える。

このような構成を採用することにより、媒体量を検出するための第１電極対と、媒体の性状を判別するための第２電極とを同一の基板上に形成し、第１電極及び第２電極を同一の絶縁性の保護膜で覆うことができる。このため、製造コストを増大させることなく、第１電極対及び第２電極対の耐久性を向上させることができる。

本発明の第７の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記寄生容量に基づいて、前記抵抗値の測定誤差を補正する測定誤差補正部をさらに備え、前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別するように構成される。

このような構成を採用することにより、交流を用いて電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する際、電極対の寄生容量の影響を抑制し、媒体の抵抗値を正確に求めることができる。従って、媒体の性状判別精度を向上させることができる。

本発明の第８の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記基板の温度を測定する温度測定部と、前記温度に基づいて、前記抵抗値を補正する温度補償部とを備え、前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別するように構成される。

このような構成を採用することにより、媒体の温度を測定し、媒体の抵抗値を補正することにより、媒体の抵抗の温度特性による影響を抑制し、媒体の性状判定精度を向上させることができる。

本発明の第９の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記温度測定部が、前記基板上に形成された電極の抵抗値を測定することにより前記基板の温度を求めるように構成される。

このような構成を採用することにより、サーミスタなどの温度測定用素子を用いることなく、基板上の電極のみで温度を測定することができる。このため、製造コストを抑制することができる。

本発明の第１０の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて、前記電極が、前記保護膜により覆われている。

このような構成を採用することにより、製造コストを顕著に増大させることなく、温度測定用の電極が腐食するのを防止し、装置の耐久性を向上させることができる。

本発明の第１１の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて前記媒体が、液体であり、前記性状判別部が、前記液体の劣化状態を判別するように構成される。

本発明の第１２の実施態様によるセンサ装置は、上記構成に加えて前記液体が、オイルであり、前記性状判別部が、前記オイルの劣化状態を判別するように構成される。

本発明によれば、液体などの媒体の抵抗値を測定し、当該媒体の性状を判別するセンサ装置を提供することができる。また、センサ装置の耐久性を向上させることができる。また、センサ装置の製造コストを抑制し、安価に提供することができる。

特に、耐久性の向上と、性状判別精度の向上とを両立させたセンサ装置を提供することができる。さらに、製造コストを顕著に増大させることなく、耐久性の向上と性状判別精度の向上とを実現するセンサ装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１によるオイルセンサ装置１が取り付けられたオイルタンク１０の一例を示した図である。 図１のセンサ基板２の構造を示す展開斜視図である。 図２のＡ－Ａ切断線によりセンサ基板２を切断した場合の断面図である。 液面高さと電極対２１の静電容量との関係の一例を示した図である。 オイル４の劣化状態、温度及び抵抗値の関係の一例を示した図である。 オイル４に浸漬している対向素子間の等価回路を示した図である。 オイル４に浸漬していない対向素子間の等価回路を示した図である。 図１の制御回路３の詳細構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２によるセンサ基板２の一構成例を示した図である。 図９のセンサ基板２の構造を示す展開斜視図である。 図１０のＢ－Ｂ切断線によりセンサ基板２を切断した場合の断面図である。 本発明の実施の形態２による制御回路３の一構成例を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２によるセンサ基板２の他の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態３によるセンサ基板２の一構成例を示した図である。 本発明の実施の形態３による制御回路３の一構成例を示したブロック図である。 液面高さと電極対２１の抵抗値との関係の一例を示した図である。

以下の実施の形態では、タンクに収容された媒体の量及び性状を検出するセンサ装置の一例として、オイルタンクに収容されたオイルの液量及び劣化状態を検出するオイルセンサ装置について説明する。なお、実施の形態として記載したオイルセンサ装置は例示であり、本発明は、実施の形態に記載された具体的な構成のみに限定されない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるオイルセンサ装置１が取り付けられたオイルタンク１０の一例を示した図である。このオイルセンサ装置１は、オイルタンク１０内のオイル４の液量及び劣化状態を検出する装置であり、センサ基板２及び制御回路３によって構成される。

（Ａ１）オイルタンク１０
オイルタンク１０は、オイル４を収容する容器であり、例えば、自動車のエンジンオイルの循環路に接続されたオイルタンクである。オイルタンク１０は、流入口１２及び流出口１３を有し、流出口１３からオイル循環路へ供給されたオイル４は、エンジンやオイルフィルタを経由した後、流入口１２を通ってオイルタンク１０内に戻る。オイルタンク１０は、オイル４を貯蔵するための独立した容器であってもよい。また、オイル４の液量及び劣化状態が、測定時において測定可能な程度に安定しているならば、測定対象となるオイル４の一部が流出入する容器であってもよい。

（Ａ２）タンクカバー１１
タンクカバー１１は、オイルタンク１０の上部開口を閉鎖する蓋であり、オイルセンサ装置１が取り付けられている。タンクカバー１１の下面側には、センサ基板２が取り付けられ、タンクカバー１１の上面側のケーシング内には、制御回路３が収容されている。

