特許 6036567 液体濃度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6036567

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】液体濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20161121BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/22 B

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-125747(P2013-125747)

(22)【出願日】2013年6月14日

(65)【公開番号】特開2015-1431(P2015-1431A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2015年9月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】樽井 淳

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４５１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９９８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０２７０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８８７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１１９６７１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／１０、２７／１４−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１成分、第２成分および第３成分が混合された液体である被測定液に浸漬され、交流電圧が印加される電極部（１０）と、
前記電極部の静電容量に基づき、前記被測定液における前記第１成分の濃度、前記第２成分の濃度および前記第３成分の濃度を演算する制御部（２０）と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分の誘電率が周波数によらず一定である非減衰周波数帯域の周波数である第１周波数の交流電圧を前記電極部に印加したときの静電容量である第１静電容量、前記第１成分の誘電率が周波数によらず一定であり前記第２成分および前記第３成分の誘電率が周波数の増加に伴って減衰する減衰周波数帯域の周波数である第２周波数の交流電圧を前記電極部に印加したときの静電容量である第２静電容量、および、前記減衰周波数帯域の周波数であって前記第２周波数と異なる周波数である第３周波数の交流電圧を前記電極部に印加したときの静電容量である第３静電容量を計測する計測手段（３０、４０）と、
前記第１静電容量、および、前記第２静電容量と前記第３静電容量とから演算される減衰率に基づき、前記被測定液中における前記第１成分の濃度、前記第２成分の濃度および前記第３成分の濃度を演算する濃度演算手段（５０）と、
を有し、
前記濃度演算手段は、
前記減衰率に基づき、前記第２成分と前記第３成分との合計濃度、および、前記第１成分の濃度を演算し、
前記第１静電容量における前記第２成分および前記第３成分による静電容量、および、前記合計濃度に基づき、前記第２成分の濃度および前記第３成分の濃度を演算することを特徴とする液体濃度測定装置。

【請求項2】

前記第２周波数と前記第３周波数との比率は、デジタル回路の分周比に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の液体濃度測定装置。

【請求項3】

前記計測手段（３０）は、正弦波発生回路（３１）を含んで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体濃度測定装置。

【請求項4】

前記計測手段（４０）は、自励発振回路（４１）を含んで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体濃度測定装置。

【請求項5】

前記第１成分は、ガソリンであり、
前記第２成分および前記第３成分は、アルコールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料等の液体中に含まれる成分の濃度を測定する液体濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の成分から構成される混合物中の各成分の濃度を検出する濃度センサ装置が公知である。例えば特許文献１では、ガソリン、エタノールおよび水が混合された燃料について、ガソリンおよびエタノールの誘電率が略同一であり水の誘電率が変化するような周波数を選択し、２つの周波数の交流電圧を印加したときの誘電率を計測することにより、各成分の濃度を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１４５１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、例えばエタノールとメタノール等のように、周波数特性が近い成分が混合された場合、１つの成分の誘電率が変化する周波数を特定することが困難である。また、１つの成分の誘電率が変化する周波数と特定できたとしても、計測時に印加する交流電圧の周波数の許容誤差が小さい。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数特性の近い２成分を含む３成分により構成される被測定液中の各成分の濃度を測定可能な液体濃度測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の液体濃度測定装置は、電極部と、制御部と、を備える。
電極部は、第１成分、第２成分および第３成分が混合された液体である被測定液に浸漬され、交流電圧が印加される。
制御部は、電極部の静電容量に基づき、被測定液における第１成分の濃度、第２成分の濃度および第３成分の濃度を演算するものであって、計測手段と、濃度演算手段と、を有する。

