(57)【要約】【課題】弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、濃度検出を精度良く行えるようにする。【解決手段】濃度センサを、ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂを有する自励式の濃度センサとして構成する。その際、各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂの発振用回路を構成する電子部品９０を、被検溶液と接触する各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂと略同じ環境温度下に配置する。すなわち、被検溶液の収容空間８０が形成された筐体７０の下部フレーム７４を、熱抵抗が小さい部材で構成する。そして、表面に電子部品９０が実装された支持基板９２の裏面を、下部フレーム７４の床状部７４ｇの下面と面接触させる。これにより、被検溶液の熱を、床状部７４ｇおよび支持基板９２を介して電子部品９０まで伝達させる。そしてこれにより、化学物質濃度を算出する際に環境温度の要因を略正確に把握可能とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検溶液を収容するための収容空間が形成された筐体と、
圧電基板上に、１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部と、この第１のチャンネル部と並列で１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部とが形成されてなり、上記第１および第２のチャンネル部を上記収容空間に露出させた状態で上記筐体に取り付けられたセンサ本体と、
このセンサ本体の各チャンネル部に接続され、該チャンネル部とで自励発振を生起させる閉ループ回路を構成する第１および第２の発振用回路と、を備えてなり、
上記第１のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を、これら両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層で覆ったショートチャンネルとして構成されるとともに、上記第２のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を露出させたオープンチャンネルとして構成されており、
上記各発振用回路が、高周波増幅器と、この高周波増幅器のゲインを調整する自動利得制御回路とを備えてなり、
上記各チャンネル部における１対の交差指電極のうち、一方の交差指電極を励振させて上記圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、他方の交差指電極まで伝播した上記弾性表面波を該交差指電極で受振させるように構成された濃度センサにおいて、
上記第１および第２の発振用回路を構成する電子部品が、上記第１および第２のチャンネル部と略同じ環境温度下に配置されている、ことを特徴とする濃度センサ。
【請求項２】
上記筐体における上記収容空間を囲む周壁部の少なくとも一部が、熱抵抗が小さい部材で構成されており、
上記電子部品が、支持基板の表面に実装されており、
この支持基板が、該支持基板の裏面を、上記筐体の周壁部における熱抵抗が小さい部材で構成された部分の外面と面接触させるようにして配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の濃度センサ。
【請求項３】
上記電子部品が、被膜で覆われた状態で、上記収容空間の内部に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の濃度センサ。
【請求項４】
上記電子部品が、上記圧電基板上に実装されている、ことを特徴とする請求項３記載の濃度センサ。
【請求項５】
上記筐体全体が、熱抵抗が小さい部材で構成されており、
この筐体が断熱材で覆われている、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の濃度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサに関するものであり、特に、そのセンサ本体として、ショートチャンネルおよびオープンチャンネルを備えた濃度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検溶液中の化学物質濃度（例えばメタノール濃度）を検出するための濃度センサとして、弾性表面波を利用したものが知られている。
【０００３】
この濃度センサは、そのセンサ本体として、例えば「特許文献１」に記載されているように、圧電基板上に１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなるチャンネル部を備えた構成となっている。
【０００４】
そして、この濃度センサにおいては、一方の交差指電極を励振させて圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、これにより他方の交差指電極まで伝播した弾性表面波を該交差指電極で受振させる構成となっている。その際、弾性表面波の伝播速度は化学物質濃度により変化するので、他方の交差指電極で受振した弾性表面波の周波数に基づいて濃度検出を行うことが可能となる。
【０００５】
従来の濃度センサの多くは、上記「特許文献１」にも記載されているように、一方の交差指電極の励振を、該交差指電極に所定の高周波信号電圧を印加することにより行う、いわゆる他励式の濃度センサとして構成されている。
【０００６】