（Ａ３）センサ基板２
センサ基板２は、オイルタンク１０内に配置された基板であり、一方の主面には、電極対２１、電極対２２、電極対２３及びサーミスタ２３ｓが設けられ、他方の主面には、接地板２５が設けられている。このセンサ基板２をオイル４に浸漬させることにより、オイル４の液量及び劣化状態を検出することができる。センサ基板２は、細長い矩形の形状を有し、その長手方向が水平方向と交差するように配置される。図示したセンサ基板２は、上端がタンクカバー１１に固定され、鉛直下向きに延び、下端がオイルタンク１０の底部近傍に配置されている。

（Ａ４）制御回路３
制御回路３は、センサ基板２を制御する電気回路であり、オイルタンク１０外に配置されている。制御回路３は、図示しない電源回路、ＤＣコンバータ、マイクロプロセッサなどにより構成され、センサ基板２上の電極対２１～２３及び接地板２５がそれぞれ接続されている。

図２及び図３は、図１のセンサ基板２の一構成例を示した図である。図２は、センサ基板２の構造を示す展開斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ切断線によりセンサ基板２を切断した場合の断面図である。ここでは、図１～図３を参照し、センサ基板２の構成について更に詳細に説明する。センサ基板２は、基材２００、保護膜２０１、電極対２１～２３、サーミスタ２３ｓ、接地板２５及び保護膜２０３により構成される。

（Ｂ１）基材２００
基材２００は、細長い矩形の平板形状に加工された耐腐食性を有する誘電体、例えば、フッ素樹脂からなる。基材２００の一方の主面（以下、第１面と呼ぶ）には、電極対２１～２３及びサーミスタ２３ｓが設けられている。電極対２１～２３は、パターニングされた導電性金属層として形成される。例えば、基材２００上に貼り付けられた銅箔に対しエッチング処理を行うことにより所望のターンを有する電極対２１～２３が形成され、その後にサーミスタ２３ｓが半田付けされる。基材２００の他方の主面（以下、第２面と呼ぶ）には、接地板２５が設けられている。接地板２５は、基材２００の全面を覆う導電性金属層として形成される。例えば、基材２００上に貼り付けられた銅箔からなる。

（Ｂ２）保護膜２０１
保護膜２０１は、基材２００の第１面に形成された膜であり、耐腐食性を有する誘電体、例えば、フッ素樹脂からなる。保護膜２０１は、基材２００の第１面の全面に形成され、電極対２１～２３及びサーミスタ２３ｓを覆っている。このため、電極対２１～２３及びサーミスタ２３ｓは、基材２００及び保護膜２０１によって密閉され、オイル４や空気に触れないため、腐食等によって劣化、損傷するのを防止することができる。また、センサ基板２上の全ての部品を同一の保護膜２０１で覆うことにより、製造コストを抑制し、安価に実現することができる。

（Ｂ３）電極対２１
電極対２１は、オイル４の液面高さの検出に用いられる電極対であり、２本の電極２１ａ，２１ｂにより構成される。電極２１ａ，２１ｂは、２以上の対向素子２１ｎ，２１ｍをそれぞれ備える。

電極２１ａ，２１ｂは、いずれも略等幅の細長い形状を有し、基材２００の長手方向に沿って互いに平行に延び、一端が制御回路３に接続されている。つまり、電極２１ａ，２１ｂは、いずれも水平方向に交差する方向、例えば鉛直方向に延びる形状を有し、上端が制御回路３に接続されている。

対向素子２１ｎ，２１ｍは、いずれも略等幅の細長い形状を有し、基材２００の短手方向に延び、互いに平行となるように近接して配置される。電極２１ａには、２以上の対向素子２１ｎが接続され、電極２１ｂには、２以上の対向素子２１ｍが接続されている。電極２１ａ，２１ｂ間には、基材２００の長手方向に沿って、３以上の対向素子２１ｎ，２１ｍが交互に配列され、隣接して配置された一対の対向素子２１ｎ，２１ｍがそれぞれ電極対を形成する。

オイル４の液量が変化すれば、オイル４の液面が鉛直方向に移動し、オイル４の液面高さに応じて、オイル４に浸漬する対向素子２１ｎ，２１ｍの数が変化する。対向素子２１ｎ，２１ｍ間の静電容量は、これらの対向素子２１ｎ，２１ｍが、空気中又はオイル中のいずれであるのかによって大きく変化する。このため、電極対２１の静電容量を測定することにより、オイル４の液面高さを測定することができる。

図中の電極対２１では、鉛直方向に近接して配置された２以上の対向素子２１ｎ，２１ｍが、対向素子群２１ｇを構成し、２以上の対向素子群２１ｇが、対向素子２１ｎ，２１ｍ間よりも広い間隔を隔てて鉛直方向に配列されている。このような構成を採用することにより、液面高さを離散的に検出することができる。なお、全ての対向素子２１ｎ，２１ｍを近接して配置し、電極対２１が、１つの対向素子群２１ｇのみを備えるように構成すれば、液面高さを連続的に検出することができる。

