CN109564179B - 带空隙校正的导电率传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开可用于在测量流体的导电率时校正所述流体中空隙的存在的系统和方法。可以使用导电率传感器测量流体的所述导电率。电容电极可用于测量所述流体的电容。受所述流体影响的所测量到的电容可与所测量到的导电率结合使用，以确定补偿所述流体中可能的空隙的经校正的导电率值。其它参数，例如所述流体的组成或温度可用于确定经校正的导电率测量值。一些此类系统包含环形壳体并且可以插入或集成到流体流动系统中，使得待分析的流体流过由所述环形壳体限定的孔。

Description

带空隙校正的导电率传感器

交叉引用

本申请是2016年8月19日提交的第15/242,132号美国专利申请的继续申请，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

流体导电率测量值用于广泛的应用中。在各种实施方式中，导电率测量值可用于确定被分析的流体中的成分的浓度。在其它情况下，流体本身的导电率可以是流体的各种用途的重要参数，例如要求流体具有足够的导电率或足够的绝缘性。

已经开发了各种导电率测量装置。例如，包含与流体连通的一个或多个电极的接触传感器可用于分析流体电特性。在其它实例中，环形传感器可用于测量流过环形线圈中心的流体的导电率。

此类传感器通常在假设仅流体有助于测量流体的导电率的情况下操作。然而，在一些情况下，被捕获在流体中的空隙(例如，气泡)会不利地影响传感器测量导电率的能力。也就是说，流体中的空隙通常具有与流体本身不同的电特性。此类空隙的存在(例如，流过环形传感器或接触电极)因此可以使导电率测量值偏斜，使得测量的导电率不可预测地表示未知瞬时组合中的流体和空隙两者的导电率。

在一些实例中，导电率测量值用于确定流体中一种或多种化学物质的浓度。然而，化学物质本身可以促进在流体中以气泡或泡沫的形式形成空隙。可能发生这种情况的示范性流体包含清洁、洗涤和消毒溶液。因此，在此类溶液中形成的此类气泡或泡沫会对测量导电率的能力产生负面影响，因此在某些情况下会影响溶液的浓度。

发明内容

本公开的一些方面一般性地涉及用于测量流体的导电率和校正流体中的空隙的系统和方法。系统可包含导电率传感器，用于测量一部分流体的导电率。系统可以进一步包含第一和第二电容电极以及控制器，所述控制器被配置为确定来自导电率传感器的测量到的导电率和第一和第二电容电极之间的测量到的电容。控制器可以被配置为基于测量到的电容和测量到的导电率确定经校正的导电率测量值。

在一些实例中，除了测量到的导电率和测量到的电容之外，确定经校正的导电率测量值还可以基于其它数据。例如，在一些情况下，电容和对导电率测量值的校正之间的关系可以基于在系统中流动的流体的类型，其可以例如通过用户界面输入。附加地或替代地，测量到的电容和对导电率测量值的校正之间的关系可以取决于温度。因此，所述系统可以包含温度传感器，用于确定流体的温度，以便确定经校正的电容。

在示范性配置中，所述系统包含传感器组件，所述传感器组合件包含第一和第二电容电极。传感器组合件可包含具有内表面和外表面的环形壳体，其中内表面限定孔。导电率传感器可包含第一线圈，第一线圈定位在环形壳体中并围绕内表面。第二线圈可以类似地定位在围绕第一线圈的环形壳体中并且位于第一线圈的下游。第一和第二线圈可用于测量流过由环形壳体的内表面限定的孔的流体的导电率。在一些此类实例中，第一和第二电容电极可以定位在环形壳体的内表面附近，使得流过其中的流体影响第一和第二电容电极之间的电容。

此类系统可以以各种方式集成到流体流动系统中。在一些实施例中，环形壳体可以插入流体流动系统中的T形管中，使得在系统中流动的流体流过环形壳体中的孔。在其它实例中，所述系统可以包含在环形壳体的任一侧上的凸缘，所述凸缘被配置为与流体流动壳体中的流体流动容器对接。凸缘可以与此类容器对接，使得容器和环形壳体结合以形成穿过其中的流体流动路径。

