(57)【要約】  領域を通過する流体１２０の流量Ｆを検知するための流体流量センサ１０が説明される。センサ１０は、領域に対して磁界７０をかけるための磁気回路５０，６０ａ，６０ｂと、磁界７０を通過して流れる流体１２０に応じて電極４０ａ，４０ｂ間で作動中に生成される電位Ｖを検知するための電極４０ａ，４０ｂとを備える。各電極４０は、金属要素１３０；３００；４００；５００と、金属ハロゲン要素１１０；３１０，３２０；４１０；５２０と、導電性の多孔質要素１００；３３０；４２０；５３０とを含む。多孔質要素１００；３３０；４２０；５３０は、流量Ｆに対する金属ハロゲン要素１１０；３１０，３２０；４１０；５２０の損失が進むのを遅らせ、流量Ｆと金属ハロゲン要素１１０；３１０，３２０；４１０，５２０との間、ひいては金属要素１３０；３００；４００；５００に続く導電路をもたらす。多孔質要素１００；３３０；４２０；５３０を含有することで、測定ノイズ性能を低下させることなく作動寿命の長いセンサ１０が提供される。【選択図】図２
2008504537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域を通過する流体（１２０）の流量を検知するための流体流量センサ（１０）であって、該センサ（１０）が、該領域の少なくとも一部に対して磁界（７０）をかけるための磁気回路（３０）と、該磁界（１２０）を通過して流れる流体（１２０）に応じて電極（４０ａ，４０ｂ）間で作動中に生成される電位を検知するための電極（４０ａ，４０ｂ）構成とを備え、
該電極（４０）のおのおのが金属要素（１３０；３００；４００；５００）と、金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）と、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）とを含み、前記多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、流体（１２０）の流れに対する該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）の損失が進むのを少なくとも部分的に遅らせ、流体（１２０）の流れと金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０、５２０）との間、ひいては金属要素（１３０；３００；４００；５００）に続く導電路をもたらすよう作動可能であることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該金属要素（１３０；３００；４００；５００）が銀を含み、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）が塩化銀を含むことを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）の電気抵抗率より実質的に少なくともけたが小さい電気抵抗率を作動中に示すことを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、作動中、徐々に該流体（１２０）に溶解または磨耗してしまい、これにより該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）に気孔（１４０）が生成して流体（１２０）にの接近しやすい多孔度をが得られるようになることを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（４２０）および該金属ハロゲン要素（４１０）が実質的に空間的に一致することを特徴とするセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）が少なくとも部分的に該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）に組み込まれていることを特徴とするセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、流体（１２０）に対して該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が親水性を示すように湿潤剤を含むか、あるいは該湿潤剤で前処理を行うことを特徴とするセンサ。
【請求項９】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該金属要素（１３０；３００；４００）、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０）、該多孔質要素（１００；３３０；４２０）が、対応する各電極（４０）を形成するために実質的に相互に同心状になるよう組み合わされることを特徴とするセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンサであって、該金属要素（５００）、該金属ハロゲン要素（５２０）、該多孔質要素（５３０）が細長い構成要素として実装され、これによって各電極（４０）が実質的に直線形状になることを特徴とするセンサ。
【請求項１１】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）および該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）のうちの少なくとも１つが、流体（１２０）に対して多孔度をもたらすように、接着された粒子から作製されることを特徴とするセンサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のセンサ（１０）であって、該粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着されることを特徴とするセンサ。
【請求項１３】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該金属要素（３００；５００）が少なくとも部分的に該多孔質要素（３３０；５３０）を封入するように空間的に配設されることを特徴とするセンサ。
【請求項１４】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（４２０）が少なくとも部分的に該金属要素（４００）を封入するように配設されることを特徴とするセンサ。
【請求項１５】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）には、製造中に電気めっきおよび／または陽極析出により金属ハロゲン化物を内部に析出させておくことを特徴とするセンサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサ（１０）であって、該陽極析出が、該金属要素（１３０；３００；４００；５００）に存在する金属を含む塩を用いる処理、および該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５３０）に存在するハロゲン化物を含む酸を用いる処理によって該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）中に金属ハロゲン化物を析出させることを含むことを特徴とするセンサ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のセンサ（１０）であって、該塩が硝酸銀を含み、該酸が塩酸を含むことを特徴とするセンサ。
【請求項１８】
請求項１に記載のセンサ（１０）であって、作動中に該電極（４０ａ，４０ｂ；４０）間で生成される電位に対応する信号を該電極（４０ａ，４０ｂ；４０）構成から受信するための信号処理ユニット（９０）を含み、該信号処理ユニット（９０）が、該流体（１２０）の流量の測定値、該流体の流量の累積測定値のうちの少なくとも１つを生成するために信号を処理し、該センサ（１０）が該信号処理ユニット（９０）と組み合わされ、これによって流体流量メータがもたらされる、センサ。
【請求項１９】
流体（１２０）に対して電気接触をもたらすための電極（４０）であって、該電極（４０）が金属要素（１３０；３００；４００；５００）を備え、
該電極（４０）が金属ハロゲン要素（１１０；３１０；３２０；４１０；５２０）と、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）とをさらに含み、前記多孔質要素（１００；３２０；４２０；５３０）が、該流体（１２０）に対する該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４２０；５２０）の損失が進むのを少なくとも部分的に遅らせ、該流体（１２０）と該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０，５２０）との間、ひいては該金属要素（１３０；３００；４００；５００）に続く導電路をもたらすよう作動可能であることを特徴とする電極。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該金属要素（１３０；３００；４００；５００）が銀を含み、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）が塩化銀を含むことを特徴とする電極。
