专利名称：液态检测部件及液态检测传感器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种液态检测部件及使用该部件的液态检测传感器。
背景技术：
例如，用于减少由柴油动力机动车排出的氮氧化物(NOX)的废气净化装置可使用NOX选择性催化还原(SCR)系统。该SCR系统使用尿素水溶液作为还原剂。已知用32.5wt％尿素浓度的尿素水溶液对于进行这种还原反应是有效的。然而，由于随时间进程而变化等原因造成了置于柴油动力机动车上的尿素水溶液罐中所含有的尿素水溶液的尿素浓度发生变化，并且，不同的溶液(例如，轻油)、水等可能误混入了尿素水溶液罐中。在这种情况下，为控制尿素水溶液罐中的液体状态(尿素水溶液中的尿素浓度)，提出了液态检测传感器(尿素浓度检测装置)(例如，参见专利文献1)。
日本专利申请公开号(kokai)No.2005-84026。
专利文献1的尿素浓度测定装置包括具有层叠结构部件(薄膜片)的间接加热浓度测定部分，其中基底、温度感测部件、绝缘层、发热部件和保护层按顺序叠放。在该尿素浓度测定装置中，使发热部件通电一段预定的时间。基于发热部件通电之前和之后由温度感测部件所测定的发热部件温度的变化，确定尿素的浓度。具体的，由于尿素水溶液中尿素浓度的不同引起尿素水溶液热容量的差异，尿素浓度的差异引起了发热部件温度变化的差异。这样，通过测定发热部件温度的变化确定尿素浓度。
发明内容
然而在专利文献1中的尿素浓度测定装置中，为避免尿素水溶液进入该部件(薄膜片)，该部件(薄膜片)上模压(mold)有树脂。在该尿素浓度测定装置中，由于树脂的热导率低，将热传导到尿素水溶液中很困难。这样，用树脂模压该部件(薄膜片)导致了尿素水溶液难于升温。因此，由尿素水溶液中尿素浓度的差异造成的温度感测部件温度变化的差异就不可能升高。也就是说，专利文献1中的尿素浓度测定装置未能发挥该部件(薄膜片)的良好灵敏度，并由此不能精确测定尿素浓度。
相反，本发明的发明者研制了一种具有液态检测部件(以下仅称为“部件”)的液态检测传感器，具有如下设计发热电阻器密封在由第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层构成层叠结构的陶瓷基底中(参见日本专利申请No.2005-200808)。将发热电阻器密封在陶瓷层叠材料中减小了液体进入该部件的风险。这样，该部件可以直接浸入液体中。因而，与专利文献1中用树脂模压而成的部件相比，灵敏度提高了。
近几年，增加了对具有更高灵敏度的液态检测部件的需求。覆盖发热电阻器的陶瓷绝缘层越薄，由陶瓷绝缘层带走的热量减少就越大；即，传导到液体的热量可能就越多，因而提高了液态检测部件的灵敏度。然而随陶瓷绝缘层厚度的减小，部件的机械强度(此后称为“强度”)将降低。这样，使用该部件的液态检测传感器就不能显示良好的可靠性。
特别是，当用于形成该部件的陶瓷基底直接与液体接触用于检测液体状态时，如果该部件处于液体冻结的温度条件下，反复给发热电阻器通电和断电伴随着在该部件周围的液体反复融化和冻结。所伴随的液体(固体)体积的巨大变化给该部件施加了巨大的力。为避免该部件破裂，部件的强度不能过分降低。
本发明已考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种显示良好灵敏度同时具有适当强度的液态检测部件，和一种防止液态检测部件破裂并可精确检测液体状态的液态检测传感器。
用于解决上述技术问题的装置是一种液态检测部件，包括不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间并具有随其温度变化的电阻值的发热电阻器。随着将液态检测部件浸入液体中并给发热电阻器通电，发热电阻器输出与液体状态相关的输出信号。第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。
本发明的液态检测部件使用电阻随其温度变化的发热电阻器。因此，通过给发热电阻器通电，根据液体的状态液态检测部件产生相应于发热电阻器阻值的输出信号。在该信号的基础上确定液体的状态。
同时，在本发明的液态检测部件中，用于将发热电阻器不透液体地密封在其中的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层的厚度是不同的；具体的，第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄。对于给定总厚度的部件，例如与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本发明的液态检测部件显示更好的灵敏度同时具有类似的强度。可以理解这是由于下述原因造成的。