（Ｂ４）電極対２２
電極対２２は、オイル４の劣化状態の判別に用いられる電極対であり、２本の電極２２ａ，２２ｂにより構成される。電極２２ａ，２２ｂは、１又は２以上の対向素子２２ｎ，２２ｍをそれぞれ備える。

電極２２ａ，２２ｂは、いずれも略等幅の細長い形状を有し、基材２００の長手方向に沿って互いに平行に延び、その一端が制御回路３に接続される。つまり、電極２２ａ，２２ｂは、いずれも水平方向に交差する方向、例えば鉛直方向に延びる形状を有し、上端が制御回路３に接続されている。

対向素子２２ｎ，２２ｍは、いずれも略等幅の細長い形状を有し、基材２００の短手方向に延び、互いに平行となるように近接して配置される。電極２２ａには、１又は２以上の対向素子２２ｎが接続され、電極２２ｂには、１又は２以上の対向素子２２ｍが接続されている。３以上の対向素子２２ｎ，２２ｍが設けられる場合、電極２２ａ，２２ｂ間には、対向素子２２ｎ，２２ｍが交互に配列され、隣接する対向素子２２ｎ，２２ｍがそれぞれ電極対を形成する。また、対向素子２２ｎ，２２ｍは、対向素子２１ｎ，２１ｍよりも下方に配置され、望ましくは、サーミスタ２３ｓよりも下方に配置される。なお、対向素子２２ｎ，２２ｍは、サーミスタ２３ｓよりも上方に配置されていてもよい。

オイル４は、長期間使用して劣化すると抵抗率が低下する。このため、対向素子２２ｎ，２２ｍがオイル４に浸漬している状態で、電極対２２の抵抗値を測定すれば、オイル４の劣化状態を判別することができる。ただし、電極対２２は、保護膜２０１で覆われているため、直流抵抗を測定することはできない。このため、電極対２２に交流を供給し、オイル４の抵抗を測定する必要がある。

（Ｂ５）電極対２３
電極対２３は、２本の電極２３ａ，２３ｂにより構成される。電極２３ａ，２３ｂは、サーミスタ２３ｓの端子にそれぞれ接続されているため、電極対２３の抵抗を測定することにより、センサ基板２の温度を測定することができる。

電極２３ａ，２３ｂは、いずれも略等幅の細長い形状を有し、基材２００の長手方向に沿って互いに平行に延び、その上端が制御回路３に接続される。サーミスタ２３ｓは、その抵抗値が比較的大きな温度特性を有する周知の温度検出用素子であり、例えば、面実装用素子が基材２００上に取り付けられる。センサ基板２の温度は、センサ基板２周辺のオイル４の温度と略同一であることから、電極対２３の抵抗を測定することにより、オイル４の温度を取得することができる。サーミスタ２３ｓがオイル４に浸漬している状態であれば、オイル４の温度をより正確に測定することができるため、サーミスタ２３ｓは、対向素子２１ｎ，２１ｍよりも下方に配置される。

（Ｂ６）接地板２５
接地板２５は、基材２００の第２面の全面に形成されたグランド層であり、制御回路３のグランドに接続されている。基材２００を介して電極対２１～２３と平行に接地板２５を配置することにより、電極対２１～２３の電位を安定させ、耐ノイズ特性を向上させることができる。

（Ｂ７）保護膜２０３
保護膜２０３は、基材２００の第２面に形成された膜であり、耐腐食性を有する誘電体、例えば、フッ素樹脂からなる。保護膜２０３は、基材２００の第２面の全面に形成され、接地板２５を覆っている。このため、接地板２５は、基材２００及び保護膜２０３によって密閉され、オイル４や空気に触れないため、腐食等によって劣化、損傷するのを防止することができる。なお、接地板２５及び保護膜２０３は、必要に応じて設けられ、省略することもできる。

（Ｃ１）オイルの液量の検出方法
図４は、オイル４の液面高さと電極対２１の静電容量との関係の一例を示した図である。この図は、オイルタンク１０内におけるオイル４の液面高さを横軸にとり、電極対２１の静電容量を縦軸にとって表したものである。図中の特性４０は、右上がりの直線になっている。つまり、電極対２１の静電容量は、オイル４の液面高さに応じて増大し、両者は、概ね線形の関係にあることがわかる。なお、電極対２１が、オイル４の液面高さを離散的に測定するように構成されている場合、測定される電極対２１の静電容量は、図４の直線を階段状に変化させた特性になる。

電極対２１が鉛直方向に延び、多数の対向素子２１ｎ，２１ｍも鉛直方向に配列しているため、液面高さが上昇すれば、オイル４に浸漬する対向素子２１ｎ，２１ｍの数が増える。このため、液面高さが上昇すれば、電極対２１の静電容量も単調に増加し、図示したような特性が得られる。従って、電極対２１の静電容量を測定することができれば、液面高さを求めることができ、オイルタンク１０内におけるオイル４の液量を検出することができる。