【請求項２１】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が、金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする電極。
【請求項２２】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）の電気抵抗率より実質的に少なくともけたが小さい電気抵抗率を作動中に示すことを特徴とする電極。
【請求項２３】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、作動中、徐々に該流体（１２０）に溶解または磨耗してしまい、これにより該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）に気孔（１４０）が生成して該流体（１２０）に接近しやすい多孔度が得られるようになることを特徴とする電極。
【請求項２４】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（４２０）および該金属ハロゲン要素（４１０）が実質的に空間的に一致することを特徴とする電極。
【請求項２５】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が、該流体（１２０）に対して該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）が親水性を示すように湿潤剤を含むか、あるいは該湿潤剤で前処理を行うことを特徴とする電極。
【請求項２６】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該金属要素（１３０；３００；４００）、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０）、該多孔質要素（１００；３３０；４２０）が、該電極（４０）を形成するために実質的に相互に同心状になるよう組み合わされることを特徴とする電極。
【請求項２７】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該金属要素（５００）、該金属ハロゲン要素（５２０）、該多孔質要素（５３０）が細長い構成要素として実装され、これによって該電極（４０）が実質的に直線形状になることを特徴とする電極。
【請求項２８】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）および該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）のうちの少なくとも１つが、該流体（１２０）に対して多孔度をもたらすように、接着された粒子から作製されることを特徴とする電極。
【請求項２９】
請求項２８に記載の電極（４０）であって、該粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着されることを特徴とする電極。
【請求項３０】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該金属要素（３００；５００）が、少なくとも部分的に該多孔質要素（３３０；５３０）を封入するように空間的に配設されることを特徴とする電極。
【請求項３１】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（４２０）が、少なくとも部分的に該金属要素（４００）を封入するように配設されることを特徴とする電極。
【請求項３２】
請求項１９に記載の電極（４０）であって、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）には、製造中に電気めっきおよび／または陽極析出により金属ハロゲン化物を内部に析出させておくことを特徴とする電極。
【請求項３３】
請求項３２に記載の電極（４０）であって、該陽極析出が、該金属要素（１３０；３００；４００；５００）に存在する金属を含む塩を用いる処理、および該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）に存在するハロゲン化物を含む酸を用いる処理によって該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）中に金属ハロゲン化物を析出させることを含むことを特徴とする電極。
【請求項３４】
請求項３３に記載の電極（４０）であって、該塩が硝酸銀を含み、該酸が塩酸を含むことを特徴とするセンサ。
【請求項３５】
流体（１２０）に対して電気接触することができるよう作動可能な電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、
（ａ）金属要素（１３０；３００；４００；５００）を準備するステップと、
（ｂ）金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）を準備するステップと、
（ｃ）該流体（１２０）に対して浸透性である少なくとも部分的に導電性の多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を準備するステップと、
（ｄ）該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）は、該流体（１２０）に対する該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）の損失が進むのを使用中に遅らせ、該流体（１２０）と該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）との間、ひいては該金属要素（１３０；３００，４００；５００）に続く導電路をもたらすよう作動可能になるように、該金属要素（１３０；３１０，３２０；４１０；５２０）、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）、および該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を相互に組み合わせるステップと
を含む方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法がさらに、
（ｅ）該金属要素（１３０；３００；４００；５００）に銀を含有させるステップと、
（ｆ）該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）に塩化銀を含有させるステップと
を含む方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法がさらに、
（ｇ）金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含むように該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を作製するステップを含む方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該金属ハロゲン要素（４１０）と該多孔質要素（４２０）とが該電極（４０）中に含まれる際に実質的に空間的に一致するようにこれら要素を作製するステップを含む方法。
【請求項３９】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を該流体（１２０）に対して親水性を示すように湿潤剤を該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）内に含めるか、あるいは該湿潤剤を用いて該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を前処理するステップをさらに含む方法。
【請求項４０】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該金属要素（１３０；３００；４００）、該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０）、および該多孔質要素（１００；３３０；４２０）が、該電極（４０）を形成するように相互に同心状になるよう組み合わせるステップをさらに含む方法。
【請求項４１】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該電極を作製するように相互に組み合わせるために細長い構成要素として該金属要素（５００）、該金属ハロゲン要素（５２０）、該多孔質要素（５３０）を作製し、該電極が、これによって実質的に直線形状になるステップをさらに含む方法。