【0006】

計測手段は、第１静電容量、第２静電容量、および、第３静電容量を計測する。第１静電容量は、第１成分、第２成分および第３成分の誘電率が周波数によらず一定である非減衰周波数帯域の周波数である第１周波数の交流電圧を電極部に印加したときの静電容量である。第２静電容量は、第１成分の誘電率が周波数によらず一定であり、第２成分および第３成分の誘電率が周波数の増加に伴って減衰する減衰周波数帯域の周波数である第２周波数の交流電圧を電極部に印加したときの静電容量である。第３静電容量は、減衰周波数帯域の周波数であって、第２周波数と異なる周波数である第３周波数の交流電圧を電極部に印加したときの静電容量である。
ここで、第２成分および第３成分の誘電率は、共に減衰周波数帯域にて減衰しており、第２成分と第３成分とは周波数特性が近い、といえる。

【0007】

濃度演算手段は、第１静電容量、および、第２静電容量と第３静電容量とから演算される減衰率に基づき、被測定液中における第１成分の濃度、第２成分の濃度および第３成分の濃度を演算する。濃度演算手段は、減衰率に基づき、第２成分と第３成分との合計濃度、および、第１成分の濃度を演算し、第１静電容量における第２成分および第３成分による静電容量、および、合計濃度に基づき、第２成分の濃度および第３成分の濃度を演算する。
本発明では、被測定液の各成分の濃度演算に、第２静電容量と第３静電容量とから演算される減衰率を用いる。これにより、周波数特性が近い２成分を含む３成分の被測定液中における濃度を適切に演算することができる。

【0008】

また、減衰率の演算について、第２静電容量を測定する第２周波数と第３静電容量を測定する第３周波数との相対関係の精度が必要であるが、第２周波数の絶対値および第３周波数の絶対値の精度は不要である。第２周波数と第３周波数との相対関係、すなわち第２周波数と第３周波数との比率は、例えばデジタル回路の分周比等を用いれば、誤差は小さい。そのため、第２周波数および第３周波数の絶対値に依存する演算方法と比べ、第１成分の濃度、第２成分の濃度および第３成分の濃度を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態の液体濃度測定装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１実施形態による静電容量測定回路を説明する回路図である。

【図3】エタノールおよびメタノールの周波数特性を説明する説明図である。

【図4】本発明の第１実施形態による交流電圧の周波数と静電容量との関係を示す説明図である。

【図5】本発明の第２実施形態による静電容量測定回路を説明する回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明による液体濃度測定装置を図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による液体濃度測定装置を図１に示す。
図１に示すように、液体濃度測定装置１は、電極部１０および制御部２０を備える。
電極部１０は、１対の電極板から構成され、被測定液に浸漬される。電極部１０は、被測定液に浸漬された状態にて電圧が印加されると、被測定液を誘電体とするコンデンサとして機能する。
本実施形態の被測定液は、第１成分としてのガソリン、第２成分としてのエタノール、および、第３成分としてのメタノールが混合された混合燃料である。すなわち、本実施形態の液体濃度測定装置１は、ガソリン中に２種類のアルコール燃料が混合された混合燃料中の各成分の濃度測定に用いられる。

【0011】

制御部２０は、静電容量計測回路３０およびマイコン５０を有し、電極部１０の静電容量に基づき、被測定液中におけるガソリン、エタノールおよびメタノールの濃度を演算する。
静電容量計測回路３０の詳細を図２に示す。
図２に示すように、静電容量計測回路３０は、正弦波発生回路３１、オペアンプ３２、抵抗３３、および、サンプルホールド回路３５を有する。

【0012】

正弦波発生回路３１は、オペアンプ３２の非反転入力端子に接続され、マイコン５０からの指令に応じた周波数の交流電圧を、オペアンプ３２を介して電極部１０に印加する。電極部１０は、オペアンプ３２の反転入力端子に接続される。この回路により、電極部１０に流れる電流を抵抗３３が電圧へ変換し、出力される。
サンプルホールド回路３５は、ピークホールド回路であり、オペアンプ３２からの出力値の最大値を保持し、マイコン５０へ出力する。本実施形態では、第１周波数ｆ１の交流電圧を印加したときに出力される出力信号をＶｏｕｔ１、第２周波数ｆ２の交流電圧を印加したときに出力される出力信号をＶｏｕｔ２、第３周波数ｆ３の交流電圧を印加したときに出力される出力信号をＶｏｕｔ３とする。なお、「計測周波数」である第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３の詳細については、後述する。