方法可包含使流体样本流过导电率传感器并测量流体的导电率。方法还可包含使流体样本流过第一和第二电容电极，并使用第一和第二电容电极测量受流体样本影响的电容。此外，方法可以包含将测量到的电容与导电率校正相关联，并通过基于导电率校正调节测量到的导电率来计算经校正的导电率。

可以实施此类系统和方法以测量受大致相同体积的流体影响的导电率和电容。在各种实例中，这可以包含定位电容电极和导电率传感器，使得测量到的导电率和测量到的电容受到大致相同部分的流体的影响，并且基本上同时测量导电率和电容。在其它实例中，导电率传感器可以位于电容电极的上游或下游已知距离。可以基于导电率传感器和电容电极之间的距离在时间上错开导电率和电容测量，使得所述部分流体影响导电率和电容测量。

附图说明

图1是示出具有空隙校正的导电率传感器的示范性电气示意图的框图。

图2A和2B分别是集成到管段中的示范性导电率传感器的正视图和侧视图。

图3A和3B分别示出了图2A和2B中的传感器沿图2B中的线A-A和B-B截取的剖视图。

图4是示出当流体体积的空气百分比变化时，流过管道的流体的感测到的电容和感测到的导电率的变化的示范性曲线图。

图5是示出了流过管道的流体的感测到的电容和感测到的导电率的变化的示范性曲线图。

图6是示出对于流体内的各种气泡浓度，流体的实际导电率、流体的测量到的导电率和经校正的导电率测量值的曲线图。

图7示出了根据一些实施例的控制器板和传感器板的展开视图。

图8A-C示出了根据各种实施例的传感器板配置。

图9是示出具有传感器组合件的示范性导电率传感器的框图。

图10A和10B是位于现有流动系统内的传感器的视图。

图11A和11B是位于T形管内的图10A和10B的传感器分别沿图10B中的线A-A和B-B截取的剖视图。

具体实施方式

图1是示出具有空隙校正的导电率传感器的示范性电气示意图的框图。在所示实施例中，传感器100包含激励环形线圈104和测量环形线圈105，其可用于感应地确定流过环形线圈的流体的导电率。传感器包含控制器102，控制器102可以配置成通过驱动器103驱动激励环形线圈104，例如使激励电流流过激励环形线圈。控制器102还可以被配置为通过检测器106接收表示流过测量环形线圈105的电流的信号。例如，在2005年7月27日提交的第7,126,343号美国专利中描述了使用激励和测量环形线圈来感应地测量流体的导电率，所述专利转让给本申请的受让人并通过引用将其全部内容并入本文。然而，应当理解，虽然用作说明性实例，但是本公开范围内的传感器不必限于感应导电率测量，例如通过集成此类环形线圈的方法。而是，除了驱动器103、激励环形线圈104、测量环形线圈105和检测器106之外或代替驱动器103、激励环形线圈104、测量环形线圈105和检测器106，可以使用其它已知的导电率感测技术。通常，控制器102可以与线圈104、105或与其它导电率感测装置对接，以接收指示样本流体的导电率的信号。

如图1所示，传感器100包含通过连接器111与控制器102通信的传感器板107。传感器板包含第一电极108和第二电极109。例如，第一电极108和第二电极109可用作电容电极。也就是说，控制器102通过连接器111可以确定第一电极108和第二电极109之间的电容。图1的传感器板还包含温度传感器110，其可用于监测温度，例如，接近第一电极108和第二电极109或第一电极108和第二电极109之间的物体的温度。温度传感器110可包含任何适当的温度传感器，例如热电偶、热敏电阻等。应当理解，虽然示出为物理连接，但是在一些实施例中，连接器111可以促进传感器板107和控制器102的元件之间的有线和/或无线通信。