【請求項４２】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該流体（１２０）に対して多孔度をもたらすように、該金属ハロゲン要素（（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）および該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）のうちの少なくとも１つを、接着された粒子から作製するステップを含む方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着されることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３５に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該方法が、該金属要素（１３０；３００；４００；５００）に存在する金属を含む塩を用いて該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を処理すること、および該金属ハロゲン要素（１１０；３１０，３２０；４１０；５２０）に存在するハロゲン化物を含む酸を用いて該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）を処理することによって該多孔質要素（１００；３３０；４２０；５３０）中に金属ハロゲン化物を電気めっきするか、もしくは陽極析出させるステップを含む方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の電極（４０）を作製する方法であって、該塩が硝酸銀を含み、該酸が塩酸を含むように該方法が実施される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体流量センサ、例えば、通過する水といった液体の流量を測定するよう作動可能な流体流量センサに関する。また、本発明は、そのような流体流量センサに含めるよう適応された検知用電極に関する。さらに、本発明はまた、そのような検知用電極を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量変換器は公知であり、種々の物理的効果を利用することで機能する。磁気式流量変換器の例は公開されているＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１６１８号（ＷＯ２００４／０９０４７５）で説明されている。このＰＣＴ国際公開において、流体の流量を測定するための磁気式変換器が明らかにされている。この変換器は図１で概略的に示されており、同図内において全体が１０で示されている。変換器１０は流体の流れＦを導くための管２０を含む。さらに、変換器１０は、作動中に流れＦが発生する管２０の領域に横方向磁界７０をかけるための全体が３０で示されている磁気アセンブリを備える。さらに、変換器１０は、磁界７０がかけられる領域に２つの電極４０ａ，ｂを含み、これら電極４０ａ，ｂは管２０の流体に対して電気的に結合されており、さらに信号処理ユニット９０の入力部に接続されている。
【０００３】
かけられる磁界７０は、管２０を通過する流れＦの方向に対して直角の第１軸に対して実質的に平行である。磁気アセンブリ３０は、図示されているとおり横方向磁界７０をかけるよう配設された極片６０ａ，６０ｂに対して磁気的に結合された磁界生成構成要素５０を含む。任意ではあるが、磁界生成構成要素５０は、磁界７０の維持に費やされる電力が不要となるように磁性体の残留界特性を用いるが、このように作動するときの横方向磁界はミリテスラのオーダーの大きさをもつ。
【０００４】
電極４０ａ，４０ｂは、第２軸において矢印８０で示される電位差Ｖを検知するよう作動可能であり、第２軸は第１軸および流れＦの方向に対して実質的に直交している。電位差Ｖは、逆荷電された自由電荷キャリアを含む管２０に流れる流体によって作動中に生成され、これらの自由電荷キャリアは、それぞれ磁界７０によって相互に作用し、電位差Ｖを生成する。信号処理ユニット９０は、流れＦの大きさの測定値Ｍを得るために、横方向界７０を考慮して電位差Ｖを処理するよう作動可能である。時間に対して測度値Ｍを統合することで、変換器１０を通過して流れる流体の累積容積の指示値が得られる。
【０００５】
作動中に変換器１０が確実に機能できるようにするためには、電極４０ａ，４０ｂが管２０内の流体と安定した電気接触を行い、電極４０ａ，４０ｂのおのおのと流体との間に提示される境界において変動電気化学的オフセットが生じないことが重要であることがわかった。関連するタイプの流体流量メータでグラファイトまたは耐食性金属合金電極を用いることが従来の慣例であるが、前述のＰＣＴ公開明細書には、金属要素および金属ハロゲン要素を組み合わせたものを備える電極が、そのようなグラファイトまたは耐食性金属合金電極よりもさらに安定して作動することが開示されており、金属ハロゲン要素により金属要素と流体との間で効果的にさらに安定した電気接触が得られる。銀および塩化銀から作製された電極は、流体流量変換器で用いられる公知の方法に対してかなりの改善を示すことがわかった。
【０００６】
しかしながら、変換器１０が、例えば、家庭用もしくは産業用の水流計測に用いられる場合、長年にわたって確実に作動させるには、前述のＰＣＴ公開明細書の記載よりもさらなる改善が求められる。上記のような環境で計測する場合、前述の長年にたって確実に作動させるためには、金属ハロゲン化要素が流体内に徐々に溶解することを考えると、かつてないほど大量の金属ハロゲン化物を変換器１０内に含ませる必要があることがわかった。長寿命をもたらすために必要とされる金属ハロゲン化物をかつてないほど大量に用いると、技術的な問題が生じる。第１の問題は、変換器１０のノイズ性能に対して有害に作用する電極４０ａ，４０ｂの直列抵抗が増加する傾向が生じることである。さらに、第２の問題は、さらに多くの金属ハロゲン化物を組み込むことでおそらく変換器１０は製造者にとって高くつくものとなり、このため公知の代替タイプの流体流量変換器と比較して商業的に魅力のあせた変換器１０になってしまうことである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、長期間で確実な作動寿命を得るためにかつてないほど大量の電極材料をセンサ内に含有させなくても、このような長期間の作動寿命を提供できる流体流量センサを提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、長期間で確実な作動寿命をもつセンサを提供できる流体流量センサ用電極を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、流体流量センサ用電極を作製する少なくとも１つの方法を提供することであり、この電極により長期間で確実な作動寿命をもつ流体流量センサが提供できる。
【００１０】
本発明の第１の態様によると、領域を通過する流体の流量を検知するための流体流量センサが提供され、センサは、領域の少なくとも一部に対して磁界をかけるための磁気回路と、磁界を通過して流れる流体に応じて電極間で作動中に生成される電位を検知するための電極構成とを備え、
電極のおのおのが金属要素と、金属ハロゲン要素と、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素とを含み、多孔質要素が、流体の流れに対する金属ハロゲン要素の損失が進むのを少なくとも部分的に遅らせ、流体の流れと金属ハロゲン要素との間、ひいては金属要素に続く導電路をもたらすよう作動可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、多孔質要素を含有することで、測定ノイズ性能を低下させることなく作動寿命の長いセンサが提供される点で有利になる。
【００１２】
任意ではあるが、センサにおいて、金属要素が銀を含み、金属ハロゲン要素が塩化銀を含む。銀および塩化銀は、両方とも一般的に無毒であるとみなされており、さらに水に対する溶解速度が比較的低いという点で有利となる。さらに、銀および塩化銀材料は両方とも手ごろな費用で広範に利用可能である。
【００１３】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素が、金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含む。本発明において利点をもたらすために、多孔質要素が少なくとも部分的に導電性であることから、直列抵抗の比較的低い電極を提供するとともに流体の流れに対する金属ハロゲン化物の損失を遅らせることができる。
【００１４】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素が、金属ハロゲン要素の電気抵抗率より実質的に少なくとも大きさの程度の低い電気抵抗率を作動中に示す。金属ハロゲン要素の電気抵抗率よりもかなり小さな電気抵抗率を示す多孔質要素を配設することにより、金属要素および金属ハロゲン要素だけを備える単純な電極よりも電極が良好に作動できるようになる。
【００１５】
任意ではあるが、センサが汚染、異物、バクテリアの成長、菌類の成長に対して良好に対応することができるようにするために、多孔質要素は、作動中、徐々に流体に溶解または磨耗してしまい、これにより多孔質要素に気孔が生成して流体に接近しやすい多孔度をもたらす。センサをこのように実装することで、多孔質要素が流体の流れに対して磨耗する、あるいは溶解すると、多孔質要素のブロックされた気孔が開かれるという点で有利になる。
【００１６】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素および金属ハロゲン要素が実質的に空間的に一致する。例えば、後に明らかにするとおり、金属ハロゲン化物および多孔質要素は実質的に一体の構成要素として製造でき、例えば、多孔質要素が、焼結された、またはその他の場合、相互に接着された多孔質材料および金属ハロゲン材料の粒子から作製できる。このような一体化方式により電極の構成が単純化され、電極の製造費用を低下できる。