（Ｃ２）オイルの劣化状態の検出方法
図５は、オイル４の劣化状態、温度及び抵抗値の関係の一例を示した図である。この図は、オイル４の温度を横軸にとり、オイル４の抵抗値を縦軸にとって表したものである。オイル４の抵抗値は、電極対２２を用いて測定した値であり、対向素子２２ｎ，２２ｍ周辺のオイル４の抵抗値が示されている。また、図中の特性４１は、使用前の劣化していないオイル４の特性であり、図中の特性４２は、使用済みの劣化したオイル４の特性である。

特性４１，４２を比較すれば、オイル４の劣化に伴い、オイル４の抵抗値が低下することがわかる。例えば、エンジンオイルの場合、長期間使用することにより、カーボン、金属粉などの不純物が混入する。このため、オイル４の抵抗値を測定することができれば、オイル４の劣化状態を求めることができる。

また、特性４１，４２を参照すれば、オイル４の抵抗値は温度によって大きく変化することがわかる。このため、オイル４の抵抗に基づいて劣化状態を判別するためには、抵抗の測定値を補正し、温度による影響を抑制した後に判別する必要があることがわかる。

（Ｄ１）インピーダンスの測定原理
図６及び図７は、隣接する対向素子２ｎ、２ｍ間のインピーダンスの測定原理に関する説明図である。図６には、オイル４に浸漬している場合における対向素子２ｎ，２ｍ間の等価回路が示され、図７には、オイル４に浸漬していない場合における対向素子２ｎ，２ｍ間の等価回路が示されている。なお、対向素子２ｎ，２ｍは、対向素子２１ｎ，２１ｍ又は対向素子２２ｎ，２２ｍであり、図６及び図７では、両者の総称として対向素子２ｎ，２ｍを使用している。

図６に示した通り、隣接する対向素子２ｎ，２ｍがオイル４に浸漬している場合、周辺のオイル４の等価回路は、静電容量Ｃ１と抵抗Ｒ１の並列回路になる。この並列回路の両端は、保護膜２０１の静電容量Ｃ２を介して対向素子２ｎ，２ｍにそれぞれ接続される。また、対向素子２ｎ，２ｍ間には、保護膜２０１が介在する寄生容量Ｃｓ１と、基材２００が介在する寄生容量Ｃｓ２と、基材２００及び接地板２５が介在する寄生容量Ｃｓ３とが存在する。これらの寄生容量Ｃｓ１～Ｃｓ３の和を寄生容量Ｃｓとすれば、対向素子２ｎ，２ｍ間のインピーダンスＺは、次式（１）で表すことができる。

なお、記号//は並列接続の演算であることを示している。

周波数ｆ（＝ω／２π）が十分に大きな値である場合、上式（１）は次式（２）のように近似することができる。この式（２）には、オイル４の抵抗Ｒ１が含まれていない。つまり、十分に高い周波数ｆ１の交流を対向素子２ｎ，２ｍに供給し、そのときの電圧及び電流の実効値の比としてインピーダンスＺを求めれば、対向素子２ｎ，２ｍ間の静電容量を測定することができる。また、静電容量Ｃ２及び寄生容量Ｃｓは、液面高さによって変動しない値であるため、対向素子２ｎ，２ｍ間の静電容量を測定することにより液面高さを求めることができる。

一方、周波数ｆが十分に小さい値である場合、上式（１）は次式（３）のように近似することができる。この式（３）には、オイル４の抵抗Ｒ１が含まれている。つまり、十分に低い周波数ｆ２の交流を対向素子２ｎ，２ｍに供給し、そのときの電圧及び電流の実効値の比としてインピーダンスＺを求めれば、対向素子２ｎ，２ｍ間の抵抗Ｒ１を求めることができる。ただし、この値には、静電容量Ｃ２及び寄生容量Ｃｓによる誤差が含まれている。

（Ｄ２）抵抗値の誤差補償
図７に示した通り、隣接する対向素子２ｎ，２ｍがオイル４に浸漬していない場合、周辺の空気の等価回路は静電容量Ｃ３になる。このため、対向素子２ｎ，２ｍ間の等価回路は、静電容量Ｃ３の両端に保護膜２０１の静電容量Ｃ２が直列に接続された回路に対し寄生容量Ｃｓが並列接続された回路になる。従って、この対向素子２ｎ，２ｍ間のインピーダンスＺは、次式で表すことができる。

ここで、周辺の空気の静電容量Ｃ３は、対向素子２ｎ，２ｍの寄生容量Ｃｓに比べて十分に小さな値である。このため、上式（４）は、次式（５）のように近似することができる。

