(57)【要約】  システムおよび方法は、その導電率を測定するときに流体中のボイドの存在を補正するために使用され得る。流体の導電率は、導電率センサを使用して測定され得る。静電容量電極を使用して、流体の静電容量を測定することができる。流体中に存在し得るボイドの埋め合わせをする補正導電率値を決定するために、流体によって影響を受けた測定静電容量は、測定導電率と組み合わせて使用され得る。補正導電率測定値を決定する際に、流体の構成または温度などの他のパラメータが使用され得る。いくつかのこのようなシステムは、環状ハウジングを含み、分析される流体が環状ハウジングによって画定された開口部を通って流れるように、流体流動システムに挿入されるかまたは一体化され得る。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体サンプルの少なくとも第１の部分の導電率を測定するための導電率センサと、
第１の静電容量電極と、
第２の静電容量電極と、
コントローラと
を備える、システムであって、
前記コントローラは、
前記導電率センサからの測定導電率を決定すること、
前記第１の静電容量電極と前記第２の静電容量電極との間の測定静電容量を決定すること、および、
前記測定静電容量および前記測定導電率に基づいて補正導電率測定値を決定することを行うように構成され、
前記第１および第２の静電容量電極は、前記第１の静電容量電極と前記第２の静電容量電極との間の前記静電容量が前記流体サンプルの前記第１の部分によって影響を受けるように位置付けられた、システム。
【請求項２】
前記システムは、センサ組立体を更に備え、前記センサ組立体は、
前記第１および第２の静電容量電極と、
内面および外面を有する環状ハウジングであって、前記内面が前記センサを通って流れる流体の方向に延在する開口部を画定する、管状ハウジングと、を備え、
前記導電率センサは、
前記環状ハウジング内に位置付けられた第１のコイルであって、前記環状ハウジングの前記内面を取り囲む、第１のコイルと、
前記環状ハウジング内で、前記第１のコイルの下流に位置付けられた第２のコイルであって、前記環状ハウジングの前記内面を取り囲む、第２のコイルと、を備え、
前記流体サンプルの前記第１の部分が、前記第１および第２のコイルを使用して、前記流体サンプルの前記第１の部分の導電率を決定することができるように、前記環状ハウジングの前記開口部を通って流れる流体を含み、
前記第１および第２の静電容量電極が、前記環状ハウジングの前記内面を通って流れる前記流体によって影響を受けた静電容量を測定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の静電容量電極が前記環状ハウジングの前記内面の第１の側に位置付けられ、前記第２の静電容量電極が前記環状ハウジングの前記内面の第２の側に位置付けられ、前記第２の側が前記第１の側とは反対側にあるように、前記第１および第２の静電容量電極が前記環状ハウジング内に位置付けられている、請求項２、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の静電容量電極の少なくとも一部、および前記第２の静電容量電極の少なくとも一部が、前記環状ハウジングの前記内面と前記第１および第２のコイルのうちの少なくとも１つとの間に位置付けられている、請求項３、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムはフランジおよび取り付け部材をさらに備え、前記フランジが前記流体サンプルを含む流体リザーバに確実に固定され得、かつ前記環状ハウジングが前記流体サンプル内に配置されるように、前記取り付け部材が前記環状ハウジングを前記フランジに確実に固定する、請求項２、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記フランジが、前記環状ハウジングをＴ字管に確実に固定するように構成されている、請求項５、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記環状ハウジングが、
前記環状ハウジングの前記内面を画定する非導電性管と、
前記非導電性管の第１の側に位置付けられている第１のフランジと、
前記非導電性管の第２の側に位置付けられている第２のフランジであって、前記第２の側が前記第１の側と反対側である、第２のフランジと、を備え、
前記第１および第２のフランジが、流体流動システム内の流体流動容器と接合するように構成され、
前記第１および第２のフランジがそれぞれの流体流動容器と接合したときに、前記環状ハウジングおよび前記流体流動容器が、それを通る連続的な流体流路を作り出す、請求項２、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記環状ハウジングの外面の一部が導電性材料を含む、請求項７、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが前記システムを通る流体の流れを妨げないように、前記非導電性管によって画定される前記環状ハウジングの前記内面の直径が、前記流体流動容器の内径とほぼ同じである、請求項７、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記導電率センサが、前記流体サンプルの前記第１の部分の前記導電率を測定し、前記第１および第２の静電容量センサが、前記流体サンプルの前記第１の部分によって影響を受けた静電容量を実質的に同時に測定する、請求項１、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラと通信するユーザインターフェースをさらに備え、
ユーザが、前記ユーザインターフェースを介して前記流体サンプルの少なくとも１つの成分を選択することができ、
前記測定静電容量に基づいて前記補正導電率測定値を決定することが、前記流体サンプルの前記選択された少なくとも１つの成分にさらに基づく、請求項１、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラと通信する温度センサをさらに備え、前記補正導電率測定値の前記決定が、前記システムを通って流れる前記流体の測定温度にさらに基づく、請求項１、または前述の請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
流体サンプルの前記導電率を測定するための、前述の請求項のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【請求項１４】
流れる流体の導電率測定を実行するための方法であって、前記方法は、
センサ組立体を有するセンサを提供することであって、前記センサ組立体は、
導電率センサ、
第１の静電容量電極、および、
第２の静電容量電極を備える、提供することと、
流体サンプルを、前記導電率センサを通過するように流すことと、
前記流体サンプルの前記導電率を測定することと、
前記流体サンプルを前記第１および第２の静電容量電極を通過するように流すことと、
前記第１および第２の静電容量電極を使用して、前記流体サンプルによって影響を受けた静電容量を測定することと、
前記測定静電容量を導電率補正と相関させることと、
前記導電率補正に基づいて前記測定導電率を調整することによって補正導電率を計算することと、を含む、方法。
【請求項１５】
前記流体サンプルによって影響を受けた静電容量を測定すること、および前記流体サンプルの前記導電率を測定することが、前記流体サンプルの少なくとも部分的に重複する体積の前記導電率、およびそれによって影響を受けた静電容量を測定することを含む、請求項１４、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記流体サンプルの前記少なくとも部分的に重複する体積の前記導電率と、それによって影響を受けた前記静電容量とが、実質的に同時に測定されるように、前記流体サンプルの前記導電率を測定することは、前記第１の静電容量電極と前記第２の静電容量電極との間を流れている前記サンプルの一部の前記導電率を測定することを含む、請求項１５、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、
前記流れる流体サンプルの流量を測定することと、
前記流体サンプルの前記導電率を測定するための導電率センサと、前記流量に基づいて前記流体サンプルによって影響を受けた前記静電容量を測定するための静電容量センサとの間の遅延時間を決定することと、をさらに含み、