【００１７】
任意ではあるが、センサにおいて、金属ハロゲン要素が少なくとも部分的に多孔質要素に組み込まれている。このような構成により、金属ハロゲン要素と多孔質要素との間で徐々に移行が起こり、これによって流体の流れに対する電極の電気境界特性が潜在的に改良される。
【００１８】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素が、流体に対して多孔質要素が親水性を示すように湿潤剤を含むか、あるいは湿潤剤で前処理を行う。そのような湿潤剤を用いることにより、電極がセンサ内で最初に作動される際に作動時に電極を即座に安定させることができる。製造費用およびセンサ較正時間がこれによって潜在的に小さくなり、これによってセンサを容易に製造できるようになる。
【００１９】
任意ではあるが、センサにおいて、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素が、対応する各電極を形成するために実質的に相互に同心状になるよう組み合わされる。このような組み立て方式により、電極が小型になり、現行の製造プロセスと両立できるようになる。
【００２０】
任意ではあるが、センサにおいて、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素が細長い構成要素として実装され、これにより各電極が実質的に直線形状になる。電極をこのような形状にすることで、電極を供給するためのストリップが製造ツールから連続的に引き出される連続製造プロセスにとって有利になる。
【００２１】
任意ではあるが、センサにおいて、金属ハロゲン要素および多孔質要素のうちの少なくとも１つが、流体に対して多孔度をもたらすように、接着された粒子から作製される。電極を作製するために実質的に無作為の向きの粒子を用いることで、効率的な製造とともに、電極に対してさらに安定した電気性能をもたらすことができるという点で有利になる。さらに任意ではあるが、粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着される。しかしながら、相互に粒子を結び付けるための他の方式も実行可能であることが理解されるべきである。
【００２２】
任意ではあるが、センサにおいて、金属要素が少なくとも部分的に多孔質要素を封入するように空間的に配設されている。このような構成形状によって、金属要素が多孔質要素よりも一般的に機械的に強く、機械要素がそれによって多孔質要素に物理的防護をもたらすという点で有利になる。
【００２３】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素が少なくとも部分的に金属要素を封入するように他の方式で配設できる。このような構成形状によって、電極のさらに広い検知面積が潜在的に流体の流れに対して露出され、それによって潜在的に測定ノイズを減少させるという点で有利になる。
【００２４】
任意ではあるが、センサにおいて、多孔質要素には、製造中に電気めっきおよび／または陽極析出により金属ハロゲン化物を内部に析出させておく。さらに任意ではあるが、そのような陽極析出は、金属要素に存在する金属を含む塩を用いる処理、および金属ハロゲン要素に存在するハロゲン化物を含む酸を用いる処理によって多孔質要素中に金属ハロゲン化物を析出させることを含む。さらに任意ではあるが、塩が硝酸銀を含み、酸が塩酸を含む。このようにして金属ハロゲン化物を多孔質要素内に導くことによって、多孔質要素内の気孔が隙間の寸法程度の大きさで効果的に充填されるという点で有利になる。
【００２５】
センサは種々の産業界および家庭内での適用例で利用するよう適応させることができる。任意ではあるが、センサが、作動中に電極間で生成される電位に対応する信号を電極構成から受信するための信号処理ユニットを含み、信号処理ユニットが、流体の流量の測定値、流体の流量の累積測定値のうちの少なくとも１つを生成するために信号を処理し、センサが信号処理ユニットと組み合わされ、これによって流体流れメータがもたらされる。さらに任意ではあるが、センサが、前述の流体が水である場合の水流量メータとして作動するように適応される。
【００２６】
本発明の第２の態様によれば、流体に対して電気接触をもたらすための電極が提供され、電極が金属要素を備え、
電極が金属ハロゲン要素と、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素とを含み、多孔質要素が、流体に対する金属ハロゲン要素の損失が進むのを少なくとも部分的に遅らせ、流体と金属ハロゲン要素との間、ひいては金属要素に続く導電路をもたらすよう作動可能であることを特徴とする。
【００２７】
電極は、多孔質要素を含有することで、その測定ノイズ性能を低下させることなく作動寿命の長い電極が提供できるという点で有利になる。
【００２８】
任意ではあるが、電極において、金属要素が銀を含み、金属ハロゲン要素が塩化銀を含む。銀および塩化銀は、両方とも一般的に無毒であるとみなされており、さらに水に対する溶解速度が比較的低いという点で有利になる。さらに、銀および塩化銀材料は両方とも手ごろな費用で広範に利用可能である。
【００２９】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素が、金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含む。本発明において利点をもたらすために、多孔質要素が少なくとも部分的に導電性であることから、直列抵抗の比較的小さな電極を提供するとともに流体の流れに対する金属ハロゲン化物の損失を遅らせることができる。
【００３０】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素が、金属ハロゲン要素の電気抵抗率より実質的に少なくとも大きさの程度の低い電気抵抗率を作動中に示す。金属ハロゲン要素の電気抵抗率よりもかなり小さな電気抵抗率を示す多孔質要素を配設することにより、金属要素および金属ハロゲン要素だけを備える単純な電極よりも電極が良好に作動できるようになる。
【００３１】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素は、作動中、徐々に流体に溶解または磨耗してしまい、これによって多孔質要素に気孔が生成して流体に接近しやすい多孔度をもたらす。センサをこのように実装することで、多孔質要素が流体の流れに対して磨耗する、あるいは溶解すると、多孔質要素のブロックされた気孔が開かれるという利点がある。
【００３２】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素および金属ハロゲン要素が実質的に空間的に一致する。例えば、後に明らかにするとおり、金属ハロゲン化物および多孔質要素は実質的に一体の構成要素として製造でき、例えば、多孔質要素が、焼結された、またはその他の場合、相互に接着された多孔質材料および金属ハロゲン材料の粒子から作製できる。このような一体化方式により電極構成が単純化され、電極の製造費用を低下できる。
【００３３】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素が、流体に対して多孔質要素が親水性を示すように湿潤剤を含むか、あるいは湿潤剤で前処理を行う。そのような湿潤剤を用いることにより、電極が前述のセンサ内で最初に作動される際に作動時に電極を即座に安定させることができる。製造費用およびセンサ較正時間がこれによって潜在的に小さくなり、これによって前述のセンサを容易に製造できるようになる。
【００３４】
任意ではあるが、電極において、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素が、電極を形成するために実質的に相互に同心状になるよう組み合わされる。このような組み立て方式により、電極が小型になり、現行の製造プロセスと両立できるようになる。
【００３５】
任意ではあるが、電極において、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素が細長い構成要素として実装され、これにより電極が実質的に直線形状になる。電極をこのような形状にすることで、電極を供給するためのストリップが製造ツールから連続的に引き出される連続製造プロセスにとって有利となる。
【００３６】
任意ではあるが、電極において、金属ハロゲン要素および多孔質要素のうちの少なくとも１つが、流体に対して多孔度をもたらすように、接着された粒子から作製される。電極を作製するために実質的に無作為の向きの粒子を用いることで、効率的な製造とともに、電極に対してさらに安定した電気性能をもたらすことができるという点で有利になる。さらに任意ではあるが、粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着される。しかしながら、相互に粒子を結び付けるための他の方式も実行可能であることが理解されるべきである。
【００３７】
任意ではあるが、電極において、金属要素が少なくとも部分的に多孔質要素を封入するように空間的に配設される。このような構成形状によって、金属要素が多孔質要素よりも一般的に機械的に強く、機械要素がそれによって多孔質要素に物理的防護をもたらすという点で有利になる。
