BR112017009526B1

BR112017009526B1 - Sonda para uso em um sistema de sensor

Info

Publication number: BR112017009526B1
Application number: BR112017009526-2A
Authority: BR
Inventors: Ronald Bruce Howes, Jr; Patrick Henry Kilawee; Michael Patrick Kremer; Leonard John Kadlec
Original assignee: Ecolab Usa Inc
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2022-09-13
Also published as: EP3978445B1; BR112017009526A2; CA3204180A1; CN107074594A; MX361239B; EP3215467A1; US9791429B2; WO2016073247A1; EP3215467A4; MX2017005879A; EP3215467B1; US20160123950A1; EP3978445A1; CA2966503C; CA2966503A1; CN107074594B

Abstract

?SISTEMA DE SENSOR E MÉTODO PARA DETECTAR CONCENTRAÇÃO DE CLORO? A presente invenção refere-se a um sistema de sensor para medir a concentração de cloro na água. O sistema de sensor pode ter uma tubulação que inclui uma ou mais passagens de fluxo para receber o fluxo de fluido. O sistema de sensor pode ter uma sonda para medir a concentração de cloro em comunicação fluida com uma passagem de fluxo da uma ou mais passagens de fluxo da tubulação. A sonda pode ter um corpo de sonda orientado para direcionar o fluido de entrada a partir da uma ou mais passagens de fluxo da tubulação para uma extremidade do corpo de sonda. A sonda pode ter uma pluralidade de canais definidos em uma superfície externa do corpo de sonda. Os canais podem ser conformados e orientados para direcionar o fluido a partir da extremidade proximal para os eletrodos, de volta para a uma ou mais passagens de fluxo da tubulação.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001]Este pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente n° de série US 14/533.343, depositado em 5 de novembro de 2014, cuja revelação é incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

CAMPO

[002]Esta revelação refere-se, de modo geral, a sistemas e métodos para medir a concentração de determinadas substâncias em um fluido. Mais particularmente, esta revelação se refere a sistemas e métodos para medir a concentração de cloro.

ANTECEDENTES

[003]Os sistemas de dispensação para dosar determinadas substâncias (por exemplo, cloro) em fluidos (por exemplo, corpos d’água recreativos, tais como piscinas, spas, parques aquáticos e similares) requerem frequentemente a detecção da concentração da substância. Um tipo de sensor para tais aplicações consiste em um sensor de Potencial de Oxidação-Redução (ORP) para monitorar níveis de cloro em corpos d’água recreativos. Os sensores ORP medem a capacidade de uma substância para atuar como um agente oxidante ou redutor. O cloro é um agente oxidante, e a presença de cloro nos fluidos pode, portanto, ser indiretamente medida pelo sensor ORP. Os sensores ORP são amplamente usados devido ao seu custo mais baixo. Entretanto, os sensores ORP podem ter diversas desvantagens. Por exemplo, os sensores ORP podem ter uma resposta de sinal não linear à concentração de cloro na faixa de concentrações de cloro tipicamente usadas em corpos d'água recreativos (por exemplo, 1 a 10 ppm). Também, os altos níveis de impedância característicos de sensores ORP podem resultar em erros de corrente de vazamento e captação de ruído elétrico disperso, reduzindo, desse modo, a precisão da medição. Além disso, os sensores ORP tipicamente não detectam diretamente a concentração de cloro e, de preferência, detectam o potencial de redução de oxidação que, por sua vez, é afetado pelo pH, temperatura e a presença de outras espécies químicas no fluido. Como resultado, os sensores ORP podem precisar de um procedimento de calibração para medir a resposta de sensor ORP à concentração de cloro em um dado corpo d'água. Os sensores ORP, portanto, precisam ser “sintonizados manualmente”, de acordo com as condições físicas (por exemplo, pH, temperatura, etc.) prevalente em cada corpo d'água em que os sensores ORP são usados. Tais procedimentos de calibração podem se tornar não confiáveis ao longo do tempo devido à alteração de condições no corpo d'água e podem aumentar os custos de equipamento e manutenção.

[004]Outro tipo de sensor para medir a concentração de determinadas substâncias (por exemplo, cloro) em um fluido (por exemplo, água) é um sensor amperométrico. Tais sensores amperométricos podem medir a concentração de um íon baseado em uma corrente elétrica (ou mudanças na mesma) que flui entre um par de eletrodos. Diferente dos sensores ORP, os sensores amperométricos podem ter uma resposta de sinal linear à concentração de cloro e baixa impedância elétrica. Como resultado, pode não haver interferência de ruído elétrico significativa nos sensores amperométricos que resultam em melhor precisão de medição que os sensores ORP. Tais sensores também têm uma construção simples e baixo custo devido à resposta de sensor que é previsível através de diferentes sensores, eliminando a necessidade de procedimentos de calibração de alto custo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005]Determinadas modalidades da invenção incluem um sistema de sensor para medir a concentração de cloro na água. O sistema de sensor pode ter um coletor que inclui uma ou mais passagens de fluxos para receber o fluxo de fluido. O sistema de sensor pode incluir sensores em comunicação fluida com a uma ou mais passagens de fluxo do coletor para medir uma ou mais propriedades de fluido do fluido que flui através da uma ou mais passagens de fluxo do coletor. O sistema de sensor pode incluir uma sonda para medir a concentração de cloro. A sonda pode ser posicionada em comunicação fluida com uma passagem de fluxo da uma ou mais passagens de fluxo do coletor. A sonda pode ter um corpo de sonda para alojar uma pluralidade de eletrodos. Os eletrodos podem gerar uma corrente em resposta à concentração de cloro presente no fluido. O corpo de sonda pode ser orientado para direcionar o fluido de entrada de uma ou mais passagens de fluxo do coletor em direção a uma extremidade proximal aos eletrodos.