前記流体サンプルの前記静電容量を測定するステップと、前記流体サンプルによって影響を受けた前記導電率を測定するステップが、前記決定された遅延時間によって分けられる、請求項１５、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記流体サンプルの少なくとも１つの特性を識別する入力を受信することをさらに含み、
前記補正導電率を計算することは、前記流体サンプルの前記少なくとも１つの特性を計算に組み込むことを含む、請求項１４、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記流体サンプルの前記少なくとも１つの特性が、前記流体サンプル中の成分を含む、請求項１８、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサの前記センサ組立体を既存の流動システムのＴ字管に挿入することと、前記センサのフランジを前記Ｔ字管のフランジに固定することと、をさらに含む、請求項１４、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記導電率センサが誘導導電率センサである、請求項１４、または前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
流体流動システム内の流体の導電率を決定するためのセンサであって、前記センサは、
センサ基板と、
励起トロイドコイルおよび測定用トロイドコイルと、
コントローラと、を備え、
前記センサ基板は、可撓性プリント回路基板（ＰＣＢ）材料から作られ、かつ第１の電極、第２の電極、温度センサ、およびコネクタを含み、前記センサ基板は、前記流体流動システム内を流れる前記流体の少なくとも一部が前記第１の電極の一部と前記第２の電極との間を流れるように、流体流路に巻き付けられており、
前記励起トロイドコイルおよび測定用トロイドコイルは、前記流体流動システムを通って流れる前記流体の少なくとも一部が前記励起トロイドコイルおよび前記測定用トロイドコイルの両方を通って流れるように、それぞれ前記流体流路の一部を取り囲んでおり、
前記コントローラは、
前記流動システムを通って流れる前記流体の測定導電率を決定するために、前記励起および測定用トロイドコイルと通信すること、
前記センサ基板の前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量を決定すること、
前記流体流動システムを通って流れる前記流体の温度を決定すること、および、
前記測定導電率、前記決定された静電容量、および前記決定された温度に基づいて、前記流体流動システムを通って流れる前記流体に対する補正導電率値を決定することを行うように構成される、センサ。
【請求項２３】
流体流動システム内の流体の導電率を決定するための、前述の請求項のいずれか一項に記載のセンサの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、その内容全体が、参照により本明細書に組み込まれている２０１６年８月１９日に出願された米国特許出願第１５／２４２，１３２号の継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
流体導電率測定は、広範囲にわたる用途に使用される。様々な実装形態において、導電率測定は、分析されている流体中の成分の濃度を決定するのに使用され得る。他の場合では、流体そのものの導電率は、流体が十分に導電性であること、または十分に絶縁性であることを必要とすることなど、流体の様々な使用に対する重要なパラメータとなり得る。
【０００３】
様々な導電率測定デバイスが開発されている。例えば、流体と連通する１つ以上の電極を含む接触センサを使用して、流体の電気特性を分析することができる。他の例では、トロイダルセンサを使用して、トロイドの中心を通って流れる流体の導電率を測定することができる。
【０００４】
このようなセンサは、大抵、流体のみが流体の測定導電率に役立っているという仮定の下で動作する。しかし、場合によっては、流体中に閉じ込められたボイド（例えば、気泡）が、導電率を測定するためのセンサの能力に望ましくない影響を及ぼす可能性がある。すなわち、流体中のボイドは、流体そのものとは異なる電気特性を有することが多い。したがって、このようなボイドの存在（例えば、トロイダルセンサを通って流れる、または電極に接触する）は、測定導電率が未知の瞬間的組み合わせにおける流体およびボイドの両方の導電率を予想外に表すように、導電率測定を歪めることがある。
【０００５】
いくつかの例において、導電率測定は、流体中の１つ以上の化学種の濃度を決定するのに使用される。しかし、化学種そのものが、流体における気泡または泡の形態のボイドの形成を促進することがある。これが起こり得る例示的な流体には、清浄液、洗浄液、および消毒液が含まれる。したがって、このような溶液中に形成されるこのような気泡または泡は、溶液の導電率、したがって場合によっては溶液の濃度を測定する能力に悪影響を及ぼす可能性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示のいくつかの態様は、概して、流体の導電率を測定し、流体中のボイドを補正するためのシステムおよび方法を対象としている。システムは、流体の一部の導電率を測定するための導電率センサを含むことができる。システムは、第１および第２の静電容量電極と、導電率センサからの測定導電率と、第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間の測定静電容量とを決定するように構成されたコントローラとをさらに含むことができる。コントローラは、測定静電容量および測定導電率に基づいて、補正導電率測定値を決定するように構成され得る。
【０００７】
いくつかの例において、補正導電率測定値を決定することは、測定導電率および測定静電容量に加えて、他のデータに基づくことができる。例えば、場合によっては、静電容量と、導電率測定値に対する補正との間の関係は、例えばユーザインターフェースを介して入力され得る、システム内を流れる流体のタイプに基づくことができる。追加としてまたは代替として、測定静電容量と、導電率測定値に対する補正との間の関係は、温度依存であり得る。したがって、システムは、補正静電容量を決定するために、流体の温度を決定するための温度センサを含むことができる。
【０００８】
例示的な構成では、システムは、第１および第２の静電容量電極を含むセンサ組立体を含む。センサ組立体は、内面と外面とを有する環状ハウジングを含むことができ、内面は、開口部を画定する。導電率センサは、環状ハウジング内に位置付けられ、かつ内面を取り囲む第１のコイルを含むことができる。第２のコイルは、同様に、第１のコイルを取り囲む環状ハウジング内で、第１のコイルの下流に位置付けられ得る。第１および第２のコイルは、環状ハウジングの内面によって画定された開口部を通って流れる流体の導電率を測定するのに使用され得る。いくつかのこのような例では、内部を通って流れる流体が第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間の静電容量に影響を及ぼすように、第１および第２の静電容量電極が、環状ハウジングの内面に近接して位置付けられ得る。
【０００９】
このようなシステムは、様々な方法で流体流動システムに一体化され得る。いくつかの実施形態において、システム内を流れる流体が環状ハウジングの開口部を通って流れるように、環状ハウジングが流体流動システム内のＴ字管に挿入され得る。他の例において、システムは、流体流動ハウジング内の流体流動容器と接合するように構成された環状ハウジングの両側にフランジを含むことができる。フランジは、容器と環状ハウジングとが結合して、それらを貫通する流体流路を作り出すように、このような容器と接合することができる。
【００１０】
方法は、導電率センサを通過するように流体サンプルを流すことと、流体の導電率を測定することとを含むことができる。方法は、第１および第２の静電容量電極を通過するように流体サンプルを流すことと、第１および第２の静電容量電極を使用して、流体サンプルによって影響を受けた静電容量を測定することとをさらに含むことができる。さらにまた、方法は、測定静電容量を導電率補正と相関させることと、導電率補正に基づいて測定導電率を調整することによって、補正導電率を計算することとを含むことができる。
【００１１】
