(57)【要約】【課題】油タンク内流体の状態及びレベルを検出する方法を提供すること。【解決手段】結合型の流体状態モニター及び流体レベルセンサが、近接配置された２つの部分28,30に分割されかつ電流検出電極32に平行に配置された１つの励起電極を有する。流体状態監視モード機能では、励起電極の両方の部分28,30が共通して高低の周波数で順次励起され、かつ検出電極内で検出される電流を用いて、インピーダンスの差を計算し、そして流体状態を決定する。レベル検出モード機能では、モード切換回路が、励起電極の一方の部分を接地して他方の部分を励起し、次に他方の部分を接地して一方の部分を励起することによって、その結果の電流値から、流体内に浸された電極部分の量と流体レベルを決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油タンク内の流体の状態及びレベルを検出するための方法であって、
(a)  前記流体内に少なくとも部分的に第１電極を配置し、
(b)  流体内に前記第１電極の上側部分から僅かに離れて第２電極を配置し、
(c)  流体内に前記第１電極の下側部分から僅かに離れて第３電極を配置し、
(d)  前記第３電極を接地して前記第２電極を交流電圧で励起し、引き続いて第２電極を接地して前記第３電極を交流電圧で励起し、これらの励起により生じる前記第１電極内の電流を検出し、
(e)  これらの検出された電流を比較して前記油タンク内の流体レベルを決定し、
(f)  前記第２、第３電極を同時に比較的低い周波数の交流電圧で励起し、前記第１電極に流れる電流を検出し、そして、バルクインピーダンス及び界面インピーダンスを決定し、流体の状態とインピーダンスとの既知の関係から流体の状態を決定する、各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２電極を配置する工程は、前記第２電極を前記第１電極の上側部分と組み合わせせるステップを含み、前記第３電極を配置する工程は、前記第３電極を前記第１電極の下側部分と組合わせるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３電極を流体内に配置する各工程は、前記各電極を１つの基板上に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２、第３電極を配置する各工程は、前記第１、第２電極の長さを均等にするステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１電極内に流れる電流を検出する工程は、電流を電圧に変換するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１電極内に流れる電流を検出する工程は、シールドされたリード線を前記第１電極に接続するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１電極からの電流を検出する工程は、前記シールドされたリード線を電流電圧変換器に接続するステップを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第２、第３電極の各励起から電流を検出する工程は、前記検出された電流を配分するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１、第２及び第３電極を配置する工程は、前記第１、第２及び第３電極を螺旋形状に配置するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第２、第３電極を配置する各工程は、前記第２、第３電極を前記第１電極の回りに同軸配置するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧流体等の流体の化学的な汚染状態、及び内燃機関及び動力伝達装置に使用される潤滑剤の消耗、酸化、及び他のタイプの劣化をリアルタイムで連続的に電気指示を与えるために使用される形式の変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置の例としては、流体を監視するためにインピーダンス分光器技術が用いられており、例えば、「流体の状態監視装置」と名付けられ1998年12月23日に米国出願されかつ本発明の譲受人に譲渡された特許文献１に開示されかつ記載されている。上述の装置は、流体内に浸され、互いに組み合わされた要素を有するプローブを用いており、このプローブは、低周波及びより高い周波数を用いて順次交流信号によって駆動する。両方の周波数で作動中に発生電圧が測定されかつそのインピーダンスが計算され、さらに高低２つの周波数間のインピーダンスの差が、流体の状態を示す指標として利用される。この流体の状態は、既知の値として示された差動インピーダンス測定のテーブル検索から決定される。
【０００３】
この検出装置、即ち、変換器は、これまで使用されてきたプローブを有し、このプローブは、流体内にほぼ平行で近接配置された一対の電極を有している。そして、一方の電極は、選択された複数の周波数で順次電圧を変化させることによって動作するように電気接続される。また電極間を流れる出力電流によりインピーダンス測定が行われ、検出された出力電流が他方の電極内で検出される。
【０００４】
図６を参照すると、アール.エイ.バウアー(Ｒ.Ａ.Bauer）等によって出願され、「流体状態監視装置」と名付けられかつ本発明の譲受人に譲渡された上記特許文献１等の流体状態を決定するための公知のシステムが示されている。