[006]Em algumas modalidades, o corpo de sonda pode ter uma porção oca em comunicação fluida com uma passagem de fluxo do coletor. Em alguns casos, um bocal pode ficar em comunicação fluida com a porção oca do corpo de sonda. O bocal pode ser coaxial com a porção oca do corpo de sonda, definindo, desse modo, um espaço anular entre os mesmos e uma passagem de fluxo do coletor. O bocal pode receber fluido da porção oca. O bocal pode ser conformado para direcionar o fluido a partir da porção oca em direção à segunda extremidade. Em algumas modalidades, a sonda pode ter uma pluralidade de canais definidos em uma superfície externa do corpo de sonda. Os canais podem ser conformados e orientados para direcionar o fluido a partir da extremidade proximal aos eletrodos, de volta em direção à uma ou mais passagens de fluxo do coletor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007]Os desenhos a seguir são ilustrativos de modalidades particulares da presente invenção e, portanto, não limitam o escopo da invenção. Os desenhos não estão necessariamente em escala (exceto se estabelecido) e são destinados ao uso em conjunto com as explicações na descrição detalhada a seguir. As modalidades da invenção serão descritas doravante em conjunto com os desenhos anexos, em que números similares denotam elementos similares.

[008]A Figura 1 ilustra um esquema geral de um sistema de sensor para medir uma ou mais propriedades de um fluido;

[009]A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um coletor de um sistema de sensor, de acordo com determinadas modalidades da invenção;

[010]A Figura 3 é uma vista em corte transversal do coletor da Figura 2 tomada ao longo do plano A-A;

[011]A Figura 4 é uma porção da vista em corte transversal do coletor da Figura 2 tomada ao longo do plano B-B;

[012]A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma sonda amperométrica, de acordo com determinadas modalidades da invenção;

[013]A Figura 6 é uma vista plana superior de uma sonda amperométrica mostrada na Figura 5;

[014]A Figura 7 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma sonda amperométrica tomada ao longo do plano B-B mostrado na Figura 5; e

[015]As Figuras 8A e 8B são vistas em perspectiva de uma porção exterior da sonda amperométrica da Figura 5.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[016]A descrição detalhada a seguir é exemplificativa por natureza e não se destina a limitar o escopo, aplicabilidade ou configuração da invenção de nenhuma maneira. De preferência, a descrição a seguir fornece algumas ilustrações práticas para implantar modalidades exemplificativas da presente invenção. Exemplos de construções, materiais, dimensões e processos de fabricação são fornecidos para elementos selecionados, e todos os outros elementos empregam o que é conhecido para aqueles de conhecimento comum no campo da invenção. Aqueles que são versados na técnica irão reconhecer que muitos dos exemplos notados têm uma variedade de alternativas adequadas.

[017]As modalidades da invenção fornecem um sistema de sensor 100 com um sensor amperométrico para medir a concentração de determinadas substâncias (por exemplo, cloro) em um fluido (por exemplo, água). O sistema de sensor 100 pode incluir opcionalmente um ou mais sensores para medir propriedades de fluido, tais como pH, temperatura, concentração, taxa de fluxo de fluido através do sistema de sensor e similares. Tais sensores amperométricos podem ser úteis para medir a concentração de cloro em corpos d'água recreativos em instalações residenciais e comerciais (por exemplo, hotéis, parques aquáticos, etc.). De maneira adicional, tais sensores podem ser úteis para medir a concentração de outras substâncias (por exemplo, minerais dissolvidos) em fluidos em outras aplicações, tais como torres de água, torres de resfriamento e similares para determinar a probabilidade de incrustação.

[018]A Figura 1 mostra um esquema geral de um corpo d'água 10 (por exemplo, piscina ou spa) dotado de um sistema de sensor 100, de acordo com determinadas modalidades da invenção. Os fluidos (por exemplo, água) podem ser bombeados para a piscina por uma ou mais bombas 20 de um reservatório (por exemplo, um tanque) 30. Um ou mais filtros 40 podem impedir que quaisquer partículas suspensas ou substâncias indesejáveis entrem no corpo d'água 10. Em alguns casos, um ou mais medidores de fluxo 50 podem ser fornecidos para medir a taxa de fluxo do fluido que flui para fora da bomba, através do filtro ou em qualquer outra porção do esquema da linha de fluxo principal 60 mostrada na Figura 1. A bomba e o tanque podem ser dimensionados para fornecer e/ou manter uma determinada taxa de fluxo de fluido para o corpo d'água 10. Em determinadas modalidades exemplificativas, o corpo d'água 10 pode receber entre cerca de 10 galões por minuto e cerca de 200 galões por minuto de fluido (por exemplo, cerca de 100 galões por minuto), ou mais a partir do reservatório a uma pressão entre cerca de 103 KPa e cerca de 207 KPa (cerca de 15 psi e cerca de 30 psi) (por exemplo, a 138 KPa (20 psi)).