如图所示，控制器102可以通过控制器板上的连接器112与外部连接器113通信。在各种实施例中，连接器112和外部连接器113可以是有线或无线通信。在一些实例中，外部连接器113可以与各种系统组件对接，例如被配置为与流体流动系统的其它部分相互作用的系统控制器。例如，外部连接器113可以与能够对接收到的数据实施分析并执行影响所分析的流体的方法的计算机或控制中心对接。例如，通过外部连接器113接收数据的控制装置可以基于流体的测量到的导电率来调节流体，例如增加或减少流体成分的浓度以调节导电率。调节流体可包含例如调节流体组分的浓度、流体的流速、流体的温度或其它流体性质。附加地或替代地，外部连接器113可以与可以向控制器102提供数据的外部传感器通信。例如，在一些实施例中，控制器102可以与被配置为测量通过样本的流体的流速的流量计通信。流速数据可用于跟踪通过系统的特定体积流体的位置。

图2A是集成到管段中的示范性导电率传感器的前视图。在图2A所示的实施例中，导电率传感器100被实施为管段，以放置在流体流动系统的流动管线中。如图所示，传感器包含壳体115，壳体115围绕并基本上包围传感器组件。图2A的导电率传感器100包含类似于上面关于图1所讨论的外部连接器113。在所示实施例中，外部连接器113通过螺钉113b固定到壳体115。

壳体115定位在凸缘114a和114b附近，以便于将导电率传感器100邻接到流体流动系统中的流体流动容器。虽然在所示的实例中示出为包括3A卫生连接件，但是应当理解，用于连接到流体流动组合件中的流体流动容器的任何适当的连接类型都是可能的。垫圈116和117可分别定位在壳体和凸缘114a和114b之间，以在接缝处提供密封。凸缘114a、114b连同传感器100的内部部分限定了流过传感器100的流体的流动路径。

图2B是图2A的导电率传感器的侧视图。传感器100包含流动路径118，流动路径118延伸穿过凸缘114a并进入传感器100的内部。围绕传感器周边的一个或多个螺钉119可用于将凸缘114a固定到壳体115并将垫圈116压缩在凸缘114a和壳体115之间。例如，在一些实例中，多个螺钉或其它紧固件(例如，螺栓等)可围绕凸缘114a的周边基本上等距地间隔开，以将垫圈116均匀地压缩在凸缘114a和壳体115之间。类似地，可以使用一个或多个螺钉或其它紧固件将凸缘114b固定到壳体115并且将垫圈117压缩在凸缘114b和壳体115之间。壳体115(包含流动路径118的内径)限定了环形壳体，所述壳体具有外表面164和内表面162。内表面限定孔166，孔166对应于穿过传感器100的流动路径118。在所示实施例中，凸缘114a上的3A卫生连接件包含夹紧连接件120，以便将连接件连接到相邻连接件上(例如流体流动系统中的管道上)的相应连接件。

图3A和3B分别示出了图2A和2B中的传感器沿图2B中的线A-A和B-B截取的剖视图。传感器包含壳体115内的非导电管125c。如图所示，非导电管125c和凸缘114a、114b限定穿过传感器100的中心的纵向流动路径118。凸缘114a和114b包含连接件120，用于促进传感器100在流体流动管线中的连接。在一些实例中，连接件120包含用于收纳垫圈的凹槽121，以便于将传感器100密封到流体流动管线。非导电管125c与凸缘114a和114b的内开口流体连通，以形成穿过传感器100的流动路径118。O形环124a、124b和垫圈125a、125b可用于分别密封非导电管125c和凸缘114a、114b之间的接合处。在一些实例中，非导电管125c的内径与通过连接件120附接传感器200的相邻流体流动容器的内径大致相同。因此，将传感器200集成到流体流动系统中的流动路径中将对流体流动具有最小的影响。

图3A的传感器包含激励环形线圈104和测量环形线圈105，类似于上面参考图1所讨论的那些。激励环形线圈104和测量环形线圈105定位成环绕非导电管125c，使得流过传感器100的流体流过环形线圈104、105的中心。传感器100还包含控制器板101，控制器板101被配置为与环形线圈104、105对接，例如关于图1所描述的。在一些实施例中，控制器板101包括柔性印刷电路板(PCB)材料。包含诸如图1的控制器102、驱动器103和检测器106的组件的控制器板可以柔性地缠绕在传感器100的部分上，以便被包括在壳体115内。在所示的实施例中，控制器板101缠绕在环形线圈104、105上，并且能够(例如分别通过驱动器103和检测器106)与其对接。在一些实施例中，环形线圈104、105分别焊接或以其它方式电耦合到控制器板的驱动器103和检测器106。