【０００５】
図６に示す公知のシステムは、プローブを順次駆動する技術を用いており、このプローブは、流体内に浸された一対の電極を有し、高低、例えば、0.01Hz及び10Hzの周波数で交互に励起される電圧によって駆動される。そして、他方の電極に流れる電流を測定し、この測定された電流から得られるインピーダンスの差を計算する。
【０００６】
図６において、参照符号１で示されたシステムは、流体内に浸された励起電極２を使用し、さらに、これと互いに組み合う配置で、ほぼ平行に近接した電流検出用の出力電極３を用いて流体を監視する。励起電極２は、レベルシフター５を介して印加される電気コントローラ(図６では図示略)からのアナログ励起信号を受けるシールドされたリード線４を介して、励起電圧を入力する。
【０００７】
一方、出力電極、即ち電流検出電極３は、電流電圧変換器７の入力にシールドされたリード線６を介して接続され、この変換器の出力は、図示されていない電気コントローラに設けられたアナログデジタル変換器の入力に接続されたレベルシフタ８を介して印加される。電流電圧変換器７は、図示しないコントローラ９から入力した自動レンジ制御信号によって変化する可変抵抗ＲＦを有する。このシステムの処理信号は、上述した特許文献１に十分に示されかつ記載されている。その内容は、ここに参考文献として包含されるので、簡略化のために詳細な説明を繰り返さない。
【０００８】
レベル検出電極１２,１３の個別の組は、流体内に浸され、未知のコントローラにリード線１４,１５を介して接続されている。図６の従来例のシステムでは、流体内に浸されたサーミスタ１０等の個別の温度検出素子を含んでいる。このサーミスタは、未知の電気コントローラを備えた温度検出信号処理回路にライン１１を介して信号を供給する。
【０００９】
また、図６に示すように互いに組み合わされた電極２,３の代わりに、従来例の図６のシステムに、プローブ電極を螺旋形状に平行に間隔を置いたワイヤの形に配置した変形例が知られている。このような螺旋形状のプローブは、エム.エッチ.ポリクリンスキ(M.H.Polcyznsky)等によって1999年11月3日に米国出願され出願されかつ本発明の譲受人に譲渡された「螺旋電極形状を用いて流体状態を監視する方法」と名付けられた特許文献２に示されかつ記載されている。
【００１０】
これまで、油タンクまたは容器内の流体レベルの電気指標を与えることが要望された分野では、状態センサまたはモニターが使用されたが、流体内に組み込まれた付加的な電極を設け、さらに、流体状態検出電極と離れた関係でサポートでき、さらに、流体レベルを電気的に決定するために個別の電気回路を設けることが必要とされてきた。
【００１１】
この装置は、比較的高価であり、特に監視されるべき流体が、シールが必要とされる油タンクまたは容器内に監視されるべき流体が含まれているので、流体状態を監視するプローブアセンブリの構成及び組立が複雑であることがわかっている。
【特許文献１】
同時係属出願番号第２２０，５５６号（米国1998年12月23日出願）
【特許文献２】
同時係属出願番号第０９／４３２，９７１号（米国1999年11月3日出願）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特に、変速機またはエンジンの油だめのいずれかにおける流体の状態を連続して電気指示を与えるための車載用の流体状態監視センサを用いることが望まれるところでは、流体レベル検出のための付加的電極を加えることの複雑さゆえに、コスト及び組込みの観点から大量生産に向かないものと思われてきた。したがって、流体状態モニターが使用され、かつ個別の流体レベル検出電極を必要としないで流体状態の電気的指示を与えるために、油タンク容器内の流体レベルを検出する方法または装置を提供することが長いこと望まれてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記問題を解決するために、検出機能用の個別の電極及び回路を必要としないで共通のセンサープローブ内に流体状態検出機能と流体レベル検出を組み合わせた構成を有する。
【００１４】
本発明のセンサは、近接配置されかつ流体内に浸されたほぼ平行な一対の電極を用いており、一方の電極は、一体に電気接続された上側部分と下側部分に分割され、流体の状態を決定するために、高低の２つの周波数で順次交番する電流によって共に励起される。他方の電極は、検出用電極であり、電気コントローラに信号電流を供給し、記憶された情報から流体状態を決定するために高低の２つの周波数で励起して、差動インピーダンスを計算する。
【００１５】
レベル検出機能を有する励起電極は、個別に励起される上側部分と下側部分に分割され、両方に流れる電流の割合と信号位相シフトが各部分の励起によって決定され、両方の電極が流体に浸されているかどうか、例えば、流体が所望のレベルにあるかどうかの指示を与える。いずれかの電極が流体レベルを超えている場合、かなりの位相シフトの増加が検出される。上記電流の割合は、電極がどこまで浸されたかを示すのに用いることができ、流体の中間レベルを決定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、励起電極をセグメント化することにより、同一のプローブ内に流体レベル検出機能と流体状態監視機能を結合して、レベル検出機能用の電極を別個の組として設ける必要性を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図３において、本発明のシステム２０は、センサープローブ２２を含んでいる。このセンサープローブは、容器または油タンク２４内に包含される、監視されるべき流体内に浸されている。図１には、油タンクが開かれた状態で示されているが、ある適用例では、油タンクは、閉鎖されあるいはシールされていることが理解できよう。本発明のシステムは、電気コントローラ２６に接続されており、この電気コントローラは、流体状態監視機能のために信号処理回路用の信号処理回路を含んでいる。この回路は、上述した特許文献１,２に開示されかつ記載されているので、ここでは、簡略化のため説明を省略する。