[019]Continuando com referência à Figura 1, um sistema de sensor 100 pode ser fornecido em qualquer local na linha de fluxo principal 60 em que uma pressão diferencial ocorre para medir determinadas propriedades de fluido. Em alguns casos, uma fração da taxa de fluxo de fluido que flui através da linha de fluxo principal 60 pode ser afunilada e direcionada para o sistema de sensor 100. Conforme será descrito no presente documento e mostrado na Figura 2, o sistema de sensor 100 pode ter um coletor 110. O coletor 110 pode ter passagens de fluxo definidos no mesmo para receber fluido que tem características de fluxo desejado (por exemplo, taxa de fluxo, pressão, nivel de turbulência, etc.) a partir da linha de fluxo principal 60. O coletor 110 pode alojar um ou mais sensores para medir determinadas propriedades do fluido. O coletor 110 pode receber o fluido em qualquer taxa de fluxo desejada. Por exemplo, o coletor 110 pode receber fluido em uma fração da taxa de fluxo fornecida pela bomba mostrada na Figura 1. Em tais casos, conforme mostrado na Figura 2, os meios de controle de fluxo 120 (por exemplo, válvulas, reguladores, etc.) podem ser usados para fornecer água a uma taxa de fluxo de coletor para a coletor 110. De maneira alternativa, o coletor 110 pode receber fluido em toda a taxa de fluxo fornecida pela bomba. Em alguns casos, o coletor 110 pode receber água a uma taxa de fluxo de coletor. A taxa de fluxo de coletor pode ser menor ou igual à taxa de fluxo de água no corpo d'água 10. Em algumas modalidades exemplificativas, o coletor 110 pode receber água a uma taxa de fluxo de coletor na faixa entre cerca de 0,1 galão por minuto e cerca de 10,0 galões por minuto quando a taxa de fluxo de fluido no corpo d'água 10 fica entre cerca de 10 galões por minuto e cerca de 200 galões por minuto ou mais.

[020]As Figuras 2 e 3 ilustram uma vista em perspectiva e uma vista em corte transversal do coletor 110, de acordo com uma modalidade da invenção. Conforme visto nas Figuras 2 e 3, o fluido de qualquer fonte (não mostrada) entra em uma linha de alimentação de fluido 130 do coletor 110. Em alguns casos, a fonte pode ser a linha de fluxo principal 60 mostrada na Figura 1. Conforme anteriormente mencionado, o coletor 110 pode receber fluido em qualquer taxa de fluxo desejada. Referindo-se novamente à Figura 2, o coletor 110 compreende um ou mais meio de controle de fluxo (por exemplo, válvulas, reguladores e similares) para regular e/ou controlar a taxa de fluxo de fluido, de modo que o coletor 110 receba o fluido na taxa de fluxo desejada. Em alguns casos, os meios de controle de fluxo podem ser dispositivos de restrição de fluxo, válvula de esfera ou pequeno orifício. Em algumas modalidades, as características de fluxo (por exemplo, taxa de fluxo, turbulência, composição de fluido, etc.) podem influenciar a precisão da medição de determinadas propriedades. Em tais casos, o fornecimento de um ou mais meios de controle de fluxo pode permitir a medição precisa do fluido no coletor 110 a fim de eliminar erros na medição de propriedades devido à turbulência, bolhas de ar aprisionadas, impurezas ou efeitos similares.

[021]Continuando com referência à Figura 3, o coletor 110 compreende uma entrada de coletor 140 e uma saída de coletor 150. A entrada de coletor 140 pode receber fluido na taxa de fluxo desejada. O fluido que entra no coletor 110 pode passar através de um filtro 160 alojado em um alojamento de filtro para eliminar impurezas no fluido para proteger um ou mais sensores alojados no coletor 110 e facilitar a medição precisa das propriedades de fluido. O fluido filtrado pode, então, ser direcionado para uma ou mais passagens de fluxo no coletor 110 que ficam em comunicação fluida com um ou mais sensores para medir as propriedades de fluido desejadas. A saída de coletor 150 pode ficar em comunicação fluida com uma linha de retorno de fluido 170 para retornar o fluido para a fonte. Conforme anteriormente mencionado, em algumas modalidades, a fonte pode ser a linha de fluxo principal 60 vista na Figura 1. Em tais casos, o fluido pode sair do coletor 110 por meio da saída de coletor 150 e da linha de retorno de fluido 170, e pode reunir a linha de fluxo principal 60 mostrada na Figura Figura 1. Em alguns casos, a entrada de coletor 140 recebe fluido em uma taxa de fluxo de coletor. Em tais casos, a saída de coletor 150 pode retornar o fluido para a linha de retorno de fluido 170, e para a fonte na taxa de fluxo de coletor. Em outras palavras, o coletor 110 pode ser configurado para operar em uma configuração de fluxo estável sem acúmulo de fluido no coletor 110 ao longo do tempo. Entretanto, o coletor 110 pode ser configurada para operar de qualquer forma desejada (por exemplo, com fluxo instável).

[022]Nas modalidades ilustradas na Figura 1, a linha de fluxo principal 60 opera continuamente para fornecer fluido para o corpo d'água 10 em uma taxa de fluxo quase constante. Entretanto, o coletor 110 pode ser usado em uma variedade de outras configurações. Por exemplo, o coletor 110 pode ser acoplado de maneira fluida a um tanque (por exemplo, tanque de água ou torre de resfriamento) para medir as propriedades de um fluido que permanece estático no tanque. Em tais casos, uma taxa e/ou volume desejado de fluido podem ser bombeados para fora do tanque e voltados em direção à linha de alimentação de fluido 130 da coletor 110. O coletor 110 pode receber tanto contínua (por exemplo, de uma forma estável) como intermitentemente (por exemplo, de uma forma instável) o fluido e medir suas propriedades. O coletor 110 pode, então, retornar o fluido através do retorno de fluido como de volta para o tanque ou para um dreno. A orientação e configuração particulares do coletor 110 descrito no presente documento são para propósitos de ilustração e não limitam o escopo e a aplicabilidade das modalidades da invenção reveladas no presente documento.