このようなシステムおよび方法は、ほぼ同じ体積の流体の導電率、およびそれによって影響を受けた静電容量を測定するために実施され得る。様々な例において、これは、測定導電率と測定静電容量とが流体のほぼ同じ部分によって影響を受け、導電率と静電容量とが実質的に同時に測定されるように、静電容量電極および導電率センサを位置付けることを含むことができる。他の例において、導電率センサは、静電容量電極から既知の距離だけ上流または下流に位置付けられ得る。導電率測定と静電容量測定とは、流体の一部が導電率および静電容量の測定に影響を与えるように、導電率センサと静電容量電極との間の距離に基づいて時間的にずらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ボイド補正を備える導電率センサ用の例示的な電気回路図を示すブロック図である。
【図２Ａ】管の一区分に一体化された例示的な導電率センサの、それぞれ正面図、側面図である。
【図２Ｂ】管の一区分に一体化された例示的な導電率センサの、それぞれ正面図、側面図である。
【図３Ａ】図２Ａおよび２Ｂのセンサの、図２Ｂのそれぞれ線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図を示す。
【図３Ｂ】図２Ａおよび２Ｂのセンサの、図２Ｂのそれぞれ線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図を示す。
【図４】流体の空気体積パーセントが変動するのに従った、管を通って流れる流体の検知静電容量および検知導電率の変動を示す例示的なプロットである。
【図５】管を通って流れる流体の検知静電容量および検知導電率の変動を示す例示的なプロットである。
【図６】流体内の様々な気泡濃度について、流体の実際の導電率、流体の測定導電率、および補正導電率測定値を示すプロットである。
【図７】いくつかの実施形態によるコントローラ基板およびセンサ基板の展開図を示す。
【図８Ａ】様々な実施形態によるセンサ基板構成を示す。
【図８Ｂ】様々な実施形態によるセンサ基板構成を示す。
【図８Ｃ】様々な実施形態によるセンサ基板構成を示す。
【図９】センサ組立体を有する例示的な導電率センサを示すブロック図である。
【図１０Ａ】既存の流動システム内に位置付けられたセンサの図である。
【図１０Ｂ】既存の流動システム内に位置付けられたセンサの図である。
【図１１Ａ】Ｔ字管内に位置付けられた図１０Ａおよび１０Ｂのセンサの、図１０Ｂのそれぞれ線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図である。
【図１１Ｂ】Ｔ字管内に位置付けられた図１０Ａおよび１０Ｂのセンサの、図１０Ｂのそれぞれ線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、ボイド補正を備える導電率センサ用の例示的な電気回路図を示すブロック図である。図示の実施形態では、センサ１００は、励起トロイドコイル１０４および測定用トロイドコイル１０５を含み、これらのコイルは、これらのトロイドコイルを通って流れる流体の導電率を誘導的に決定するのに使用され得る。センサは、励起電流を励起トロイドコイルに流すなど、ドライバ１０３を介して励起トロイドコイル１０４を駆動するように構成され得るコントローラ１０２を含む。コントローラ１０２は、検出器１０６を介して測定用トロイドコイル１０５を通って流れる電流を表す信号を受信するようにさらに構成され得る。流体の導電率を誘導的に測定する際の励起トロイドコイルおよび測定用トロイドコイルの使用は、例えば、本出願の譲受人に譲渡され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２００５年７月２７日に出願された米国特許第７，１２６，３４３号に説明されている。しかし、説明に役立つ例として使用されているが、本開示の範囲内のセンサが、このようなトロイドコイルを組み込んだ方法などによる誘導的な導電率測定に限定される必要はないことが理解されるであろう。むしろ、ドライバ１０３、励起トロイドコイル１０４、測定用トロイドコイル１０５、および検出器１０６に加えて、またはその代わりに、他の既知の導電率検知技法が使用されてもよい。一般に、コントローラ１０２は、コイル１０４、１０５と、または他の導電率検知デバイスとインターフェースで接続して、サンプル流体の導電率を示す信号を受信することができる。
【００１４】
図１に示されるように、センサ１００は、コネクタ１１１を介してコントローラ１０２と通信するセンサ基板１０７を含む。センサ基板は、第１の電極１０８および第２の電極１０９を含む。第１の電極１０８および第２の電極１０９は、例えば静電容量電極として使用され得る。すなわち、コントローラ１０２は、コネクタ１１１を介して、第１の電極１０８と第２の電極１０９との間の静電容量を決定することができる。図１のセンサ基板は、温度、例えば、第１の電極１０８および第２の電極１０９に近接するか、またはそれらの間にある物体の温度をモニタリングするために使用され得る温度センサ１１０をさらに含む。温度センサ１１０には、熱電対、サーミスタなどの任意の適切な温度センサを含めることができる。物理的接続として示されているが、いくつかの実施形態では、コネクタ１１１が、センサ基板１０７の要素とコントローラ１０２の要素との間の有線および／または無線通信を容易にすることができることが理解されるであろう。
【００１５】
示されるように、コントローラ１０２は、コントローラ基板上のコネクタ１１２を介して外部コネクタ１１３と通信することができる。様々な実施形態において、コネクタ１１２と外部コネクタ１１３とは、有線または無線通信することができる。いくつかの例において、外部コネクタ１１３は、流体流動システムの他の部分と相互作用するように構成されたシステムコントローラなどの様々なシステム構成要素とインターフェースで接続することができる。例えば、外部コネクタ１１３は、受信データに対して分析を実施し、分析下の流体に影響を及ぼすプロセスを実行することができるコンピュータまたは制御センタとインターフェースで接続することができる。例えば、外部コネクタ１１３を介してデータを受信する制御デバイスが、導電率を調整するために流体成分の濃度を増減するなど、流体の測定導電率に基づいて流体を調整してもよい。流体を調整することには、例えば、流体成分の濃度、流体の流量、流体の温度、または他の流体性質を調整することを含めることができる。追加としてまたは代替として、外部コネクタ１１３は、データをコントローラ１０２に提供することができる外部センサと連通することができる。例えば、いくつかの実施形態において、コントローラ１０２は、サンプルを通る流体の流量を測定するように構成された流量計と連通することができる。流量データを使用して、システムを通る特定の体積の流体の位置を追跡することができる。
【００１６】
図２Ａは、管の一区分に一体化された例示的な導電率センサの正面図である。図２Ａの図示の実施形態では、導電率センサ１００は、流体流動システムの流経路内に位置するように、管の一区分として具体化される。示されるように、センサは、センサ構成要素を取り囲み、かつ事実上それを包み込むハウジング１１５を含む。図２Ａの導電率センサ１００は、図１に関して上述したものと同様の外部コネクタ１１３を含む。図示の実施形態では、外部コネクタ１１３は、ネジ１１３ｂを介してハウジング１１５に確実に固定される。
【００１７】
ハウジング１１５は、導電率センサ１００を流体流動システム内の流体流動容器に隣接させるのを容易にするように、フランジ１１４ａおよび１１４ｂに隣接して位置付けられる。図示の例では、３Ａ衛生接続部を含むとして示されているが、流体流動組立体内の流体流動容器に接続するための任意の適切な接続タイプが可能であることが理解されるであろう。継ぎ目にシールを設けるために、それぞれ、ハウジングとフランジ１１４ａとの間にガスケット１１６が、ハウジングとフランジ１１４ｂとの間にガスケット１１７が位置付けられ得る。フランジ１１４ａ、１１４ｂは、センサ１００の内部区分と共に、センサ１００を通って流れる流体用の流路を画定する。
【００１８】