その際「特許文献２」には、このような他励式の濃度センサにおいて、そのセンサ本体のチャンネル部として、両交差指電極間における圧電基板上の領域が、両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層によって覆われているショートチャンネルと、両交差指電極間における圧電基板上の領域が露出しているオープンチャンネルとを備えた構成で、かつ、両チャンネル部が並列で配置された構成が記載されている。
【０００７】
そして、この「特許文献２」に記載された濃度センサにおいては、ショートチャンネルにおける弾性表面波の伝播速度と、オープンチャンネルにおける弾性表面波の伝播速度との差に基づいて、濃度検出を行う構成となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１５６４６号公報
【特許文献２】特開平９−８００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の濃度センサは、いずれも他励式の濃度センサとして構成されているが、チャンネル部に発振用回路を接続して閉ループ回路を構成し、これにより自励発振を生起させる、いわゆる自励式の濃度センサとして構成することも可能である。
【００１０】
その際、この自励式の濃度センサの発振用回路として、高周波増幅器とそのゲインを調整する自動利得制御回路とを備えた構成とした上で、この発振用回路をショートチャンネルおよびオープンチャンネルの各々に接続して、それぞれ閉ループ回路を構成するようにすれば、ショートチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号と、オープンチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号とに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、他励式の濃度センサに比して、濃度検出を精度良く行うことが可能となる。
【００１１】
しかしながら、このような自励式の濃度センサ濃度を採用した場合には、各発振周波数信号および各ゲイン調整電圧信号が外乱の影響を受けやすくなり、その出力値に誤差が生じやすくなってしまう、という問題もある。
【００１２】
すなわち、各発振周波数信号の出力値は、環境温度に依存した値となるので、化学物質濃度を算出する際には、その環境温度の要因について正確に把握しておく必要がある。しかしながら、濃度センサにおいて、被検溶液と接触する各チャンネル部と、この被検溶液が収容された収容空間から離れた位置にある各発振用回路とでは、その環境温度が異なったものとなる。このため、化学物質濃度を算出する際に環境温度の要因を正確に把握することができず、したがって濃度検出の精度も低下してしまう、という問題がある。
【００１３】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、濃度検出を精度良く行うことができる濃度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、ショートチャンネルおよびオープンチャンネルを有する自励式の濃度センサを採用した上で、その発振用回路を構成する電子部品の配置に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１５】
すなわち、本願発明に係る濃度センサは、
被検溶液を収容するための収容空間が形成された筐体と、
圧電基板上に、１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部と、この第１のチャンネル部と並列で１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部とが形成されてなり、上記第１および第２のチャンネル部を上記収容空間に露出させた状態で上記筐体に取り付けられたセンサ本体と、
このセンサ本体の各チャンネル部に接続され、該チャンネル部とで自励発振を生起させる閉ループ回路を構成する第１および第２の発振用回路と、を備えてなり、
上記第１のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を、これら両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層で覆ったショートチャンネルとして構成されるとともに、上記第２のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を露出させたオープンチャンネルとして構成されており、
上記各発振用回路が、高周波増幅器と、この高周波増幅器のゲインを調整する自動利得制御回路とを備えてなり、
上記各チャンネル部における１対の交差指電極のうち、一方の交差指電極を励振させて上記圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、他方の交差指電極まで伝播した上記弾性表面波を該交差指電極で受振させるように構成された濃度センサにおいて、
上記第１および第２の発振用回路を構成する電子部品が、上記第１および第２のチャンネル部と略同じ環境温度下に配置されている、ことを特徴とするものである。
【００１６】
本願発明に係る濃度センサの濃度検出の対象となる「被検溶液中の化学物質濃度」の種類は特に限定されるものではなく、例えばメタノール濃度や蟻酸濃度等が採用可能である。
【００１７】