[023]Referindo-se novamente à Figura 3, o coletor 110 compreende uma passagem de fluxo primária 180 e uma passagem de fluxo secundária 190, cada uma internamente definida no coletor 110. Como visto na Figura 3, a passagem de fluxo primária 180 pode ficar em comunicação fluida com a linha de alimentação de fluido 130 e a linha de retorno de fluido 170. A passagem de fluxo secundária 190 pode ficar em comunicação fluida com a linha de alimentação de fluido 130. A passagem de fluxo primária 180 pode receber uma primeira taxa de fluxo a partir da entrada de coletor 140, e, a passagem de fluxo secundária 190 pode receber uma segunda taxa de fluxo a partir da entrada de coletor 140. Em alguns casos, a sima da primeira e da segunda taxas de fluxo é igual à taxa de fluxo de coletor. Em outras palavras, as passagens de fluxo primária e secundária podem ser posicionadas e orientadas de modo que o fluxo da linha de alimentação de fluido 130 se divida em duas ramificações, com uma ramificação voltada em direção à passagem de fluxo primária 180 em uma primeira taxa de fluxo, e a segunda ramificação voltada em direção à passagem de fluxo secundária 190 em uma segunda taxa de fluxo. As ramificações de fluxo primária e secundária podem ser adicionalmente posicionadas ou orientadas de modo que as duas ramificações de fluxo se reúnam antes de sair do coletor 110. De maneira alternativa, o fluido em uma segunda taxa de fluxo pode entrar na passagem de fluxo secundária 190, de deslocar em direção a uma sonda 200 e, então, retornar para a passagem de fluxo secundária 190 antes de se recombinar com o fluido voltado em direção à passagem de fluxo primária 180.

[024]Conforme anteriormente mencionado, as passagens de fluxo primária e secundária podem ser posicionadas e orientadas de modo que o fluxo da linha de alimentação de fluido 130 tenha as características de fluxo desejadas, tais como taxa de fluxo, níveis de turbulência, falta de partículas ou bolhas aprisionadas e similares. Em algumas modalidades exemplificativas, tais como aquelas mostradas na Figura 3, a passagem de fluxo primária 180 e a passagem de fluxo secundária 190 são orientadas perpendicularmente uma à outra. Entretanto, qualquer orientação desejada pode ser usada sem perda de funcionalidade. De maneira adicional, a passagem de fluxo primária 180 é de área em corte transversal que a passagem de fluxo secundária 190. Ademais, a orientação e a área em corte transversal das passagens primária e secundária podem ser de modo que a primeira e a segunda taxas de fluxo que entram nas passagens primária e secundária estejam em um valor desejado. Por exemplo, a segunda taxa de fluxo pode ficar entre cerca de 1% e cerca de 50% da primeira taxa de fluxo. Ademais, a primeira e a segunda taxas de fluxo desejadas também podem ser mantidas pressurizando-se o fluido por quaisquer meios conhecidos (por exemplo, bombas venturi, bombas e similares) para manter uma diferença de pressão desejada (por exemplo, positiva) nas passagens de fluxo primária e/ou secundária.

[025]Como visto na Figura 3, o coletor 110 compreende um ou mais sensores em comunicação fluida com a passagem de fluxo primária 180 ou a passagem de fluxo secundária 190 para medir uma ou mais propriedades de fluido. Em muitos casos, as propriedades de fluido podem não variar em corpos d'água, tais como piscinas. Entretanto, em outros casos, as propriedades de fluido podem variar e qualquer mudança em uma propriedade de fluido (por exemplo, pH ou temperatura) pode afetar outras propriedades de fluido (por exemplo, concentração de cloro). A fim de medir precisamente as propriedades de fluido que podem ser influenciadas por outras propriedades de fluido, o coletor 110 inclui uma pluralidade de sensores para medir várias propriedades de fluido. Em alguns casos, o coletor 110 inclui pelo menos um dentre um sensor de concentração (por exemplo, sonda amperométrica 200 mostrado na Figura 3), sensor de pH 210, um sensor de condutividade, um sensor de temperatura 220 e um medidor de fluxo 230. Na modalidade ilustrada na Figura 3, o sensor de concentração de cloro (por exemplo, sonda amperométrica 200) fica em comunicação fluida com a passagem de fluxo secundária 190 enquanto o pH, sensores de temperatura 210, 220 e o medidor de fluxo 230 ficam em comunicação fluida com a passagem de fluxo primária 180. O sensor de pH 210, condutividade, temperatura sensor 220 e medidor de fluxo 230 podem ser de qualquer tipo conhecido. Em alguns casos, os sensores 210, 220, 230 podem medir pelo menos um dentre a concentração de uma substância (por exemplo, cloro), pH, condutividade, temperatura e taxa de fluxo volumétrica do fluido que flui através do coletor 110. Adicionalmente, os sensores 210, 220, 230 são adaptados para medir simultaneamente pelo menos dois dentre pH, condutividade, temperatura e taxa de fluxo volumétrica do fluido que flui através do coletor 110. Em algumas modalidades, o sistema de sensor 100 pode ser uma parte de um laço de controle de retroalimentação (não mostrado), em que o sistema de sensor 100 pode fornecer uma ou mais propriedades medidas (por exemplo, concentração de cloro ou pH) como uma entrada para o laço de controle de retroalimentação. O laço de controle de retroalimentação pode ter um controlador (por exemplo, um microcontrolador ou um programa de computador) que pode, então, decidir se deve- se adicionar uma ou mais substâncias (por exemplo, cloro) para colocar uma propriedade medida (por exemplo, concentração de cloro, pH, etc.) em um nível desejado.