図２Ｂは、図２Ａの導電率センサの側面図である。センサ１００は、フランジ１１４ａを通ってセンサ１００の内部に延びる流路１１８を含む。センサの周囲にある１つ以上のネジ１１９を使用して、フランジ１１４ａをハウジング１１５に確実に固定し、かつフランジ１１４ａとハウジング１１５との間にガスケット１１６を圧縮することができる。例えば、いくつかの例では、複数のネジまたは他の締結具（例えば、ボルトなど）が、フランジ１１４ａとハウジング１１５との間にガスケット１１６を均一に圧縮するように、フランジ１１４ａの周囲に事実上等間隔に配置され得る。同様に、１つ以上のネジまたは締結具を使用して、フランジ１１４ｂをハウジング１１５に確実に固定し、かつフランジ１１４ｂとハウジング１１５との間にガスケット１１７を圧縮することができる。流路１１８の内径を含むハウジング１１５は、外面１６４および内面１６２を有する環状ハウジングを画定する。内面は、センサ１００を貫通する流路１１８に対応する開口部１６６を画定する。図示の実施形態では、フランジ１１４ａ上の３Ａ衛生接続部は、この接続部を、流体流動システム内の管上など、隣接する接続部上の対応する接続部に接続するために、クランプ接続部１２０を含む。
【００１９】
図３Ａおよび３Ｂは、図２Ａおよび２Ｂのセンサの、図２Ｂのそれぞれ線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図を示す。センサは、ハウジング１１５内に非導電性管１２５ｃを含む。示されるように、非導電性管１２５ｃおよびフランジ１１４ａ、１１４ｂは、センサ１００の中心を通る長手方向の流路１１８を画定する。フランジ１１４ａおよび１１４ｂは、流体流動経路において、センサ１００の接続を容易にするための接続部１２０を含む。いくつかの例において、接続部１２０は、センサ１００を流体流動経路に封止するのを容易にするために、ガスケットを受けるための溝１２１を含む。非導電性管１２５ｃは、フランジ１１４ａおよび１１４ｂの内側開口と流体連通して、センサ１００を貫通する流路１１８を作り出す。Ｏリング１２４ａ、１２４ｂとガスケット１２５ａ、１２５ｂとを使用して、それぞれ、非導電性管１２５ｃとフランジ１１４ａとの間、非導電性管１２５ｃとフランジ１１４ｂとの間に、接合部を封止することができる。いくつかの例において、非導電性管１２５ｃの内径は、センサ２００が接続部１２０を介して取り付けられている隣接する流体流動容器の内径とほぼ同じである。したがって、流体流動システム内の流路にセンサ２００を組み込むことは、流体流動に最小限の影響しか及ぼさないことになる。
【００２０】
図３Ａのセンサは、図１を参照して上述されたものと同様の励起トロイドコイル１０４および測定用トロイドコイル１０５を含む。センサ１００を通って流れる流体がトロイドコイル１０４、１０５の中心を通って流れるように、励起トロイドコイル１０４および測定用トロイドコイル１０５は、非導電性管１２５ｃを囲むように位置付けられる。センサ１００は、図１に関して説明されたものなど、トロイドコイル１０４、１０５とインターフェースで接続するように構成されたコントローラ基板１０１をさらに含む。いくつかの実施形態において、コントローラ基板１０１は、可撓性プリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）材料を含む。図１のコントローラ１０２、ドライバ１０３、および検出器１０６などの構成要素を含むコントローラ基板は、ハウジング１１５内に含められるようにセンサ１００の部分に柔軟に巻き付けられ得る。図示の実施形態では、コントローラ基板１０１は、トロイドコイル１０４、１０５に巻き付けられ、例えば、それぞれ、ドライバ１０３、検出器１０６を介してそれらとインターフェースで接続することができる。いくつかの実施形態において、トロイドコイル１０４、１０５は、コントローラ基板のドライバ１０３と、検出器１０６とにそれぞれはんだ付けされるか、それとも電気的に結合される。
【００２１】
例示的な導電率検知動作の間、励起トロイドコイル１０４は、交流電流を流体に流すことができ、それによって、測定用トロイダルコイル１０５内に交流磁場を発生させることができる。いくつかの実施形態において、フランジ１１４ａ、１１４ｂは、導電性材料から作ることができ、かつ／またはフランジ１１４ａ、１１４ｂが非導電性管１２５ｃの端で流体と電気連通するような導電性素子を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ハウジング１１５は、金属、合金、または導電性プラスチックなどの導電性材料から作ることができ、ネジ１１９ａおよび１１９ｂは、それぞれ、ハウジング１１５とフランジ１１４ａとの間、ハウジング１１５とフランジ１１４ｂとの間に電気連通をもたらすことができる。例えば、例示的な導電性電流ループは、図３Ｂのループ１９０ｂによって示されるように、流路１１８、フランジ１１４ａ、ネジ１１９ａ、ハウジング１１５、ネジ１１９ｂ、およびフランジ１１４ｂ内の流体を含むことができる。本明細書の他の箇所で述べられるように、いくつかの例において、センサ１００は、フランジ１１４ａ、ｂの周囲に配置された複数のネジまたは他の締結具を含む。いくつかのこのような例では、このような締結具のうちの１つ以上が、ループ１９０ｂによって示される導電路に役立つことができる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、ハウジング１１５は、例えばガラス強化プラスチックなどの非導電性材料から作られる。いくつかのこのような実施形態では、センサ１００は、トロイドコイル１０４、１０５の外側を走り、かつ流体との電流ループを完成させるために非導電性管１２５ｃの端で流体と電気連通するループ回路ワイヤ１２８を含む。ループ回路ワイヤ１２８は、例えば、それぞれ、フランジ１１４ａにねじ込まれた止めネジ１２７ａ、フランジ１１４ｂにねじ込まれた止めネジ１２７ｂを介して、所定位置に保持され得る。いくつかのこのような例では、誘導電流が、例示的な電流路１９０ａによって示されるように、流体を通り、またループ回路ワイヤ１２８を通って流れることができる。流体を通って流れる電流を示す測定用トロイドコイル１０５内の誘導電流、および流体の導電率が、測定され得る。いくつかの実施形態において、センサ１００は、導電率測定を実施する対象の流体で電流ループを完成させるために、ループ回路ワイヤ１２８の代わりにまたはそれに加えて他の導電用素子を含む。例えば、いくつかの実施形態において、フランジ１１４ａ、１１４ｂは、管１２５ｃを通って流れる流体で電流ループを完成するために、ハウジング１１５または他の構成要素を貫通する金属のねじ付き棒で確実に固定され得る。
【００２３】
場合によっては、センサ１００内の流路１１８内の流体中の気泡または泡は、流体の実際の導電率が変わらない場合でも、サンプルを通って流れる電流および／または測定用トロイドコイル１０５を介して検出された電流に影響を及ぼす可能性がある。すなわち、たとえ流体中の空気の存在が、ほとんどの場合、流体そのものの導電率に影響を与えないとしても、それは、測定導電率に影響を与える可能性がある。泡および／または気泡の形態の空気を含有する流体の導電率を測定することは、導電率測定において不注意に空気を含んでしまう可能性がある。たとえ流体の真の導電率が影響を受けなくても、空気の存在が測定導電率を低くすることが多い。
【００２４】
気泡および／または泡の形態の空気の存在は、測定導電率に加えて、流体の他の性質に影響を及ぼす可能性がある。例えば、流路１１８内の気泡および／または泡は、流体とは誘電的に異なっていることがあり、流体のみが流れている場合よりも管を通って流れる流体の誘電性に影響を及ぼす可能性がある。したがって、管内の流体によって影響を受けている測定静電容量は、それを通って流れる流体中に存在する空気によっても影響を受けている可能性がある。したがって、このような静電容量をモニタリングすることにより、流体流路１１８内の気泡および／または泡の存在および／または量を示すことができる。いくつかの実施形態において、これを使用して、測定された導電率測定値に対する気泡および／または泡の影響を予測して、気泡および／または泡の埋め合わせをすることができる。
【００２５】