【0013】

図１に戻り、マイコン５０は、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらを接続するバスライン等を備えている。マイコン５０は、電極部１０に印加する交流電圧の周波数の係る指令を静電容量計測回路３０に出力する。また、マイコン５０は、静電容量計測回路３０から出力される出力信号Ｖｏｕｔ１〜３を取得し、当該出力信号Ｖｏｕｔ１〜３に基づき、電極部１０の静電容量を演算する。そして、マイコン５０は、電極部１０の静電容量に基づき、被測定液におけるガソリン、エタノールおよびメタノールの濃度を演算する。

【0014】

ここで、エタノールおよびメタノールの周波数特性を図３に基づいて説明する。
エタノールやメタノール等のアルコールに高周波領域（例えば１００ｋＨｚ以上）の交流電圧を印加すると、分極特性に起因して誘電率が変化する、所謂「誘電緩和現象」が生じる。

【0015】

図３に示すように、エタノールの誘電率ε_Eは、印加される交流電圧の周波数がｆａより大きくなると、周波数の増加に伴って減衰する。また、メタノールの誘電率ε_Mは、印加される交流電圧の周波数がｆｂより大きくなると、周波数の増加に伴って減衰する。
図３で示す周波数領域におけるエタノールの減衰率α_Eとメタノールの減衰率α_Mとは、略等しく、周波数特性が近いといえる。本実施形態では、エタノールの減衰率α_Eとメタノールの減衰率α_Mとが等しいとみなす。
また、図３に示す周波数領域において、ガソリンの誘電率ε_Gは、ｆｃ（図４参照）以下の周波数領域では、印加される交流電圧の周波数によらず一定であり、減衰しない。すなわち、ガソリンと、エタノールおよびメタノールとは、周波数特性が異なっている。

【0016】

上述したとおり、エタノールとメタノールの周波数特性が近いので、エタノールの誘電率ε_Eまたはメタノールの誘電率ε_Mの一方が変化する周波数を特定することが困難である。また、エタノールの誘電率ε_Eまたはメタノールの誘電率ε_Mの一方が変化する周波数を特定できたとしても、一方の誘電率が変化する周波数を計測周波数とする場合、計測周波数の精度を高める必要がある。また、計測周波数の誤差に起因し、測定される濃度の精度が低下する。

【0017】

ここで、本実施形態におけるガソリン、エタノールおよびメタノールの濃度演算方法について、図４に基づいて説明する。図４に示す周波数領域は、例えば１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波領域とする。
まず、電極部１０に印加される交流電圧の周波数Ｆと被測定液の静電容量ＣＰとの関係を説明する。本実施形態では、コンデンサとして機能する電極部１０の電極板の面積や電極板の距離等は一定であるので、静電容量ＣＰは、被測定液の誘電率に比例する。

【0018】

電極部１０に印加する交流電圧の周波数Ｆがｆａ未満である場合（Ｆ＜ｆａ）、被測定液の静電容量ＣＰは、交流電圧の周波数Ｆによらず略一定であり、減衰しない。本実施形態では、周波数ｆａ以下の周波数領域を非減衰周波数帯域Ｓとする。非減衰周波数帯域Ｓは、後述の減衰周波数帯域Ｄよりも周波数が小さい領域である。
交流電圧の周波数Ｆがｆａ以上ｆｂ未満の場合（ｆａ≦Ｆ＜ｆｂ）、エタノールの誘電緩和現象により、交流電圧の周波数Ｆの増加に伴って静電容量ＣＰが減衰する。このときの減衰率は、エタノールの濃度Ｅに応じた値となる。