つまり、オイル４に浸漬していない対向素子２ｎ，２ｍのインピーダンスＺを測定すれば、寄生容量Ｃｓ１～Ｃｓ３の和である寄生容量Ｃｓを求めることができる。このため、オイル４に浸漬していない対向素子２ｎ，２ｍのインピーダンスＺを予め測定しておけば、対向素子２ｎ，２ｍ間の抵抗Ｒ１を測定する際、寄生容量Ｃｓによる影響を除去する補正（誤差補償）を行うことができ、オイル４の抵抗Ｒ１を正確に測定することができる。

図８は、図１の制御回路３の詳細構成を示したブロック図である。制御回路３は、電極対２１を用いてオイル４の液量を検出するとともに、電極対２２，２３を用いてオイル４の劣化状態を判別する。制御回路３は、静電容量測定部３０１、抵抗測定部３０２、温度測定部３０３、寄生容量記憶部３０４、液量検出部３１０、測定誤差補正部３１１、温度補償部３１２及び劣化判別部３１３により構成される。

（Ｅ１）静電容量測定部３０１
静電容量測定部３０１は、オイル４の液量を検出するために、電極対２１の静電容量を測定する手段である。電極対２１の静電容量は、所定の周波数ｆ１の交流を供給したときの電極対２１のインピーダンスとして測定することができる。

電極対２１のインピーダンスは、例えば、電極対２１に交流電圧を印加したときの電圧及び電流の実効値の比として求めることができる。このとき、十分に高い周波数ｆ１を選択することにより、式（２）に示した通り、オイル４の抵抗Ｒ１の影響を抑制したインピーダンスとして、電極対２１の静電容量を測定することができる。このような静電容量測定には、１０ｋＨｚ以上の周波数ｆ１を用いることができる。例えば５０ｋＨｚ～１ＭＨｚ、より望ましくは１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚが用いられる。

（Ｅ２）抵抗測定部３０２
抵抗測定部３０２は、オイル４の劣化状態を判別するために、電極対２２の抵抗値を測定する手段である。電極対２２の抵抗値は、所定の周波数ｆ２の交流を供給したときの電極対２２のインピーダンスとして測定することができる。

電極対２２のインピーダンスは、例えば、電極対２２に交流電圧を印加したときの電圧及び電流の実効値の比として求めることができる。このとき、十分に低い周波数ｆ２を選択することにより、式（３）に示した通り、オイル４の静電容量Ｃ１の影響を抑制したインピーダンスとして、電極対２２周辺のオイル４の抵抗値Ｒ１を測定することができる。このような抵抗値測定には、１０ｋＨｚ以下の周波数ｆ２を用いることができる。例えば５０Ｈｚ～５ｋＨｚ、より望ましくは１００Ｈｚ～１ｋＨｚが用いられる。

（Ｅ３）温度測定部３０３
温度測定部３０３は、オイル４の抵抗値の温度特性を補償するために、サーミスタ２３ｓを用いてセンサ基板２の温度を測定する。サーミスタ２３ｓには、電極対２３が接続されているため、温度測定部３０３は、電極対２３の抵抗を測定することにより、オイル４の温度を検出する。

（Ｅ４）寄生容量記憶部３０４
寄生容量記憶部３０４は、電極対２２の寄生容量Ｃｓを保持する記憶手段である。寄生容量記憶部３０４は、電極対２２の抵抗値の測定に影響を与える電極対２２の寄生容量Ｃｓを保持している。

例えば、電極対２２の寄生容量Ｃｓが既知である場合には、予め与えられた値を保持する。また、既知でない場合には、予め測定された電極対２２の寄生容量Ｃｓを保持する。電極対２２の寄生容量Ｃｓは、センサ基板２ごとにばらつきがあるため、センサ基板２ごとに寄生容量Ｃｓを予め測定し、寄生容量記憶部３０４に格納しておくことが望ましい。

電極対２２の寄生容量Ｃｓは、オイル４に浸漬していない電極対２２に対し、所定の周波数の交流を供給したときのインピーダンスとして測定することができる。電極対２２のインピーダンスは、抵抗値Ｒ１の測定時と同様、例えば、電極対２２に交流電圧を印加したときの電圧及び電流の実効値の比として求めることができる。寄生容量Ｃｓを測定するときの周波数は、抵抗値Ｒ１の測定時の周波数ｆ２と同一であることが望ましいが、異なる周波数を用いることもできる。

（Ｅ５）液量検出部３１０
液量検出部３１０は、静電容量測定部３０１が測定した静電容量に基づいて、オイルタンク１０内におけるオイル４の液量を検出する。図４に示した電極対２１の静電容量とオイル４の液面高さの関係が予め与えられていれば、測定した静電容量から液面高さを求めることができ、この液面高さが液量情報として出力される。

（Ｅ６）測定誤差補正部３１１
測定誤差補正部３１１は、寄生容量記憶部３０４が保持する電極対２２の寄生容量Ｃｓを用いて、抵抗測定部３０２の測定誤差を補正し、当該測定値に含まれる電極対２２の寄生容量Ｃｓによる影響を抑制する。