いくつかの例において、静電容量を測定することには、第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間に電位を印加することと、流体サンプルを第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間の電場に流し込むことと、第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間の静電容量を測定することとを含めることができる。いくつかのこのような例では、導電率測定により、第１の静電容量電極と第２の静電容量電極との間を流れている流体の測定導電率を決定することができる。このような構成では、導電率測定と静電容量測定とは、センサを通って流れる流体の同じ部分によって影響を受けている。代替として、いくつかの例では、センサを通って流れる流体によって影響を受けた静電容量を測定するのに使用される電極、および流体の導電率を測定するためのコイルが、センサに沿って長手方向に既知の距離だけずらされ得る。いくつかのこのような実施形態において、既知の流体流量（例えば、コントローラ１０２と連通する流量計による）を使用して、特定の体積の流体によって影響を受けた導電率測定と静電容量測定との間の時間的なずれを決定することができる。流体によって影響を受けた測定導電率および測定静電容量を決定するのに伴う遅延は、ほぼ同じ体積であるが、別々の場所、別々の時点で分析される流体の静電容量および導電率の結果となる。様々なこのような実施形態において、ある体積の流体の導電率測定は、その体積によって影響を受けた静電容量測定を実施する前に実施される。他の実施形態において、ある体積の流体によって影響を受けた静電容量測定は、その体積の導電率測定の前に実施される。
【００２６】
図４は、流体の空気体積パーセントが変わるのに従った、管１２５ｃを通って流れる流体の検知静電容量および検知導電率の変動を示すプロットである。図４の例では、流体の静電容量および測定導電率の両方が、空気パーセントが上がるのにつれて減少する。図５は、管１２５ｃを通って流れる流体の検知静電容量および検知導電率の変動を示すプロットである。図５のプロットでは、静電容量センサ出力値および導電率センサ出力値の両方が、流路内の気泡が０％のときの所定の値（たとえば、１．００）に正規化されている。
【００２７】
図４および５の一方または両方からのデータを使用して、測定静電容量と、測定導電率に対する流体の空気含有量の影響との間の相関関係を決定することができる。図６は、流体内の様々な気泡濃度（体積パーセント）に対して、流体の実際の導電率、流体の測定導電率（すなわち、導電率センサの読み取り値）、および補正導電率測定値を示すプロットである。示されるように、流体そのものの導電率は、空気含有量パーセントが上がっても変わらないが、空気含有量が増加するにつれて、導電率センサの読み取り値は、誤って減少する。
【００２８】
流体の空気含有量が変わるのにつれて流体によって影響を受ける静電容量の既知の挙動（例えば、図４および５）に基づいて、補正導電率センサの読み取り値が決定され得る。例えば、コントローラは、受信信号に基づいて、流体によって影響を受けた静電容量および流体の測定導電率を決定することができる。測定静電容量および測定導電率を使用して、コントローラは、補正導電率測定値を決定することができる。様々な例において、コントローラは、測定静電容量および測定導電率を入力変数として使用する式に基づいて、補正導電率測定値を決定することができる。追加としてまたは代替として、補正導電率測定値は、コントローラ１０２の一部であるか、それともコントローラ１０２と連通するメモリに格納されたルックアップテーブルを介して決定され得る。
【００２９】
いくつかの例において、測定温度、例えば温度センサ１１０からのデータは、補正導電率測定値を決定する際に使用され得る。例えば、流体の温度は、静電容量および／または導電率の測定値が流路内の空気の存在によってどのように影響を受けるかに影響を及ぼす可能性がある。したがって、いくつかの例において、補正導電率測定値を決定するために使用されるルックアップテーブルまたは方程式は、測定導電率および測定静電容量に加えて、温度データを利用することができる。
【００３０】
場合によっては、流路内の流体温度および／または空気量と静電容量および／または測定導電率との関係は、システム内を流れる流体に左右される。いくつかの実施形態において、様々な方程式および／またはルックアップテーブルを使用し、システムを通って流れる流体に基づいて、補正導電率測定値を決定することができる。いくつかの実施形態において、センサは、ユーザがシステムを通って流れる流体を識別することを可能にするユーザインターフェースと通信する。いくつかの例において、ユーザインターフェースは、ユーザが流体のリストから流体を選択することを可能にする。次に、コントローラが、受信した選択を使用して、補正導電率測定値を決定するときに使用するための適切なルックアップテーブルおよび／または方程式を決定することができる。様々な実施形態において、流体を選択することには、システムを通って流れる流体中に存在する特定の溶液および／または成分を選択することを含めることができる。
【００３１】
いくつかの例において、センサは、本明細書の他の箇所に説明されているものなどの受信入力に基づいて補正導電率測定値を決定するように、工場で較正される。他の例では、ユーザは、既知の空気体積パーセント（例えば、０％の空気）の流体を、較正モードで動作するセンサに流す較正ステップを実行することができる。次に、センサが、流体の導電率を測定し、工場較正パラメータを用いたユーザ測定導電率データを利用して、様々な流体／空気パーセントにわたって導電率センサを較正することができる。同様に、１つ以上の静電容量測定値（例えば、０空気体積％における、および１００空気体積％における）を使用して（工場較正値の有無に関わらず）、様々な流体／空気パーセントにわたって静電容量測定値を較正することができる。このような較正データを組み合わせて、任意の測定導電率および測定静電容量に対する補正導電率測定値を決定するための関係（例えば、数式またはルックアップテーブル）を定義することができる。
【００３２】
上記の図１に関して説明されたように、センサ１００は、コントローラ基板１０１上のコントローラと連通するセンサ基板１０７を含むことができる。センサ基板１０７は、管１２５ｃ内の流体の性質を決定するのに使用され得る電極１０８、１０９を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、流路１１８内の流体が電極間を流れるように、第１の電極１０８および第２の電極１０９がセンサ基板上に位置付けられる。流路１１８を通って流れる流体は、電極間の誘電体として作用することができ、それによってそれらの間の静電容量に影響を及ぼす。流路１１８内の気泡および／または泡は、流体とは誘電的に異なり、電極間の静電容量に影響を及ぼす可能性がある。したがって、このような電極間の静電容量をモニタリングすることにより、流体流路１１８内の気泡および／または泡の存在を示すことができ、このモニタリングを使用して、気泡および／または泡の埋め合わせをするように導電率測定値を調整することができる。
【００３３】
追加としてまたは代替として、センサ１００は、管１２５ｃを通って流れる流体の様々なパラメータを測定するための他の構成要素を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、センサ基板１０７は、管１２５ｃに近接して位置付けられた温度センサ１１０を含む。温度センサ１１０は、流路１１８を通って流れる流体の温度を示す信号を、例えばコントローラ１０２に出力することができる。いくつかのこのような例では、コントローラ１０２は、温度情報を使用して、流体によって影響を受けた静電容量を、気泡および／または泡など、流体中の空気の存在と相関させることができる。
【００３４】
図３Ａのセンサ１００は、追加のセンサまたはシステム構成要素と連通することができる外部コネクタ１１３を含む。いくつかの例において、外部コネクタ１１３は、コントローラ基板コネクタ１１２を介してコントローラ基板１０１と連通し、センサ基板コネクタ１１１を介してセンサ基板１０７と連通する。外部コネクタ１１３は、励起トロイドコイル１０４、測定用トロイドコイル１０５、センサ基板１０７の電極（例えば、１０８、１０９）、および／または温度センサ１１０と電気連通することができる。外部コネクタは、有線および／または無線通信を介して外部デバイスと通信するために、外部デバイスとインターフェースで接続するように構成され得る。様々な実施形態において、外部デバイスを使用して、電極１０８、１０９、温度センサ１１０、測定トロイドコイル１０５などの１つ以上の構成要素からの信号をモニタリングすることができる。追加としてまたは代替として、外部デバイスを使用して、励起トロイドコイルなどの構成要素を制御することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、センサ基板１０７は、センサ１００の非導電性管１２５ｃに効果的に巻き付けられ得る可撓性材料（例えば、可撓性ＰＣＢ材料）から作られる。いくつかのこのような実施形態では、電極（例えば、１０８、１０９）は、その周囲の管１２５ｃの外面に近接して位置付けられ得、ハウジング１１５内に都合よく嵌ることができる。図７は、いくつかの実施形態によるコントローラ基板およびセンサ基板の展開図を示す。示されるように、可撓性コントローラ基板１０１は、それぞれ、励起トロイドコイル、測定用トロイドコイルとインターフェースで接続するための領域１０４、１０５を含む。いくつかの例において、コイルは、はんだ付けされるか（例えば、破線で示される裏側から）、それとも領域１０４、１０５でコントローラ基板１０１に電気的に接続される。コントローラ基板１０１は、図１に示される外部コネクタ１１３と同様の外部コネクタ１１３を有する可撓性接続基板に接続され、他の外部デバイスとの通信を可能にするコネクタ１１２をさらに含む。コントローラ基板１０１は、コネクタ１１１を介してセンサ基板１０７に接続される。