【0019】

交流電圧の周波数Ｆがｆｂ以上ｆｃ未満の場合（ｆｂ≦Ｆ＜ｆｃ）、エタノールおよびメタノールの誘電緩和現象により、交流電圧の周波数Ｆの増加に伴って静電容量ＣＰが減衰する。本実施形態では、エタノールおよびメタノールの誘電緩和現象により静電容量ＣＰが減衰する周波数ｆｂ≦Ｆ＜ｆｃの周波数領域を、減衰周波数帯域Ｄとする。減衰周波数帯域Ｄにおける減衰率α_Aは、エタノールの濃度Ｅおよびメタノールの濃度Ｍとの合計である合計濃度に応じた値となる。以下、エタノールの濃度Ｅとメタノールの濃度Ｍの合計である合計濃度を、「アルコール濃度Ａ」という。ここでいう「濃度」は、被測定液中の各成分の割合であり、１００を乗じるとパーセント濃度となる値とする。

【0020】

交流電圧の周波数Ｆがｆｃ以上の場合（Ｆ≧ｆｃ）、静電容量ＣＰは減衰しない。本実施形態では、周波数Ｆがｆｃ以上におけるエタノールおよびメタノールによる静電容量をゼロとみなし、周波数Ｆがｆｃ以上のときの静電容量ＣＰは、ガソリンによる静電容量ＣＰ_Gであるとみなす。

【0021】

本実施形態では、静電容量計測回路３０は、非減衰周波数帯域Ｓの周波数である第１周波数ｆ１の交流電圧を電極部１０に印加し、このときの静電容量を第１静電容量ＣＰ１として計測する。
また、静電容量計測回路３０は、減衰周波数帯域Ｄの周波数である第２周波数ｆ２の交流電圧を電極部１０に印加し、このときの静電容量を第２静電容量ＣＰ２として計測する。
さらにまた、静電容量計測回路３０は、減衰周波数帯域Ｄの周波数であって、第２周波数ｆ２と異なる周波数である第３周波数ｆ３の交流電圧を電極部１０に印加し、このときの静電容量を第３静電容量ＣＰ３として計測する。本実施形態では、ｆ２＜ｆ３とする。

【0022】

第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３は、デジタル回路の分周比に基づいて設定される。デジタル回路の分周比に基づいて第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３を設定することにより、第２周波数ｆ２と第３周波数ｆ３との相対関係の精度を高めることができる。

【0023】

具体的には、マイコン５０は、第１周波数ｆ１の交流電圧を印加する旨の指令を静電容量計測回路３０へ出力し、静電容量計測回路３０からの出力信号Ｖｏｕｔ１に基づき、第１静電容量ＣＰ１を演算する。同様に、マイコン５０は、第２周波数ｆ２の交流電圧を印加する旨の指令を静電容量計測回路３０へ出力し、静電容量計測回路３０からの出力信号Ｖｏｕｔ２に基づき、第２静電容量ＣＰ２を演算する。また同様に、マイコン５０は、第３周波数ｆ３の交流電圧を印加する旨の指令を静電容量計測回路３０へ出力し、静電容量計測回路３０からの出力信号Ｖｏｕｔ３に基づき、第３静電容量ＣＰ３を演算する。
ここでは、静電容量計測回路３０にて、電極部１０の静電容量に応じた出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３をマイコン５０に出力することを、「静電容量を計測する」と捉える。

【0024】

本実施形態では、第２静電容量ＣＰ２および第３静電容量ＣＰ３に基づいてアルコール濃度Ａを演算する。
アルコール濃度が１（すなわち１００［％］）であるときの減衰率をα₁₀₀、アルコール濃度がＡであるときの減衰率をα_Aとすると、アルコール濃度Ａは、以下の式（１）で表される。なお、「アルコール濃度１００［％］」とは、被測定液中にガソリンが含まれないことを意味し、エタノール１００［％］でもよいし、メタノール１００［％］でもよいし、エタノールとメタノールとが任意の割合で混合されていてもよい。
Ａ＝Ｅ＋Ｍ＝α_A／α₁₀₀ ・・・（１）