上記「電子部品」は、第１および第２のチャンネル部と略同じ環境温度下に配置されたものであれば、その配置の具体的な態様は特に限定されるものでない。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成に示すように、本願発明に係る濃度センサは、ショートチャンネルを構成する第１チャンネル部とオープンチャンネルを構成する第２チャンネル部とを備えた自励式の濃度センサとして構成されているので、ショートチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号と、オープンチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号とに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出することが可能となり、これにより濃度検出を精度良く行うことが可能となる。
【００１９】
その際、本願発明においては、第１および第２の発振用回路を構成する電子部品が、被検溶液と接触する第１および第２のチャンネル部と略同じ環境温度下に配置された構成となっているので、化学物質濃度を算出する際に環境温度の要因を略正確に把握することが可能となり、これにより濃度検出も精度良く行うことができる。
【００２０】
このように本願発明によれば、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、濃度検出を精度良く行うことができる。
【００２１】
上記構成において、電子部品の配置の具体的な態様が特に限定されないことは上述したとおりであるが、次のような態様で配置された構成とすることが可能である。
【００２２】
例えば、筐体における収容空間を囲む周壁部の少なくとも一部が、熱抵抗が小さい部材で構成されたものとした上で、電子部品が支持基板の表面に実装された構成とするとともに、この支持基板が、その裏面を筐体の周壁部における熱抵抗が小さい部材で構成された部分の外面と面接触させるようにして配置された構成とすることが可能である。
【００２３】
このような構成を採用した場合には、収容空間に収容された被検溶液の熱が、周壁部における熱抵抗が小さい部材で構成された部分および支持基板を介して、電子部品まで熱伝導により伝達されることとなるので、この伝導熱により、電子部品として構成された各発振用回路の温度を各チャンネル部の温度と略同じ温度にすることが可能となる。
【００２４】
その際、上記「熱抵抗が小さい部材」とは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の素材で構成された部材を意味するものであって、この条件を満たす部材であれば、その種類は特に限定されるものではなく、例えば、金属製の部材や、樹脂材料に金属、セラミックス、無機フィラー等を混合した高熱伝導樹脂製の部材等が採用可能である。
【００２５】
上記構成において、電子部品の配置の他の具体的な態様として、電子部品が、被膜で覆われた状態で、収容空間の内部に配置された構成とすることも可能である。
【００２６】
このような構成を採用した場合には、電子部品についても、各チャンネル部と同様、被検溶液と被膜を介してではあるが接触することとなるので、この電子部品として構成された各発振用回路の温度と各チャンネル部の温度との一致度を、より高めることができる。また、このような構成を採用することにより、筐体をコンパクトに構成することができる。
【００２７】
その際、電子部品を覆う「被膜」は、所望の絶縁性、耐熱性および熱伝導率を備え、かつ、電子部品が被検溶液との直接接触によってその機能に支障を来たしてしまうのを防止することができるとともに、周囲の熱を電子部品に伝えることができるものであれば、その種類や膜厚等の具体的な構成は特に限定されるものではない。
【００２８】
この場合において、収容空間の内部における電子部品の具体的な配置は特に限定されるものではないが、電子部品が圧電基板上に実装されている構成とすれば、センサ本体を筐体に取り付けることにより、電子部品は自動的に収容空間に配置されることとなるので、濃度センサの構成および組付作業を簡素化することができる。
【００２９】
上記構成において、筐体全体が熱抵抗が小さい部材で構成されたものとした上で、この筐体が断熱材で覆われている構成とすれば、電子部品として構成された各発振用回路の温度と各チャンネル部の温度との一致度をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本願発明の一実施形態に係る濃度センサ１０を示すブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、本実施形態に係る濃度センサ１０は、センサユニット２０と、このセンサユニット２０に接続された制御ユニット５０とを備えてなっている。その際、センサユニット２０は、センサ本体３０と、第１および第２の発振用回路４０Ａ、４０Ｂとを備えてなっている。
【００３３】
そして、この濃度センサ１０は、そのセンサ本体３０を被検溶液中に配置した状態で、この被検溶液に含まれている化学物質（例えばメタノール）の濃度を検出するようになっている。
【００３４】
センサ本体３０は、圧電基板３２上に、１対の交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部３４Ａと、この第１のチャンネル部３４Ａと並列で１対の交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２が上記所定間隔と同じ間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部３４Ｂとが形成された構成となっている。
【００３５】
第１のチャンネル部３４Ａは、その一方の交差指電極３４Ａ１における一方の電極指が入力用電極指３４Ａｉを構成しており、また、その他方の交差指電極３４Ａ２における一方の電極指が出力用電極指３４Ａｏを構成している。
【００３６】