【００３６】
図７のセンサ基板１０７は、第１の電極１０８および第２の電極１０９を含む。いくつかの例において、第１の電極１０８および第２の電極１０９は、静電容量電極を含む。図７のセンサ基板１０７は、第１の電極１０８および第２の電極１０９の近傍の温度を示す信号を出力するように構成された温度センサ１１０をさらに含む。
【００３７】
例示的な構成では、センサ基板１０７は、図３Ａおよび６Ｂのセンサ１００の非導電性管１２５ｃなどの流体流動容器に巻き付けられる。センサ基板１０７は、図７において、センサ基板１０７に重なって仮想線で示された管１４０に対してほぼ示された向きで管に巻き付けられ得る。したがって、第１の電極１０８および第２の電極１０９は、センサ基板１０７が管１４０に巻き付けられるときに、電極１０８および１０９が流体流路の両側にあるように位置付けられる。すなわち、管を通って流れる流体は、電極１０８と電極１０９との間にあるようになり、電極１０８と電極１０９との間で静電容量測定を行うとき、それらの間の誘電体として作用する。
【００３８】
センサ基板１０７が管１４０に巻き付けられた後、センサ基板１０７付きの管１４０が、励起トロイドコイル１０４および測定用トロイドコイル１０５に挿入される。コントローラ基板１０１は、同様に、コイルに巻き付けられ、センサ基板１０７上のコネクタ１１１に接続され得る。したがって、図３Ａの断面配置と同様に、管１２５ｃは、センサ基板１０７、次にコイル１０４、１０５、そしてコントローラ基板１０１によって取り囲まれる。
【００３９】
図７に関して管１４０に巻き付けられるとして説明されているが、導電率センサ１００の組み立ての際、センサ基板１０７およびコントローラ基板１０１などの基板は、必ずしも管１４０に巻き付けられる必要はない。むしろ、図７の「巻き付けられていない」図は、それらが導電率センサ１００から解かれるべきである場合の基板の可能な構成を示す。通常、可撓性ＰＣＢ基板などのいくつかの構成要素は、組み立ての際に管に巻き付けられるかまたは管に一体化され得る。例えば、いくつかの例において、管１４０は、その上に含まれる電極１０８、１０９を有する表面を含む。コントローラ基板１０１は、管１４０に一体化されたこのような電極と直接インターフェースで接続するように構成され得る。
【００４０】
図８Ａ〜Ｃは、様々な実施形態によるセンサ基板構成を示す図である。図８Ａは、第１の電極１０８と第２の電極１０９とを有するセンサ基板１０７ａを示す。絶縁管１２５ｃなどの管に巻き付けられると、電極１０８および１０９は管の反対側に位置付けられることになる。例えば、図３Ａを参照すると、管１２５ｃの上半分にあるセンサ基板１０７は、第１の電極１０８を含む可能性があるが、管１２５ｃの下半分にあるセンサ基板１０７は、２つの電極が管１２５ｃの反対側に位置付けられるように、第２の電極１０９を含む可能性がある。図８Ａのセンサ基板１０７ａは、電極１０８、１０９に近接する領域の温度を測定するための温度センサ１１０を含む。例えば、温度センサ１１０を用いて管１４０の温度を測定することができ、これはそれを通って流れる流体の温度を示すことができる。電極１０８、１０９および／または温度センサは、センサ基板コネクタ１１１のコネクタを介してセンサまたは流体流動システムの他の部分に電気的に接続することができる。
【００４１】
図８Ｂは、図８Ａのそれと同様のセンサ基板１０７ｂを示し、より多くの電極を含む。図８Ｂのセンサ基板１０７ｂは、第１の電極１２９、第２の電極１３０、第３の電極１３１、および第４の電極１３２を含む。管１４０に巻き付けられると、第１の電極１２９および第３の電極１３１は、互いに対向して位置付けられ、それらの間に流路が延在する。同様に、センサ基板１０７ｂが管１４０に巻き付けられると、第２の電極１３０と第４の電極１３２もまた、互いに対向して位置付けられ、それらの間に流路が延在する。管の周囲に間隔を置いて配置された４つの電極１２９、１３０、１３１、および１３２は、任意の２つの電極間の静電容量測定など、様々な静電容量測定を実行することを可能にすることができる。いくつかの例では、複数の電極は、静電容量トモグラフィプロセスを実行するために使用され得る。図８Ａのセンサ基板１０７ａと同様に、図８Ｂのセンサ基板１０７ｂは、センサ基板１０７ｂの部分と他のセンサまたはシステム構成要素との間の電気連通を容易にするためのセンサ基板コネクタ１１１を含む。示されるように、電極１２９、１３０、１３１、および１３２のそれぞれは、コネクタ１１１に接続されている。センサ基板１０７ｂは、コネクタ１１１と連通する温度センサ１１０をさらに含む。
【００４２】
図８Ｃは、管を囲む螺旋状電極を提供するように構成されたセンサ基板１０７ｃを示す。図８Ｃのセンサ基板１０７ｃは、４つの電極、１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、および１３４ｂを含む。管１４０に巻き付けられると、電極１３３ｂの左端は電極１３３ａの右端にほぼ合い、一方、電極１３４ｂの左端は電極１３４ａの右端にほぼ合い、二重螺旋形状を形成する。すなわち、電極１３３ａおよび１３３ｂは第１の螺旋を形成し、電極１３４ａおよび１３４ｂは第１の螺旋と絡み合っている第２の螺旋を形成する。示されるように、第１の接続部１４４を用いて電極１３３ａと電極１３３ｂとを電気的に接続することができ、第２の接続部１４６を用いて電極１３４ａと電極１３４ｂとを電気的に接続することができる。したがって、螺旋のそれぞれは基本的に単一の電極を形成し、センサ基板１０７ｃによって覆われた管の任意の長さにおいて、一方の螺旋は、他方とほぼ交差して位置付けられ、流体流路はそれらの間に位置付けられる。一方の螺旋（例えば、電極１３３ａ、１３３ｂ）と他方の螺旋（例えば、電極１３４ａ、１３４ｂ）との間の静電容量測定値を使用して、管１４０内の流体の特性を決定することができる。図８Ａおよび８Ｂのセンサ基板と同様に、図８Ｃのセンサ基板１０７ｃは、センサ基板１０７ｃの部分と他のセンサまたはシステム構成要素との間の電気連通を容易にするためのセンサ基板コネクタ１１１を含む。示されるように、電極１３３ａおよび１３４ｂのそれぞれ（したがって、螺旋のそれぞれ）は、コネクタ１１１に接続されている。センサ基板１０７ｃは、コネクタ１１１と連通する温度センサ１１０をさらに含む。したがって、螺旋状電極（１３３ａ、ｂおよび１３４ａ、ｂ）のそれぞれおよび温度センサ１１０は、コネクタ１１１を介してコントローラ基板と電気連通することができる。
【００４３】
一般に、センサ基板およびコントローラ基板などの構成要素は、管１２５ｃなどの様々な構成要素の周りに「巻き付けられて」いると記述されているが、そのような言い回しは、図７および８Ａ〜８Ｃのそのような基板の「巻き付けられていない」図と共に使用される。いくつかの例では、そのような基板は、例えば可撓性ＰＣＢ基板上に、組み立て中に管１２５ｃの周りに物理的に巻き付けられる、別々に構成された構成要素である。他の実施形態では、図７および８Ａ〜８Ｃのセンサ基板などの基板は、管１２５ｃの表面に組み込まれ得る。例えば、１０８および１０９などの電極または他の基板要素は、管１２５ｃ上に印刷され得るかまたは他の方法で適用され得、管１２５ｃに近接して位置付けられたコネクタ１１１を介してコントローラ基板に接続され得る。図７および８Ａ〜８Ｃは、たとえいくつかの実施形態によりセンサ基板の特徴が管１２５ｃから物理的に解放されることができない場合でも、説明の明瞭さおよび容易さのために、そのような電極の「巻き付けられていない」図を提供する。
【００４４】