【0025】

被測定液中のアルコール濃度が１００［％］であるときの減衰率α₁₀₀は式（２）で表され、被測定液中のアルコール濃度がＡであるときの減衰率をα_Aは式（３）で表される。式中（２）中のＣＰ２ａは、合計濃度が１００［％］の被測定液に第２周波数ｆ２の交流電圧を印加したときの静電容量であり、ＣＰ３ａは、合計濃度が１００［％］の非測定液に第３周波数ｆ３の交流電圧を印加したときの静電容量である。
α₁₀₀＝（ＣＰ３ａ−ＣＰ２ａ）／（ｆ３−ｆ２） ・・・（２）
α_A＝（ＣＰ３−ＣＰ２）／（ｆ３−ｆ２） ・・・（３）
すなわち、減衰率α₁₀₀、α_Aは、減衰周波数帯域Ｄにおける静電容量の傾きと捉えることもできる。

【0026】

式（１）〜（３）より、アルコール濃度Ａは、以下の式（４）で表される。
Ａ＝Ｅ＋Ｍ＝（ＣＰ２−ＣＰ３）／（ＣＰ２ａ−ＣＰ３ａ） ・・・（４）
また、減衰率α₁₀₀が既知であれば、式（３）により減衰率α_Aを演算し、式（１）によりアルコール濃度Ａを演算してもよい。

【0027】

これにより、アルコール濃度Ａは、第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから演算される減衰率α_Aに基づいて演算される。なお、式（４）は、式（１）〜（３）から導出されるものであるので、式（４）の演算も、「第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから演算される減衰率α_Aに基づく演算」の概念に含まれるものとする。

【0028】

本実施形態の被測定液は、ガソリン、エタノールおよびメタノールの３成分からなるので、ガソリンの濃度Ｇは、式（５）により演算される。
Ｇ＝１−Ａ ・・・（５）

【0029】

第１静電容量ＣＰ１中におけるガソリンによる静電容量ＣＰ_Gを式（６）により演算する。式（６）中のε_Gは、非減衰周波数帯域Ｓの交流電圧を印加したときのガソリンの誘電率とする。
ＣＰ_G＝Ｇ×ε_G ・・・（６）

【0030】

第１静電容量ＣＰ１中におけるエタノールおよびメタノールによる静電容量ＣＰ_Aは、以下の式（７）で表される。
ＣＰ_A＝ＣＰ１−ＣＰ_G ・・・（７）

【0031】

第１静電容量ＣＰ１中におけるエタノールおよびメタノールによる静電容量ＣＰ_Aは、第１周波数ｆ１におけるエタノールの誘電率ε_E、および、メタノールの誘電率ε_Mを用い、以下の式（８）で表すこともできる。式（８）、（９）中のε_E、ε_Mは、非減衰周波数帯域Ｓの交流電圧を印加したときのエタノールまたはメタノールの誘電率とする。
ＣＰ_A＝Ｅ×ε_E＋Ｍ×ε_M ・・・（８）

【0032】

式（７）、（８）より、式（９）が導出される。
ＣＰ１−ＣＰ_G＝Ｅ×ε_E＋Ｍ×ε_M ・・・（９）
そして、式（４）および式（９）を用い、連立方程式を解くことにより、被測定液中のエタノール濃度Ｅおよびメタノール濃度Ｍを演算することができる。
なお、式（４）に替えて、以下の式（１０）を用い、式（９）および式（１０）を用いてエタノール濃度Ｅおよびメタノール濃度Ｍを演算してもよい。式（１０）中のＣＰ_GAは、被測定液中のガソリン濃度が１００［％］の場合の静電容量である。
Ａ＝Ｅ＋Ｍ＝１−（ＣＰ_G／ＣＰ_GA） ・・・（１０）