覆盖发热电阻器的陶瓷绝缘层越薄，由陶瓷绝缘层带走的热量减少就越大；即，传导到液体的热量可能就越多。对于给定总厚度的部件，例如与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本发明的液态检测部件使得热更稳定地通过第一陶瓷绝缘层传导到液体中。因而，发热电阻器的温度对液体状态(例如，液体中一定组分的浓度)更灵敏。这是由于液体状态(例如，液体中一定组分的浓度)的差异引起了热量向液体传导的差异。
因而，本发明的液态检测部件中，由液体状态的差异而导致的发热电阻器电阻的差异变得更大；因而，由发热电阻器输出的输出信号的差异就变大了。也就是说灵敏度提高了。这样，对于给定总厚度的部件，与第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本发明的液态检测部件显示了更高的灵敏度同时具有类似的强度。
因而，本发明的液态检测部件显示了良好的灵敏度同时具有适宜的强度。
优选的，在上述液态检测部件中，发热电阻器设定为弯曲形状，包括大量彼此平行的直线部分及大量连接部分，每一连接部分连接相邻的平行直线部分，平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层厚度的间隔设置。
通过这种将发热电阻器的平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层表面和平行直线部分之间距离(也就是第一陶瓷绝缘层厚度)的间隔设置方式，第一陶瓷绝缘层表面上的温度分布变化可以变得较小，因而减小液体加热的不均匀性。由于该特征与由第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄而产生的效果相结合，可更精确地检测液体状态。
值得注意的是，不特定地限定每一平行直线部分的形状，只要大量直线部分彼此平行延伸即可。例如，直线部分或曲线部分可彼此平行延伸。
优选的，在上述液态检测部件中，陶瓷基底的外表面包括与液体相接触的接触区。
如上所述，本发明的液态检测部件显示了适宜的强度。这样，甚至当将该部件置于使液体冻结的温度条件下并给发热电阻器反复通电断电时，也能够有效避免部件的破损。陶瓷基底与液体直接接触加速了将热通过薄的第一陶瓷绝缘层传导到液体中，因而最大化地提高了灵敏度。
优选的，在任一上述的液态检测部件中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层是由同样的材料制成的。
由同样材料制成的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层具有相同的热膨胀系数。因而，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层随温度膨胀或收缩至相似程度，由此避免了该液态检测部件的应变和破裂，否则会由于第一和第二陶瓷绝缘层之间的膨胀/收缩的差异产生这种应变和破裂。因此，本发明的液态检测部件的损坏较大程度地得到了抑制。
优选的，在任一上述的液态检测部件中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层通过同时焙烧而形成。
通过同时焙烧形成第一陶瓷绝缘层和第二绝缘层提高了第一和第二陶瓷绝缘层之间的结合强度。这样改善了将发热电阻器密封在陶瓷基底中的条件，因而加强了该液态检测部件的可靠性。
优选的，在任一上述的液态检测部件中，与发热电阻器电连接的连接导体贯穿第一陶瓷绝缘层的厚度，通过该连接导体输出该输出信号。
在连接导体与发热电阻器电连接形成的过程中，沿陶瓷基底厚度的方向，连接导体以如下方式形成贯穿薄的第一陶瓷绝缘层的厚度，由此减少用于形成连接导体的材料量。这样降低了液态检测部件的成本。
优选的，在任一上述的液态检测部件中，液体是尿素水溶液。
将本发明的液态检测部件浸入尿素水溶液中。将作为NOX还原试剂的该尿素水溶液放置于例如柴油动力机动车的液体容器中。在低温环境下，如在冬天，尿素水溶液会冻结。在这种低温环境下，重复给浸入尿素溶液中的液态检测部件的发热电阻器通电断电，使得该液态检测部件周围的尿素水溶液反复融化冻结。所伴随的尿素水溶液体积的巨大变化会对液态检测部件产生巨大的力。
如前所述，本发明的液态检测部件具有适宜的强度并显示了良好的灵敏度。这样，当本发明的液态检测部件在低温环境下使用的过程中，该部件不会破损并可精确检测尿素水溶液的状态，上述破损由尿素水溶液状态的变化(冻结及融化)引起。
解决上述技术问题的另一装置是包含液态检测部件和检测部分的液态检测传感器。该液态检测部件包括具有第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层的层叠结构形式的陶瓷基底，和不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间并具有随其温度变化阻值的发热电阻器。将该液态检测部件浸入液体中。检测部分基于通电的发热电阻器根据其电阻所输出的输出信号检测液体的状态。第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。