在示范性导电率感测操作期间，激励环形线圈104可以使交流电流流过流体，这可以在测量环形线圈105中产生交变磁场。在一些实施例中，凸缘114a、114b可由导电材料制成和/或可包含导电元件，使得凸缘114a、114b与非导电管125c的端部处的流体电连通。在一些实施例中，壳体115可以由诸如金属、合金或导电塑料的导电材料制成，并且螺钉119a和119b可以分别在壳体115和凸缘114a和114b之间提供电连通。例如，示范性导电电流回路可包含流动路径118中的流体、凸缘114a、螺钉119a、壳体115、螺钉119b和凸缘114b，如图3B中的回路190b所示。如本文其它地方所述，在一些实例中，传感器100包含围绕凸缘114a、b的周边设置的多个螺钉或其它紧固件。在一些此类实例中，一个或多个此类紧固件可以有助于回路190b所示的导电路径。

在一些实施例中，壳体115由非导电材料制成，例如玻璃增强塑料。在一些此类实施例中，传感器100包含在环形线圈104、105外部延伸的回路电路线128，并且在非导电管125c的端部处与流体电连通，以完全形成与流体的电流回路。回路电路线128可以例如通过分别拧入凸缘114a和114b中的固定螺钉127a和127b固定就位。在一些此类实例中，感应电流可以流过流体并通过回路电路线128，如示范性电流路径190a所示。可以测量测量环形线圈105中的感应电流，所述感应电流指示流过流体的电流和流体的导电率。在一些实施例中，传感器100包含代替环路电路线128或除了环路电路线128之外的其它导电元件，以用流体完全形成电流回路来实施导电率测量。例如，在一些实施例中，凸缘114a、114b可以用延伸穿过壳体115或其它组件的金属螺纹杆固定，以便在流体流过管道125c的情况下完全形成电流回路。

在一些情况下，传感器100中的流动路径118内的流体中的气泡或泡沫可影响流过样本的电流和/或通过测量环形线圈105检测的电流，即使流体的实际导电率不改变也是如此。也就是说，即使流体中存在空气通常不会影响流体本身的导电率，它也会影响测量到的导电率。测量含有泡沫和/或气泡形式的空气的流体的导电率可能无意中导致在导电率测量值中包含空气。即使流体的真实导电率不受影响，空气的存在通常也会降低测量到的导电率。

除了测量到的导电率之外，气泡和/或泡沫形式的空气的存在还可以影响流体的其它性质。例如，流动路径118中的气泡和/或泡沫可能在介电上不同于流体，并且可以影响流过管道的流体的介电性质，使其与仅流体流动时的介电性质不同。因此，受管道中的流体影响的测量到的电容也会受到流过其中的流体中存在的空气的影响。因此，监测此类电容可以指示流体流动路径118中的气泡和/或泡沫的存在和/或数量。在一些实施例中，这可以用于预测气泡和/或泡沫对测量到的导电率测量值的影响，以补偿气泡和/或泡沫。

在一些实例中，测量电容可以包含在第一电容电极和第二电容电极之间施加电势，使流体样本流过第一和第二电容电极之间的电场，并且测量第一和第二电容电极之间的电容。在一些此类实例中，导电率测量值可以确定在第一和第二电容电极之间流动的流体的测量到的导电率。在此类配置中，导电率测量值和电容测量值受到流过传感器的相同部分流体的影响。或者，在一些实例中，用于测量受流过传感器的流体影响的电容的电极和用于测量流体的导电率的线圈可沿着传感器纵向偏移已知距离。在一些此类实施例中，已知的流体流速(例如，通过与控制器102通信的流量计)可用于确定导电率测量值和受特定体积的流体影响的电容测量值之间的时间偏移。确定测量到的导电率和受流体影响的测量到的电容的相应延迟导致分析大致相同体积的流体的电容和导电率，但是在不同的位置和不同的时间进行分析。在各种此类实施例中，在实施受一体积流体影响的电容测量之前实施所述体积流体的导电率测量。在其它实施例中，在一体积流体的导电率测量之前实施受所述体积流体影响的电容测量。