【0033】

すなわち、本実施形態では、第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから減衰率α_Aを演算し、減衰率α_Aに基づいてアルコール濃度Ａおよびガソリン濃度Ｇを演算する。
また、ガソリン濃度Ｇとガソリンの誘電率ε_Gとから第１静電容量ＣＰ１中におけるエタノールおよびメタノールによる静電容量ＣＰ_Aを演算し、静電容量ＣＰ_Aをエタノールの誘電率ε_Eおよびメタノールの誘電率ε_Mで分配することにより、エタノールの濃度Ｅおよびメタノールの濃度Ｍを演算する。
これにより、第１静電容量ＣＰ１、第２静電容量ＣＰ２および第３静電容量ＣＰ３を計測することにより、被測定液中のガソリン濃度Ｇ、エタノール濃度Ｅおよびメタノール濃度Ｍを演算することができる。

【0034】

以上詳述したように、本実施形態の液体濃度測定装置１は、電極部１０と、制御部２０と、を備える。
電極部１０は、第１成分、第２成分および第３成分が混合された液体である被測定液に浸漬され、交流電圧が印加される。本実施形態では、第１成分がガソリン、第２成分がエタノール、第３成分がメタノールである。
制御部２０は、静電容量計測回路３０と、マイコン５０と、を有する。

【0035】

静電容量計測回路３０は、第１静電容量ＣＰ１、第２静電容量ＣＰ２、および、第３静電容量ＣＰ３を計測する。第１静電容量ＣＰ１は、ガソリン、エタノールおよびメタノールの誘電率が減衰しない非減衰周波数帯域Ｓの周波数である第１周波数ｆ１の交流電圧を電極部１０に印加したときの静電容量である。第２静電容量ＣＰ２は、ガソリンの誘電率が減衰せず、エタノールおよびメタノールの誘電率が周波数の増加に伴って減衰する減衰周波数帯域Ｄの周波数である第２周波数ｆ２の交流電圧を電極部１０に印加したときの静電容量である。第３静電容量ＣＰ３は、減衰周波数帯域Ｄの周波数であって、第２周波数ｆ２とは異なる周波数である第３周波数ｆ３の交流電圧を電極部１０に印加したときの静電容量である。
減衰周波数帯域Ｄにてエタノールおよびメタノールの誘電率が減衰しており、エタノールとメタノールとは周波数特性が近い、といえる。

【0036】

マイコン５０は、第１静電容量ＣＰ１、および、第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから演算される減衰率α_Aに基づき、ガソリン、エタノールおよびメタノールの濃度を演算する。
本実施形態では、被測定液の各成分の濃度演算に、第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから演算される減衰率α_Aを用いる。これにより、周波数特性が近い２成分を含む３成分の被測定液中における濃度を適切に演算することができる。

【0037】

また、減衰率α_Aは、第２静電容量ＣＰ２を測定する第２周波数ｆ２と第３静電容量ＣＰ３を測定する第３周波数ｆ３との相対関係の精度が必要であるが、第２周波数ｆ２の絶対値および第３周波数ｆ３の絶対値の精度は不要である。第２周波数ｆ２と第３周波数との相対関係、すなわち第２周波数と第３周波数との比率は、例えばデジタル回路の分周比等を用いれば、誤差は小さい。そのため、第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３の絶対値に依存する演算方法と比べ、被測定液中のガソリンの濃度、エタノールの濃度およびメタノールの濃度を精度よく測定することができる。

【0038】

また、第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３の絶対値に依存する演算方法を用いる場合、精度を高めるためには、高価な装置が必要となる。本実施形態では、第２静電容量ＣＰ２と第３静電容量ＣＰ３とから演算される減衰率α_Aを被測定液の各成分の濃度演算に用いることにより、第２周波数ｆ２および第３周波数ｆ３の絶対値の精度を高めるための高価な装置を用いることなく、被測定液中のガソリン、エタノールおよびメタノールの濃度を精度よく測定することができる。