【００３８】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素が少なくとも部分的に金属要素を封入するように他の方式で配設される。このような構成形状によって、電極のさらに広い検知面積が潜在的に流体の流れに対して露出され、それによって潜在的に測定ノイズを減少させるという点で有利になる。
【００３９】
任意ではあるが、電極において、多孔質要素には、製造中に電気めっきおよび／または陽極析出により金属ハロゲン化物を内部に析出させておく。さらに任意ではあるが、そのような陽極析出が、金属要素に存在する金属を含む塩を用いる処理、および金属ハロゲン要素に存在するハロゲン化物を含む酸を用いる処理によって多孔質要素中に金属ハロゲン化物を析出させることを含む。さらに任意ではあるが、塩が硝酸銀を含み、酸が塩酸を含む。このようにして金属ハロゲン化物を多孔質要素内に導くことによって、多孔質要素内の気孔が隙間の寸法程度の大きさで効果的に充填されるという点で有利になる。
【００４０】
本発明の第３の態様によれば、流体に対して電気接触することができるように作動可能な電極を作製する方法が提供され、方法が、
（ａ）金属要素を準備するステップと、
（ｂ）金属ハロゲン要素を準備するステップと、
（ｃ）流体に対して浸透性である少なくとも部分的に導電性の多孔質要素を準備するステップと、
（ｄ）多孔質要素が、流体に対する金属ハロゲン要素の損失が進むのを使用中に遅らせ、流体と金属ハロゲン要素との間、ひいては金属要素に続く導電路をもたらすように作動可能になるように、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素を相互に組み合わせるステップとを含む。
【００４１】
任意ではあるが、方法がさらに、
（ｅ）金属要素に銀を含有させるステップと、
（ｆ）金属ハロゲン要素に塩化銀を含有させるステップとを含む。銀および塩化銀は、銀および塩化銀の両方とも一般的に無毒であるとみなされており、さらに水に対する溶解速度が比較的低いという点で有利になる。さらに、銀および塩化銀材料は両方とも手ごろな費用で広範に利用可能である。
【００４２】
任意ではあるが、方法がさらに、
（ｇ）金属ウール、金属フォーム、少なくとも部分的に導電性の多孔質重合体、少なくとも部分的に導電性の多孔質グラファイトのうちの少なくとも１つを含むように多孔質要素を作製するステップを含む。
【００４３】
任意ではあるが、方法が、金属ハロゲン要素と多孔質要素とが電極中に含まれる際に実質的に空間的に一致するようにこれら要素を作製するステップを含む。例えば、後に明らかにするとおり、金属ハロゲン化物および多孔質要素は実質的に一体の構成要素として製造でき、例えば、多孔質要素が、焼結された、またはその他の場合、相互に接着された多孔質材料および金属ハロゲン材料の粒子から作製できる。このような一体化方式により電極構成が単純化され、電極の製造費用を低下できる。
【００４４】
任意ではあるが、方法が、多孔質要素を流体に対して親水性を示すように湿潤剤を多孔質要素内に含めるか、あるいは湿潤剤を用いて多孔質要素を前処理するステップをさらに含む。そのような湿潤剤を用いることにより、電極が前述のセンサ内で最初に作動される際に作動時に電極を即座に安定させることができる。製造費用およびセンサ較正時間がこれによって潜在的に小さくなり、これによって前述のセンサを容易に製造できるようになる。
【００４５】
任意ではあるが、方法が、金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素が、電極を形成するように相互に同心状になるように組み合わせるステップをさらに含む。このような組み立て方式により、電極が小型になり、現行の製造プロセスと両立できる。
【００４６】
任意ではあるが、方法が、電極を作製するように相互に組み合わせるために細長い構成要素として金属要素、金属ハロゲン要素、および多孔質要素を作製し、電極が、これによって実質的に直線形状になるステップをさらに含む。電極をこのような形状にすることで、そのような電極を供給するためのストリップが製造ツールから連続的に引き出される連続製造プロセスにとって有利となる。
【００４７】
任意ではあるが、方法が、金属ハロゲン要素および多孔質要素のうちの少なくとも１つが、流体に対して多孔度をもたらすように、接着された粒子から作製するステップを含む。電極を作製するために実質的に無作為の向きの粒子を用いることで、効率的な製造とともに、電極に対してさらに安定した電気性能をもたらすことができるという点で有利になる。さらに任意ではあるが、粒子が、焼結、機械圧縮による接着、追加接着剤による接着のうちの少なくとも１つによって相互に接着される。しかしながら、相互に粒子を結び付けるための他の方式も実行可能であることが理解されるべきである。
【００４８】
任意ではあるが、方法が、金属要素に存在する金属を含む塩を用いて多孔質要素を処理すること、および金属ハロゲン要素に存在するハロゲン化物を含む酸を用いて多孔質要素を処理することによって多孔質要素中に金属ハロゲン化物を電気めっきするか、もしくは陽極析出させるステップを含む。さらに任意ではあるが、そのような陽極析出が、金属要素に存在する金属を含む塩を用いる処理、および金属ハロゲン要素に存在するハロゲン化物を含む酸を用いる処理によって多孔質要素中に金属ハロゲン化物を析出させることを含む。さらに任意ではあるが、塩が硝酸銀を含み、酸が塩酸を含む。このようにして金属ハロゲン化物を多孔質要素内に導くことによって、多孔質要素内の気孔が隙間の寸法程度の大きさで効果的に充填されるという点で有利になる。
【００４９】
本発明の特性は、添付請求項により規定される本発明の適用範囲から逸脱することなく任意の組合せで組み合わせることができる点を理解すべきである。
【００５０】
以下、例示に過ぎないが、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
全体として、本発明は、例えば変換器１０の電極４０ａ，４０ｂの金属ハロゲン化物の層を厚くすると電極直列抵抗が増加するため、特に１Ｈｚ未満でのセンサ流体流量測定ノイズが増加してしまう一方、例えば変換器１０の前述の電極４０ａ，４０ｂの金属ハロゲン化物の層を薄くすると金属ハロゲン化物の薄層が徐々に溶解することにより流体流量センサの所望の作動寿命をもたらすことができないという前述の問題に対して少なくとも部分的な解決策を提供することに関する。本発明は、所定電極４０の金属ハロゲン要素１１０と、所定電極４０を用いて流量が測定される流体１２０との間にある、もしくはそれらと空間的に一致する少なくとも部分的に導電性の多孔質要素１００を、図２で示されるとおり用いることでこの問題に対する少なくとも部分的な解決策を提供する。金属要素１３０が金属ハロゲン要素１１０と電気接触する所定電極４０に含まれる。そのような多孔質要素１００を用いると、流体１２０内の微小粒子または異物によって、または例えば流体１２０が水であるような場合は菌またはバクテリアの成長によって、孔が閉塞されやすくなるので多孔質要素１００にある気孔１４０を考えれば当業者にとって多孔質要素の使用は不満足なものであるかもしれない。
【００５２】
実際には、多孔質要素１００を所定電極４０に組み込むことで、例えば可能性として１０年以上の連続使用といった長期間にわたって確実に機能することがわかる。気孔１４０は、この濃度勾配では、流体１２０のバルクから離れた気孔１４０の第１の端部１７０と流体連通する金属ハロゲン要素１１０において金属ハロゲン化物濃度が最大になり、流体１２０のバルクに露出する気孔１４０の第２の端部、すなわち気孔開口部において金属ハロゲン化物濃度が最小になり、金属ハロゲン化物が徐々に低下している。比較的サイズの小さな気孔１４０を流体１２０と組み合わせた場合、その粘性によって、金属ハロゲン要素１１０から気孔１４０を通過して流体１２０のバルク中に出てしまう金属ハロゲン化物の損失率が下がり、これによって所定電極４０の作動寿命が延びる。多孔質要素１００が少なくとも部分的に導電性をもつことで、所定電極４０が比較的低い電気直列抵抗特性をもつようになり、これによって、所定電極４０を用いて実装された変換器１０から得られる測定値Ｍの測定ノイズ、例えばジョンソン雑音が低下する。多孔質要素１００が導電性でなければ、図２の電極４０は信号処理ユニット９０に対して高直列抵抗になり、これによって測度値Ｍのジョンソン雑音が増加する。
【００５３】
当然のことながら、多孔質要素１００の気孔１４０は実際上、必ずしも直線経路ではなく、多孔質要素１００を形成するために焼結またはその他の方法で接着された粒子間で複数の複雑な隙間の通路とすることができる。要素１００がこのような方法で製造されるか、あるいは天然のバルク材料から切り取られる場合、気孔１４０は任意に１０ｎｍ乃至５０μｍの範囲で、さらに任意ではあるが０．１μｍ乃至２５μｍの範囲で、さらに任意ではあるが実質的に０．５μｍ乃至１０μｍの範囲で名目直径をもつ。さらに、多孔質材料を任意に形成するために焼結またはその他の方法で接着される粒子は０．１μｍ乃至２００μｍの範囲で、さらに任意ではあるが０．５μｍ乃至１００μｍの範囲で、さらに任意ではあるが１μｍ乃至５０μｍの範囲で有効直径をもつ。
【００５４】