该液态检测传感器具有包含发热电阻器并浸入液体中的液态检测部件，该电阻器的电阻随其温度而变化。这样，通过给发热电阻器通电，液态检测部件相应于发热电阻器的电阻产生输出信号。基于该信号，液态检测传感器确定液体的状态。
同时，在本发明的液态检测传感器的液态检测部件中，用于将发热电阻器不透液体地密封在其间的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层的厚度是不同的；具体的，第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄。对于给定总厚度的部件，例如与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本发明的液态检测传感器的液态检测部件显示更好的灵敏度同时具有类似的强度。这是由于上述原因造成的。因而，本发明的液态检测传感器的液态检测部件显示了良好的灵敏度，同时具有适宜的强度。
这样，在本发明的液态检测传感器中，液态检测部件不可能破裂。同时，液态检测传感器可精确测定液体的状态。
通电的发热电阻器根据其电阻输出的“输出信号”示例包括由施加恒定电流给发热电阻器而产生的“电压”，及由施加恒定电压给发热电阻器而产生的“电流”。
优选的，在上述液态检测传感器中，发热电阻器设定为弯曲形状，包括大量彼此平行的直线部分及大量连接部分，每一连接部分连接相邻的平行直线部分，平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层厚度的间隔设置。
通过这种将发热电阻器的平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层表面与平行直线部分之间距离(也就是第一陶瓷绝缘层厚度)的间隔设置方式，第一陶瓷绝缘层表面上的温度分布变化可以变得较小，因而减小液体加热的不均匀性。由于该特征与由第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄而产生的效果相结合，可更精确地检测液体的状态。
优选的，在上述液态检测传感器中，陶瓷基底的外表面包括与液体接触的接触区。
在本发明的液态检测传感器中，液态检测部件可显示如上所述的适宜的强度。这样，即使当将该部件置于使液体冻结的温度条件下并给发热电阻器反复通电断电时，也能够有效避免部件的破损。陶瓷基底与液体直接接触加速了将热量通过薄的第一陶瓷绝缘层传导到液体中，因而最大化地改善了灵敏度。
优选的，在任一上述的液态检测传感器中，液态检测部件是这样构成的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层是由同样的材料制成的。
由同样材料制成的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层具有相同的热膨胀系数。因而，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层随温度膨胀或收缩至类似程度，由此避免了该液态检测部件的应变和破裂，否则可能会由于第一和第二陶瓷绝缘层之间的膨胀/收缩的差异产生这种应变和破裂。因此，本发明的液态检测传感器的设置使得该液体检测部件的损坏较大程度地得到了抑制。
优选的，在任一上述的液态检测传感器中，液态检测部件是这样构成的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层通过同时焙烧而形成。
通过同时焙烧形成第一陶瓷绝缘层和第二绝缘层提高了第一和第二陶瓷绝缘层之间的结合强度。这样改善了将发热电阻器密封在陶瓷基底中的条件，因而加强了该液态检测部件的可靠性进而加强了液态检测传感器的可靠性。
优选的，在任一上述的液态检测传感器中，液态检测部件如下设置使得与发热电阻器电连接的连接导体贯穿第一陶瓷绝缘层的厚度，以便于通过该连接导体输出该输出信号。
在连接导体与发热电阻器电连接形成的过程中，沿陶瓷基底厚度的方向，连接导体以如下方式形成贯穿薄的第一陶瓷绝缘层的厚度，由此减少用于形成连接导体的材料量。这样降低了液态检测部件的成本，进而降低了液态检测传感器的成本。
优选的，在任一上述液态检测传感器中，检测部分为发热电阻器通电一段预定的时间，在预定时期内的不同时间，相应于发热电阻器各电阻值获得第一相应值和第二相应值，并基于第一相应值和第二相应值确定至少溶液中某种组分的浓度。
通过对检测部分应用上述设计，可精确地获得发热电阻器温度升高的程度，由此可稳定地检测液体中某种组分的浓度。
值得注意的是，相应于发热电阻器各电阻值的“第一相应值”和“第二相应值”可以是同样单位的值，其示例包括电压、电流及还原为温度的值。通过使用例如第一和第二相应值之间的差或第一和第二相应值之间的比率可检测液体中某种组分的浓度。