式（３）に示した通り、低い周波数ｆ２を用いることにより、抵抗測定部３０２の測定値は、オイル４の抵抗値Ｒ１に対し並列接続されるオイル４の静電容量Ｃ１の影響が抑制されているが、保護膜２０１の静電容量Ｃ２及び電極対２２の寄生容量Ｃｓの影響を受けている。このため、寄生容量記憶部３０４に保持されている電極対２２の寄生容量Ｃｓを用いて、抵抗測定部３０２の測定値を補正することにより、電極対２２の寄生容量Ｃｓによる影響を抑制し、オイル４の抵抗値Ｒ１をより正確に求めることができる。

（Ｅ７）温度補償部３１２
温度補償部３１２は、温度測定部３０３の測定値に基づいて、抵抗測定部３０２の測定値を補正し、オイル４の温度特性による影響を抑制する。つまり、温度補償部３１２は、温度によるオイル４の抵抗値Ｒ１の変化を補償する。この温度補償は、測定誤差補正部３１１による補正後の値について行うことが望ましい。

（Ｅ８）劣化判別部３１３
劣化判別部３１３は、寄生容量Ｃｓ及び温度による補正後の抵抗値Ｒ１に基づいて、オイル４の劣化状態を判別する。例えば、補正後の抵抗値Ｒ１を閾値と比較することにより、劣化状態を判別し、劣化情報として出力する。劣化情報は、劣化の有無を示す２値の情報であってもよいし、劣化の程度を示す３値以上の情報であってもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態では、サーミスタ２３ｓを備えたセンサ基板２について説明した。これに対し、本実施の形態では、温度測定用の配線電極２４を備えたセンサ基板２の例について説明する。

図９～図１１は、本発明の実施の形態２によるセンサ基板２の一構成例を示した図である。図９（ａ）には、センサ基板２の一方の主面（第１面）が示され、図９（ｂ）には、他方の主面（第２面）が示されている。また、図１０は、図９のセンサ基板２の構造を示す展開斜視図である。図１１は、図１０のＢ－Ｂ切断線によりセンサ基板２を切断した場合の断面図である。

図９～図１１のセンサ基板２を図１～図３のセンサ基板２（実施の形態１）と比較すれば、第１面に電極対２３及びサーミスタ２３ｓを備えておらず、第２面に配線電極２４を備えている点で異なる。また、第２面に保護膜２０２が形成されている点で異なる。なお、図１～図３のセンサ基板２と同一の構成については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

センサ基板２の第１面には、電極対２１，２２が形成され、第１面の全面を覆う保護膜２０１が形成されている。センサ基板２の第２面には、配線電極２４が形成され、第２面の全面を覆う保護膜２０２が形成されている。

（Ｆ１）配線電極２４
配線電極２４は、パターニングされた導電性金属層として形成される。例えば、基材２００の第２面に貼り付けられた銅箔に対しエッチング処理を行うことにより所望のターンを有する配線電極２４が形成される。基材２００の第２面に接地板２５及び保護膜２０３が形成されている場合、配線電極２４は保護膜２０３上に形成される。配線電極２４は、抵抗を測定することによって温度を検出する手段である。つまり、抵抗の温度特性を利用して温度測定が行われる。このため、温度特性の大きな材料を用いることが望ましい。また、より細く、より長い形状を有することが望ましい。

図９～図１１に示した配線電極２４は、略同一の線幅を有し、基材２００の第２面の略全面を利用して配置された形状を有する。具体的には、配線電極２４は、センサ基板２の短手方向に沿って往復するように蛇行しながら、センサ基板２の長手方向に沿って一端側から他端側に延び、他端近傍に到達した後、一端側に向かってセンサ基板２の長手方向に沿って戻るパターンを有する。このような温度測定用の配線電極２４を基材２００の第２面に形成することにより、サーミスタ２３ｓが不要になり、製造コストを抑制することができる。

（Ｆ２）保護膜２０２
保護膜２０２は、基材２００の第２面に形成された膜であり、耐腐食性を有する誘電体、例えば、フッ素樹脂からなる。保護膜２０２は、基材２００の第２面の全面に形成され、配線電極２４を覆っている。このため、配線電極２４は、基材２００及び保護膜２０２によって密閉され、オイル４や空気に触れないため、腐食等によって劣化、損傷するのを防止することができる。また、基材２００の両面を同一の保護膜２０１，２０２で覆うことにより、製造コストを抑制することができる。

図１２は、本発明の実施の形態２による制御回路３の一構成例を示したブロック図である。図１２の制御回路３を図８の制御回路３（実施の形態１）と比較すれば、温度測定部３０３に配線電極２４が接続されている点で異なる。なお、図８の制御回路３と同一の構成については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（Ｆ３）温度測定部３０３
温度測定部３０３は、配線電極２４の抵抗を測定することにより、オイル４の温度を検出している。