一方、第２のチャンネル部３４Ｂは、その一方の交差指電極３４Ｂ１における一方の電極指が入力用電極指３４Ｂｉを構成しており、また、その他方の交差指電極３４Ｂ２における一方の電極指が出力用電極指３４Ｂｏを構成している。
【００３７】
そして、第１のチャンネル部３４Ａの各交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２における他方の電極指と、第２のチャンネル部３４Ｂの各交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２における他方の電極指とが、共通のアース電極指３４ｇを構成している。
【００３８】
これら各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂにおいては、その一方の交差指電極３４Ａ１、３４Ｂ１が励振することにより圧電基板３２上に横波型の弾性表面波を発生させるように構成されており、そして、これにより圧電基板３２上をその他方の交差指電極３４Ａ２、３４Ｂ２まで伝播した弾性表面波を、これら各交差指電極３４Ａ２、３４Ｂ２で受振するように構成されている。
【００３９】
第１および第２のチャンネル部３４Ａ、３４Ｂは、互いに線対称の構成を有しており、かつ互いに隣接して配置されているが、以下の構成が両者間で異なっている。
【００４０】
すなわち、第１のチャンネル部３４Ａは、その交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２間における圧電基板３２上の領域が、アース電極指３４ｇに短絡された導電層３４Ａ３で覆われたショートチャンネルとして構成されている。一方、第２のチャンネル部３４Ｂは、その交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２間における圧電基板３２上の領域が露出したオープンチャンネルとして構成されている。
【００４１】
以下、第１のチャンネル部３４Ａを「ショートチャンネル３４Ａ」、第２のチャンネル部３４Ｂを「オープンチャンネル３４Ｂ」という。
【００４２】
第１および第２の発振用回路４０Ａ、４０Ｂは、第１の発振用回路４０Ａがショートチャンネル３４Ａに接続されており、第２の発振用回路４０Ｂがショートチャンネル３４Ｂに接続されている。そして、発振用回路４０Ａは、ショートチャンネル３４Ａとで、自励発振を生起させる閉ループ回路２２Ａを構成するようになっており、発振用回路４０Ｂは、オープンチャンネル３４Ｂとで、自励発振を生起させる閉ループ回路２２Ｂを構成するようになっている。
【００４３】
ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａは、高周波増幅器４２Ａと、自動利得制御回路４４Ａと、ローパスフィルタ４６Ａとで構成されている。
【００４４】
高周波増幅器４２Ａは、ショートチャンネル３４Ａの出力用電極指３４Ａｏから出力される発振周波数信号を増幅して、これをショートチャンネル３４Ａの入力用電極指３４Ａｉに戻すように構成されている。
【００４５】
自動利得制御回路４４Ａは、高周波増幅器４２Ａからの出力信号（すなわちショートチャンネル３４Ａへの入力信号）の電圧振幅を一定に維持することにより、高周波増幅器４２Ａのゲイン調整を行うようになっている。
【００４６】
ローパスフィルタ４６Ａは、閉ループ回路２２Ａにおいて発振させようとする周波数（例えば５０ＭＨｚ）よりも高い周波数領域での発振を阻止するために、ショートチャンネル３４Ａの出力用電極指３４Ａｏと高周波増幅器４２Ａとの間に配置されている。
【００４７】
オープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂも、ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａと同様の構成を有している。すなわち、この発振用回路４０Ｂは、高周波増幅器４２Ｂと、自動利得制御回路４４Ｂと、ローパスフィルタ４６Ｂとで構成されている。
【００４８】
そして、センサユニット２０は、ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａにおける高周波増幅器４２Ａから出力される発振周波数ｆｓの信号および自動利得制御回路４４Ａから出力されるゲイン調整電圧（ＡＧＣ電圧）Ｖｓの信号と、オープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂにおける高周波増幅器４２Ｂから出力される発振周波数ｆｏの信号および自動利得制御回路４４Ｂから出力されるゲイン調整電圧Ｖｏの信号とを、制御ユニット５０に入力するようになっている。
【００４９】
制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２と、このＣＰＵ５２に接続された周波数カウンタ５４およびＡ／Ｄ変換器５６とを備えてなっている。
【００５０】
周波数カウンタ５４には、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓの信号と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏの信号とが入力されるようになっている。そして、この周波数カウンタ５４において、これら各発振周波数ｆｓ、ｆｏの計測を行うようになっている。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５６には、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力されるゲイン調整電圧Ｖｓの信号と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力されるゲイン調整電圧Ｖｏの信号とが入力されるようになっている。そして、このＡ／Ｄ変換器５６において、これら各ゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏの信号をＡ／Ｄ変換するようになっている。