优选的，上述液态检测传感器进一步包括具有第一和第二电极的液位传感器，第一和第二电极形成电容值随液位变化的电容器，液态检测部件以隔离状态与该液位检测器结合。
在本发明的液态检测传感器中，根据电容变化测定液位的液位检测器和液态检测部件彼此以隔离状态结合。通过这种将该液位检测精确度相对较高的电容操纵的液位检测器与液态检测部件相结合的方式，单个传感器可精确检测液位及液体中某种组分的浓度。
优选的，在任一上述的液态检测传感器中，液体是尿素水溶液。
本发明的液态检测传感器适于检测尿素水溶液的状态。将作为NOX还原试剂的该尿素水溶液放置于例如柴油动力机动车的液体容器中。在低温环境下，如在冬天，尿素水溶液会冻结。在这种情况下，反复给液态检测部件的发热电阻器通电断电导致该液态检测部件周围的尿素水溶液反复融化冻结。尿素水溶液体积的相关巨大变化会对液态检测部件产生巨大的力。
在本发明的液态检测传感器中，如前所述，该液态检测部件具有适宜的强度并显示良好的灵敏度。这样，在低温环境下，本发明的液态检测传感器不会产生液态检测部件的破损并可精确检测尿素水溶液的状态，上述破损由尿素水溶液状态的变化(冻结及融化)引起。
根据实施例的液态检测传感器100的竖直局部剖视图。
根据实施例的液态检测部件110的剖面图。
用于说明液态检测部件110内部的示意图。
显示液态检测传感器100电路设计的框图。
显示在通电时间发热电阻器117电压V示例性变化的曲线图。
显示陶瓷绝缘层厚度与灵敏度(ΔV差分/V1)之间关系的曲线图。
附图标记说明100液态检测传感器110液态检测部件111第一陶瓷绝缘层112第二陶瓷绝缘层113连通导体(连接导体)117发热电阻器160检测部分181陶瓷基底10外部管状电极(第一电极)20内部管状电极(第二电极)具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。图1是根据本实施例的液态检测传感器100的竖直局部剖视图。如图1所示，液态检测传感器100包括液态检测部件110、外部管状电极10、内部管状电极20、检测部分160、装配部40。在液态检测传感器100中，沿轴C观察，朝向液态检测部件110的一侧是前端侧，朝向检测部分160的一侧是后端侧。如图4所示，在本实施例的液态检测传感器100中，其前端部分浸在置于尿素水溶液罐98中的尿素水溶液L中，由此可检测尿素水溶液L的状态。
装配部40由金属制成并具有在其中形成的螺栓通孔(未示出)以使得相应的螺栓插入其中。通过将装配螺栓插入装配部40的螺栓通孔中，可将该液态检测传感器100装配于尿素水溶液罐98上(参见图4)。
外部管状电极10由金属制成，设定为圆柱形，并从液态检测传感器100的前端侧向后延伸，其轴与轴C一致。外部管状电极10在其后端部12处焊接于装配部40上。装配部40与该检测部分160的部件，即接线板60以如下方式相连使得装配部40具有与接线部分(未示出)相同的电位，即具有接地电位。因而，焊接于装配部40的外部管状电极10具有接地电位。
内部管状电极20由金属构成，设定为直径比外部管状电极10小的圆柱形，并且其设置使得其轴与轴C保持一致。该内部管状电极20在外部管状电极10的内部从该液态检测传感器100的前端侧向后延伸。虽未指明，该内部管状电极20在其后端部与装配部40经绝缘部件固定连接。内部管状电极20与该检测部分160的组件，即接线板60电连接。在内部管状电极20上施加电压。与尿素水溶液L接触的该内部管状电极20的外表面由含氟的树脂绝缘膜23包被。
如图2所示，液态检测部件110包括第一陶瓷绝缘层111、第二陶瓷绝缘层112和置于其间的导体层118。详细的，通过同时焙烧形成该液态检测部件110，以使得将该导体层118不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112之间。由此，即使在将该液态检测部件110直接浸入尿素水溶液L中时，导体层118也不会由于尿素水溶液L进入液态检测部件110而导致短路。将液态检测部件110直接浸入尿素水溶液L中，其前端部(陶瓷基底181)的外表面作为与尿素水溶液L相接触的接触区S(参见图1)。由此，与用树脂模压而成的部件相比，该液态检测部件110显示了更好的灵敏度。
第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112由铝氧土制成并设定为矩形片状。第一和第二陶瓷绝缘层111和112堆叠为单个陶瓷基底181。然而，在本实施例中，如图2所示，第一陶瓷绝缘层111的厚度比第二陶瓷绝缘层112的小。具体的，例如优选第一陶瓷绝缘层111的厚度为0.27mm，而第二陶瓷绝缘层112的厚度为0.39mm。
优选的，当要增强该部件的强度时，仅使第二陶瓷绝缘层112的厚度增加而第一陶瓷绝缘层111的厚度保持不变。虽然通过增加该部件的总厚度使该部件的强度得以加强，但通过使第一陶瓷绝缘层111的厚度保持不变可使得通过第一陶瓷绝缘层111将热量向尿素水溶液的传导基本保持不变，从而抑制了该部件灵敏度的下降。具体的，例如使用厚度为0.27mm的第一陶瓷绝缘层111和厚度为0.59mm或0.80mm的第二陶瓷绝缘层112，可增强该部件的强度而使该部件的灵敏度下降得到抑制。