（Ｆ４）他のパターン例
図１３は、本発明の実施の形態２によるセンサ基板２の他の構成例を示した図である。図１３（ａ）には、センサ基板２の第１面が示され、図１３（ｂ）には、センサ基板２の第２面が示されている。

図１３のセンサ基板２を図９のセンサ基板２（実施の形態２）と比較すれば、配線電極２４のパターンのみが異なる。なお、その他の構成は同一であるため、重複する説明は省略する。

図１３に示した配線電極２４は、略同一の線幅を有し、基材２００の第２面の略全面を利用して配置された形状を有する。具体的には、配線電極２４は、センサ基板２の長手方向に沿って往復するように蛇行しながら、センサ基板２の短手方向に沿って一端側から他端側に延びるパターンを有する。このような温度測定用の配線電極２４を基材２００の第２面に形成することにより、サーミスタ２３ｓが不要になり、製造コストを抑制することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、センサ基板２が２つの電極対２１，２２を備え、電極対２１の静電容量を測定して液量を検出し、電極対２２の抵抗値を測定して劣化を判別する液体センサ装置について説明した。これに対し、本実施の形態では、センサ基板２が１つの電極対２１を備え、電極対２１の静電容量及び抵抗値を測定し、液量の検出及び劣化の判別を行う液体センサ基板の例について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３によるセンサ基板２の一構成例を示した図である。図１４（ａ）には、センサ基板２の一方の主面（第１面）が示され、図１４（ｂ）には、他方の主面（第２面）が示されている。

図１４のセンサ基板２を図９のセンサ基板２（実施の形態２）と比較すれば、第１面に電極対２２を備えていない点で異なる。なお、図９のセンサ基板２と同一の構成については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。電極対２１は、液量を検出するために静電容量が測定され、劣化状態を判別するために抵抗値が測定される。このため、電極対２２が不要になり、製造コストを更に抑制することができる。また、電極対２１をオイルタンク１０の底面のより近傍まで延びるように配置することができ、検出可能な液量の範囲を拡大することが可能になる。

図１５は、本発明の実施の形態３による制御回路３の一構成例を示したブロック図である。図１５の制御回路３を図１２の制御回路３（実施の形態１）と比較すれば、抵抗測定部３０２に電極対２１が接続されている点と、液量補償部３１４が追加されている点で異なる。なお、図１２の制御回路３と同一の構成については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（Ｇ１）抵抗測定部３０２
抵抗測定部３０２は、オイル４の劣化状態を判別するために、電極対２１の抵抗値を測定する手段である。電極対２１の抵抗値は、所定の周波数ｆ２の交流を供給したときの電極対２２のインピーダンスとして測定することができる。インピーダンスの測定方法は、電極対２２の場合と同様である。

（Ｇ２）液量補償部３１４
液量補償部３１４は、液量検出部３１０からの液量に基づいて、抵抗測定部３０２の測定値を補正し、抵抗測定部３０２の測定値に液量が与える影響を抑制する。液量を検出するための電極対２１は、鉛直方向に延びる形状を有し、液面が上昇すれば、オイル４に浸漬する対向素子２１ｎ，２１ｍの数が増える。このため、オイル４の抵抗率が同一であっても、液量に応じて電極対２１の抵抗値は変化する。

図１６は、オイル４の液面高さと電極対２１の抵抗値との関係の一例を示した図である。この図は、オイルタンク１０内におけるオイル４の液面高さを横軸にとり、電極対２１の抵抗値Ｒ１を縦軸にとって表したものである。図中の特性４３は、右下がりの略双曲線になっている。つまり、電極対２１の抵抗値は、オイル４の液面高さに応じて減少し、両者は、概ね反比例する関係にあることがわかる。

上述したとおり、オイル４は、長期間使用して劣化すると抵抗率が低下する。このため、オイル４に浸漬している対向素子２１ｎ，２１ｍの数が同一であれば、電極対２１の抵抗値に基づいてオイルの４の劣化状態を判別することができる。しかし、電極対２１の抵抗値は、オイルの抵抗率が同一であっても液量に応じて変化する。このため、オイル４の劣化状態を判別するためには、液量に基づいて抵抗値を補正し、液量による影響を補正する必要がある。液量補償部３１４は、液量検出部３１０が検出した液量に基づいて、抵抗測定部３０２が測定した電極対２１の抵抗値を補正し、液量による影響を除去した抵抗値を求める。このようにして求められた抵抗値が、測定誤差補正部３１１に入力される。

上記実施の形態では、オイル４を検出対象とするオイルセンサ装置１の例について説明したが、本発明の適用対象は、このような装置のみに限定されない。すなわち、本発明は、任意の液体を検出対象とする液体センサ装置に適用することができる。例えば、ガソリン、軽油などの燃料を検出対象とする装置にも適用することができる。さらに、本発明は、液体以外の流動性を有する媒体、例えば、粉体、粒体、ゲル体などの変形自在の媒体を測定対象とし、その静電容量を測定して媒体量を測定するとともに、その抵抗を測定して当該媒体の性状を判別するセンサ装置にも適用することができる。さらに、本発明は、媒体の量や性状に限らず、何らかの条件により誘電率や抵抗率が変化する媒体を測定対象とし、その静電容量や抵抗の変化を測定することにより、当該媒体の任意の状態を検知することも可能である。