多孔質要素１００は、流体１２０中への溶解率が比較的低いだけでなく、機械的に堅固である。例えば、グラファイトのような少なくとも部分的に導電性の物質から作製される。あるいは、多孔質要素１００は、内部に気孔１４０を含有するように形成された少なくとも部分的に導電性の重合体から作製することもできる。多孔質要素１００を作製するためにグラファイト材料が用いられる場合、グラファイト材料は、適切に切断された天然の固体グラファイト塊、例えば天然の熱分解グラファイトの塊から、もしくは、多孔質要素１００を作製するためのグラファイト材料を形成するよう接着またはその他の方法で相互に結合されたグラファイト粒子からのいずれかから得ることができる。任意ではあるが、多孔質要素１００は、同じく金属ハロゲン領域１１０に存在する金属ハロゲン化物の領域または粒子を内部に一体的に含み、多孔質要素１００が、例えば水圧プレスの高圧を用いて焼結またはその他の方法で相互に接着された粒子から作製される場合、粒子は、少なくとも部分的に導電性の粒子の混合物、例えばグラファイト粒子および金属ハロゲン粒子の混合物を任意に含む。あるいは、後にさらに詳細に明らかにするとおり、多孔質要素１００は、例えば電気めっきまたは陽極析出によって実質的に内部に形成または析出された金属ハロゲン材料をもつこともができる。
【００５５】
例えば、一実施形態では、図２で示される所定電極４０が、銀金属を用いて実装される金属要素１３０と、塩化銀を用いて実装される金属ハロゲン要素１１０と、グラファイト粒子および塩化銀粒子を組み合わせたもの、もしくは単にグラファイト粒子として実装される多孔質要素１００とをもつと有利である。多孔質要素１００が金属ハロゲン粒子も含むような実装では、金属要素１３０が金属ハロゲン粒子を含む多孔質要素１００に対して実質的に直接接合するように金属ハロゲン要素１１０を相対的に薄く、あるいは例えば実質的になくすことができる。所定電極４０は、図１で示される変換器中に作りこまれる場合、流体密閉シールをもたらすために、任意ではあるが、図２に示されるとおり、前述の流体管２０の側壁２００に成形またはその他の方法によって接着される。
【００５６】
任意ではあるが、バルク流体１２０から気孔１４０を通過して金属ハロゲン要素１１０にアクセスすることができる、もしくは、所望する場合、金属要素１３０への直接アクセスが維持されるように、第２の端部１８０が閉塞された気孔１４０から異物１５０が取り除かれるように、多孔質要素１００自体が徐々に溶解するか磨耗してバルク流体１２０内に出るようにすることもできる。
【００５７】
図２で示される所定電極４０は概略形式で図示されているが、図１で示されるように電極４０ａ，４０ｂが提供されるように電極４０を変換器１０で用いるのが有利であるが、当然ながら後に説明されるように多種多様な方式で所定電極４０を実装することもできる。
【００５８】
図２の所定電極４０は、ガルバニ電極に対応するが、これを変換器１０で用い、公開されたＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１６１８号に記載されたようなベーシックなガルバニ型金属／金属ハロゲン電極、あるいは従来の炭素またステンレス鋼電極を用いる変換器１０と比較して、特に１Ｈｚ以下のオーダーの比較的低い周波数で変換器１０から出力される測定値Ｍに入るノイズが比較的少なく有利になる。ガルバニ電極の特徴は、作動中に、電位が比較的低いところでも、例えば、流体に対して１ボルト未満であるところでも、電荷種の移送によりその表面を介して流体への電流を流出入させることができる点にある。このようなガルバニ電極は、比較条件下で容量変位電流だけを効果的に流すことのできるブロッキング電極と対照的である。
【００５９】
前述のＰＣＴ公開明細書で明らかにされたとおり、ガルバニ電極の単純な例として、塩化銀の薄い透過性薄膜でコーティングされた銀金属要素があるが、電極は作動中にイオン伝導性電解質に浸漬される。そのような単純なガルバニ電極は実験室条件、すなわち異物および粒子１５０が実質的にない非過酷環境で満足のいく性能を示すが、発明者によれば、単純なガルバニ電極の検知特性を改良するようにガルバニ電極を改良することができることがわかった。単純な銀／塩化銀電極の限界には以下のものがある。
（ｉ）流れる流体に露出された場合の機械的・化学的作用による塩化銀の漸進的損失があり、このような損失により、長期間、例えば数週間または数ヵ月間にわたって液体に露出された場合に電極測定の性能が低下する。
（ｉｉ）初期製造時に電極で塩化銀薄膜の厚さが増加するのに応じて測定値Ｍのジョンソン雑音が増加するが、このような雑音増加は塩化銀層の直列抵抗が増加するためである。
【００６０】
すでに説明したとおり、第（ｉｉ）点によって、単純なガルバニ電極の最初の製造時に電極に有効なものとして添加されうる塩化銀の量に望ましくない上限値が課せられてしまう。これに鑑み、本発明はこれにより、電極のノイズ性能の低下を防ぐ方法で、比較的大量に蓄積された金属ハロゲン化物、例えば塩化銀をもつ流体流量センサ、すなわち変換器のための改良型電極を提供するよう努力するものである。そのような改良型電極を提供する方法としては、作動中に電極表面の少なくとも一部が、金属ハロゲン化物、例えば塩化銀の比較的薄い層を通して液体と電気接触するように、電極の表面内の空孔に金属ハロゲン化物、例えば塩化銀のペレットを埋め込むというものがある。本発明によるさらなる改良された解決策としては、金属ハロゲン化物、例えば塩化銀と、流体、例えば流れの測定される液体との間に多孔質の少なくとも部分的に導電性の要素を含有することである。この多孔質要素は流体に対して追加の導電性エリアを少なくとも１つ提供し、さらに流体への金属ハロゲン化物の溶解率を低下させるように作動可能である。
【００６１】
図３を参照すると、所定電極４０の第１の実際的な実施形態が示される。図３において、所定電極４０が側断面図とともに透視図で示されている。電極４０は、例えば塩化銀を含む金属ハロゲン要素３１０，３２０に対応する例えば銀から作製された金属外郭３００と、少なくとも部分的に導電性の多孔質材料から作製される多孔質要素３３０とを備え、前述のとおり、多孔質材料は、金属フォーム、金属ウール、グラファイトのうちの少なくとも１つを任意に含むが、例えば導電性セラミック材料のような他のタイプの多孔質導電性材料についても利用できる。グラファイトは３×１０−６Ωｍ乃至６０×１０−６Ωｍの範囲の抵抗係数をもつ。さらに、認識可能な結晶面をもつ熱分解グラファイトは、結晶面に沿って５×１０−６Ωｍ、結晶面に直交する方向では５×１０−３Ωｍの抵抗係数を示す。これに対し、銀金属は室温においてほぼ１．５×１０−８Ωｍの抵抗係数をもつ。本発明を説明するにあたり、「少なくとも部分的に導電性」という表現は、任意ではあるが使用中に流体１２０の影響を受けている金属ハロゲン材料のよりも実質的に少なくとも１桁程度小さいバルク抵抗率を多孔質材料がもつことを意味するものとする。さらに任意ではあるが、「少なくとも部分的に導電性」という表現は、使用中に流体１２０の影響を受けている金属ハロゲン材料よりも実質的に少なくとも２桁程度小さいバルク抵抗率を多孔質材料がもつことを意味するものとする。例えば、塩化銀は乾燥状態では実質的に絶縁物であるが、水と組み合わされると導電性になる。
【００６２】
多孔質要素３３０は作動中、第１面が流体１２のバルクに露出し、第２面が金属ハロゲン材料を備える金属ハロゲン要素３２０に露出する。図３において、多孔質要素３３０が金属ハロゲン要素３１０，３２０の両方と、さらに金属殻３００とも直接電気接触している様子が示される。任意ではあるが、金属ハロゲン要素３１０は、図４の断面図および透視図で示されるとおり省略できる。要素３２０が、金属ハロゲン化物、例えば塩化銀のペレットとして実装されると都合がよい。このペレットは製造中に金属殻３００中に圧着される。図３で示される電極４０は変換器１０に組み込まれる場合、金属殻３００にもたらされるシールで管２０の側壁２００に成形またはその他の方法によって接着されることが好ましいが、本発明者によると実際には、多孔質要素３００自体に流体密閉シールを容易に行うことができないことがわかった。任意ではあるが、多孔質要素３００により提供され流体１２０に面する第１面は管２０の内側と同一面であるため、局所的な乱流が減り、このため多孔質要素３３０の第１面での機械的磨耗が減る。さらに、殻３００は、外殻形状に形成するために製造中に穿孔される平坦な金属シートから作製すると都合がよいが、金属棒または鋳造から機械加工するといった殻３００への他の方式についても実行可能である。金属ハロゲン要素３２０は、機械的に殻３００を要素３２０に成形するか、金属ハロゲン要素３２０と殻３００の内面との間に示される境界の一部に接着剤または定着剤をわずかに塗布するかの少なくとも１つによって殻３００内に機械的に保持すると都合がよい。さらに、任意ではあるが、殻３００は後面で、流体密閉シールが得られるように壁２００に成形または接着されるワイヤ３４０と電気的に接続され、ワイヤ３４０は、変換器１０の信号処理ユニット９０に対して、例えば図３の所定電極４０を結合するよう作動可能であり、これにより、本発明による改良型流体流量変換器、すなわち流体流量センサが得られる。
【００６３】