导体层118含有Pt作为主要成分，并包括如图3所示的第一导线部115、第二导线部116和连接到其上的发热电阻器117。发热电阻器117具有多个在第二陶瓷绝缘层112的纵向(在图3的竖直方向)上相互平行延伸的平行直线部分117b和弓形连接部分117c，每一个弓形连接部分以改变方向的方式连接相邻的平行直线部分117b。发热电阻器117作为一个整体设定为弯曲的线状，其横截面积小于第一导线部115和第二导线部116的横截面积。因而，当给导体层118通电时，热量主要产生在发热电阻器117中。发热电阻器117随其温度变化其电阻值。
同时，根据本实施例，在发热电阻器117中，多个平行直线部117b在第二陶瓷绝缘层112的横向(图3中的左右方向)上所设置的间隔P为0.15mm。具体的，平行直线部117b之间的间隔P小于第一陶瓷绝缘层111的厚度(0.27mm)，该第一陶瓷绝缘层111的厚度小于第二陶瓷绝缘层112的厚度。
通过将发热电阻器117的主要发热部分即平行直线部分117b之间的间隔P设置得小于平行直线部分117b与同尿素水溶液L相接触的第一陶瓷绝缘层111的表面111c之间的距离(即第一陶瓷绝缘层111的厚度)，在第一陶瓷绝缘层111的表面111c上的温度分布变化会较小，从而减小了在液态检测部件110周围的尿素水溶液L加热过程中的不均匀性。这样，可精确检测尿素水溶液L的状态。
进而，如图2所示，第一陶瓷绝缘层111在相应于导体层118的位置上(具体的，第一导线部115和第二导线部116)具有两个贯穿其厚度(在图2中的左右方向上)的通孔111b。该通孔111b由各自的连通导体113填充。与各自的连通导体113电连接的方形连接垫114形成于第一陶瓷绝缘层111的表面111c上。
导体119连接于各连接垫114上(参见图1)。如图1所示，通过贯穿内部管状电极20的导线90使导体119和检测部分160(接线板60)电连接在一起。这样，就将液态检测部件110的发热电阻器117电连接到检测部分160(接线板60)上。与发热电阻器117电连接的连通导体113相应于本发明的“连接导体”。连接导体不限于填充到通孔111b中的连通导体，而是可以设定为形成于通孔111b的壁上的导体。替代第一陶瓷绝缘层111，第二陶瓷绝缘层112也可具有连通导体113，该连通导体可通过贯穿于其厚度的方式设置于绝缘层之中。然而，如果设置在比第二陶瓷绝缘层112薄的第一陶瓷绝缘层111中，可以减少用于形成连通导体113的材料，从而降低液态检测部件110的成本。
如此设置的液态检测部件110通过固定件125和126由支承件120支承，同时贯穿经环状密封件127与内部管状电极20相连的绝缘管状支承件120，该固定件由填充于支承件120中的绝缘粘合剂形成。液态检测部件110中在设置发热电阻器117的部分(陶瓷基底181的外表面)从支承件120向前凸出(在图1中向下)以使得浸入尿素水溶液中。
固定于外部管状电极10上的管状橡胶套筒80固定着支承件120，支承件120以如下方式将液态检测部件110支承于内部管状电极20上使得该液态检测部件110不会沿轴C移动。填充于支承件120中的固定件125和126避免了尿素水溶液L进入内部管状电极20的内部。环绕并保护该液态检测部件110的保护器130连接于支承件120上。保护器130具有多个通孔用于使尿素水溶液L在其内部和外部之间流动。在本实施例中以此方式，将该绝缘支撑件120连接于内部管状电极20的前端部，该支承件120经橡胶套筒80固定于外部管状电极10上。这样，以绝缘状态由支承件120支持的液态检测部件110以绝缘状态与液位检测器(具体的，作为液位检测器部件的内部管状电极20)相结合，下面将描述该液位检测器。
如图1所示，作为接线板60实现的检测部分160，在其上装配有CPU等部件并设置于保护罩161内。具体的，如图4所示，检测部分160具有微机220、第一检测电路部280、第二检测电路部250、和输入/输出电路部290。
微机220具有CPU221、ROM222、和RAM223，并执行各种控制。输入/输出电路部290控制通信协议以在微机220和ECU(引擎控制单元)之间传输信号。
按照微机220的指令，第二检测电路部250在外部管状电极10和内部管状电极20之间施加预定的AC电压。第二检测电路部250将此时流过的电流转换为电压，并将相关的电压信号输出给微机220。由于外部管状电极10和内部管状电极20之间的电容随外部管状电极10与内部管状电极20之间存在的尿素水溶液L的量而变化，微机220可基于该输出的电压信号确定该尿素水溶液L的液位。在本实施例中，如通过前述说明所理解的，作为第一电极的外部管状电极10及由绝缘膜23包被并作为第二电极的内部管状电极20彼此相反设置，从而形成作为电容器实现的液位检测器，电容器的电容值随液位而变化。
