(57)【要約】      （修正有）【課題】配水管を流れる液体の導電率を検知できる非電極導電率測定システムの提供。【解決手段】非金属流水式非電極導電センサーは、流体ループを形成するための一次及び二次工程流体流通経路の配水管を備える。少なくとも一つの駆動環状体と一つの検知環状体が、流体ループにある配水管を囲む。流体ループを経由する工程流体と接触する金属電極を必要とすることなく、検知環状体に電流を誘起するように、電圧が駆動環状体に供給される。少なくとももう一つの駆動環状体や検知環状体は、誘起を強化するように流体ループに配置される。随意的に、一つかそれ以上の検知コイルが、ストレイ電気騒音を消すように流体ループの外部にある配水管の周辺に配置される。配水管に沿って設置されうる導体により、その抵抗の変化で流体漏洩が検知される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程流体の導電率測定用の非電極導電センサーであって、
前記センサーは、
工程流体の流れのための非電気導電配水管を備え、
その配水管は、一つの入口と一つの出口を有し、また、第一と第二の脚部に入口の下流を分岐する部位を有し、
その脚部は、前記の入口と出口の間に流体流れループを形成するように、前記出口の上流を再合流する部位を有し、
前記の第一と第二の脚部の一つの近傍には、第一タイプのコイルとして設定された第一環状体が少なくとも一つ配置されると共に、
前記の第一と第二の脚部の一つの近傍には、第二タイプのコイルとして設定された第二環状体が少なくとも一つ配置され、
更に、前記の第一と第二の脚部の一つの近傍には、更に第一タイプ或いは第二タイプのコイルとして設定された第三環状体が少なくとも一つ配置され、
その第一タイプと第二タイプのコイルは、駆動コイルと検知コイルの組から選択され、
そして、前記の第一、第二、第三の環状体は、コネクターによって分析器に接続される
ことを特徴とする非電極導電センサー。
【請求項２】
複数の第一タイプのコイルが、前記の第一及び第二の脚部の同じものに配置される
請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記第二タイプのコイルが、前記の第一及び第二の脚部の別のものに配置される
請求項２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記第一タイプのコイルが駆動コイルであり、前記第二タイプのコイルがセンサーコイルである
請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
前記第一タイプのコイルがセンサーコイルであり、前記第二タイプのコイルが駆動コイルである
請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
前記の第一、第二、第三環状体が、前記第一及び第二の脚部の同じものに配置される
請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】
第一タイプのコイルが、二つの第二タイプのコイルの間に配置される
請求項６に記載のセンサー。
【請求項８】
同じタイプの複数のコイルが、お互いに反対の脚部に配置される
請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】
同じタイプの複数のコイルが、お互いに電気的に平行に接続される
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１０】
第一タイプの複数のコイルと第二タイプの複数のコイルを備える
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記の第一タイプの各コイルが、一対の第二タイプの間に配置される
請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記の環状体と前記の第一及び第二の脚部が、一つのハウジングに配置される
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記環状体の間に生じうる電磁干渉を制限する遮蔽部材が、前記環状体の間に設けられる
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１４】
工程流体温度を検知する温度検知器を備える
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記環状体を経由して延伸する電気導体を包含する校正器を備える
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１６】
少なくとも一つの別のセンサーコイルを、前記の流体ループの外部に位置する前記配水管の近傍に有する
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１７】
前記の少なくとも一つの別のセンサーコイルが、前記の第一及び第二の脚部に配置される複数のセンサーコイルと電気的に不一致の位相で接続される
請求項１７に記載のセンサー。
【請求項１８】
前記配水管に接触漏洩関係にあると共に、前記環状体に離隔した関係であり、抵抗測定可能な電気導体を包む漏洩検知器を有する
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１９】
工程流体の導電率測定用の非電極導電センサーであって、
前記センサーは、
工程流体の流れのための非電気導電配水管を備え、
その配水管は、一つの入口と一つの出口を有し、また、第一と第二の脚部に入口の下流を分岐する部位を有し、
その脚部は、前記の入口と出口の間に流体流れループを形成するように、前記出口の上流を再合流する部位を有し、
前記の第一及び第二の脚部を封入するハウジングを備え、
前記の第一及び第二の脚部を囲む第一及び第二のタイプの環状体を有し、
少なくとも一つの前記第一タイプの環状体は、前記の第一及び第二の各脚部の前記第二タイプの環状体の間に配置され、
その第一タイプと第二タイプのコイルは、駆動コイルと検知コイルの組から選択され、
少なくとも一つの別のセンサーコイルを、前記の流体ループの外部に位置する前記配水管の近傍に有し、
これら装置は非金属流体流れシステムに使用されるように形成され、
前記コイルの間に生じうる電磁干渉を制限する遮蔽部材が、前記コイルの間に設けられ、
前記複数の環状体を経由して延伸する電気導体を包含する校正ループを備え、
前記配水管に接触漏洩関係にあると共に、前記環状体に離隔した関係であり、抵抗測定可能な電気導体を包む漏洩検知器を有する
ことを特徴とする非電極導電センサー。
【請求項２０】
流体配水管から工程流体の漏洩を検知するための装置であって、
配水管と接触漏洩関係にある電気導体を備え、
その電気抵抗は、予め設定された既知の電気抵抗を有し、
その電気導体の反対側端部には、ターミナル付きのテストポートが接続され、
そのテストポートは、前記電気導体の抵抗測定のための抵抗測定部材と接続可能である
ことを特徴とする工程流体漏洩検知装置。
【請求項２１】
工程流体のパラメターに関連するデータを生成するセンサーと一体可能である
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２２】
前記センサーが、温度検知器、圧力検知器、密度検知器、導電性センサー、pHセンサー、ORPセンサー、流量計と、それらの組み合わせから選択される
請求項２１に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２３】
前記テストポートが、校正ポートを構成する
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２４】
前記検知器が、電線を構成する
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２５】
前記電気導体が、配水管を螺旋状に覆う
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２６】
前記電気導体と電気的に直列に配置された抵抗器を備える
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２７】
前記電気導体に接続される抵抗検知器を備え、
その抵抗検知器が、前記の既知抵抗値からの偏差を検知可能で ある
請求項２０に記載の工程流体漏洩検知装置。
【請求項２８】