[026]Referindo-se agora às Figuras 4 e 5, o coletor 110 compreende um sensor de concentração 200 para medir a concentração de uma substância (por exemplo, cloro). Em algumas modalidades, a concentração pode ser uma sonda amperométrica. Os princípios gerais de operação de sondas amperométricas para medir a concentração de substâncias (por exemplo, cloro) são bem conhecidos na técnica e uma descrição dos mesmos será omitida por uma questão de clareza. A sonda amperométrica 200 pode ser operada em um modo de tensão de polarização ou um modo galvânico. Como visto na vista plana da Figura 6, a sonda 200 compreende uma pluralidade de eletrodos. Na modalidade ilustrada, a sonda 200 compreende um ânodo 240 e um cátodo 250 alojados em uma porção superior 260 da mesma. A porção superior pode ser eletricamente isolada dos arredores e tampada (por exemplo, com uma tampa de plástico encaixada por pressão ou rosqueada na sonda). Os eletrodos 240, 250 podem ser conectados a uma fonte de alimentação (não mostrada) para fornecer uma tensão de polarização através dos eletrodos 240, 250. Os eletrodos 240, 250 são ilustrados como tendo formato cilíndrico, mas podem ter qualquer outro formato. Nas modalidades ilustradas no presente documento, o ânodo 240 é produzido a partir de cobre e tem um diâmetro entre cerca de 3 mm e cerca de 12 mm. O ânodo 240 e o cátodo 250 podem ser separados por uma distância entre cerca de 1 mm e cerca de 20 mm (por exemplo, cerca de 5 mm). Os eletrodos 240, 250 ficam em comunicação fluida com o fluido que entra na sonda 200. Os eletrodos 240, 250 geram uma corrente que é proporcional à concentração de uma substância específica (por exemplo, cloro). O cátodo 250 pode ser qualquer metal ou liga adequado, e na modalidade ilustrada, é produzido a partir de platina. As modalidades da sonda 200 descritas no presente documento podem facilitar vantajosamente o uso de ânodo de cobre 240 de um diâmetro mais baixo que as sondas amperométricas típicas enquanto mantêm uma vida útil de sonda 200 entre cerca de três anos e cerca de cinco anos de operação contínua da sonda 200. Tais modalidades podem ser benéficas se os eletrodos (por exemplo, ânodo de cobre) se dissolverem durante o uso.

[027]Referindo-se novamente à Figura 4, a sonda 200 pode ser posicionada em comunicação fluida com a passagem de fluxo secundária 190. A sonda 200 compreende um corpo de sonda 270 que define uma porção oca 280. Embora seja suficiente que a sonda 200 fique em comunicação fluida com a passagem de fluxo secundária 190, em alguns casos, a sonda 200 é fisicamente conectada à passagem de fluxo secundária 190. Por exemplo, o corpo de sonda 270 pode ter uma haste 290 abaixo da porção superior 260 do mesmo (por exemplo, verticalmente abaixo da porção superior 260 que aloja os eletrodos 240, 250), que pode ser inserida na passagem de fluxo secundária 190. Embora as modalidades ilustradas mostrem a haste 290 tendo uma área em corte transversal menor que aquela da porção superior 260 do corpo de sonda 270, em outras modalidades, a haste 290 pode ter uma área em corte transversal maior ou igual àquela da porção superior 260 do corpo de sonda 270. Por exemplo, o corpo de sonda e a haste podem ter formato cilíndrico tendo um diâmetro entre cerca de 15 mm e cerca de 25 mm, e entre cerca de 1 mm e cerca de 10 mm respectivamente. Em tais casos, a porção superior 260 tem um comprimento entre cerca de 10 mm e cerca de 50 mm (por exemplo, cerca de 25 mm), e a haste 290 pode ter um comprimento entre cerca de 20 mm e cerca de 80 mm (por exemplo, cerca de 55 mm). Tais modalidades permitem que os eletrodos 240, 250 se estendam a uma distância entre cerca de 10 mm e cerca de 20 mm na porção superior 260 e fiquem em comunicação fluida com o fluido de entrada a partir da passagem de fluxo secundária 190. Em alguns casos, a haste 290 do corpo de sonda 270 pode ter a porção oca 280, por meio da qual o fluido pode entrar na sonda 200. A porção oca pode ter um diâmetro interno entre cerca de 1 mm e cerca de 10 mm (por exemplo, cerca de 6 mm). Conforme mostrado nas modalidades ilustradas, a haste 290 pode ser colocada coaxialmente com a passagem de fluxo secundária 190, definindo um vão anular 300 entre uma superfície externa 310 da haste 290 e as paredes da passagem de fluxo secundária 190. Entretanto, o corpo de sonda 270 também pode ser deslocado a partir da passagem de fluxo secundária 190. O corpo de sonda 270 pode ser configurado (por exemplo, conformado e/ou orientado na passagem de fluxo secundária 190) de modo que a segunda taxa de fluxo de fluido entre na sonda 200 e seja voltado em direção aos eletrodos 240, 250 para medir a concentração de uma substância com uma precisão desejada. Em alguns casos, o corpo de sonda e os eletrodos podem ser encerrados em um compartimento externo com uma tampa e inseridos nas passagens do coletor 110 (por exemplo, passagem de fluxo secundária 190). Por exemplo, o compartimento externo pode ter um engate rosqueado, encaixado por pressão, fixado ou ligado a uma passagem (por exemplo, passagem de fluxo secundária 190) do coletor 110.