第一检测电路部280具有差分放大器电路部230、恒定电流输出部240和开关260。按照微机220所发出的指令，第一检测电路部280施加恒定的电流给液态检测部件110并相应于发热电阻器117的电阻值将电压信号输出给微机220。
具体的，恒定电流输出部240与发热电阻器117电连接并输出恒定的电流。开关260置于在恒定电流输出部240和发热电阻器117之间延伸的通电线上。按照微机220发出的指令，开关260转换ON/OFF从恒定电流输出部240对发热电阻器117施加电。差分放大器电路部230以检测电压的方式输出发热电阻器117的输入端处的电位Pin与发热电阻器117的输出端处的电位Pout之间的差值给微机220。基于该检测电压，微机220例如可计算尿素水溶液L中的尿素浓度，从而确定尿素的浓度是否适当并可计算该尿素水溶液L的温度。
例如，当尿素水溶液L中的尿素浓度为32.5wt％时，如图5实线所示，发热电阻器117的电压随通电时间而变化。下面参见该示例描述该操作。首先，恒定电流输出部240给发热电阻器117施加恒定的电流。当发热电阻器117一开始通电后(具体的，在发热电阻器117通电开始10msec后)，立即检测相应于发热电阻器117的电阻值而输出并作为第一相应值的电压信号(第一检测电压V1)。然后，在从开始通电经过预定的通电时间t1(例如，t1＝700msec)后，检测相应于发热电阻器117的电阻值而输出并作为第二相应值的电压信号(第二检测电压V2)。
下面，计算V2与V1之间的差ΔV(在该示例中为ΔV1)；即V2-V1。如果ΔV(在该示例中为ΔV1)等于或小于阈值Q(对于各种浓度的尿素水溶液在先已获得的ΔV之中最大的值)，可确定在尿素水溶液罐98中含有尿素水溶液L。进而，根据预定的运算表达式通过计算尿素水溶液中的尿素浓度，可确定该尿素浓度是否适宜。在该示例中，所计算的尿素浓度是32.5wt％；由此，判断该尿素浓度是适宜的。
上述操作是基于以下原理。尿素水溶液L中的尿素浓度的差异引起尿素水溶液L热导率的差异。这样，当通过发热电阻器117加热尿素水溶液L时，尿素浓度的差异引起尿素水溶液L升温率的差异。因而，尿素水溶液L升温率(即，尿素水溶液L的浓度)影响浸于尿素水溶液L中的液态检测部件110的发热电阻器117的温度升高。
如前所述，发热电阻器117随其温度变化电阻值。因而，在将恒定的电流施加于发热电阻器117一段预定的时间后，尿素水溶液L中的尿素浓度差、液体类型的差异等等引起该发热电阻器117电阻值的差异。这样，当将恒定的电流施加于发热电阻器117预定的通电时间t1后，尿素水溶液L中的尿素浓度差异等等引起第一检测电压V1和第二检测电压V2之间的差ΔV即V2-V1的差异。因而，基于ΔV，可确定尿素水溶液L中的尿素浓度或液体类型。
在通电开始后立即测定的发热电阻器117的温度基本等于存在于液态检测部件110(发热电阻器117)周围的尿素水溶液L的温度。这样，在通电开始后立即测定的发热电阻器117的电阻值相应于液态检测部件110(发热电阻器117)周围的尿素水溶液L的温度。从而，通过使用第一检测电压V1，可确定尿素水溶液L的温度。
同时，当ΔV超过阈值Q时，显示在尿素水溶液罐98中不含有适宜的尿素水溶液。具体的，当在尿素水溶液罐98中含有不同于尿素水溶液L的液体(特别是轻油等)时，ΔV超过阈值Q。当尿素水溶液罐98空着时，ΔV增加得更多。
这样，通过基于当尿素水溶液罐98空着时所获得的ΔV预先设定阈值R，当所测定的ΔV超过阈值Q并进一步超过阈值R时，判断该尿素水溶液罐98为空的。当所测定的ΔV在阈值Q与阈值R之间时，可判定尿素水溶液罐98不空但所含的液体(轻油等)的热导率低于适当的尿素水溶液L的热导率。以该方式，甚至可检测尿素水溶液罐98非正常的状态。值得注意的是，这种非正常状态检测是一种尿素水溶液L的状态检测。
在基于发热电阻器117的电阻值变化所生成的ΔV而确定尿素水溶液L中的尿素浓度的方法中，由尿素水溶液L浓度的差异所产生的发热电阻器117的电阻差越大(即液态检测部件的灵敏度越高)，ΔV差值增加得就越大；结果可精确测定尿素水溶液L中的尿素浓度。
覆盖发热电阻器117的第一和第二陶瓷绝缘层111和112越薄，由陶瓷绝缘层带走的热量减少就越大；即传导到尿素水溶液L的热量可能越多，从而加强了液态检测部件110的灵敏度。然而，当第一和第二陶瓷绝缘层111和112的厚度减小时，液态检测部件110的机械强度降低。
具体的，由于本实施例的液态检测部件110浸入尿素水溶液L中，在使尿素水溶液L冻结的低温条件下，反复使尿素水溶液L融化冻结伴随着反复使发热电阻器通电断电。所伴随的尿素水溶液L体积的巨大变化对部件110(换句话说，与尿素水溶液L相接触的部件110的陶瓷基底181的接触区S)施加巨大的力。这样，在保持预定强度的情况下同时加强了灵敏度。
因而，为检验灵敏度和强度，制备了六种具有不同陶瓷绝缘层厚度的液态检测部件(试样1-6)。试样1-6使用了相似的发热电阻器117。