【００５２】
ＣＰＵ５２は、周波数カウンタ５４で計測された各発振周波数信号の出力値ｆｓ、ｆｏと、Ａ／Ｄ変換された各ゲイン調整電圧信号の出力値Ｖｓ、Ｖｏとに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出するようになっている。
【００５３】
このＣＰＵ５２による化学物質濃度の算出は、次のようにして行われるようになっている。
【００５４】
すなわち、発振周波数ｆｓは、ショートチャンネル３４Ａの圧電基板３２上を伝播する弾性表面波の速度に応じた値となり、また、発振周波数ｆｏは、オープンチャンネル３４Ｂの圧電基板３２上を伝播する弾性表面波の速度に応じた値となる。
【００５５】
一方、被検溶液中の化学物質濃度が変化すると、これに伴って被検溶液の誘電率も変化する。そして、この誘電率が変化すると、弾性表面波の伝播速度も変化する。その際、ショートチャンネル３４Ａとオープンチャンネル３４Ｂとでは、導電層３４Ａ３の有無の差により、誘電率の変化に対する弾性表面波の伝播速度の変化の度合が異なったものとなる。
【００５６】
そして、この弾性表面波の伝播速度の差が、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏとの差となって現れる。また、各ゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏは、弾性表面波が伝播する際のエネルギの減衰の度合に応じた値となる。
【００５７】
そこで、これら発振周波数ｆｓ、ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏという４つの出力値を用いて、所定のアルゴリズムに基づいて演算を行うことにより、被検溶液中の化学物質濃度を算出するようになっている。
【００５８】
なお、センサユニット２０における各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂと、その電源６０との間には、オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂがそれぞれ配置されている。これら各オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂは、ＣＰＵ５２からの制御信号により、その開閉動作が行われるようになっている。
【００５９】
図２は、センサ本体３０を単品で示す平面図である。
【００６０】
同図に示すように、圧電基板３２は、タンタル酸リチウム製の基板であって、平面視において左右両側端縁の形状が山形に設定された６角形の外形形状を有している。そして、ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂは、この圧電基板３２の上面における一側端近傍部位（同図では右側端近傍部位）に形成されている。
【００６１】
この圧電基板３２の上面における他側端近傍部位（同図では左側端近傍部位）には、５つの外部接続端子３６Ａｉ、３６Ａｏ、３６Ｂｉ、３６Ｂｏ、３６ｇが、互いに略等間隔で形成されている。
【００６２】
外部接続端子３６Ａｉは、ショートチャンネル３４Ａの入力用電極指３４Ａｉから左方向へ延びる帯状の導電層３８Ａｉのターミナル部として形成されており、高周波増幅器４２Ａの出力端に接続されるようになっている。
【００６３】
外部接続端子３６Ａｏは、ショートチャンネル３４Ａの出力用電極指３４Ａｏから左方向へ延びる帯状の導電層３８Ａｏのターミナル部として形成されており、ローパスフィルタ４６Ａの入力端に接続されるようになっている。
【００６４】
外部接続端子３６Ｂｉは、オープンチャンネル３４Ｂの入力用電極指３４Ｂｉから左方向へ延びる帯状の導電層３８Ｂｉのターミナル部として形成されており、高周波増幅器４２Ｂの出力端に接続されるようになっている。
【００６５】
外部接続端子３６Ｂｏは、オープンチャンネル３４Ｂの出力用電極指３４Ｂｏから左方向へ延びる帯状の導電層３８Ｂｏのターミナル部として形成されており、ローパスフィルタ４６Ｂの入力端に接続されるようになっている。
【００６６】
外部接続端子３６ｇは、ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂ共通のアース電極指３４ｇから左方向へ延びる帯状の導電層３８ｇのターミナル部として形成されており、グラウンド電位に接地されるようになっている。
【００６７】
図３は、センサユニット２０を示す平断面図であって、図４のIII−III線断面図である。また、図４は、図３のIV−IV線断面図である。
【００６８】
これらの図に示すように、センサユニット２０は、センサ本体３０が筐体７０に取り付けられた構造を有している。
【００６９】
筐体７０は、上部フレーム７２と、この上部フレーム７２を載置固定する下部フレーム７４と、この下部フレーム７４の下面に当接するように配置されたベースプレート７６と、これらを上方側から覆うように配置された状態で、ベースプレート７６にカシメ固定されたカバー部材７８とからなっている。
【００７０】
その際、上部フレーム７２、下部フレーム７４およびベースプレート７６は、熱抵抗が小さい高熱伝導樹脂製の部材で構成されており、カバー部材７８は、金属製の部材で構成されている。
【００７１】
下部フレーム７４は、平面視において略矩形状の外形形状を有する厚い板状部材の上面に、矩形穴７４ａが形成された構成となっている。
【００７２】