[028]Continuando com referência à Figura 4, o corpo de sonda 270 pode ter uma primeira extremidade 320 e uma segunda extremidade 330 oposta à primeira extremidade 320. A porção oca 280 da haste 290 pode receber a segunda taxa de fluxo proximal à primeira extremidade 320. O corpo de sonda 270 pode ser conformado e orientado para direcionar o fluido que flui na segunda taxa de fluxo para a segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270, e a partir da segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270 de volta para a passagem de fluxo secundária 190. Conforme visto nas Figuras 4 e 6, a segunda extremidade 330 é proximal aos eletrodos 240, 250. Em alguns casos, a sonda 200 pode incluir um bocal 340 em comunicação fluida com a porção oca 280 da haste 290. Como, possivelmente, mais bem visto na vista de perto da Figura 7, o bocal 340 pode ser coaxial com a porção oca 280 da haste 290 e a passagem de fluxo secundária 190. O bocal 340 pode ser conformado de modo que o mesmo gere um jato de fluido que flui a partir da passagem de fluxo secundária 190, e direciona o jato para a segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270. O bocal 340 pode ser conformado de modo que o mesmo tenha uma área em corte transversal menor que a área em corte transversal da porção oca 280 da haste 290, acelerando, desse modo, o fluido que flui através da porção oca 280 da haste 290. Em algumas modalidades, o bocal 340 tem um diâmetro (por exemplo, na saída de bocal 360 ou próximo à mesma) entre cerca de 1 milímetro e cerca de 3 milímetros. Em determinadas modalidades, o bocal 340 é adaptado para suprimir a turbulência e/ou bolhas de ar no fluido de entrada (por exemplo, fluido que flui a partir da passagem de fluxo secundária 190).

[029]Continuando com referência à Figura 7, o fluido entra na porção superior 260 do corpo de sonda 270 por meio da porção oca 280 da haste 290, passa através do bocal 340 e é acelerado para formar um jato no mesmo, e é voltado em direção à segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270, proximal aos eletrodos 240, 250. Os eletrodos 240, 250 geram uma corrente em resposta às características de fluxo e concentração de uma substância (por exemplo, cloro). O fluido pode, então, ser direcionado (por exemplo, por uma diferença de pressão) para fluir para fora do corpo de sonda 270 e de volta para a passagem de fluxo secundária 190. Como visto na Figura 7, e anteriormente descrito, o corpo de sonda 270 e as paredes da passagem de fluxo secundária 190 definem um vão anular 300 entre os mesmos. O fluido da segunda extremidade 330 pode ser direcionado para o vão anular 300 entre o corpo de sonda 270 (por exemplo, haste 290) e as paredes da passagem de fluxo secundária 190. Em algumas modalidades, a passagem de fluxo primária 180 e a passagem de fluxo secundária 190 são acopladas de maneira fluida de modo que o fluido da segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270 que flui através da passagem de fluxo secundária 190 se misture com o fluido voltado em direção à passagem de fluxo primária 180. Em tais casos, o fluido da passagem de fluxo secundária 190 pode ser voltado em direção à passagem de fluxo primária 180 por quaisquer meios conhecidos (por exemplo, diferencial de pressão, gravidade e similares). Uma vez misturado, o fluido pode fluir através da passagem de fluxo primária 180 e pode permanecer em comunicação fluida com um ou mais sensores para medir propriedades de fluido, tais como pH, condutividade, temperatura e taxa de fluxo. O fluido pode, então, ser direcionado (por exemplo, criando-se uma diferença de pressão) para fora do coletor 110 e unir a linha de fluxo principal 60 conforme descrito anteriormente.

[030]Como visto na Figura 7, a sonda 200 pode compreender uma pluralidade de microesferas 350 posicionadas proximais à saída de bocal 360. As microesferas 350 podem ser configuradas para permanecerem assentadas contra a saída de bocal 360 quando não há fluxo através do bocal 340, e podem ser elevadas a partir de sua posição assentada quando o fluido flui para fora do bocal 340. Em alguns casos, as microesferas 350 podem ser produzidas a partir de vidro, embora outros materiais (por exemplo, polímeros, cerâmicas ou outros materiais eletricamente isolantes) também sejam contemplados. As microesferas 350 tem formato esférico na modalidade ilustrada, embora as mesmas possam ser de qualquer formato ou tamanho e ser elevadas a uma distância desejada em resposta ao fluxo do bocal 340 voltado em direção à segunda extremidade 330 do corpo de sonda 270. Conforme é geralmente conhecido, as microesferas 350 impedem a corrosão (por exemplo, devido à incrustação) dos eletrodos 240, 250. Particularmente com referência às modalidades ilustradas na Figura 7, as microesferas 350 podem ser verticalmente elevadas para cima da saída de bocal 360 devido ao jato de fluido do bocal 340 que impacta contra as microesferas 350. As microesferas 350 podem se mover proximais aos eletrodos 240, 250 (por exemplo, ânodo de cobre 240) e esfregar e/ou polir o ânodo 240 para remover qualquer incrustação, depósitos de sedimentos ou outros meios que correm o ânodo de cobre 240. As microesferas 350 podem ser de um tamanho suficiente para entrar em contato e raspar eficazmente o ânodo 240 sem bloquear o fluido que flui para fora do bocal 340. Igualmente, qualquer número de microesferas 350 que permita que uma quantidade suficiente de fluxo e/ou uma taxa de fluxo desejada alcance os eletrodos 240, 250, porém, suprima a turbulência ou bolha de ar aprisionadas podem ser usadas. Tais modalidades podem impedir a obstrução da sonda 200 devido a sedimentos ou depósitos, e aumentar a vida operacional da sonda 200. De modo adicional, a obstrução reduzida pode resultar na melhor precisão de medição de concentração.