试样1-3是根据本实施例制备的液态检测部件110的试样。
在试样1中，第一陶瓷绝缘层111的厚度为0.27mm，第二陶瓷绝缘层112的厚度为0.39mm。
在试样2中，第一陶瓷绝缘层111的厚度为0.27mm，第二陶瓷绝缘层112的厚度为0.59mm。
在试样3中，第一陶瓷绝缘层111的厚度为0.27mm，第二陶瓷绝缘层112的厚度为0.80mm。
如上所述，根据本实施例，第一陶瓷绝缘层111比第二陶瓷绝缘层112薄。
试样4-6是根据比较例制备的液态检测部件的试样。
在试样4中，第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112的厚度都是0.27mm。
在试样5中，第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112的厚度都是0.39mm。
在试样6中，第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112的厚度都是0.59mm。
如上所述，根据比较例，第一陶瓷绝缘层111和第二陶瓷绝缘层112具有相同的厚度。
试样1-6用于检验灵敏度。具体的，将具有各试样1-6的液态检测传感器浸入尿素浓度为32.5wt％的尿素水溶液L中并通过前述方法(参见图5)用于测定ΔV(被检测的ΔV称为ΔV1)。同样，将液态检测传感器浸入尿素浓度为0wt％的水中并用于测定ΔV(被检测的ΔV称为ΔV2)。对于所有试样1-6对发热电阻器117通电的时间t1都是700msec。
下面，计算ΔV1与ΔV2之间的差分ΔV；即ΔV1-ΔV2。差分ΔV越大，灵敏度越好。由于在制作发热电阻器117的过程中产生的制造误差可能引起发热电阻器117之间自然阻抗的细小差异，用通过将差分ΔV除以第一检测电压V1(ΔV差分/V1)所获得的修正值来比较试样之间的灵敏度。图6显示了结果。
根据比较例的试样4(0.27mm+0.27mm)显示了最高的ΔV差分/V1值，说明试样4具有很好的灵敏度。然而，试样4具有强度问题。具体的，由于总厚度只有0.54mm，在尿素水溶液L冻结这样的低温条件下试样4具有破损的危险。
通过对比根据本实施例的试样1(0.27mm+0.39mm)显示了比试样4稍小但几乎相等的ΔV差分/V1值，说明试样1具有很好的灵敏度。进而，由于试样1的厚度为0.66mm，比试样4的厚度大0.12mm，其强度得以增加。因而，甚至在尿素水溶液L冻结这样的低温条件下试样1也不会破损。
下面，在根据本实施例的液态检测部件100和根据比较例的液态检测部件之间比较灵敏度(ΔV差分/V1)，这些液态检测部件具有相同的总厚度。由于根据本实施例及比较例的液态检测部件是同时焙烧形成的，应当说具有相同厚度的液态检测部件具有基本相同的强度。
首先，将总厚度为0.66mm的试样1(本实施例)与总厚度为0.66mm的比较例试样进行比较。为进行这种比较，在图6中用标记“o”表示的假想试样7(第一和第二绝缘层111和112的厚度都是0.33mm)假定为具有总厚度0.66mm的比较例的试样。如图6所示，尽管本实施例的试样1和比较例的假想试样7具有同样的厚度，试样1的ΔV差分/V1比假想试样7的大。也就是说，尽管都具有相似的强度，本发明实施例的试样1比比较例的假想试样7的灵敏度高。
下面，将总厚度为0.86mm的试样2(本实施例)与总厚度为0.86mm的比较例试样进行比较。为进行这种比较，在图6中用标记“o”表示的假想试样8(第一和第二绝缘层111和112的厚度都是0.43mm)假定为具有总厚度0.86mm的比较例的试样。如图6所示，尽管本实施例的试样2和比较例的假想试样8具有同样的厚度，试样2的ΔV差分/V1比假想试样8的大。也就是说，尽管都具有相似的强度，本发明实施例的试样2比比较例的假想试样8的灵敏度高。
进而，将总厚度为1.07mm的试样3(本实施例)与总厚度为1.07mm的比较例试样进行比较。为进行这种比较，在图6中用标记“o”表示的假想试样9(第一和第二绝缘层111和112的厚度都是0.535mm)假定为具有总厚度1.07mm的比较例的试样。如图6所示，尽管本实施例的试样3和比较例的假想试样9具有同样的厚度，试样3的ΔV差分/V1比假想试样9的大。也就是说，尽管都具有相似的强度，本实施例的试样3比比较例的假想试样9的灵敏度高。
上述结果显示，对于一定总厚度的部件，第一陶瓷绝缘层111比第二陶瓷绝缘层112薄的液态检测部件100，其灵敏度优于第一和第二陶瓷绝缘层111和112具有相等厚度的部件。也就是说，对于一定总厚度的部件，与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比，本实施例的液态检测部件100显示了更好的灵敏度同时具有相似的强度。因此，本实施例的液体状态检测部件100在具有适宜强度的同时显示了良好的灵敏度。
虽然本发明是参照实施例进行的描述，本发明并不受其限制，相反，在不背离本发明的主旨或范围的前提下，可进行适宜的变化。