【００１８】
プローブ２２は、図２に拡大して詳細に示されており、下側励起電極３０と上側励起電極２８とからなる励起電極２８、３０を含んでいる。これらの励起電極は、好ましくは、ピックアップまたは電流検出電極３２に対して、一列にかつ近接して平行配置されている。各電極は、それぞれ、互いに組み合わされるフィンガー２８ａ、３０ａ、３２ａを有する。電流検出電極３２は、シールドされたリード線３４に接続され、検出された電流信号を電流電圧変換器３６の負入力に供給する。この変換器３６は、この出力とライン３８間に接続されるフィードバック抵抗Ｒｆを有し、ライン３８はコントローラ２６の感知されたレベル信号入力に接続される。
【００１９】
電極２８、３０、３２は、それぞれリード線４０、４２を介して単極双投のモード制御スイッチの共通端子に接続される。
フィードバック抵抗Ｒｆは、ライン３９に沿って加えられるコントローラ２６からの自動レンジ制御信号によって変化する。これにより、流体内のプローブがインピーダンスを変化させてプローブによって検出された電流範囲を収容できるようになる。
【００２０】
プローブ２２は、図２の外形見取り図で示されるように、平面アレー配置を維持するために、自立した状態または十分な厚さを形成する部材を組み合わせてもよい。また、代わりに、電極２８,３０,３２は、図２で破線で示されかつ参照符号３３で示す基板上に配置されたフィルムとすることもできる。
【００２１】
モード制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、各々共通入力結合点４４に接続されたオン端子を有し、この結合点４４は、コントローラ２６からのライン４６に沿ってアナログ励起信号を受け入れる。コントローラ２６からのアナログ励起信号は、コントローラ２６の論理中央処理ユニット５０からの複数の入力を受けるＤＡ変換器４８によって発生する。コントローラ２６は、流体状態監視機能とレベル検出機能の両方のための励起信号を発生する回路を含んでいる。論理ＣＰＵ５０は、また、ライン３９への自動レンジゲイン制御信号を供給する。
【００２２】
図１及び図３において、駆動基準信号が結合点４４からコントローラ２６に設けられたマルチプレクサ５２の基準入力に供給される。ライン３８に沿ってレベル検出信号が、マルチプレクサ５２の個別入力に加えられる。マルチプレクサ５２は、ライン５４に沿って感知された温度の入力を、プローブ２２に隣接して流体内に浸された温度センサから受取る。
【００２３】
オン端子に対向するスイッチＳＷ１、ＳＷ２のサイド端子は、それぞれ、図１に示すように接地されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２の共通切換端子は、図１に示すように、論理ＣＰＵ５０からライン５６に沿ってモード制御切換信号出力によってそれぞれリレー５５を介して制御される。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、機能説明のために図１において機械式スイッチとして説明されることが理解できるであろう。しかし、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切換機能は、好ましくは電気的に実行され、所望であれば、コントローラ２６内に組み込むことができる。
【００２４】
マルチプレクサ５２は、ＡＤ変換器５８に出力を供給し、論理ＣＰＵ５０に入力を供給する。論理ＣＰＵ５０は、また、コントローラ２６内のプログラムメモリＲＯＭ６０とメモリＲＡＭ６２に接続されている。論理ＣＰＵ５０は、通信インターフェース６４に接続され、好ましくはコントローラ２６から離れて配置される警報／ディスプレイ７０にライン６６に沿って出力を供給する。ユーザ起動信号７２は、ライン７４に沿って通信インターフェース６４の入力に供給される。
【００２５】
図４において、プローブの変形例が参照符号１２２で示されている。このプローブは、チューブ形状を有する上側励起電極１２８を含み、この電極は、外側円筒のチューブケーシング１２９内のブロック１２５上に取り付けられている。チューブ形状の下側励起電極１３０は、下側ブロック１２７に取り付けられ、そこからケーシング１２９内で上方に伸びて上側励起電極１２８と間隔を置いて配置されている。
【００２６】
電流検出電極１３２は、チューブ形状で、電極１２８,１３０を取り囲んでいる。電流検出電極１３２は、シールドされたリード線３４によって電気接続されるブロック１２５を貫通して上方に伸びる部分１３２ａを有する。
【００２７】
下側励起電極１３０は、この電極に接続されるリード線１３３を有しており、このリード線は、ブロック１２５を貫通して上方に伸びてリード線４２に接続する。同様に、上側励起電極１２８は、ブロック１２５を貫通して上方に伸びる部分１２８ａを有する。この部分は、リード線４０に接続される。図４のプローブ１２２は、励起電極及び検出電極を同軸配置している。
【００２８】
図５において、別の実施形態のプローブ２２２が示されており、このプローブは、中空チューブの支持体２２３上に配置された複数の電極を有する。この支持体は、容器２４内の液体内に浸されていることが理解できるであろう。