多孔質要素３３０は、電極４０によって得られる流体１２０に対するインピーダンスの容量成分が支配的な信号導電路となる高信号周波数、すなわち０．１Ｈｚ以上の周波数でほぼ連続する導電面を図３および４で示される所定電極４０に提供する。さらに、電極４０によって得られる流体１２０に対するインピーダンスの抵抗成分が支配的な信号導電路となる場合に最適低周波数検知性能を得るのに必要となる金属ハロゲン要素３２０と流体１２０との間のイオン交換も図３および４で示される所定電極４０によって作動中に可能になる。言い換えると、多孔質要素３３０を含有することにより、流体１２０に対して効果的な導電電極表面積が増加するための有意となる高周波数電極性能と、流体１２０に対して安定したガルバニ電気接続をもたらす金属ハロゲン材料を要素３１０，３２０が含むために改善された低周波数性能とが組み合わさって相乗効果が得られる。
【００６４】
図３および４の所定電極に多孔質要素３３０を含めることの大きな利点は、機械的磨耗およびイオン拡散によって金属ハロゲン要素３２０から金属ハロゲン材料、例えば塩化銀が減損するのを減らせることである。流体１２０中の異物または粒子１５０は、作動中、要素３２０に含まれる金属ハロゲン材料の代わりに多孔質要素３３０を損傷する傾向がある。要素３２０の損傷は電極４０の低周波数性能を低下させると考えられるが、多孔質要素３３０の磨耗によって検知性能の低下は起こらない。図１で示された変換器１０で図３および図４の所定電極４０を長期間、例えば２０年といった電極の作動寿命まで用いて始めて、金属ハロゲン要素３２０が流体１２０内に徐々に溶解するようになる。金属ハロゲンが塩化銀である場合、流体１２０における極微量の塩化銀は一般に健康上何らかの危険をもたらすとは考えられておらず、例えば、塩化銀は健康に有害な影響を及ぼすとの報告が何もない公認の食物着色添加物として以前から知られていた。このように健康面での危険性が低いことから、飲料水の流量を監視しなければならないような状況で所定電極４０を用いることができるようになった。多孔質要素３３０は要素３２０から流体１２０内への金属ハロゲンイオンの拡散を遅らせるよう機能可能であり、これにより流体１２０中への要素３２０の溶解を遅延させることから、所定電極４０の作動寿命を延ばし、有利である。
【００６５】
既に示したとおり、本発明者によって、多孔質要素３３０内への金属ハロゲン材料の連晶または含有が所定電極４０には別の任意の実装があることがわかった。このような金属ハロゲン材料の連晶または含有は、粒子を相互に接着させるための焼結または同様の接着または圧縮プロセスにより多孔質要素３３０を作製する際に金属ハロゲン粒子と導電性多孔質材料粒子との混合物を用いることで達成できる。別法として、あるいは追加として、陽極処理により多孔質要素３３０を作製するために用いられる導電性多孔質材料内に金属ハロゲン化物を順次形成することもできる。
【００６６】
このような陽極処理では、多孔質要素３３０を、まず多孔質グラファイトを機械加工するか、あるいはグラファイト粒子を接着し、グラファイト塊を形成することによって製造することができる。次にグラファイト塊を、金属塩の溶液、例えば窒化銀溶液に続いて露出させることができる。この溶液は塊の気孔１４０内に浸潤できる。次に、金属塩の溶液に露出された塊を、ハロゲン化物、例えば塩酸を含む酸に続いて露出する。気孔１４０内に浸潤した金属塩の溶液と酸との反応によって気孔１４０内に金属ハロゲン化物が析出する。これによって、窒化銀溶液を用いて最初にグラファイト塊を処理し、その後に処理済グラファイト塊を塩酸に露出することによって多孔質要素３３０が生成されるように相互に接着された粒子間の隙間スペースに塩化銀が析出できる。また当然ながら他の方法として、例えば、多孔質要素３３０の気孔１４０内での金属ハロゲン材料の成長を引き起こす電気めっき技術も実行可能な製造法である。
【００６７】
図３および４において、殻３００は、少なくとも部分的に多孔質要素３３０を囲む様子が示されている。当然のことながら、所定電極４０の他の実装が図５において断面図および透視図で示されているとおり実行可能である。図５において、所定電極４０は、対応する金属ハロゲン要素４１０、例えば塩化銀により少なくとも部分的に囲まれる金属、例えば銀金属でできた中心棒またはワイヤ４００により実装され、次に多孔質要素４２０により少なくとも部分的に同心円的に囲まれる。多孔質要素４００は、図３および４において前で述べた要素３３０を作製するために用いられる材料と同様の材料から任意で作製される。ワイヤ４００および要素４１０，４２０の相互に同心状のアセンブリは任意であり、非同心状アセンブリも同じく実行可能であることが理解される。任意ではあるが、金属ハロゲン要素４１０の厚さが減少して無視すらできるように、銀ハロゲン材料は多孔質要素４２０内に一体的に組み込むことができる。使用中に、多孔質要素４２０の周辺外面が主に流体１２０との電気接触を行うための主導電路となるように、図４で示される所定電極４０を設けることができる。その他の場合、矢印４５０で示される方向にある図５の電極４０の端部領域が、流体１２０との電気接触を行うための主導電路になるが、このような配設は、ワイヤ４００だけでなく要素４１０，４２０が流体１２０との電気接触を行うことに対して潜在的に寄与できる。任意ではあるが、図示されたとおり、中心棒またはワイヤ４００に対して流体シールがもたらされるように、図５で示された電極４０は変換器１０の管２０の壁２００に接着または成形できる。図５で示される電極４０は、殻３００を要素３１０，３２０に圧着、または他の場合、接着する必要がないという点で潜在的に製造がさらに容易になる。
【００６８】
前述のとおり、多孔質要素３３０，４２０は、要素３１０，３２０，４１０、殻３００、ワイヤまたは棒４００に対して用いられる金属および金属ハロゲン材料よりも電気化学的活性度の低い１つ以上の材料から作製される。銀／塩化銀を組み合せたものが金属／金属ハロゲン化物に対して用いられる場合、例えば銀／塩化銀を組み合せたものを用いるよう作製される場合に所定電極４０の作動と潜在的に干渉しうる電気化学ポテンシャルをもつパラジウム、白金、金のうちの１つ以上を多孔質要素３３０，４２０が含まないことが有利である。
【００６９】
費用を下げるため、ワイヤまたは棒４２０、同様に殻３００は、安価な金属、例えば銅から作製できるが、これはその後、外面上に所望の金属、例えば銀で順次にめっきされる。これを行うことにより、図４乃至５で示される電極４０の製造費用を潜在的に減らすことができる。しかしながら、このような実施において、腐食が起こる場合に安価な金属と所望する金属との間にできる境界内に流体１２０が入り込むことができないことが望ましい。
【００７０】
図３，４，５は、実質的に同心円配設で実装された所定電極４０の実施形態を示す。発明者によって、同様に他の配設が実行可能であることがわかった。例えば、図６の断面図および透視図において、少なくとも内面５１０に対応金属ハロゲン化物層を備えるチャネル型形状、例えばＵ字型チャネルで形成される細長い金属殻５００を含む線形配設で実装される電極４０が示される。例えば、金属殻５００は任意に銀から作製され、層５２０は塩化銀から作製される。少なくとも部分的に導電性の多孔質材料、例えばグラファイト、金属ウール、金属フォームあるいは導電性多孔質重合体あるいはプラスチック材料の細長いストリップ５３０が金属殻５００内に保持されるが、多孔質材料は、層５２０への、さらにこれにより金属殻５００への電気接触を行うよう流体１２０の透過可能な気孔１４０を含む。
【００７１】
図６で示される所定電極４０は、層５２０に備えられてストリップ５３０上に圧着される殻５００を備える細長いストリップから作製できるという点で有利である。この細長いストリップ５３０は、例えばはんだ付け、圧着あるいは点溶接により１つ以上のワイヤ５４０を取り付けることのできる図６で示す比較的短い所定電極を形成するために順次切断または切り落としできる。そのような所定電極４０が変換器１０で用いられる場合、図６で示される細長い電極４０を受け入れるための長方形断面をもつように、例えば押出形成によって作製されるのが有利である。任意ではあるが、図６で示されているような形態の所定電極４０は、図１で示される変換器１０内に組み込まれると、流れＦに対して直角になるように設けられる。
【００７２】
例えば、図２乃至６のうちの１つ以上で示される導電性多孔質要素を含む所定電極４０を用いて本発明によって実施される電極４０ａ，４０ｂを含み図１で示される変換器１０を作製する場合に実際に発生する問題は電極４０ａ，４０ｂの初期ぬれである。気孔１４０は、適切に流体１２０で充填するための期間を潜在的に必要とする。流体１２０が水の場合、導電性多孔質要素を含むこのような所定電極４０を組み込む変換器１０の測定値Ｍが流れＦに対して安定する前に、気孔１４０の安定したぬれを得るには最初に数時間かかる。本発明者によって、湿潤剤、例えば半導体作製工程で一般的に用いられるアルコール、界面活性剤、あるいは他の湿潤剤のうちの１つ以上で所定電極４０が前処理でき、気孔１４０は、これにより親水性になるように作動中に流体１２０で急速に充填できるようになることがわかった。多孔質要素１００，３３０，４２０，５２０が相互に接着された粒子から製造される場合、粒子が相互に接着される前に湿潤剤を導き入れることができる。別法として、例えば、５００℃のオーダーといった高温を用いる比較的高温のプロセス、例えば焼結プロセスを用いて多孔質要素１００，３３０，４２０，５２０が製造される場合、変換器１０での利用のために要素１００，３３０，４２０，５２０が導入される場合に、例えば数分以内で急速に安定するように湿潤剤要素を順次これらの要素内に導くことができる。このような湿潤剤の導入は、真空含浸または高圧含浸により、あるいは単に最初の使用前に要素１００，３３０，４２０，５２０を湿潤剤に長期的に露出することで都合よく実施できる。