上部フレーム７２は、平面視において下部フレーム７４と略同一の外形形状を有する板状部材に、下部フレーム７４の矩形穴７４ａと同一の断面形状で該上部フレーム７２を上下方向に貫通する矩形開口部７２ａが形成された構成となっている。
【００７３】
そして、下部フレーム７４に載置固定された上部フレーム７２が、カバー部材７８で覆われることにより、その矩形穴７４ａおよび矩形開口部７２ａの内側に、被検溶液を収容するための収容空間８０が形成されるようになっている。
【００７４】
下部フレーム７４の左側端面（すなわち上記他端部側の側面）には、平面視においてコ字形の有底切欠き部７４ｂが形成されている。また、上部フレーム７２の左側端面には、平面視において有底切欠き部７４ｂと同一の断面形状の切欠き部７２ｂが形成されている。
【００７５】
センサ本体３０は、そのショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂを収容空間８０に露出させるとともに、その５つの外部接続端子３６Ａｉ、３６Ａｏ、３６Ｂｉ、３６Ｂｏ、３６ｇを筐体７０の外部空間に露出させた状態で、筐体７０に片持ち支持されている。
【００７６】
この片持ち支持は、上部フレーム７２と下部フレーム７４とで、センサ本体３０を挟持することにより行われている。その際、この挟持は、センサ本体３０における左右方向の中央位置よりも左端縁寄りの位置において行われている。
【００７７】
下部フレーム７４における矩形穴７４ａと有底切欠き部７４ｂとの間の帯状突起部７４ｃの上面には、センサ本体３０を載置するための段下がり凹部７４ｄが形成されている。この段下がり凹部７４ｄは、帯状突起部７４ｃの上面における他の部分よりも一段低くなった部分であって、センサ本体３０の厚みより僅かに深く形成されており、また、センサ本体３０の幅よりも僅かに広く形成されている。
【００７８】
そして、センサ本体３０は、この段下がり凹部７４ｄに、シール部材８２を介して載置されている。この段下がり凹部７４ｄには、シール部材８２を配置するためのシール溝７４ｅが、その底面部およびその両側の側壁部に形成されている。このシール溝７４ｅは、帯状突起部７４ｃの左右方向の略中央位置を通るようにして、断面円弧状に形成されている。そしてこれにより、シール溝７４ｅにシール部材８２が配置された段下がり凹部７４ｄに、センサ本体３０が載置されたとき、シール部材８２がシール溝７４ｅからその両側へ多少溢れ出すようにしている。
【００７９】
下部フレーム７４に対する上部フレーム７２の載置固定は、シール部材８４を介して行われている。その際、上部フレーム７２の下面には、その矩形開口部７２ａを略等距離で囲むシール溝７２ｃが形成されている。このシール溝７２ｃは、上部フレーム７２における矩形開口部７２ａと切欠き部７２ｂとの間に位置する梁状部７２ｄの左右方向の略中央位置を通るようにして、断面円弧状に形成されている。そしてこれにより、シール溝７２ｃにシール部材８４が配置された上部フレーム７２を下部フレーム７４に載置したとき、シール部材８４がシール溝７２ｃからその両側へ多少溢れ出すようにしている。
【００８０】
上部フレーム７２に対するカバー部材７８の載置固定は、シール部材８６を介して行われている。その際、上部フレーム７２の上面には、その矩形開口部７２ａを略等距離で囲むシール溝７２ｅが形成されている。このシール溝７２ｅは、シール溝７２ｃの略真上の位置を通るようにして、断面円弧状に形成されている。そしてこれにより、シール溝７２ｅにシール部材８６が配置された上部フレーム７２にカバー部材７８を載置したとき、シール部材８６がシール溝７４ｅからその両側へ多少溢れ出すようにしている。
【００８１】
上記各シール部材８２、８４、８６としては、シール後も弾性を有する素材が用いられている。具体的には、例えば、スリーボンド社製の一液性加熱硬化型オレフィン系シール剤「スリーボンド１１５２Ｂ、スリーボンド１１５３Ｂ」（いずれも商品名）等を用いることが可能である。
【００８２】
下部フレーム７４の下面には、箱形の空洞部７４ｆが形成されている。この空洞部７４ｆは、矩形穴７４ａの下方において、該矩形穴７４ａよりもひと回り大きい開口面積で形成されており、その左側端面の上部において有底切欠き部７４ｂの空間と連通している。そして、この下部フレーム７４における矩形穴７４ａの底面と空洞部７４ｆの天井面との間の床状部７４ｇは、比較的薄肉で形成されている。
【００８３】
この下部フレーム７４の空洞部７４ｆには、支持基板９２が配置されている。その際、この支持基板９２の下面には、発振用回路４０Ａ、４０Ｂを構成する電子部品９０が実装されている。そして、この支持基板９２は、その上面を空洞部７４ｆの天井面の略全域に対して面接触させた状態で、かつ、その左側端部を有底切欠き部７４ｂの空間に突出させた状態で配置されている。この支持基板９２に対する電子部品９０の実装位置は、該電子部品９０が矩形穴７４ａの略中央の真下に位置するように設定されている。
【００８４】
支持基板９２の下面には、５つの帯状の導電層９４が、電子部品９０の実装位置から左方向へ向けて、その左側端縁近傍まで延びている。また、この支持基板９２の上面における左側端縁近傍部位には、５つのパッド状の導電層９６が形成されている。これら各導電層９６は、図示しないスルーホール等を介して各導電層９４と電気的に接続されている。そして、これら各導電層９６は、それぞれボンディングワイヤ９８を介して、センサ本体３０の各外部接続端子３６Ａｉ、３６Ａｏ、３６Ｂｉ、３６Ｂｏ、３６ｇと電気的に接続されている。
【００８５】
ベースプレート７６は、平面視において下部フレーム７４と略同一の外形形状を有する板状部材であって、その下面における各辺の略中央位置には、平面視において略矩形状の段上がり凹部７６ａが形成されている。
【００８６】