一般に、図８Ａ〜Ｃのセンサ基板のいずれも、図３Ａおよび３Ｂに示すようにセンサ基板１０７として使用されることができる。図１および３Ａを参照すると、センサ基板１０７は、例えば、静電容量測定による流体の誘電特性または温度センサ１１０を使用した流体の温度など、管１２５ｃを通って流れる流体の様々な特性を測定するために使用されることができる。センサ１００の例示的な動作中、コントローラ１０２は、例えばドライバ１０３を介して励起トロイドコイル１０４に電流を印加させることができる。コントローラ１０２は、例えば検出器１０６を介して測定用トロイドコイル１０５から信号を受信することができる。受信された信号は、管１２５ｃを通って流れる流体の導電率を決定するために使用されることができる。
【００４５】
図８Ａ〜Ｃに関して上述したように、流体が管１２５ｃを通って流れている間、流体は概してセンサ基板１０７の電極間を流れている。コントローラ１０２は、センサ基板１０７上のそのような電極（例えば、１０８、１０９）間の静電容量を決定するように構成されることができる。決定された静電容量は、管１２５ｃ内の流体の組成により影響を受ける可能性がある。いくつかの実施形態では、コントローラは、導電率測定に対する管１２５ｃ内の空気の影響を決定するために流体の測定静電容量を使用することができる。コントローラは、初期導電率測定値、静電容量測定値、および場合によっては温度測定値に基づいて補正導電率を決定することができる。
【００４６】
図２および３のセンサは、（例えば、クランプ接続部１２０を介して）流体流動システム内の管のセクション間に接続可能であるように示されている。さらに、センサの様々な部分が流体流動容器の外側に配置されている（すなわち、管１２５ｃを通る流路１１８）。あるいは、いくつかの実施形態では、センサは、既存の流動システム内の流体流路に浸すことができるセンサ組立体を含むことができる。図９はセンサ組立体を有する例示的な導電率センサを示すブロック図である。示されるように、センサ２００は、コントローラ基板２０１、センサ組立体２０７、および外部コネクタ２１３を含む。いくつかの例では、センサ組立体２０７は、システムを通って流れる流体に浸ることができる。センサ組立体２０７は、励起トロイドコイル２０４および測定用トロイドコイル２０５、第１の電極２０８、第２の電極２０９、および温度センサ２１０を含む。コントローラ基板２０１は、ドライバ２０３を介して励起トロイドコイル２０４と、また検出器２０６を介して測定用トロイドコイル２０５と連通するコントローラ２０２を含む。本明細書の他の箇所に記載されているように、コントローラ２０２は、トロイドコイルを通って流れる流体の導電率測定を実行するために、励起トロイドコイル２０４および測定用トロイドコイル２０５とインターフェースで接続することができる。さらに、コントローラは、入力コネクタ２１１を介して、第１の電極２０８および第２の電極２０９、ならびに温度センサ２１０と連通することができる。追加としてまたは代替として、いくつかの実施形態では、入力コネクタ２１１は、検出器２０６と測定用トロイドコイル２０５との間、およびドライバ２０３と励起トロイドコイル２０４との間の連通を容易にするように構成され得る。
【００４７】
コントローラ２０２は、静電容量など、システム内を流れる流体によって影響を受けたパラメータを測定するために電極とインターフェースで接続することができる。さらに、本明細書の他の箇所に記載されているように、コントローラは、トロイドコイルおよび電極とインターフェースで接続して測定導電率および測定静電容量を決定することができる。コントローラ２０２は、受信したデータ、およびいくつかの例では温度センサ２１０からの温度データに基づいて、システムを通って流れる空気（たとえば気泡、泡など）の存在の埋め合わせをするために補正導電率測定値を決定することができる。コントローラ基板２０１は、外部コネクタ２１３と連通する出力コネクタ２１２を含む。いくつかの例では、コントローラは、様々な構成要素から受信した信号および／または決定された補正導電率測定値などの様々な情報を、コンピュータ、スマートフォン、タブレットなどの他のシステム構成要素に出力することができる。いくつかの実施形態では、出力コネクタ２１２および／または外部コネクタ２１３は、有線通信、無線通信、またはその両方の能力があり得る。
【００４８】
図１０Ａおよび１０Ｂは、既存の流動システム内に位置付けられたセンサの図である。図１０Ａを参照すると、図示の実施形態では、センサ２００はＴ字管２１７に結合されている。図１０ＡのＴ字管２１７は、流体流動システムから分離して取り付け可能であるように示されているが、いくつかの例では、センサ２００は、流体流動システム内に存在し開ポートを有するＴ字管２１７に挿入され得る。したがって、センサ２００の使用は、システム構成要素間のいかなる接続も切断することを必要とせず、大きなシステム破壊なしにより容易な設置および取り外しを可能にする。
【００４９】
図示のように、センサ２００はクランプ２２０を介してＴ字管２１７に結合されている。クランプ２２０を介してＴ字管２１７と接合するように示されているが、様々な実施形態では、センサ２００は、任意の様々な既知の流体システム接続を介してＴ字管２１７と係合するように構成され得る。センサ２００は、カバー２２３を有するコントローラボックス２１５を含む。例示の実施形態では、センサ２００は、ボックスカバー２２３とコントローラボックス２１５との間にシールを形成するためのコントローラボックスガスケット２１６を含む。
【００５０】
図９に関して論じたように、図１０のセンサ２００は、センサのコントローラと外部デバイスとの間の通信を容易にするために使用され得る出力コネクタ２１２を含む。いくつかの例では、出力コネクタ２１２は、コントローラと他のデバイスとの間の通信を容易にするために、特定のワイヤまたは他のシステム構成要素と接合するように構成された特定のタイプのコネクタである。
【００５１】
図１０Ｂは、図１０Ａのセンサの側面図である。図１０Ｂに示されるセンサ２００の側面図は、Ｔ字管２１７を通る図を示す。示されるように、センサ組立体２０７はＴ字管内に突出し、流体が流れる一区分まで延びている。センサ組立体２０７は、ハウジング２６０内のセンサ組立体２０７の構成要素を、Ｔ字管２１７を通って流れる流体から保護することができるハウジング２６０を含む。いくつかの実施形態では、ハウジング２６０は環状ハウジングである。環状ハウジングは、内面２６２および外面２６４を含み得る。内面２６２は、センサ２００を通って長手方向に延びる開口部２６６を画定する。Ｔ字管２１７を通って流れる流体の少なくとも一部は、センサ２００の開口部２６６を通って流れ、したがって、開口部２６６は、センサ２００を通って流れる流体のための流路２１８を形成する。
【００５２】
図１１Ａは、図１０Ｂの線Ａ−Ａに沿って取られた、Ｔ字管内に位置付けられた図１０Ａおよび１０Ｂのセンサの断面図である。センサ２００は、図９に関して説明されたコントローラ基板などの、コントローラ基板２０１を収容するコントローラボックス２１５を含む。示されるように、外部コネクタ２１３は、外部コネクタ２１３からコントローラ基板２０１の出力コネクタ２１２まで延在するワイヤ２８０に内部で結合されている。コントローラ基板２０１は、コントローラ基板２０１からセンサ組立体２０７への接続ワイヤ２８２として示される入力コネクタ２１１を含む。コントローラボックス２１５は、ナット２２４ａ、２２４ｂを介してセンサ組立体２０７に確実に固定されている。示されるように、コントローラボックス２１５の一部は、センサ組立体２０７の一部にねじ込まれたナット２２４ａ、２２４ｂによって適所に保持される。図１１Ａではセンサ組立体２０７とねじ係合するように示されているが、ナット２２４ａ、２２４ｂは、代替形式の取り付け具を含むことができる。例えば、ナット２２４ａ、２２４ｂは、摩擦嵌合または他の形式の取り付け具によって、センサ組立体２０７に確実に固定することができる。
【００５３】
図１１Ａのセンサ２００は、Ｔ字管２１７の対応するフランジと係合するためのフランジ２１４をさらに含む。いくつかの例では、それぞれのフランジ間のガスケット２２５ｃは、センサ２００とＴ字管２１７との間の接合部から流体が漏れるのを防ぐ。クランプ２２０を用いて、それぞれのフランジを互いに確実に固定することができる。ナット２２４ｂは、フランジ２１４をセンサ組立体２０７に対して定位置に確実に固定することができる。いくつかの例では、ナット２２４ｂは、フランジ２１４をセンサ組立体２０７の固定部分２７０に確実に固定する。
【００５４】