[031]Referindo-se agora às Figuras 8A e 8B, uma porção de uma superfície externa 310 do corpo de sonda 270 tem uma pluralidade de canais 370 definidos a mesma para direcionar o fluido que flui da segunda extremidade 330 (por exemplo, próximo a uma porção superior 260 do corpo de sonda 270) de volta para a passagem de fluxo secundária 190. Referindo-se novamente à Figura 7, o vão anular 300 fica em comunicação fluida com a passagem de fluxo primária 180, de modo que o fluido direcionado pelos canais 370 no espaço anular é adicionalmente direcionado na passagem de fluxo primária 180. Em alguns casos, o fluxo que entra e/ou sai do bocal 340 é orientado ao longo de uma primeira direção “c” (por exemplo, direção verticalmente para cima) mostrada na Figura 7, e o fluxo dos canais 370 e para a segunda qualquer passagem de fluxo ao longo de uma segunda direção “d”, em que a primeira direção é oposta à segunda direção. Com referência às Figuras 8A e 8B, os canais 370 podem ser conformados e orientados para direcionar o fluido da segunda extremidade 330 para fluir ao longo dos canais 370 para o espaço anular entre o bocal 340 e o corpo de sonda 270. Por exemplo, os canais 370 podem ser afunilados, angulados ou ranhurados por pelo menos uma por do comprimento de uma porção superior 260 do corpo de sonda 270 para direcionar o fluxo a partir da segunda extremidade 330 para o espaço anular. Nas modalidades ilustradas mostradas nas Figuras 8A e 8B, os canais 370 se afunilam radialmente para dentro em direção ao eixo geométrico da sonda 200. Nas modalidades mostradas nas Figuras 8A e 8B, quatro canais 370 são simetricamente posicionados (por exemplo, em torno da circunferência) na superfície externa 310 do corpo de sonda 270. Entretanto, pode ser usado qualquer número de canais 370 que direcione o fluxo em direção ao espaço anular. Outras orientações e/ou formatos dos canais 370 também são contemplados.

[032]Em determinadas modalidades, o corpo de sonda 270 pode ser configurado para facilitar a inspeção visual do fluxo através do corpo de sonda 270. Um operador pode assegurar inspecionando-se visualmente o corpo de sonda 270 que uma corrente de fluido contínua entre em contato com os eletrodos 240, 250 e que as microesferas 350 estejam em movimento para limpar os eletrodos 240, 250. Em um exemplo, o corpo de sonda 270 é produzido a partir de um polímero transparente à luz visível para facilitar a inspeção visual do fluxo através da sonda 200. Por exemplo, o corpo de sonda 270 pode ser produzido a partir de cloreto de polivinila (PVC) transparente à luz visível. Alternativamente, em um outro exemplo, uma porção do corpo de sonda 270 pode ter uma janela transparente (por exemplo, feita de vidro e/ou polímeros transparentes, tal como PVC, não mostrado) para permitir que um operador inspecione a condição da sonda 200. Por exemplo, apenas uma porção do corpo de sonda 270 pode ser transparente para permitir que um operador visualize que as passagens (por exemplo, através do bocal e em direção aos eletrodos) não são obstruídas, e para inspecionar a condição dos eletrodos (por exemplo, ânodo). Adicionalmente, as microesferas 350 podem ter uma superfície externa não transparente 310 (por exemplo, opacas e/ou tendo uma cor diferente de de branco ou transparente) para facilitar a inspeção de movimento das microesferas 350. Outros auliliares visuais também podem ser incorporados em tais modalidades para inspercionar a condilçao da sonda 200.

[033]Em uma modalidade de um método para medir propriedades de fluido com o sistema de sensor 100, e com referência às Figuras 4 e 8A a 8B, o fluido entra primeiro na porção oca 280 da haste 290 do corpo de sonda 270 na primeira extremidade 320. O fluido se desloca verticalmente para cima ao longo da direção “c” em direção ao bocal 340. O bocal 340 gera um jato para elevar a pluralidade de microesferas 350 para cima de maneira verticalmente adicional a partir da saída de bocal 360 e em direção aos eletrodos 240, 250 e impedir que a deposição de sedimentos ou corrosão que ocorre no ânodo 240 e/ou cátodo 250. O fluido pode, então, continuar a fluir adicionalmente para acima até que o mesmo alcance a borda superior do corpo de sonda 270, e é voltado para os canais 370 posicionados em uma superfície externa 310 ao longo da circunferência da porção superior 260 do corpo de sonda 270. Os canais 370 podem direcionar o fluido para a passagem de fluxo secundária 190 em uma direção descendente “d” no espaço anular entre o corpo de sonda 270 e as paredes da passagem de fluxo secundária 190. À medida que o espaço anular fica em comunicação fluida com a passagem de fluxo primária 180, o fluido que flui para baixo dos canais 370 para o espaço anular é adicionalmente direcionado (por exemplo, devido a um diferencial de pressão gerado devido a um meio de pressurização, tais como bombas, bomba venturi ou fluxo induzido por gravidade) para a passagem de fluxo primária 180. O fluido pode, então, entrar em contato com um ou mais sensores alojados em comunicação fluida. O sensor (ou sensores) pode medir uma ou mais propriedades de fluido, tais como pH, temperatura, taxa de fluxo e similares. O fluido pode, então, fluir para fora do coletor 110 através da saída de coletor 150 e da linha de retorno de fluido 170 para reunir a linha de fluxo principal 60 mostrada na Figura 1.