配水管を流れる流体の導電率を測定するセンサーの構成方法であって、
（ａ）工程流体の流れのために非金属配水管を用い、その配水管には一つの入口と一つの出口を設け、
（ｂ）その入口の配水管下流を第一及び第二の脚部に分岐し、
（ｃ）出口の脚部の上流を再合流させて、入口と出口の間に流体流れループを形成し、
（ｄ）第一及び第二の脚部の近傍に、第一タイプのコイルとして配置される第一環状体を少なくとも一つ配置し、
（ｅ）第一及び第二の脚部の近傍に、第二タイプのコイルとして配置される第二環状体を少なくとも一つ配置し、
（ｆ）第一及び第二の脚部の近傍に、第三タイプのコイルとして配置される第三環状体を少なくとも一つ配置し、
（ｇ）その第一タイプと第二タイプのコイルを、駆動コイルと検知コイルの組から選択して用い、
（ｈ）そして、前記の第一、第二、第三の環状体を、コネクターによって分析器に接続する
ことを特徴とするセンサー構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電率センサーに関連し、特には、配水管を流れる工程液体の導電率を検知するように設計された無電極導電センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、米国特許出願60/676765号、2005年5月2日出願「非金属流水式無電極導電センサー」を優先出願とするものである。
【０００３】
本出願においては、多くの出版物や、特許文献、特許出願公報が引用される。それらの出版物や、特許文献や特許出願公報に開示されている事項を、本出願では適宜適用可能である。
【０００４】
化学溶剤の導電率測定は１対の電極を溶剤に浸して、この間に電圧かけることで行う。そのシステムを通る電流は溶剤の導電率に比例する。しかし、本技術は、最適ではなく、測定溶剤は金属電極と化学的に相容れなければ、薬品による腐食や、溶剤や電極の汚染という結果になる。
【０００５】
もう一つの方法は、一つの非電極の環状体の導電率測定を含む。本方法では、一個の電気変圧器は、少なくとも部分的にテスト中の溶剤から形成された“コア”を取り囲む駆動器とセンサーの環状体のコイルの使用を通して効率的に新しく作られる。環状体は、一般的に軸の方向に通る液体流通経路を持つ電気的に絶縁的な、磁気による電磁波通過可能のハウジングの中に配置される。駆動器は、流通経路を通る溶剤に電磁領域を誘起する電圧を供給されて、これによって、センサーコイルに電流を誘起する。誘起電流は測定中の溶剤の導電率に比例する。
【０００６】
前記環状体の導電センサーの一つの例は、リーズが開示した米国特許5,157,332号公報に開示されている 。類似のセンサーの商品例としては、インベンシス・システムズ社（フォクスボロ 、マサチューセッツ）製の871EC(商標登録)侵入性導電センサーが知られている。図１のように、前記非電極導電センサー２０の一部分は、ハウジング２１に入れられた環状体の１１、１２、１３を含んで、測定されるように液体に浸されうる。ハウジング２１は、液に触れずに軸の方向に環状体のコイル１１、１２、１３を通させることを許す中心ボーア１９を規定する。“コア”の誘導ループは、中にセンサーを浸された工程溶剤で完成される。
【０００７】
液体の測定部分は配水管を流れているところで、液体にセンサーを浸すことは不可能か望ましくない。その場合には、駆動器とセンサー環状体のコイルがその液体を流通させる配管を囲んでもよい。前記センサーの商品例は、871EC(商標登録)（インベンシス・システムズ社）が知られている。ただし、誘起を発生させるように、一般的に環状体の上流と下流の配管の金属部分まで金属帯を押し付けることで、一つの電気的なループはコイルの外で完成されなければならない。しかしながら本方法には、金属配管部は薬品による腐食発生か別に金属と相容れない時に使われることができない短所がある。
【０００８】
別の方法では、一個か一個以上の環状体をバイパスする二次流れ経路を提供することで、誘導ループを液体自体から完成されることができる。前記液体ループの一つの例は、フィルーデンの米国特許2,709,785号公報に開示される。本方法の一つの欠点は、有限の横断面、液体自体の比較的に長い長さと高抵抗が、逆に導電率測定の感度に影響する傾向がある誘起電流に一つの純抵抗を加える点にある。導電センサーの感度の増加を目的とする方法は、オガワの米国特許4,740,755号公報に開示されたものを含む。オガワは、液体流れループの長さが流れ経路の横断面に対する比率に一つの低値を提供するように計算された寸法の液体ループにある環状体を開示し、これで次にいい感度を提供する。（オガワ、第２欄、第４２−４７行）。本方法の一つの欠点は、オガワの環状体は、変圧器の間の漏洩を減少するために同平面にして物理的に分かれるように示されている点である（オガワ、第１欄、第３４−３８行、第２欄、第４７−５２行、第４欄、第４９−５５行）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、前記従来技術の問題点の一つか一つ以上を補う非電極導電率測定システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの特徴は、非電極導電センサーが、工程液体の導電率測定のために提供されることにある。本センサーは、第一と第二の脚部に入口の下流を分岐して入口と出口の間に液体流れループを形成するように、出口の上流を再合流する非金属配水管を備える。第一と第二環状体は、一個ずつ駆動器かセンサーコイルとして設定され、第一と第二の脚部の周辺に配置される。第三環状体は、一個ずつ駆動器環状体かセンサーコイルとして設定され、そのいずれかの脚部の周辺に配置される。コネクターは、第一と第二と第三の環状体を分析器につなげるように構成される。
【００１１】
本発明ではまた、一個の非金属導電センサーが、第一と第二の脚部に入口の下流を分岐して入口と出口の間に液体流れループを形成するように、出口の上流を再合流する非電気的に導電率液体流れ配水管を含む。一つのハウジングは複数の脚部を封入する。第一と第二タイプのコイルと設定された環状体は複数の脚部の周辺に配置される。第一と第二タイプのコイルは、駆動コイルとセンサーコイルを構成する組から選択される。第一タイプの環状体は、各脚部の上に第二タイプの環状体の間に配置される。また、少なくともセンサーコイルとして設定された一つの他の環状体は、流体ループの外部にある配水管の周辺に配置される。遮蔽部材は、複数のコイルを相互に磁気により隔離させるように複数のコイルの間に配置される。 ２つの脚部の上にある環状体と、一つ他の電気導体を含む漏洩検知器を経由して伸びる電気導体を含む校正ループは、ハウジングの中に環状体から配置される。漏洩検知器は抵抗測定手法とつながれる。
【００１２】
本発明はまた、液体流れ配水管からの工程液体漏れ検知用装置を含む。本装置は配水管、予定電気抵抗を持つ導体と漏洩接触関係により配置された電気導体を含む。一つのテストポートは、導体の反対側エンドと連結するターミナルを持って、検出導体の抵抗測定のために抵抗測定手法とつながれる。
【００１３】
また、配水管を通る液体の導電率検知用センサーの製造用方法を含む。本方法は、工程液体の流れ用非金属配水管を提供すること、第一と第二の脚部に入口の下流を分岐して入口と出口の間に液体流れループを形成するように出口の上流を再合流することを含む。本方法も、複数の脚部の一つの周辺に一つ駆動環状体を配置すること、複数の脚部の一つの周辺に一つのセンサー環状体を配置すること、複数の脚部の一つの周辺に一つの複数駆動かセンサーの環状体を配置することを含む。一個のコネクターは環状体を分析器に繋がるように配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の前記と他の特徴長所は、添付の図面と共に、以下の本発明の説明により理解される。
以下の詳細説明では、本発明の一部を構成する図面を参考に示し、その図中には本発明の具体的な実施形態が示される。これらの実施態様は、当業者に本発明を運用させるように充分な詳細を入れて解説されるが、他の実施態様が利用されることもあると理解される。本発明の精神と範囲から離れなければ、構造や手続き上のシステムの変更がされることも理解される。よって、ここでは、非限定の意味で、本発明の範囲は添付の請求項と相当物であるとみなされる。説明を明瞭にするように、添付図面に示されたのと類似の特徴は、その符号表示で説明されるように、図面にある代替の実施態様に示される類似の特徴はその符号表示で説明される。「軸方向」という用語は、ここに解説された要素と関連使用する時に、工程溶剤の流れ経路や下流流れに対して平行な方向を表す。