例如，在实施例的液态检测传感器100中，将外部管状电极10和内部管状电极20设置为用于检测尿素水溶液L的液位。然而，也可不设置外部管状电极10和内部管状电极20。在这种情况下，优选不进行前述对尿素水溶液非正常状态的检测。
在实施例的液态检测传感器100中，包括发热电阻器117的导体层118由含Pt作为主要成分的材料形成。然而，导体层118的材料并不限于此，而是可含有W、Mo等作为主要成分。同时，导体层118可含有痕量的用于形成第一、第二陶瓷绝缘层111和112的陶瓷成分(在本实施例中是铝氧土)。
权利要求
1.一种液态检测部件，包括层叠结构形式的陶瓷基底，包括第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层；和发热电阻器，不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间，并且其电阻值随其温度变化；将该液态检测部件浸入液体中并给发热电阻器通电，发热电阻器输出与液体状态相关的输出信号；其中，第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。
2.根据权利要求1的液态检测部件，其中，陶瓷基底的外表面包括与液体接触的接触区。
3.根据权利要求1或2的液态检测部件，其中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层由同样的材料制成。
4.根据权利要求1-3任一的液态检测部件，其中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层通过同时焙烧形成。
5.根据权利要求1-4任一的液态检测部件，其中，与发热电阻器电连接的连接导体贯穿第一绝缘层的厚度，并且输出信号通过该连接导体输出。
6.根据权利要求1-5任一的液态检测部件，其中，液体是尿素水溶液。
7.一种液态检测传感器，包括液态检测部件，其包括层叠结构形式的陶瓷基底，包括第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层；和发热电阻器，不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间，并且其电阻值随其温度变化；该液态检测部件浸入到液体中；及用于基于输出信号检测液体状态的检测部分，该输出信号由发热电阻器根据通电时的电阻值输出；其中，第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。
8.根据权利要求7的液态检测传感器，其中，所述液态检测部件的陶瓷基底的外表面包括与液体接触的接触区。
9.根据权利要求7或8的液态检测传感器，其中，液态检测部件是这样的，其第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层由同样的材料制成。
10.根据权利要求7-9任一的液态检测传感器，其中，液态检测部件是这样的，其第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层通过同时焙烧而形成。
11.根据权利要求7-10任一的液态检测传感器，其中，液态检测部件制成与发热电阻器电连接的连接导体贯穿第一绝缘层的厚度，并且输出信号通过该连接导体输出。
12.根据权利要求7-11任一的液态检测传感器，其中，检测部分给发热电阻器通电一段预定的时间，在预定时段内的不同时间获得相应于发热电阻器各电阻值的第一相应值和第二相应值，并基于该第一相应值和第二相应值至少确定液体中特定组分的浓度。
13.根据权利要求12的液态检测传感器，进一步包括具有第一电极和第二电极的液位检测器，该第一和第二电极形成其电容值随液位变化的电容器，其中，液态检测部件以隔离状态与液位检测器相结合。
14.根据权利要求7-13任一的液态检测传感器，其中，液体是尿素水溶液。
全文摘要
本发明提供一种显示良好灵敏度同时具有适宜强度的液态检测部件，及一种防止液态检测部件破损并可精确检测液体状态的液态检测传感器。本发明的液态检测部件(110)是通过同时焙烧形成的，包括第一陶瓷绝缘层(111)、第二陶瓷绝缘层(112)、和不透液体地密封于第一和第二陶瓷绝缘层之间且其电阻值随其温度变化的发热电阻器(117)，，该液态检测部件浸入到液体中。特别是，第一陶瓷绝缘层(111)做得比第二陶瓷绝缘层(112)薄。该液态检测部件(110)与检测部分一同构成液态检测传感器，并基于根据发热电阻器(117)的电阻值输出的输出信号，用于检测液体状态(例如，液体中某组分的浓度)。
文档编号G01N33/48GK1979150SQ200610145749
公开日2007年6月13日 申请日期2006年11月16日 优先权日2005年12月7日
发明者笹沼威夫, 佐藤美邦, 水野雄贵 申请人:日本特殊陶业株式会社