[034]Vários recursos opcionais podem ser incorporados no sistema e método de sensor descritos no presente documento. Por exemplo, o sistema de sensor pode ser uma parte de um sistema de controle de retroalimentação em que as propriedades de fluido medidas podem ser enviadas para um microcontrolador para tomar uma ou mais decisões. Por exemplo, com base no pH medido ou concentração de cloro, o microcontrolador pode determinar que os níveis de pH ou cloro sejam mais baixos que um nível desejado, e uma dosagem adequada de aditivos (por exemplo, desinfetante, sanitizante) pode ser adicionada ao fluido para trazer os níveis de pH ou cloro para um valor desejado. Adicionalmente, o sistema de sensor pode fazer interface (por exemplo, por meio de um programa de software) com um operador pemitindo que o operador grave e/ou monitore várias propriedades de fluido ao longo do tempo. Adicionalmente, o sistema de sensor pode alertar o operador se qualquer uma das propriedades de fluido medidas estiver fora de uma faixa desejada.

[035]Os sensores amperométricos, de acordo com modalidades da invenção, asseguram a medição precisa de concentração de cloro devido ao projeto de fluxo de fluido aprimorado. As modalidades da sonda revelada no presente documento asseguram que um fluxo estável de fluido alcance os eletrodos, facilitando, desse modo, uma saída de sinal estável a partir dos eletrodos representativos da concentração de cloro. Adicionalmente, as passagens de fluxo podem ser conformadas, dimensionadas e orientadas para permitir que taxas de fluxo ideais de fluido alcancem os eletrodos, assegurando, desse modo, que uma saída de sinal de magnitude suficiente possa ser gerada pelos eletrodos. As passagens de fluxo também suprimem a turbulência e minimizam quaisquer bolhas de ar aprisionadas para aprimorar a saída de sinal da sonda amperométrica.

[036]Determinadas modalidades do sistema de sensor oferecem projeto de fluxo de fluido aprimorado no sistema de sensor que reduz a obstrução e fornece taxas de fluxo ideais através de vários sensores no sistema de sensor. As modalidades da invenção também facilitam o uso de eletrodos maiores que os projetos conhecidos, e a vida operacional mais longa da sonda. Os sistemas de sensor, de acordo com determinadas modalidades da invenção, têm custos de fabricação mais baixos que os sistemas de sensor típicos. Quando incorporados em sistemas de dispensação química para piscinas recreativas, spas e parques aquáticos, sistemas de sensor, de acordo com determinadas modalidades da invenção fornecem regulação e controle de pH aprimorados e níveis de cloro em corpos d'água recreativos, tais como piscinas, spas e torres de água.

[037]Desse modo, modalidades da invenção são reveladas. Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes consideráveis com referência a determinadas modalidades reveladas, em que as modalidades reveladas são apresentadas para propósitos de ilustração e não limitação e outras modalidades da invenção são possíveis. Um elemento versado na técnica irá observar que várias alterações, adaptações e modificações podem ser realizadas sem que se afaste do espírito da invenção.

Claims

1. Sonda (200) para uso em um sistema de sensor (100) para medir concentração de cloro em um fluido com base na corrente elétrica que flui entre um par de eletrodos (240, 250), a sonda (200) CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de sonda (270) tendo uma porção oca (280) em comunicação fluida com uma primeira passagem de fluxo do sistema de sensor (100), uma primeira extremidade (320) proximal à primeira passagem de fluxo, e uma segunda extremidade (330) distal à primeira extremidade (320); e uma pluralidade de eletrodos (240, 250) posicionados na porção oca (280) proximal à segunda extremidade (330) e que entram em contato com o fluido na porção oca (280), os eletrodos (240, 250) adaptados para gerar uma corrente em resposta à concentração de cloro presente no fluido; e um bocal (340) em comunicação fluida com a porção oca (280) do corpo de sonda (270), o bocal (340) sendo coaxial com a porção oca (280) do corpo de sonda (270) definindo, desse modo, um espaço anular entre o bocal (340) e o corpo de sonda (270), o bocal (340) recebendo fluido a partir da porção oca (280), o bocal (340) sendo conformado para direcionar o fluido a partir da porção oca (280) em direção à segunda extremidade (330), uma porção de uma superfície externa (310) do corpo de sonda (270) tendo uma pluralidade de canais (370) definidos no mesmo, os canais (370) sendo conformados e orientados para direcionar o fluido a partir da segunda extremidade (330) para fluir ao longo dos canais (370) no espaço anular entre o bocal (340) e o corpo de sonda (270).

2. Sonda de sensor (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o espaço anular está em comunicação fluida com uma segunda passagem de fluxo do sistema de sensor (100), de modo que o fluido direcionado pelos canais (370) no espaço anular é direcionado ainda para a segunda passagem de fluxo do sistema de sensor (100).

3. Sonda de sensor (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o bocal (340) é adaptado para suprimir a turbulência no fluido que flui a partir da primeira passagem de fluxo e em direção à segunda extremidade (330) do bocal (340).

4. Sonda de sensor (200), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de microesferas de vidro (350) posicionadas proximais ao bocal (340), a pluralidade de microesferas de vidro (350) sendo adaptadas para se mover em resposta ao fluido direcionado em direção à segunda extremidade (330) pelo bocal (340).

5. Sonda de sensor (200), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o fluxo a partir da primeira passagem de fluxo para o bocal (340) é orientado ao longo de uma primeira direção e o fluxo a partir dos canais (370) e para a segunda passagem de fluxo é ao longo de uma segunda direção, em que a primeira direção é oposta à segunda direção.

6. Sonda de sensor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o corpo de sonda é feito de um polímero transparente à luz visível.