【００１５】
本発明の代表実施態様では、測定される液体は非電気導体材料で製造された配水管を通る。複数の環状体コイルは、物理的に流体と触らずに配水管を囲む。電圧を駆動器まで供給されて配水管に流れる流体には電磁領域を誘発する。電磁領域は同様にセンサーコイルに電流を誘起する。
【００１６】
磁気領域が増える一つの完全なループは流体自体で形成され、複数の測定環状体コイルからの配水管上流の主な流通経路から分岐する二次流通経路を経由して、複数の測定コイルから配水管下流の主な流通経路と合流する。複数環状体コイルは、主な流通経路、二次流通経路か両方に配置してもよい。
【００１７】
本発明者は、導電率測定に磁気領域が流体ループに走らなければならない距離で悪影響を与える傾向を認識した。これを補うために、本発明の実施態様では、誘起を促進するように一つか一つ以上の複数の環状体コイルを提供した。
【００１８】
別の実施態様では、液体ループの上流や下流に配置された複数の追加のセンサーコイルも含む。複数のこれらの追加センサーコイルは、システムにあるストレイ電気騒音を取り消すように複数の駆動器コイルに関連する逆相で配線されることもある。また、リーク検出器導体は、配水管に近いところで随意的に配置されることもある。本導体は工程流体に敏感な材料で製造され、螺旋状に配水管に巻き付いて、簡単にそれに平行に支持される。本導体はそれから電気抵抗器に接続され、例えば、工程流体による薬品によう腐食のため発生するかもしれない既知の基準抵抗から少しでも変更があれば、配水管にリークがあるということの説明になる。
【００１９】
図に示したように、本発明の実施態様では、図２に示した導電センサー２００を含む。工程流体は、配水管の入口２０４から出口２０６までの下流方向へ流れる。本配水管はポイント２０８で分岐して、一次流通経路２１０と二次流通経路２１２、この二つ流通経路を形成する。それから、本配水管はポイント２０９で合流する。一次流通経路２１０と二次流通経路２１２は、流体流通るループ２１４を形成する。
【００２０】
この実施態様には、環状体２２０、２２２、２２４は、一次流通経路２１０に位置付けられる。ここで前記のように、これらの環状体２２０、２２２、２２４は、配水管２１０を囲んで物理的に、電気的に配水管２１０を通る工程流体から隔離される。別の実施態様では、中心環状体２２２はセンサー環状体で、外部環状体２２０、２２４はセンサー環状体である。
【００２１】
簡単に説明するために、外部環状体２２０と２２４を駆動環状体とし、中心環状体２２２をセンサー環状体とし、同様に、駆動とセンサー環状体を逆にするという反対設置にも適用できる。複数駆動器環状体２２０、２２４に供給される電流は、EMフィールドか流体ループ（コア）２１４を通る流れを誘起する磁気領域を作り出す。この誘起は同様に、センサー環状体２２２には工程流体の導電性に比例する電流を誘起する。
【００２２】
一次と二次の流通経路２１０と２１２の使用は、誘導ループが流体自体で形成されることを可能にし、 普通に既知発明に使われる金属ストラップを経由することではない。これは、センサー２００を薬品による腐食の傾向があるか別に金属フィッテングか導体と相容れない流体の導電性測定を可能にする。また、複数環状体の使用（駆動かセンサー環状体）は、感度に与えるか別に比較的に高抵抗流体ループ誘導のコアに関連する悪影響を補充する強化の感度を提供する。
【００２３】
本発明の実施態様は適宜、流体ループ２１４に沿って位置付けられた一つか一つ以上の追加の環状体２３０、２３２、と２３４（点線表示）を含んでもよい。便利のために、これらの追加環状体は二次流通経路２１２に配置されたと示したが、ループ２１４に沿うどんなところにもしっかり配置してもよい。駆動環状体とセンサー環状体のどのような組み合わせでも使用できるが、環状体２３２がセンサー環状体として機能するように、代表的な実施態様には環状体２３０と２３４は駆動環状体として適用される。これらの追加環状体は、流体ループ２１４を経由して誘起を更に強化するように環状体２２０、２２２、２２４のそれぞれに電気的に平行に配線する組み合わせの形で使ってもよい。
【００２４】
本発明の別実施例として、一つか一つ以上のセンサー環状体コイル２４０、２４２を、流体ループ２１４の上流や下流に配置してもよい。これらのセンサーコイル２４０、２４２は、流体ループ２１４の外部にある配水管２１０にある電気騒音を有効的に取り消すように他の（オン・ループ）センサーコイル２２２、２３２などと逆相で配線してもよい。
【００２５】
図３では、三つの環状体、環状体２２０、２２２と２２４の１セットが示されている。図示のように、環状体２２０と２２４は、駆動環状体として機能するようにケーブル３６０、３６４を経由して電流ソースに平行に接続される。環状体３２２は、ケーブル３６２で従来の分析装置、更に工場自動化系統に連結可能な875ECシリーズ分析器か870ITECシリーズ送信器（インベンシス・システムズ社、フォクスボロ 、マサチューセッツ）に接続される。
【００２６】
同様に、遮蔽部材３５０、３５２は、複数の駆動環状体から発生されたフィールドを相互干渉や複数のセンサー環状体と干渉しないことを助力するように、複数の環状体の間に配置してもよい。望ましくは、これらの遮蔽部材３５０、３５２は配水管３０２に従って周辺に延長し、同時に物理的に電気的にこれを通して流れる工程流体から隔離されるようにする。例えば、磁気遮蔽部材３５０、３５２を、銅ワッシャの形の中心に孔付きのディスクスとする。アース線３５４は、遮蔽部材３５０、３５２と互いに接続してアース接続する。
【００２７】
図４及び５のように、符号４００で示す封入導電率測定デバイスを形成するように、前記の実施態様をハウジング４６９の中に配置してもよい。本実施態様では、駆動器環状体４２０、４２４とセンサー環状体は、変圧器か他のデータ捕捉・計算デバイスかシステムとの移動可能な接続を容易にするように、モジュラー・コネクタポ−ション４７０と連結される。コネクタポ−ション４７０は、当業者が知る任意のコネクタタイプが利用可能である。テストポート４７６は既知抵抗の校正用導体４７１の反対端と連結されてもよく、連結により環状体を通るループを形成する。校正用導体４７１は、端を短くすることで、デバイス４００を校正に使いそれから流体ループ２１４には工程流体なしでデバイスを作動する。センサー環状体の出力は、既知導体４７１の抵抗に合わせるように校正されるが、これは以下に更に詳細に説明する。当業者は本校正ポート・導体と示されたり説明されたりした特定の実施態様に関し、本発明の精神と範囲から離れなければ、ここで説述された他の実施態様に応用されることは認識容易である。
【００２８】
同様に図示のように、オプションのリーク検知導体４７７（点線表示）を用いてもよい。導体４７７は、配水管４０２からの工程流体リークと接触可能な任意の場所にしっかり配置できる。図示の実施態様の中には、ハウジング４６９の中の便利な位置に適宜配置されてよく、例えば、一番低い取り付け所や漏れた工程流体で合流するポイントなどが利用できる。また、導体４７７は平行に延長されたり点線表示されているように配水管４０２に螺旋状に覆ってもよい。後者の方法は、ハウジング４６９なしの実施態様に特に有用である。
【００２９】
導体４７７は、テストされる特定の工程流体に敏感な材料で製造される。例えば、ここで説明された実施態様の大分は工程流体の導電率を測定することを目的にされるので、例えば、金属の多様なタイプ（アルミなど）を化学的に腐食する腐食性の酸（フッ酸、塩酸）に対し、導体４７７は前記金属で製造される。流体が配水管４０２と接触式導体４７７からリークが発生することの説明になる抵抗変化を測定するように、テストポート４７６のターミナルC及びD（図６）を介して監視される。例えば、測定した抵抗には薬品による腐食と導体４７７の横断面エリアにある関連した誘発により増加が発生しうる。
【００３０】
更なるオプションとして、導体４７７は、基準抵抗を特注生産するように離散の抵抗器４７８（点線表示）を含んでもよい。抵抗器４７８は、工程流体の予想抵抗より高い基準抵抗を増加するように選択される。漏れた低い抵抗の工程流体に接触することは、テストポート４７６での測定抵抗を増加する傾向をみてこれでリークの発生を説明する。この配置は導体４７７を腐食しないで、例えば、汚染・純度懸念により金属と相容れない工程流体を測定する時に特に有用である。
【００３１】