【0039】

マイコン５０は、減衰率α_Aに基づき、エタノールとメタノールとのアルコール濃度Ａ、および、ガソリンの濃度Ｇを演算する。またマイコン５０は、第１静電容量ＣＰ１におけるエタノールおよびメタノールによる静電容量、および、アルコール濃度Ａに基づき、エタノールの濃度Ｅおよびメタノールの濃度Ｍを演算する。これにより、減衰率α_Aに基づき、ガソリンの濃度Ｇ、エタノールの濃度Ｅおよびメタノールの濃度Ｍを適切に演算することができる。

【0040】

また、第２周波数ｆ２と第３周波数ｆ３との比率は、デジタル回路の分周比に基づいて設定される。これにより、第２周波数ｆ２と第３周波数ｆ３との比率を、簡素な構成で精度よく実現することができるので、減衰率α_Aの精度が高まり、ひいてはガソリンの濃度Ｇ、エタノールの濃度Ｅおよびメタノールの濃度Ｍを精度よく演算することができる。

【0041】

静電容量計測回路３０は、正弦波発生回路３１を含んで構成される。これにより、マイコン５０からの指令に応じた周波数の正弦波状の交流電圧を電極部１０に印加することができる。
本実施形態の被測定液は、本実施形態では、第１成分がガソリンであり、第２成分がエタノールであり、第３成分がメタノールである。
これにより、ガソリン中にエタノールおよびメタノールが混合された混合燃料中の各成分の濃度を適切に演算することができる。例えば、燃料として当該混合燃料を使用する車両の制御に演算された各成分の濃度を用いることにより、燃料噴射量等を適切に制御することができる。
本実施形態では、静電容量計測回路３０が「計測手段」に対応し、マイコン５０が「濃度演算手段」に対応する。

【0042】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に基づいて説明する。
本実施形態は、上記実施形態と静電容量計測回路が異なっているので、この点を中心に説明する。
図５に示すように、本実施形態による静電容量計測回路４０は、自励発振回路４１を含む。自励発振回路４１は、抵抗４２、４３、４４、スイッチ部４５、および、シュミットトリガ回路４６を有する。

【0043】

上記、第１実施形態では、正弦波発生回路３１を用いることにより交流電圧を電極部１０に印加する。本実施形態では、抵抗４２、４３、４４およびシュミットトリガ回路４６を用いた自励発振回路４１により、交流電圧を電極部１０に印加する。なお、自励発振回路４１による交流電圧は、正弦波状とはならない。

【0044】

抵抗４２の抵抗値Ｒ１は、スイッチ部４５により接続されたときに電極部１０に印加される交流電圧の周波数が第１周波数ｆ１相当となるように設定される。抵抗４３の抵抗値Ｒ２は、スイッチ部４５が接続されたときに電極部１０に印加される交流電圧の周波数が第２周波数ｆ２相当となるように設定される。抵抗４４の抵抗値Ｒ３は、スイッチ部４５が接続されたときに電極部１０に印加される交流電圧の周波数が第３周波数ｆ３相当となるように設定される。本実施形態では、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３である。また、Ｒ２とＲ３との逆数の比は、誘電率の減衰がない場合、ｆ２とｆ３の比と等しい。

【0045】

スイッチ部４５は、マイコン５０からの指令により切り替えられる。
スイッチ部４５が抵抗４２と接続されると、電極部１０には第１周波数ｆ１の交流電圧が印加され、シュミットトリガ回路４６および波形整形回路４７を経由することにより矩形波に整形された出力信号Ｖｏｕｔ５がマイコン５０へ出力される。出力信号Ｖｏｕｔ５の周期は電極部１０の静電容量に比例するので、マイコン５０では、出力信号Ｖｏｕｔ５に基づき、第１静電容量ＣＰ１を演算する。