【００７３】
既に説明したとおり、性能向上のために導電性多孔質要素を含む本発明による所定電極４０は、測定安定性を向上し作動寿命を延ばすために、図１で示される変換器１０内で用いることができる。変換器１０は、例えば家庭内および産業界環境において、水流センサとしての応用に適している。次にこの水流センサは、例えば、給水量料金請求のために累積水流を測定するための水流メータに含めることもできる。本発明による電極４０が変換器１０で用いられる場合、図７で示されるノイズ特性の向上した変換器１０が得られる。
【００７４】
図７において、左から右に向けて対数的に増加する周波数の横周波数軸６００と、下から上に向けてノイズが増加する測定値Ｍでノイズを示す縦ノイズ軸６１０とが示される。横軸６００は、後に説明するように、信号処理ユニット９０がシステムオフセットを除去するために別の測定を行うことを可能にするように磁界７０が調整される周波数を示す。電極４０ａ，４０ｂに対して用いられる従来型グラファイトまたは耐食性金属電極で作動する場合の変換器１０の測定ノイズ特性を示す第１曲線６２０が示される。さらに、電極４０ａ，４０ｂに対する金属／金属ハロゲン電極で作動する場合の変換器１０の測定ノイズ特性を示す第２曲線６３０が示されるが、これら金属／金属ハロゲン電極は前述のＰＣＴ明細書で説明されたものである。これらの金属／金属ハロゲン電極は、周波数測定ノイズの低い変換器１０を提供でき、これにより領域６４０で示されるようにノイズ性能の改善が行われる。変換器１０の電極４０ａ，４０ｂに対して用いられる場合の本発明による導電性多孔質要素を含む金属／金属ハロゲン電極は、潜在的に変換器１０の長年にわたる連続作動中に保持される曲線６３０によって実質的に示される測定ノイズ性能の変換器１０を提供できる。このようにノイズ改善が維持されることは、公的標準機関により指示される所定のノイズ性能に合致するために、変換器１０が、磁界７０の周波数変調が少ない状態で作動でき、これにより作動電力を節約できるという点でかなり有利である。このような低電力作動ができることで、現場の電源、例えば現場に置かれた電池から長期間にわたって作動が可能であり、このため、外部電源、例えば交流主電源に接続する必要性を考慮することなく家庭内および産業界環境で設置する上で便利であるという点でかなり有利な変換器１０が提供される。変換器に近い位置で電池を用いることで、変換器１０の設置を簡単にするだけでなく、特に水流を測定するために用いる場合の安全性が向上する。
【００７５】
変換器１０の信号処理ユニット９０中で行なわれる前述の差異測定について、ここで概略が説明される。図１で示される電極４ｏａ，４０ｂ間で測定される電位Ｖは、実質的に式１（Ｅｑ．１）による流体１２０の流量の大きさに関係する。
Ｖ＝ｋＦＢ＋Ｖｏ＋Ｖｎ  Ｅｑ．１
ここで
Ｖ＝電極４０ａ，４０ｂ間で生成される電圧
ｋ＝規模係数
Ｆ＝流体流量率
Ｖｏ＝電極システムオフセット電圧
Ｂ＝磁界の強さ
Ｖｎ＝測定ノイズ
２ヵ所にある別個の大きさの磁界７０、すなわちＢ１およびＢ２の磁界の大きさでの別個の測定を行うことによって、式２（Ｅｑ．２）で説明されたとおり、電圧Ｖの別の測定値が信号処理ユニット９０で得られる。
ΔＶ＝ｋＦ（Ｂ２−Ｂ１）＋２Ｖｎ  Ｅｑ．２
この式は第１近似値までである。２つの互いに異なる磁界の大きさＢ１，Ｂ２に対して一時的に無較正のノイズを考慮するこのような別個の測定で測定ノイズは減少しない。磁界の大きさが相互に同一であるが、相互に異なる方向にある、すなわち、Ｂ２＝−Ｂ１であるような特殊な状況において、式２は式３（Ｅｑ．３）に書き換えることができる。
ΔＶ＝２ｋＦＢ２＋２Ｖｎ  Ｅｑ．３
【００７６】
本発明による導電性多孔質要素を含む金属／金属ハロゲン電極が変換器１０の電極４０ａ，４０ｂで用いられる場合に測定値Ｍが比較的小さなノイズＶｎであることを考慮すると、例えば６６０で示されるように磁界７０の変調頻度が少なくなり、これにより変換器１０が低電力消費で作動できるようになるが、その一方、図１で示される変換器１０を用いる従来型流量メータは、６５０で示される５０Ｈｚのオーダーでの別個の測定に対する磁界変調周波数で作動する耐食性金属電極またはグラファイト電極を用いているため、本発明による多孔質電極を含む電極で作動する変換器１０は、１Ｈｚ以下のオーダーの別個の測定に対する磁界変調周波数で作動できる。したがって、これにより従来タイプの電極４０ａ，４０ｂを用いる変換器１０を作動させるための公知の方法と比較すると、本発明により作動される場合の変換器１０に対して作動電力でほぼ２桁の節約が潜在的にできるようになる。
【００７７】
本発明による導電性多孔質要素を含む金属／金属ハロゲン電極を備える図１の変換器１０は流体流量センサ、例えば水流センサとして当然のことながら作動可能である。そのような水流センサが、測定された流速を一時的に統合する機能をもつ信号処理ユニット９０を備える場合、そのような機能を備える水流センサは固体水センサとして動作できる。低ノイズのメータがもたらされる、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素を備える本発明による電極を含むこのような固体水流メータにより、水流メータがノイズ測定要件に合致するとともに、現場近くに置かれた電源、例えば電池で長期間作動できる。このような固体水流メータは、公知の最近の固体水流メータと比較して潜在的に技術的に進歩した製品を示す。
【００７８】
さらに当然のことながら、磁界生成構成要素５０が複数の他の方式で実施できる。前述の公開されているＰＣＴ明細書で説明したとおり、エネルギーが磁界７０を変化させる時だけ消費され、所定状態に磁界７０を維持する際には消費されないように磁界生成構成要素５０が残留磁界特性を利用できる。別法として、磁界７０の変調は、磁界構成要素５０と、極片６０ａ，６０ｂと、磁界が形成される管２０の領域とを備える磁気回路の磁気抵抗を調整することで達成できる。例えば、磁界構成要素５０は、磁界７０を調整するように極片６０ａ，６０ｂに対して空間的に移動される永久磁石として実施できる。変換器１０内のシステムオフセットを除去するために異なる測定を行う目的で変換器１０の磁界７０を調整するこのような他の方式についても、金属／金属ハロゲン要素と組み合わせて少なくとも部分的に導電性の多孔質要素を含む本発明による電極４０ａ，４０ｂを用いて変換器が実装される場合、例えば変換器１０が水流メータとして配設される場合は本発明の適用範囲内になる。
【００７９】
変換器１０の信号処理ユニット９０は、計算ハードウェア、アプリケーション特定ハードウェア、あるいはこのような実施方法を組み合わせたもののいずれかを用いて実施できる。ハードウェアは、電力消費が比較的低い変換器１０を提供するように相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術で任意に実施され、これによって処理ユニット９０が現場の電源、例えば現場に置かれた電池から長年にわたって機能できるようにできる。任意ではあるが、ユニット９０は、変換器１０が流量メータ、例えば水流メータとして機能できるように管２０を通して流体１２０の流れＦの累積測定値を得るように作動可能な特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装される。
【００８０】
前で説明した本発明の実施形態に対して、添付請求項で規定される本発明の適用範囲から逸脱することなく改造が可能である。例えば、前述において水のような流体の流量を測定することに関して実施形態が説明されたが、本発明は、例えば燃焼システムからのイオン化ガスの流量およびそれと同類のものを測定するように適応できる。さらに、前述の電極は、流体に対する確実な電気接触が長期間にわたって必要とされるような潜在的に広範囲の用途で用いることができる。
【００８１】
本発明について説明、請求するために用いられる「含む」、「備える」、「組み込む」、「で構成される」、「もつ」、「である」といった表現は非排他的な様式で、すなわち非明示的に説明された品目、構成要素あるいは要素が同様にあるものと解釈されることを意図している。単数のものに対する参照についても複数のものに関連して解釈され、その逆も同様である。
【００８２】
添付請求項の括弧内に含まれる数値は請求項の理解を助けるよう意図したものであり、これらの請求項で請求された主題を限定するよう解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】前述のＰＣＴ国際公開出願で説明された公知の流体流量変換器の概略図である。
【図２】本発明による電極の概略図であり、電極が金属と、金属ハロゲン化物と、少なくとも部分的に導電性の多孔質要素とを組み合わせたものを組み込んでいる。
【図３】図２で示された電極の実際の実行例を示す概略図である。
【図４】図３で示された電極の単純化した図を示す概略図である。
【図５】図２で示された電極の他の実際の実行例を示す概略図である。
【図６】図２で示された電極のさらに他の細長くした実行例を示す概略図である。
【図７】図１で提示される流体流量変換器において、本発明による電極を用いることで達成可能なノイズ性能改善を示す概略グラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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