リーク検知導体４７７と選択可能な抵抗器４７８を、本発明の多様な導電センサーに組み入れて示したが、適宜任意の流体センサーでも組み合わせ可能である。例えば、リーク検知導体４７７や抵抗器４７８は、多様な温度検知器、圧力検知器、導体センサー、pHセンサー、ORPセンサー、流量計、とその組み合わせに組み入れてもよい。前記デバイスの商品例としては、すべてマサチューセッツのフォクスボロのインベンシス・システムズ社製が利用でき、その８３シリーズVortex流量計、134シリーズインテリジェント置換発信器、I/Aシリーズ圧力発信器、873シリーズ電化分析器と871シリーズ導体、pH と ORP センサーが使用できる。
【００３２】
同様に、温度センサー４８０、例えば従来の抵抗温度検知器（RTD）は、工程流体の温度を検知するように配水管に物理的に連結され、そして電気的にコネクター４７０に連結される。
【００３３】
図６のように、センサー２００或いは４００は、駆動環状体２２０、２２４（或いは４２０、４２４）をコネクター４７０の脚部AとBに接続することで配線してもよい。センサー環状体２２２（４２２）はコネクター４７０の脚部DとEに接続してもよい。選択可能な磁気遮蔽部材２５０、２５２は、コネクターの脚部Cに接続してもよい。温度センサー或いは感熱センサー４８０はコネクター６７０の脚部F,GとHに接続してもよい。
【００３４】
校正用導体４７１は、テストポート６７６のターミナルAから伸びて、環状体６２０、６２２、６２４を経由してそのターミナルBに戻る。選択可能なリーク検知導体４７７（点線表示）は、抵抗器４７８付き或いは無しによって、ポート４７６の脚部Cから伸びて配水管に近いリーク接触に入って環状体から校正器の脚部Dに戻る。
【００３５】
図７は、図２及び４で前に示された内容と類似した実施態様の配線図を示し、そこでは、主な流通経路２１０と選択可能な二次流通経路２１２は、別々の一つの駆動環状体と二つの検知環状体を含む。図示のように、駆動環状体７２０、７３４は、コネクター４７０のターミナルAとBに連結される。検知環状体７２２、７２４、７３０、７３２は、コネクター４７０の脚部D,Eに連結される。銅ウォッシャ３５０、３５２、３５４、３５６は、環状体の間に磁気遮蔽部材として機能し、コネクター４７０のターミナルF、G、Hに連結される。RTD４８０は、感熱手段として機能し、コネクター４７０のターミナルF、G、Hに連結される。選択可能なリーク検知導体４７７（点線表示）は、抵抗器４７８を含んでもよく、テストポート４７６のターミナルCとDに連結してもよい。
【００３６】
前述の本発明実施態様の作動は、次の表１を参考に説明される。 
【００３７】
表１：
2007327901.tif 000002
【００３８】
図示のように、配水管の端２０４と２０６は、工程流れラインと８０２で直列に締められてコネクター４７０は８０４でデータ捕捉デバイス・処理器、例えば、前記の商品（インベンシス・システムズ社製）の分析器に連結される。このセンサーは、それからテストポート４７６に連結するために従来の校正器を用いることで８０６で校正され、前述のような既知の抵抗の封閉の誘導ループを形成するようにターミナルA及びBを短くする。 その後、電流をコネクター４７０のターミナルA及びBに入れ、平行に並んでいる駆動コイルを活発化して校正ループにEMフィールドを誘発して、次いで複数の検知コイルに電流を誘起する。複数の検知コイルは相似的に平行に配線されることにより、単一の流量値が、コネクター４７０のターミナルD及びEで捕捉される。この捕捉された流量値は従来方法で測定される導電値を８１４で計算する。この計算した導電値は、それから校正ループの既知の導電率まで調整され分析される。一旦計算されたら、テストポート４７６の ターミナルA及びBは、校正ループを無効するようにお互いに切断し、工程流体８１８がデバイスに通される。
【００３９】
ステップ８１０、８１２と８１４は、それから工程流体向けの導電値を生成するように８１９に繰り返される。随意的に、フロー配水管は漏洩検知のために、リーク検知導体４７７や抵抗器４７８の基準の抵抗からの偏差を定期的に検知することで８２０に監視してもよい。前述のように、平行流体流通経路の使用は、金属導体が工程流体に接触する必要性をなくす完全な流体の誘導ループを形成する。これは、次に金属と相容れない工程流体の導電性測定を可能にする。また、改善した測定感度や精度のため、複数の駆動コイルや検知コイルの重複は、流体のループに誘起を強化するように機能する。
【００４０】
上述では、本発明の具体的な典型的実施態様を説明した。様々な改変が、請求項に示される本発明範囲内で行えることは明らかである。従って、本明細書及び図面は、制限を示すものではなく説明用のものであると認められる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】既知発明のECセンサーの一部分の横断面正面図
【図２】本発明の実施形態を示す正面図であり、点線で示される部分はオプションである。
【図３】図２の実施態様の分解図であり、点線にその一部分を示す。
【図４】別実施例の部分的な横断面正面図であり、点線で示される部分はオプションである。
【図５】図４の平面図
【図６】典型的な配線略図
【図７】別実施例の典型的な配線略図
【図１】
2007327901.tif 000003
【図２】
2007327901.tif 000004
【図３】
2007327901.tif 000005
【図４】
2007327901.tif 000006
【図５】
2007327901.tif 000007
【図６】
2007327901.tif 000008
【図７】
2007327901.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月23日(2006.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図３では、三つの環状体、環状体２２０、２２２と２２４の１セットが示されている。図示のように、環状体２２０と２２４は、駆動環状体として機能するようにケーブル３６０、３６４を経由して電流ソースに平行に接続される。環状体２２２は、ケーブル３６２で従来の分析装置、更に工場自動化系統に連結可能な875ECシリーズ分析器か870ITECシリーズ送信器（インベンシス・システムズ社、フォクスボロ 、マサチューセッツ）に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
同様に、遮蔽部材３５０、３５２は、複数の駆動環状体から発生されたフィールドを相互干渉や複数のセンサー環状体と干渉しないことを助力するように、複数の環状体の間に配置してもよい。望ましくは、これらの遮蔽部材３５０、３５２は配水管３０２に従って周辺に延長し、同時に物理的に電気的にこれを通して流れる工程流体から隔離されるようにする。例えば、磁気遮蔽部材３５０、３５２を、銅ワッシャの形の中心に孔付きのディスクスとする。アース線３５１は、遮蔽部材３５０、３５２と互いに接続してアース接続する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図６のように、センサー２００（図２）或いは４００（図４）は、駆動環状体（６２０、６２４）をコネクター４７０の脚部AとBに接続することで配線してもよい。センサー環状体（６２２）はコネクター４７０の脚部DとEに接続してもよい。選択可能な磁気遮蔽部材３５０、３５２は、コネクターの脚部Cに接続してもよい。温度センサー或いは感熱センサー４８０はコネクター４７０の脚部F,GとHに接続してもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
校正用導体４７１は、テストポート４７６のターミナルAから伸びて、環状体６２０、６２２、６２４を経由してそのターミナルBに戻る。選択可能なリーク検知導体４７７（点線表示）は、抵抗器４７８付き或いは無しによって、ポート４７６の脚部Cから伸びて配水管に近いリーク接触に入って環状体から校正器の脚部Dに戻る。
【外国語明細書】
Non-Metallic Flow-Through Electrodeless Conductivity Sensor and Leak Detector   
RelatedApplication
Thisapplication claims priority to U.S. Provisional Patent Application Ser. No.60/676,765 entitled Non-Metallic Flow Through ElectrodelessConductivity Sensor, filed on May 2, 2005. 