【0046】

スイッチ部４５が抵抗４３と接続されると、電極部１０には第２周波数ｆ２の交流電圧が印加され、シュミットトリガ回路４６および波形整形回路４７を経由することにより矩形波に整形された出力信号Ｖｏｕｔ６がマイコン５０へ出力される。出力信号Ｖｏｕｔ６の周期は電極部１０の静電容量に比例するので、マイコン５０では、出力信号Ｖｏｕｔ６に基づき、第２静電容量ＣＰ２を演算する。

【0047】

スイッチ部４５が抵抗４４と接続されると、電極部１０には第３周波数ｆ３の交流電圧が印加され、シュミットトリガ回路４６および波形整形回路４７を経由することにより矩形波に整形された出力信号Ｖｏｕｔ７がマイコン５０へ出力される。出力信号Ｖｏｕｔ７の周期は電極部１０の静電容量に比例するので、マイコン５０では、出力信号Ｖｏｕｔ７に基づき、第３静電容量ＣＰ３を演算する。
第１静電容量ＣＰ１、第２静電容量ＣＰ２および第３静電容量ＣＰ３に基づく被測定液中のガソリン濃度Ｇ、エタノール濃度Ｅおよびメタノール濃度Ｍの演算方法は、上記実施形態と同様である。

【0048】

本実施形態の静電容量計測回路４０は、自励発振回路４１を含む。これにより、正弦波発生回路を用いることなく、比較的簡素な構成にて、所望の周波数の交流電圧を電極部１０に印加することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、静電容量計測回路４０が「計測手段」に対応する。

【0049】

（他の実施形態）
（ア）上記第１実施形態では、静電容量計測回路として正弦波発生回路を用いる。また第２実施形態では、静電容量計測回路として自励発振回路を用いる。他の実施形態では、静電容量計測回路をマイコンにより構成してもよい。換言すると、計測手段がマイコンにより構成されていてもよい。また、第２実施形態の自励発振回路のシュミットトリガ回路は、インバータ回路により構成されたが、他の回路にて構成してもよい。また、自励発振回路における波形整形回路を省略してもよい。

【0050】

（イ）上記実施形態では、第１成分がガソリンであり、第２成分がエタノールであり、第３成分がメタノールである。
他の実施形態では、第１成分は、第１成分および第２成分の誘電率が周波数の増加に伴って減衰する減衰周波数帯域において、周波数の増加によらず誘電率が減衰しない液体であれば、どのようなものであってもよい。

【0051】

第２成分および第３成分は、例えばエタノール、メタノール、プロパノール、ブタノールのうちの２つとすることができる。また、これ以外のアルコール類から選択してもよい。
また、上記実施形態は、第２成分であるエタノールの誘電率の減衰率と第３成分であるメタノールの誘電率の減衰率とが等しいものとして説明した。ここで、分極特性の近しいアルコール類（例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール等）の減衰率の差程度の誤差は、許容されるものとし、「第２成分の誘電率の減衰率と第３成分の誘電率の減衰率とが等しい」とみなす。

【0052】

また、第２成分および第３成分に応じて減衰周波数帯域は適宜設定可能であり、対応する減衰周波数帯域にて減衰率の近い２成分であれば、第２成分および第３成分は、アルコール類に限らず、どのようなものであってもよい。
また、被測定液は、混合燃料に限らず、どのような液体であってもよい。

【0053】

（ウ）上記実施形態では、第２周波数と第３周波数との比は、デジタル回路の分周比に基づいて設定される。他の実施形態では、第２周波数と第３周波数との比は、デジタル回路の分周比に基づいていなくてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0054】

１・・・液体濃度測定装置
１０・・・電極部
２０・・・制御部
３０・・・静電容量計測回路（計測手段）
４０・・・静電容量計測回路（計測手段）
５０・・・マイコン（濃度演算手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】