【００２９】
プローブ２２２は、図５において、支持体２２３の長さを下方に伸ばした寸法”Ｐ”で示されたピッチで支持体２２３上に螺旋状に巻かれたワイヤ２３２からなる電流検出電極を有する。ワイヤ形状の上側励起電極は、支持体２２３上に対応するピッチＰで巻かれ、かつワイヤ２３２から、図５において参照符号”Ｓ”で示された均一な距離だけ離れている。そして、ワイヤ２２８が、電流検出電極２３２のほぼ中間点まで下方に伸びて、このワイヤは終端する。また、ワイヤ形状の下側励起電極は、螺旋状に支持体上にピッチ”Ｐ”で巻かれ、かつ距離Ｓだけ電流検出電極２２８と離れた関係となり、電流検出電極２３２の下側端部に至る距離まで下方に伸びている。
【００３０】
上側励起電極２２８は、その上端部にリード線４０が接続され、下側励起電極２３０は、支持体２２３内に設けた開口２２５を通って伸び、かつ支持体チューブ２２３を通って上方に伸びるリード線２４２に接続されている。電流検出電極２３２は、その上端部がシールドされたリード線３４’で接続され、このリード線が、電流電圧変換器３６に接続されていることがわかるであろう。
【００３１】
動作時において、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、図１の実線で示された位置に移動される。各々の共通コネクタがオン端子に接続されて、流体状態を監視する作動モードになる。
【００３２】
流体レベル検出機能の作動モードに対しては、スイッチＳＷ１は、リモートモードの制御切換信号によって図１の破線で示される接地されたサイド端子の位置に移動する。励起電流は、スイッチＳＷ２を介して下側電極に印加され、そして、電極３２において検出された電流は、コントローラ２６によって決定される。リモートモード制御切換信号は、スイッチＳＷ１をオン位置に戻し、スイッチＳＷ２を接地位置に移動させる。そして、電極２８は、スイッチＳＷ１を介して励起され、検出された電流が電極３２において決定される。論理ＣＰＵは、電極２８、３０の個々の励起によって検出された電流の割合を決定する。この割合は、油タンクを完全に満たす液体レベルを表す電流値の１：１の割合に関して流体内に浸された電極間の割合を決定するために用いられる。
【００３３】
燃料レベルが両方の電極より下方にある場合、そのとき得られる電流値は、所定のスレッショルド値以下であり、システムは、これを欠陥であると判定する。さらに、位相シフトが増加する。
【００３４】
このように、本発明は、独特でかつ新規な流体状態監視プローブを提供し、このプローブは、中間点で分割された励起電極を有し、電極の上側部分と下側部分を交互に駆動することができ、検出された電流の割合を用いて、流体に浸された２つの電極の比率を決定し、これにより流体レベルを決定する。一方、流体監視機能は、励起電極の上側部分及び下側部分の共通励起部分によって実行されることから、同一の電極配置を用いて両方の機能を実現できる。
【００３５】
本発明は、例示した実施形態に関して述べてきたが、本発明は、他の修正及び変更が可能であり、特許請求の範囲に記載の事項によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係るレベル検出機能と流体監視機能を結合したシステムを図示した概略図である。
【図２】図２は、図１のシステムに用いる平面アレー内の検出プローブを示す図である。
【図３】図３は、図１のシステムに用いる電気制御機能のブロック図である。
【図４】図４は、図１のシステムに用いる検出プローブの変形例を示す断面図である。
【図５】図５は、図１のシステムに用いる検出プローブの別の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の流体監視システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
２０  システム
２２  センサープローブ
２４  油タンク
２６  電気コントローラ
２８,３０  励起電極
３２  電流検出電極
１２２、２２２  プローブ
１２８、１３０  励起電極
１３２  電流検出電極
【図１】
2005501244.tif 000003
【図３】
2005501244.tif 000004
【図６】
2005501244.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2005501244.tif 000006
2005501244.tif 000007
2005501244.tif 000008
2005501244.tif 000009
2005501244.tif 000010
2005501244.tif 000011
2005501244.tif 000012
2005501244.tif 000013
2005501244.tif 000014
2005501244.tif 000015
2005501244.tif 000016
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2005501244.tif 000019
2005501244.tif 000020
2005501244.tif 000021
2005501244.tif 000022
2005501244.tif 000023
2005501244.tif 000024
【国際調査報告】
2005501244.tif 000025
2005501244.tif 000026