このベースプレート７６の下部フレーム７４に対する当接は、該ベースプレート７６の上面において下部フレーム７４の下面と面接触することにより行われている。
【００８７】
カバー部材７８は、底面壁が開放された箱形の外形形状を有しており、その各側壁部の下端縁には、タブ状の突起部７８ａが形成されている。そして、このカバー部材７８は、該カバー部材７８の内部に上部フレーム７２、下部フレーム７４およびベースプレート７６を収容した状態で、その４箇所の突起部７８ａを内側へ折り曲げて、ベースプレート７６に形成された４箇所の段上がり凹部７６ａに係合させることにより、ベースプレート７６にカシメ固定されている。そしてこれにより、収容空間８０の液密性を十分に確保するようになっている。
【００８８】
このカバー部材７８の上面壁には、被検溶液の流入孔７８ｂと排出孔７８ｃとが形成されている。これら流入孔７８ｂおよび排出孔７８ｃは、収容空間８０の両端部に位置するようにして、それぞれ煙突状に形成されている。
【００８９】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００９０】
本実施形態に係る濃度センサ１０は、ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂを有する自励式の濃度センサとして構成されているので、ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａの高周波増幅器４２Ａから出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路４４Ａから出力されるゲイン調整電圧信号と、オープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂの高周波増幅器４２Ｂから出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路４４Ｂから出力されるゲイン調整電圧信号とに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出することが可能となり、これにより濃度検出を精度良く行うことが可能となる。
【００９１】
その際、本実施形態においては、筐体７０の下部フレーム７４が、熱抵抗が小さい高熱伝導樹脂製の部材で構成されており、また、電子部品９０が下面に実装された支持基板９２が、その上面を下部フレーム７４の床状部７４ｇの下面と面接触させるようにして配置された構成となっているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００９２】
すなわち、収容空間８０に収容された被検溶液の熱が、下部フレーム７４の床状部７４ｇおよび支持基板９２を介して、電子部品９０まで熱伝導により伝達されることとなるので、この伝導熱により、電子部品９０として構成されているショートチャンネル側の発振用回路４０Ａおよびオープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂが、被検溶液と接触するショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂと略同じ環境温度下に配置されることとなる。このため、化学物質濃度を算出する際に環境温度の要因を略正確に把握することが可能となり、これにより濃度検出も精度良く行うことができる。
【００９３】
このように本実施形態によれば、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサ１０において、濃度検出を精度良く行うことができる。
【００９４】
しかも本実施形態においては、支持基板９２が下部フレーム７４の床状部７４ｇの全域と面接触しており、そして、この床状部７４ｇの略中央の真下に電子部品９０が位置しているので、被検溶液から電子部品９０への熱伝達を効率良く行うことができる。
【００９５】
なお、上記実施形態においては、筐体７０を構成する上部フレーム７２、下部フレーム７４およびベースプレート７６が、いずれも熱抵抗が小さい部材で構成されているものとして説明したが、下部フレーム７４における床状部７４ｇの部分のみが熱抵抗が小さい部材で構成されたものとすることも可能である。このようにした場合には、被検溶液から電子部品９０への熱伝達については効率良く行われるようにした上で、被検溶液の熱が収容空間８０から外部へ逃げにくくなるようにすることができる。
【００９６】
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。
【００９７】
図５は、本変形例に係るセンサユニット１２０を示す、図４と同様の図である。
【００９８】
同図に示すように、このセンサユニット１２０は、上記実施形態に係るセンサユニット２０における筐体７０が断熱材１００で覆われた構成となっている。この断熱材１００は、上部断熱材１０２と下部断熱材１０４とが接着等により一体化された構成となっており、筐体７０を、そのカバー部材７８の流入孔７８ｂおよび排出孔７８ｃの部分を除いて略全周にわたって覆うようになっている。
【００９９】
本変形例の構成を採用することにより、上記実施形態のセンサユニット２０に相当する部分の全体を断熱材１００の内側の空間に閉じ込めることができるので、その全体を略同じ環境温度下に配置することができる。このため、電子部品９０として構成された各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの温度と各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂの温度との一致度をさらに高めることができる。
【０１００】
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。