1.         TechnicalField
Thisinvention relates to conductivity sensors and more particularly to electrodeless conductivity sensors configured to detect theconductivity of process fluid flowing through a conduit.  
2.         BackgroundInformation
Throughoutthis application, various publications, patents and published patentapplications are referred to by an identifying citation.  The disclosures of the publications,patents and published patent applications referenced in this application arehereby incorporated by reference into the present disclosure.  
Conductivitymeasurements of a chemical solution may be made by applying a voltage across apair of electrodes and immersing them in the solution.  The electric current passing through thesystem is proportional to the conductivity of the solution.  This technique, however, is not optimalif the solution to be measured is chemically incompatible with the metallicelectrodes, e.g., resulting in chemical attack or contamination of the solutionand/or electrodes.
Anotherapproach involves an electrodeless toroidal conductivity measurement.  In this approach, an electrictransformer is effectively created through the use of driver and sensor toroidal coils surrounding a ‘core’ formed at leastpartially by the solution under test. The toroids are typically disposed within anelectrically insulative, magnetically transparenthousing having a fluid flow path which passes axially therethrough.  The driver is supplied with a voltagewhich induces an electro-magnetic field in the solution passing through theflow path, which then induces a current in the sense coil.  The induced current is proportional tothe conductivity of the solution being measured. 
Anexample of such a toroidal conductivity sensor is disclosedin Reese, U.S.Patent No. 5,157,332.  A commercialexample of a similar sensor is known as the 871ECTM invasive conductivity sensoravailable from Invensys Systems, Inc. (Foxboro, Massachusetts).  As shown in Fig. 1, a section of such anelectrodeless conductivity sensor 20 includes toroidal coils 11, 12, 13 encased in a housing 21, which maybe immersed in the fluid to be measured. The housing 21 defines a central bore19 which allows fluid to pass axially through the toroids11, 12, 13, without contacting them. The induction loop of the ‘core’ is completed by the process solution withinwhich the sensor is immersed.
Wherea fluid to be measured is flowing through a conduit, it may not be possible ordesirable to immerse a sensor in the fluid.  In this event, driver and sensor toroidal coils may surround a pipe carrying the liquid.  A commercial example of such a sensor isknown as the 871FTTM (Invensys Systems, Inc.).  However, in order for induction tooccur, an electrical loop must be completed outside the coils, typically byclamping a metallic strap to metallic portions of the pipe upstream and downstreamof the toroids. A drawback of this approach, however, is that metallic pipe portionscannot be used when the process fluid attacks or is otherwise incompatible withmetals.  
In an alternate approach, the induction loop maybe completed by the fluid itself, by providing a secondary flow path thatbypasses one or more of the toroids.  An example of such a fluid loop isdisclosed in U.S. Patent No. 2,709,785 to Fielden.  A drawback of this approach is that thelimited cross section, relatively long length and high resistance of the fluid itself,adds a net resistance to the induced current which tends to adversely affectthe sensitivity of conductivity measurement.  Approaches intended to enhance thesensitivity of conductivity sensors include that disclosed by Ogawa, in U.S. PatentNo. 4,740,755.  Ogawa discloses toroids on a fluid loop with dimensions calculated to"provide a low value for the ratio of the length of fluid flow loop . . .to the cross sectional area of the flow path, which in turn provides goodsensitivity."  (Ogawa col. 2lines 42-47).  A drawback to thisapproach is that Ogawa’s toroids are taught to be coplanarand physically separated in order to reduce leakage coupling between thetransformers.  (Ogawa at col. 1,lines 34-38, col. 2 lines 47-52, col. 4, lines 49-55).  
Aneed therefore exists for an electrodelessconductivity measurement system that addresses one or more of theaforementioned drawbacks.
SUMMARY
Inaccordance with one aspect of the invention, an electrodelessconductivity sensor is provided for determining conductivity of a process fluid.  The sensor includes a non-metallicconduit which diverges downstream of an inlet into first and second legs, and re-convergesupstream of an outlet, to form a fluid-flow loop between the inlet and theoutlet.  First and second toroids, each configured as either a drive or a sense coil,are disposed about one of the first and second legs.  A third toroidconfigured as either a redundant drive or sense coil is also disposed about oneof the legs.  A connector isconfigured to couple the first, second and third toroidsto an analyzer.
Inanother aspect of the invention, an electrodelessconductivity sensor includes a non-electrically conductive fluid flow conduit whichdiverges downstream of an inlet into first and second legs, and then re-convergesupstream of the outlet to form a fluid loop between the inlet and the outlet.  A housing encloses the legs.  Toroidsconfigured as first and second type coils are disposed about the legs.  The first and second type coils areselected from the group consisting of drive coils and sense coils.  A toroid ofthe first type is disposed between toroids of thesecond type on each of the legs.  Inaddition, at least one other toroid configured as a sensorcoil is disposed about the conduit outside of the fluid loop.  Shields are interspersed between thecoils to magnetically isolate the coils from one another.  A calibration loop including anelectrical conductor extends through the toroids onthe two legs, and a leakage detector including an other electrical conductor isdisposed within the housing in spaced relation from the toroids.  The leakage detector is connectable to resistancemeasuring means.
Afurther aspect of the invention includes an apparatus for detecting leakage of processfluid from a fluid flow conduit. The apparatus includes an electrical conductor disposed inleakage-contacting relation to the conduit, the conductor having apredetermined electrical resistance. A test port has terminals coupled to opposite ends of the conductor, andis couplable to resistance measuring means formeasuring resistance of the sensing conductor.
Yetanother aspect of the invention includes a method for fabricating a sensor fordetecting conductivity of a fluid flowing through a conduit.  The method includes providing a non-metallicconduit for the flow of a process fluid, diverging the conduit downstream of aninlet into first and second legs, and re-converging the legs upstream of anoutlet to form a fluid-flow loop between the inlet and the outlet.  The method also includes placing a drivetoroid about one of the legs, placing a sense toroid about one of the legs, and placing a redundant driveor sense toroid about one of the legs.  A connector is configured to couple the toroids to an analyzer.
BRIEFDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Theabove and other features and advantages of this invention will be more readilyapparent from a reading of the following detailed description of variousaspects of the invention taken in conjunction with the accompanying drawings,in which: 
Fig. 1 is a crosssectional elevational view of a portion of an ECsensor of the prior art;   
Fig. 2 is an elevational view of an embodiment of the claimed invention,with optional features shown in phantom; 
Fig. 3 is an exploded view, withportions shown in phantom, of the embodiment of Fig. 2;
Fig. 4 is a partiallycross-sectional elevational view of an alternate embodimentof the claimed invention, with optional portions thereof shown in phantom;
Fig. 5 is a plan view of theembodiment of Fig. 4; 
Fig. 6 is an exemplary wiringschematic of an embodiment of the present invention; and 
Fig.7 is an exemplary wiring schematic of an alternate embodiment of the presentinvention.  
DETAILEDDESCRIPTION
Inthe following detailed description, reference is made to the accompanyingdrawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration,specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodimentsare described in sufficient detail to enable those skilled in the art topractice the invention, and it is to be understood that other embodiments maybe utilized. It is also to be understood that structural, procedural and systemchanges may be made without departing from the spirit and scope of the presentinvention. The following detailed description is, therefore, not to be taken ina limiting sense, and the scope of the present invention is defined by theappended claims and their equivalents. For clarity of exposition, like featuresshown in the accompanying drawings are indicated with like reference numeralsand similar features as shown in alternate embodiments in the drawings areindicated with similar reference numerals. Where used in this disclosure, the term “axial” when used in connectionwith an element described herein, shall refer to a direction parallel to the flowpath and/or downstream flow of the process solution therethrough.  
Ina representative embodiment of the present invention, a fluid to be measuredflows through a conduit fabricated from a non electrically conductive material.  Toroidal coilssurround the conduit, without physically contacting the fluid.  A voltage is supplied to a driver coil,which induces a magnetic field in the fluid flowing within the conduit.  This magnetic field similarly induces anelectric current in a sensor coil.  
Acomplete loop through which the magnetic field propagates is formed by thefluid itself, via a secondary flowpath which divergesfrom the primary flowpath of the conduit upstreamfrom the measuring toroidal coils, and reconverges with the primary flowpathof the conduit downstream from the measuring coils.  The toroidalcoils may be disposed on the primary flowpath, thesecondary flowpath, or both.  
Theinstant inventors have recognized that the sensitivity of the conductivitymeasurement tends to be adversely affected by the distance the magnetic field musttravel through the fluid loop.  Tocompensate for this, embodiments of the invention have been provided with oneor more redundant toroidal coils, wired in parallel,to boost induction.  
Particularembodiments may also include additional sensor coils disposed upstream and/ordownstream of the fluid loop.  Theseadditional sensor coils may be wired in reverse phase relative to the drivercoils to cancel out stray electrical noise in the system.  In addition, a leak detector conductormay optionally be disposed in proximity to the conduit.  This conductor may be fabricated from amaterial sensitive to the process fluid, and may be helically coiled around theconduit, or simply supported parallel to thereto.  The conductor may then be connected toan Ohmmeter, whereupon any change from a known baseline resistance, such as mayoccur due to chemical attack by the process fluid, would be indicative of aleak in the conduit. 
Turningnow to the figures, an embodiment of the present invention includesconductivity sensor 200 as shown in Fig. 2.  Process fluid flows through conduit 202in a downstream direction from an inlet 204 to an outlet 206.  The conduit diverges at point 208 andforms two flow paths, the primary flow path 210 and the secondary flow path212. The conduit then reconverges at point 209.  The primary flow path 210 and secondaryflow path 212 form a fluid-flow loop 214.
Inthis embodiment, toroids 220, 222, and 224 arelocated on the primary flow path 210. As described hereinabove, these toroids 220,222, 224 surround conduit 210 and are physically and electrically isolated fromthe process fluid flowing through conduit 210.  In one embodiment, the central toroid 222 is a sense toroid, andthe outer toroids 220, 224 are drive toroids.  Inanother embodiment, the central toroid 222 is a drivetoroid, and the outer toroids220, 224 are sense toroids.  
Forease of explanation, the outer toroids 220 and 224will be designated as drive toroids, and the central toroid 222 will be designated as a sense toroid, with the understanding that the followingdiscussion may also be applicable to the opposite configuration in which thedrive and sense toroids are reversed.  Electric current supplied to theredundant driver toroids 220, 224 creates a magneticfield which induces an EM field or current which flows through fluid loop (core)214.  This induction similarlyinduces a current in sense toroid 222, which isproportional to the conductivity of the process fluid.  
Useof primary and secondary flow paths 210 and 212 enables the induction loop tobe formed by the fluid itself, rather than via a metallic strap as commonlyused in the prior art.  This enablessensor 200 to measure the conductivity of fluids that tend to attack or areotherwise incompatible with metallic fittings or conductors.  Moreover, the use of redundant toroids (either as a drive or sense toroid)as shown, provides enhanced sensitivity which compensates for the adverseaffects on sensitivity otherwise associated with relatively high resistancefluid-loop inductive cores.     
Optionally,embodiments of the invention may include one or more additional toroids 230, 232, and 234 (shown in phantom) located alongfluid loop 214.  For convenience,these additional toroids are shown as disposed onsecondary flow path 212, but may be substantially anywhere along loop 214.  While nominally any combination of driveand sense toroids may be used, in a representativeembodiment, toroids 230 and 234 may be operated asdrive toroids, with toroid232 as a sense toroid.  These additional toroidsmay be used in combination, e.g., by wiring them electrically in parallel withrespective ones of toroids 220, 222 and/or 224, to furtherenhance the induction via fluid loop 214.
Inanother variation of the instant invention, one or more additional sensor toroidal coils 240, 242 may be disposed upstream and/or downstreamof fluid loop 214.  These sensorcoils 240, 242 may be wired in reverse phase with the other (on-loop) sensecoils 222, 232, etc.,  to effectivelycancel out electrical noise which may be present in the conduit 210 outside fluidloop 214.
Turningnow to Fig. 3, one set of three toroids, e.g., toroids 220, 222 and 224, is shown in an explodedview.  As shown, toroids220 and 224 may be connected in parallel to a source of electric current viacables 360, 364, to function as drive toroids.  Toroid 322 isconnected by cable 362 to a conventional analysis apparatus, such as the 875ECSeries Analyzers or 870ITEC Series Transmitters (InvensysSystems Inc., Foxboro, MA)which may be further coupled to a conventional factory automation system.
Asalso shown, shields 350, 352, may be interspersed between the toroids to help prevent the fields generated by the drive toroids from interfering with one another and/or with thesense toroids. In desired embodiments, these magnetic shields 350, 352 extendcircumferentially about conduit 302, while remaining physically andelectrically isolated from the process fluid flowing therethrough.  For example, in particular embodimentsmagnetic shields 350, 352 are centrally 
apertureddiscs, in the form of copper washers. Ground wire 354 connects shields 350, 352 to one another, and to ground.  