また、上記実施の形態では、検出対象の劣化状態を判別する装置の例について説明したが、本発明はこのような場合のみに限定されない。本発明は、検出対象に関する任意の性状を判別する装置に適用することができる。例えば、検出対象の組成、特性の変化を判別する装置にも適用することができる。

１ オイルセンサ装置
２ センサ基板
２ｎ、２ｍ 対向素子
２００ 基材
２０１～２０３ 保護膜
２１ 電極対
２１ａ，２１ｂ 電極
２１ｎ，２１ｍ 対向素子
２２ 電極対
２２ａ，２２ｂ 電極
２２ｎ，２２ｍ 対向素子
２３ 電極対
２３ａ，２３ｂ 電極
２３ｓ サーミスタ
２４ 配線電極
２５ 接地板
３ 制御回路
３０１ 静電容量測定部
３０２ 抵抗測定部
３０３ 温度測定部
３０４ 寄生容量記憶部
３１０ 液量検出部
３１１ 測定誤差補正部
３１２ 温度補償部
３１３ 劣化判別部
３１４ 液量補償部
４ オイル
Ｃ１ オイルの静電容量
Ｃ２ 保護膜の静電容量
Ｃ３ 空気の静電容量
Ｃｓ，Ｃｓ１～Ｃｓ３ 寄生容量
Ｒ１ オイルの抵抗

Claims (12)

1. 基板上に形成され、絶縁性の保護膜によって覆われた電極対と、
   前記電極対に対し交流を供給し、当該電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、
   前記電極対の寄生容量を予め格納するための記憶部と、
   前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備えたセンサ装置。
2. 前記寄生容量に基づいて、前記抵抗値の測定誤差を補正する測定誤差補正部を備え、
   前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別する請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記抵抗測定部は、周波数が５ｋＨｚ以下の交流を供給したときの前記電極対のインピーダンスを測定する請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 前記寄生容量は、前記媒体に近接していない前記電極対に交流を供給したときの前記電極対のインピーダンスとして測定される値である請求項１～３のいずれかに記載のセンサ装置。
5. 媒体収容タンク内に配置される基板と、
   前記基板上に形成され、水平方向に交差する方向に延びる電極対と、
   前記電極対を覆う絶縁性の保護膜と、
   前記電極対に対し、第１周波数の交流を供給し、前記電極対の静電容量を測定する静電容量測定部と、
   前記電極対に対し、第１周波数とは異なる第２周波数の交流を供給し、当該電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、
   前記電極対の寄生容量を予め格納するための記憶部と、
   前記電極対の静電容量に基づいて、前記収容タンク内の媒体量を検出する媒体量検出部と、
   前記媒体量に基づいて前記抵抗値を補正する媒体量補償部と、
   補正後の前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備えたセンサ装置。
6. 媒体収容タンク内に配置される基板と、
   前記基板上に形成され、水平方向に交差する方向に延びる第１電極対と、
   前記基板上に形成され、前記第１電極対よりも下方に配置される第２電極対と、
   前記第１電極対及び第２電極対を覆う絶縁性の保護膜と、
   前記第１電極対の静電容量を測定する容量測定部と、
   前記第２電極対に交流を供給し、当該第２電極対周辺の媒体の抵抗値を測定する抵抗測定部と、
   前記第２電極対の寄生容量を予め格納するための記憶部と、
   前記静電容量測定部が測定した静電容量に基づいて、前記収容タンク内の媒体量を検出する媒体量検出部と、
   前記抵抗値及び前記寄生容量に基づいて、前記媒体の性状を判別する性状判別部とを備えたセンサ装置。
7. 前記寄生容量に基づいて、前記抵抗値の測定誤差を補正する測定誤差補正部をさらに備え、
   前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別する請求項５又は６に記載のセンサ装置。
8. 前記基板の温度を測定する温度測定部と、
   前記温度に基づいて、前記抵抗値を補正する温度補償部とを備え、
   前記性状判別部が、補正後の前記抵抗値に基づいて、前記媒体の性状を判別する請求項１～７のいずれかに記載のセンサ装置。
9. 前記温度測定部は、前記基板上に形成された電極の抵抗値を測定することにより前記基板の温度を求める請求項８に記載のセンサ装置。
10. 前記電極は、前記保護膜により覆われている請求項９に記載のセンサ装置。
11. 前記媒体は、液体であり、
    前記性状判別部は、前記液体の劣化状態を判別する請求項１～１０のいずれかに記載のセンサ装置。
12. 前記液体は、オイルであり、
    前記性状判別部は、前記オイルの劣化状態を判別する請求項１１に記載のセンサ装置。

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