【０１０１】
図６は、本変形例に係るセンサユニット２２０を示す、図４と同様の図である。
【０１０２】
同図に示すように、このセンサユニット２２０は、上記実施形態に係るセンサユニット２０と基本的な構成は同様であるが、電子部品９０の配置が上記実施形態の場合とは異なっており、これに伴って、センサ本体２３０および筐体２７０の構成も、上記実施形態の場合とは一部異なっている。
【０１０３】
すなわち、本変形例においては、電子部品９０が、被膜２０２で覆われた状態で、収容空間８０の内部に配置された構成となっている。具体的には、この電子部品９０は、センサ本体２３０の圧電基板３２の下面における一側端近傍部位（同図では右側端近傍部位）に実装されており、そして、この状態で被膜２０２により覆われている。
【０１０４】
センサ本体２３０における圧電基板３２の下面には、５つの帯状の導電層２９４が、電子部品９０の実装位置から左方向へ向けて、その左側端縁近傍まで延びている。そして、これら各導電層２９４は、図示しないスルーホール等を介して、センサ本体２３０の各外部接続端子３６Ａｉ、３６Ａｏ、３６Ｂｉ、３６Ｂｏ、３６ｇと電気的に接続されている。
【０１０５】
このように電子部品９０が収容空間８０の内部に配置されているため、筐体２７０の構成についても、上記実施形態の場合とは異なったものとなっている。
【０１０６】
すなわち、本変形例の下部フレーム２７４は、その下面に、上記実施形態の下部フレーム７４のような空洞部７４ｆが形成されておらず、また、上記実施形態の支持基板９２は設けられていない。このため、本変形例のカバー部材２７８は、上記実施形態のカバー部材７８よりも高さがかなり低いものとなっている。
【０１０７】
本変形例の構成を採用することにより、電子部品９０についても、各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂと同様、収容空間８０の被検溶液と被膜２０２を介してではあるが接触することとなるので、この電子部品９０として構成された各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの温度と各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂの温度との一致度を、より高めることができる。また、このような構成を採用することにより、筐体２７０をコンパクトに構成することができる。
【０１０８】
さらに本変形例のように、電子部品９０が圧電基板３２上に実装された構成とすれば、センサ本体２３０を筐体２７０に取り付けることにより、電子部品９０は自動的に収容空間８０に配置されることとなるので、センサユニット２２０の構成および組付作業を簡素化することができる。
【０１０９】
本変形例においても、そのセンサユニット２２０の筐体２７０が、上記第１変形例の断熱材１００と同様の断熱材で覆われた構成とすることが可能である。
【０１１０】
なお、上記実施形態および各変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本願発明の一実施形態に係る濃度センサを示すブロック図
【図２】上記濃度センサのセンサ本体を単品で示す平面図
【図３】上記濃度センサのセンサユニットを示す平断面図であって、図４のIII−III線断面図
【図４】図３のIV−IV線断面図
【図５】上記実施形態の第１変形例に係るセンサユニットを示す、図４と同様の図
【図６】上記実施形態の第２変形例に係るセンサユニットを示す、図４と同様の図
【符号の説明】
【０１１２】
１０  濃度センサ
２０、１２０、２２０  センサユニット
２２Ａ  ショートチャンネル側の閉ループ回路
２２Ｂ  オープンチャンネル側の閉ループ回路
３０、２３０  センサ本体
３２  圧電基板
３４Ａ  ショートチャンネル（第１のチャンネル部）
３４Ａｉ、３４Ｂｉ  入力用電極指
３４Ａｏ、３４Ｂｏ  出力用電極指
３４Ａ１、３４Ａ２、３４Ｂ１、３４Ｂ２  交差指電極
３４Ａ３  導電層
３４Ｂ  オープンチャンネル（第２のチャンネル部）
３４ｇ  アース電極指
３６Ａｉ、３６Ａｏ、３６Ｂｉ、３６Ｂｏ、３６ｇ  外部接続端子
３８Ａｉ、３８Ａｏ、３８Ｂｉ、３８Ｂｏ、３８ｇ  導電層
４０Ａ  ショートチャンネル側の発振用回路（第１の発振用回路）
４０Ｂ  オープンチャンネル側の発振用回路（第２の発振用回路）
４２Ａ、４２Ｂ  高周波増幅器
４４Ａ、４４Ｂ  自動利得制御回路
４６Ａ、４６Ｂ  ローパスフィルタ
５０  制御ユニット
５２  ＣＰＵ
５４  周波数カウンタ
５６  Ａ／Ｄ変換器
６０  電源
６２Ａ、６２Ｂ  オンオフスイッチ
７０、２７０  筐体
７２  上部フレーム
７２ａ  矩形開口部
７２ｂ  切欠き部
７２ｃ、７２ｅ、７４ｅ  シール溝
７２ｄ  梁状部
７４、２７４  下部フレーム
７４ａ  矩形穴
７４ｂ  有底切欠き部
７４ｃ  帯状突起部
７４ｄ  段下がり凹部
７４ｆ  空洞部
７４ｇ  床状部
７６  ベースプレート
７６ａ  段上がり凹部
７８、２７８  カバー部材
７８ａ  突起部
７８ｂ  流入孔
７８ｃ  排出孔
８０  収容空間
８２、８４、８６  シール部材
９０  電子部品
９２  支持基板
９４、９６、２９４  導電層
９８  ボンディングワイヤ
１００  断熱材
２０２  被膜
【図１】
2010156590.tif 000003
【図２】
2010156590.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010156590.tif 000006
【図５】
2010156590.tif 000007
【図６】
2010156590.tif 000008