Referringnow to Figs. 4 & 5, any of the aforementioned embodiments may be disposedwithin a housing 469, to form an enclosed conductivity measurement device shownat 400.  In this embodiment, driver toroids 420, 424 and sense toroid422 are coupled to a modular connector portion 470 to facilitate removableconnection to a transmitter or other data capture/calculation device orsystem.  Connector portion 470 maybe nominally any connector type known to those skilled in the art.  A test port 476 is also shown, which maybe coupled to opposite ends of a calibration conductor 471 of known resistance,which forms a loop passing through the toroids asshown.  Calibration conductor 471may be used to calibrate device 400 by shorting the ends thereof (e.g., using acalibrator plugged into test port 476), and then operating the device withoutprocess fluid in fluid loop 214. The output of the sensor toroids may then becalibrated to match the known resistance of conductor 471, as will be discussedin greater detail hereinbelow.  Those skilled in the art shouldrecognize that this calibration port/conductor, and any other aspects shown anddescribed with respect to a particular embodiment, may be applied to any otherof the embodiments described herein, without departing from the spirit andscope of the present invention.      
Asalso shown, an optional leak detection conductor 477 (shown in phantom) may be provided.  The conductor 477 may be disposed atsubstantially any location likely to come into contact with process fluidleaking from conduit 402.  In theembodiment shown, conductor 477 may be disposed at any convenient locationwithin housing 469, such as at the lowest installed location thereof, i.e., atthe point at which any leaked process fluid would collect.  In addition, or alternatively, conductor477 may be extended alongside, or wrapped helically around conduit 402 as shownin phantom.  This latter approachmay be particularly useful in embodiments not having a housing 469.  
Conductor477 may be fabricated from a material sensitive to the particular process fluidunder test.  For example, since manyof the embodiments described herein are intended to measure the conductivity ofprocess fluids such as caustic acids (e.g., HF, HCl)that chemically attack various types of metals (e.g., aluminum), conductor 477may be fabricated from such a metal. The resistance of conductor 477 may then be monitored, e.g., viaterminals C & D (Fig. 6) of test port 476, to measure any changes inresistance which may be indicative of fluid having leaked from conduit 402 andcontacted conductor 477.  Forexample, an increase in measured resistance may occur due to chemical attackand an associated reduction in cross-sectional area of the conductor 477.  
Asa further option, conductor 477 may also include a discrete resistor 478 (shownin phantom) as desired to customize the baseline resistance.  A resistor 478 may be chosen to increasethe baseline resistance beyond the expected resistance of the processfluid.  Contact with any leakedprocess fluid of lower resistance would tend to decrease the measuredresistance at test port 476, to indicate the presence of the leak.  This configuration may be particularlyuseful when measuring a process fluid that does not chemically attack conductor477, but is nevertheless incompatible with metals, such as due tocontamination/purity concerns.   
Althoughleak detection conductor 477 and optional resistor 478 are shown and describedas incorporated within the various conductivity sensors of the presentinvention, those skilled in the art should recognize that it may be usedindependently and/or in combination with nominally any type of fluid sensor,without departing from the spirit and scope of the present invention.  For example, leak detection conductor477 and/or resistor 478 may be incorporated with various temperature detectors,pressure detectors, conductivity sensors, pH sensors, ORP sensors, flow meters,and combinations thereof. Commercial examples of such devices include the 83 Series Vortex Flowmeters, I/A Series Pressure Transmitters, 134 SeriesIntelligent Displacement Transmitters, I/A Series Temperature Transmitters, 873Series Electrochemical Analyzers, and the 871 Series conductivity, pH and ORPsensors all commercially available from InvensysSystems, Inc. of Foxboro, Massachusetts.  
Asalso shown, a temperature sensor 480, such as a conventional resistancetemperature detector (RTD), may be physically coupled to the conduit to detectthe temperature of the process fluid, and electrically coupled to connector470.
Turningnow to Fig. 6, sensor 200 or 400 may be wired by connecting drive toroids 220, 224 (or 420, 424) to legs A and B of connector470.  Sense toroid222 (422) may be connected to legs D and E of the connector 470.  The optional magnetic shields 250, 252 maybe connected to leg C of the connector. Temperature sensor or thermosensor 480  may be connected to legs F, G, and H ofconnector 670.  
Calibrationconductor 471 extends from terminal A of the test port 676 through toroids 620, 622, 624, and returns to terminal B thereof.  Optional leak detection conductor 477(shown in phantom), with or without resistor 478, extends from leg C of port476, into leak-contacting proximity to the conduit, and in spaced relation fromthe toroids, and returns to leg D of thecalibrator.  
Fig.7 shows a wiring schematic of an embodiment substantially similar to thoseshown and described hereinabove with respect to Figs. 2 & 4, in which theprincipal flow path 210, and optionally, the secondary flow path 212, eachinclude one drive toroid and two sense toroids.  Asshown, drive toroids 720, 734 are connected to terminalsA and B of connector 470.  Sense toroids 722, 724, 730, 732 are connected to legs D, E ofconnector 470.  Copper washers 350, 352,354, 356 serve as magnetic shields between the toroidsand are grounded at terminal C of connector 470.  RTD 480 serves as a thermosensingmeans and is connected to terminals F, G, H of connector 470.  Optional leak detection conductor 477(shown in phantom), which may include resistor 478, may be connected toterminals C and D of test port 476 as shown.
Embodimentsof the invention having been described, the operation thereof will be discussedwith reference to the following Table I. 
TableI.  
802
fasten  conduit ends 204 and 206 in process flow line
804
couple  connector 470 to a data capture device/processor
806
calibrate  by shorting terminals A & B of test port 
810
activate  drive coils
812
capture  current of sense coils
814
calculate  measured conductivity value
815
map  calculated conductivity value to known conductivity of the calibration loop
816
disable  calibration loop
818
initiate  process flow
819
repeat  steps 810, 812 and 814, to generate conductivity values for the process  fluid.  
820
Optionally  monitor system for leakage 
Asshown, conduit ends 204 and 206 are fastened 802 in series with a process flowline, and connector 470 is coupled 804 to a data capture device/processor suchas an analyzer of the type available commercially from InvensysSystems, Inc., as discussed hereinabove. The sensor may then be calibrated 806, e.g., using a conventional calibratorcoupled to test port 476, which shorts terminals A & B thereof to provide aclosed induction loop of known resistance as described hereinabove.  Thereafter, a current may be fed 810 toterminals A & B of connector 470, to activate the drive coil(s) in parallelwith one another, to induce an EM field in the calibration loop, and in turn,induce a current in the sense coils. Since the sense coil(s) are similarly wired in parallel with oneanother, a single current value may be captured 812 at terminals D & E ofconnector 470.  This capturedcurrent value may then be used in a conventional manner to calculate 814 ameasured conductivity value.  Thecalculated conductivity value is then adjusted or mapped 815 to the knownconductivity of the calibration loop. Once calibrated, terminals A & B of test port 476 are disconnected816 from one another to disable the calibration loop, and process fluid ispermitted to flow 818 through the device. Steps 810, 812 and 814 are then repeated 819, to generate conductivityvalues for the process fluid. Optionally, the flow conduit may be monitored 820 for leakage, byperiodically checking for any deviation from baseline resistance of leak detectionconductor 477 and/or resistor 478. As described hereinabove, the use ofparallel fluid flow paths provides a completely fluidic induction loop thateliminates the need for any metallic conductors to contact the processfluid.  This, in turn, enables theconductivity measurement of process fluids that are incompatible with metals.  In addition, the redundancy of driveand/or sense coils serves to enhance induction within the fluidic loop forimproved measurement sensitivity and/or accuracy. 