示されるように、センサ組立体２０７の一部は、Ｔ字管２１７内に突出している。センサ組立体２０７は、Ｔ字管２１７内のセンサ２００を通って流れる流体のための流路２１８として機能する開口部２６６を画定する外面２６４および内面２６２を含む。図示の実施形態では、センサ組立体２０７は、励起トロイドコイル２０４および測定用トロイドコイル２０５を含み、それぞれが内面２６２を囲み、ハウジングの外面内に含まれる。そのようなコイル２０４、２０５は、例えばワイヤ２８２および入力コネクタ２１１を介してコントローラ基板２０１上のコントローラと通信することができる。本明細書の他の箇所に記載されているように、コントローラは、コイル２０４、２０５と相互作用して、開口部２６６を通って流路２１８を通って流れる流体の測定導電率を決定することができる。
【００５５】
図１１のセンサ組立体２０７は、コイル２０４、２０５とハウジングの内面２６２との間で、かつ開口部２６６の両側に位置付けられた、第１の電極２０８および第２の電極２０９をさらに含む。電極２０８、２０９は、ワイヤ２８２および入力コネクタ２１１を介してコントローラ基板２０１上のコントローラと通信することができる。本明細書の他の箇所に記載されているように、コントローラは、電極２０８、２０９を使用して流路２１８を通って流れる流体によって影響を受けた静電容量を測定することができる。第１の電極２０８と第２の電極２０９との間の静電容量を測定し、測定した導電率を調整して補正導電率測定値を決定するために使用することができる。
【００５６】
図９のセンサ２００は、センサ２００のセンサ組立体２０７内に配置された温度センサ２１０を含む。温度センサ２１０は、センサ組立体２０７と共に流体の界面に近接して位置付けられ、流路２１８内で分析されている流体の温度を決定するために使用され得る。温度センサ２１０からの情報は、ワイヤ２８２および入力コネクタ２１１を介して、コントローラ基板２０１上のコントローラに伝達され得る。いくつかの例では、コントローラは、補正導電率測定値を決定する際に温度センサ２１０からのデータを使用することができる。すなわち、いくつかの例では、コントローラは、測定導電率値、測定静電容量、および測定温度を受信する。メモリに格納された数式またはルックアップテーブルを介して、コントローラは、受け取った値に基づいて補正導電率測定値を決定することができ、その補正導電率測定値は、センサ２００の流路１１８内の空気（例えば気泡、泡など）の存在を考慮している。
【００５７】
図１１Ｂは、図１０Ａの線Ｂ−Ｂに沿って取られた、Ｔ字管内に位置付けられた図１０Ａおよび１０Ｂのセンサの断面図である。図１１Ａに示されるように、センサ２００は、Ｔ字管２１７の流路内に延在する部分を有するセンサ組立体２０７を含む。示されるように、センサ組立体は、内面２６２および外面２６４を有する環状ハウジング２６０を含み、その内面２６２は開口部２６６を画定する。開口部２６６は、センサ２００によって分析されるときに、流体が流れる流路２１８を形成することができる。図１１Ｂの図は、ハウジング２６０の内面２６２を囲み、外面２６４内に収容されているコイル２８４を示す。センサ２００は、開口部２６６の両側に、かつコイル２８４とハウジング２６０の内面２６２との間に位置付けられた、第１の電極２０８および第２の電極２０９を含む。したがって、電極２０８、２０９を使用して、流路を通って流れる流体によって影響を受けた静電容量を測定することができる。
【００５８】
示されるように、第１の電極２０８および第２の電極２０９は、ハウジング２６０の内面２６２の周りに部分的に反っている。いくつかの例では、第１の電極２０８および第２の電極２０９は、図７の電極１０８、１０９と同様に、ハウジング２６０の内面２６２の周りに巻き付けられている可撓性基板上に配置されている。様々な実施形態において、第１の電極２０８および第２の電極２０９は、図８Ａ〜８Ｃに示される任意のセンサ基板などの可撓性基板上に形成され得る。このような可撓性基板は、ハウジング２６０の内面２６２から分離して、その周りに物理的に巻き付けることができる。あるいは、いくつかの例では、図８Ａ〜８Ｃのセンサ基板を包むことによって形成されたものなどの電極（すなわち、螺旋状電極、複数の長方形電極など）は、ハウジング２６０の内面２６２に直接形成され得る。
【００５９】
本明細書に記載されたものなどのセンサの例示的な動作中に、センサは流体流動システムの流路内に位置付けられる。これは、システムの流体流動容器とセンサを通って連続的な流路を作るために、流体流動システムの流路を遮断することと、センサの両側のフランジを介するなどして流体流動容器の間に図１〜３のセンサ１００のようなセンサを挿入することを含むことができる。あるいは、センサを位置付けることは、例えば、図９〜１１に示されるようにＴ字管の開ポートを介して、既存の流路にセンサを位置付けられることを含むことができる。
【００６０】
いくつかのそのような実施形態では、センサがシステム内の適所に配置されると、流体流動システムを通って流れる流体は環状ハウジング（例えば２６０）を通って流れる。導電率センサ（例えば、励起トロイドコイルおよび測定用トロイドコイル）と通信するコントローラ（例えば、１０２、２０２）は、流体の測定導電率を決定するように構成され得る。定められた導電率を測定するのに、トロイダルセンサ以外の他の導電率センサが使用可能であることが理解されるであろう。
【００６１】
コントローラは、環状ハウジングを通って流れる流体が電極間の静電容量に影響を与えるように位置付けられた、少なくとも２つの電極（例えば、１０８、１０９）とさらに通信している。コントローラは、流体が管を通って流れている間に、電極間の静電容量を測定するために使用され得る。いくつかの例では、コントローラは、流体の導電率と、流体によって影響を受けた静電容量とを実質的に同時に測定するために、電極および導電率センサとインターフェースで接続する。いくつかの例では、センサは、コントローラがセンサを通って流れる流体の測定温度を決定することができるように、コントローラと通信する温度センサをさらに含む。
【００６２】
コントローラは、流体の測定導電率、流体によって影響を受けた測定静電容量、および流体の温度などの、受信され定められた情報に基づいて補正導電率測定値を決定するように構成され得る。いくつかの例では、補正導電率測定は、元の導電率測定に影響を与える流体中の空気（例えば、泡および／または気泡）の存在を考慮することができる。様々な実施形態では、コントローラは、ルックアップテーブルおよび／または複数の受信入力に基づいて補正導電率測定値を決定するための数式を含むメモリと通信することができる。測定導電率、測定静電容量、および温度などの入力に加えて、コントローラは、ユーザインターフェースなどを介して追加の入力を受信することができる。いくつかのそのような例では、ユーザは、サンプルタイプまたは流体サンプルの化学成分など、補正導電率測定値を決定する際に使用される１つ以上のパラメータを入力してもよい。
【００６３】
そのようなセンサは、流体流動システムの他の態様と通信することができる。例えば、様々な実施形態では、コントローラは、補正導電率測定値に基づいてシステム動作を変更するためにシステム機器と通信することができる。そのような変化は、例えば、流体または流体に添加されている成分の流量を変えることと、流体を希釈することと、流体を加熱または冷却することなどを含むことができる。追加としてまたは代替として、コントローラは、補正導電率測定値に基づいて、局所的におよび／または遠隔的に、技術者に警告するために使用され得る。
【００６４】
本開示に記載されている技術のうちのいくつかはまた、命令を含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体などのコンピュータ可読媒体内で具現化またはコード化されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体内に埋め込まれた、またはコード化された命令は、プログラム可能なプロセッサまたは他のプロセッサに、例えば、命令が実行されるときに方法を実施させてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、光学媒体、または他のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。
【００６５】
様々な実施形態が説明されている。そのような例は非限定的であり、そして本発明の範囲を決して定義または限定しない。むしろ、これらおよび他の例は、以下の請求項の範囲内にある。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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