In the precedingspecification, the invention has been described with reference to specificexemplary embodiments thereof.  Itwill be evident that various modifications and changes may be made thereuntowithout departing from the broader spirit and scope of the invention as setforth in the claims that follow. The specification and drawings are accordingly to be regarded in anillustrative rather than restrictive sense.  
Havingthus described the invention, what is claimed is: 
CLAIMS
1.           Anelectrodeless conductivity sensor for determiningconductivity of a process fluid, said sensor comprising: 
a non-electrically conductive conduit for the flow of a processfluid, said conduit having an inlet and an outlet;
said conduit diverging downstream of the inlet into firstand second legs, said legs re-converging upstream of said outlet, to form afluid-flow loop between said inlet and said outlet;
at least one first toroidconfigured as a first type coil disposed about one of said first and secondlegs; 
at least one second toroid configuredas a second type coil disposed about one of said first and second legs; 
at least one third toroidconfigured as a redundant one or said first or second type coils disposed aboutone of said first and second legs; 
said first type and second type coils selected from thegroup consisting of drive and sense coils; and
a connector configured to couple said first, second andthird toroids to an analyzer.
2.         Thesensor of claim 1 comprising a plurality of first type coils disposed on a sameone of said first and second legs.  
3.         Thesensor of claim 2, wherein said second type coil is disposed on another one ofsaid first and second legs.
4.         Thesensor of claim 1 wherein said first type coil is a drive coil and said secondtype coil is a sense coil.
5.         Thesensor of claim 1 wherein said first type coil is a sense coil and said secondtype coil is a drive coil.
6.         Thesensor of claim 1, wherein said first, second and third toroidsare all disposed on the same one of said first and second legs.
7.         Thesensor of claim 6, comprising a first type coil disposed between two secondtype coils.
8.         Thesensor of claim 1, wherein coils of the same type are disposed on opposite legsfrom one another.  
9.         Thesensor of claim 1, wherein coils of the same type are connected electrically inparallel with one another.  
10.       Thesensor of claim 1, comprising a plurality of first type coils and a pluralityof second type coils.
11.       Thesensor of claim 10, wherein each of said first type coils is disposed between apair of second type coils.
12.       Thesensor of claim 1, wherein said toroids and saidfirst and second legs are disposed within a housing.
13.       Thesensor of claim 1, comprising a plurality of shields interspersed among said toroids, said shields configured to limit electro-magneticinterference between said toroids.  
14.       Thesensor of claim 1, comprising a temperature detector disposed to detect processfluid temperature.
15.       Thesensor of claim 1, comprising a calibrator including an electrical conductor extendingthrough said toroids.
16.       Thesensor of claim 1, comprising at least one other sensor coil disposed about saidconduit outside of said fluid loop.
17.       Thesensor of claim 17, wherein said at least one other sensor coil is connectedelectrically out of phase with sense coils disposed on said first and secondlegs.
18.         Thesensor of claim 1, further comprising a leakage detector including anelectrical conductor disposed in leak-contacting relation to said conduit, andin spaced relation to said toroids, said conductor couplable to means for measuring resistance therein.
19.         Anelectrodeless conductivity sensor for determiningconductivity of a process fluid, said sensor comprising: 
a non-electrically conductive conduit for the flow of afluid, said conduit having an inlet and an outlet;
said conduit diverging downstream of the inlet into firstand second legs, said legs re-converging upstream of said outlet, forming afluid loop between said inlet and said outlet; 
a housing enclosing said first and second legs;
a plurality of toroids of firstand second types surrounding each of said first and second legs;
at least one toroid of said firsttype disposed between toroids of said second type oneach of said first and second legs;
the first type and second type each being selected from thegroup consisting of drive coils and sense coils;
at least one other toroidconfigured as a sensor coil, disposed about said conduit outside of said fluidloop; 
wherein said device is configured for use in a non-metallicfluid flow system; 
shields interspersed between said coils, configured tomagnetically isolate said coils from one another;
a calibration loop including an electrical conductor extendingthrough said plurality of toroids; and
a leakage detector including an other electrical conductordisposed within said housing in spaced relation from said plurality of toroids, said leakage detector connectable to resistancemeasuring means.
20.         Anapparatus for detecting leakage of process fluid from a fluid flow conduit, theapparatus comprising:
anelectrical conductor disposed in leakage-contacting relation to the conduit;
saidconductor having a predetermined electrical resistance;
atest port having terminals coupled to opposite ends of said conductor;
saidtest port being couplable to resistance measuringmeans for measuring resistance of said sensing conductor.
21.         Theapparatus of claim 20, being integrated with a sensor configured to generatedata relating to a parameter of the process fluid.  
22.         Theapparatus of claim 21, wherein the sensor is selected from the group consistingof temperature detectors, pressure detectors, density detectors, conductivitysensors, pH sensors, ORP sensors, flow meters, and combinations thereof. 
23.         Theapparatus of claim 20, wherein said test port comprises a calibration port.  
24.         Theapparatus of claim 20, wherein said conductor comprises an electric wire.
25.         Theapparatus of claim 20, wherein said conductor is wrapped helically around theconduit.
26.         Theapparatus of claim 20, comprising a resistor disposed electrically in serieswith said conductor.
27.         Theapparatus of claim 20, further comprising a resistance detector coupled to saidconductor, said resistance detector configured to detect any deviation fromsaid predetermined resistance.  
28.         Amethod for fabricating a sensor for detecting conductivity of a fluid flowingthrough a conduit, said method comprising: 
(a) providing a non-metallic conduit for the flow of a processfluid, the conduit having an inlet and an outlet;
(b) diverging the conduit downstream of the inlet into firstand second legs;
(c) re-converging the legs upstream of the outlet to form afluid-flow loop between the inlet and the outlet;
(d) disposing at least one first toroidconfigured as a first type coil about one of the first and second legs; 
(e) disposing at least one second toroidconfigured as a second type coil about one of said first and second legs; 
(f) disposing at least one third toroidconfigured as a redundant one of the first or second type coils about one ofsaid first and second legs; 
(g) selecting the first and second type coils from the groupconsisting of drive and sense coils; and
(h) configuring a connector to couple the first, second andthird toroids to an analyzer.
Non-Metallic Flow-Through Electrodeless Conductivity Sensor and Leak Detector   
ABSTRACTOF THE DISCLOSURE
Anon metallic flow through electrodeless conductivitysensor is provided with a conduit having primary and secondary process fluid flowpaths to form a fluid loop.  At least one drive and one sense toroid surround the conduit on the fluid loop.  Voltage supplied to the drive toroid induces a current in the sense toroidvia the fluid loop to eliminate any need for metallic electrodes in contactwith the process fluid.  At leastone additional drive and/or sense toroid is disposedon the fluid loop to enhance induction. Optionally one or more sense coils are disposed about the conduitoutside of the fluid loop to cancel out stray electrical noise.  An optional conductor disposed along theconduit detects any fluid leakage through changes in resistance thereof.
【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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