图4是示出当体积流体的空气体积百分比变化时，流过管道125c的流体的感测到的电容和感测到的导电率的变化的曲线图。在图4的实例中，流体的电容和测量到的导电率都随着空气百分比的增加而降低。图5是示出流过管道125c的流体的感测到的电容和感测到的导电率的变化的曲线图。在图5的曲线图中，电容和导电率传感器输出值两者都在流路中的0％气泡处归一化到预定值(例如，1.00)。

来自图4和5中的一者或两者的数据可用于确定测量到的电容与流体的空气含量对测量到的导电率的影响之间的相关性。图6是显示流体内各种气泡浓度(体积百分比)、流体的实际导电率、流体的测量到的导电率(即导电率传感器读数)和经校正的导电率测量值的曲线图。如图所示，流体本身的导电率不随空气含量百分比的增加而变化，然而，导电率传感器读数随着空气含量的增加而不正确地降低。

基于当流体的空气含量变化时受流体影响的电容的已知行为(例如，图4和5)，可以确定经校正的导电率传感器读数。例如，控制器可以基于接收到的信号确定受流体影响的电容和流体的测量到的导电率。使用测量到的电容和测量到的导电率，控制器可以确定经校正的导电率测量值。在各种实例中，控制器可以使用测量到的电容和导电率作为输入变量，基于等式确定经校正的导电率测量值。附加地或替代地，可以通过存储在存储器中的查找表来确定经校正的导电率测量值，所述存储器是控制器102的一部分或以其它方式与控制器102通信。

在一些实例中，测量到的温度，例如来自温度传感器110的数据可以用于确定经校正的导电率测量值。例如，流体的温度可以影响电容和/或导电率测量值如何受到流动路径中空气的影响。因此，在一些实例中，用于确定经校正的导电率测量值的查找表或等式除了测量到的导电率和电容之外还可以利用温度数据。

在一些情况下，流体温度和/或流动路径中的空气量与电容和/或测量到的导电率之间的关系取决于在系统中流动的流体。在一些实施例中，可以使用不同的等式和/或查找表来基于流过系统的流体确定经校正的导电率测量值。在一些实施例中，传感器与用户界面通信，允许用户识别流过系统的流体。在一些实例中，用户界面允许用户从流体列表中选择流体。然后，控制器可以使用接收到的选择来确定在确定经校正的导电率测量值时使用的适当的查找表和/或等式。在各种实施例中，选择流体可包含选择存在于流过系统的流体中的特定溶液和/或成分。

在一些实例中，传感器在工厂校准以基于接收到的输入(例如本文其它地方描述的输入)确定经校正的导电率测量值。在其它实例中，用户可以实施使具有已知空气体积百分比(例如，0％空气)的流体流过以校准模式操作的传感器的校准步骤。然后，传感器可以测量流体的导电率，并利用用户测量到的导电率数据和工厂校准参数来校准流体/空气百分比范围内的导电率传感器。类似地，可以使用一个或多个电容测量值(例如，按体积计0％和100％空气)(有或没有工厂校准值)来校准流体/空气百分比范围内的电容测量值。可以组合此类校准数据以定义关系(例如，等式或查找表)来为任何测量到的导电率和电容确定经校正的导电率测量值。

如上面关于图1所述，传感器100可包含与控制器板101上的控制器通信的传感器板107。传感器板107可包含电极108、109，其可用于确定管道125c中的流体的性质。例如，在一些实施例中，第一电极108和第二电极109定位在传感器板上，使得流动路径118中的流体在电极之间流动。流过流动路径118的流体可以充当电极之间的电介质，从而影响它们之间的电容。流动路径118中的气泡和/或泡沫在介电上不同于流体，并且可以影响电极之间的电容。因此，监测此类电极之间的电容可以指示流体流动路径118中存在气泡和/或泡沫，并且可以用于调节导电率测量值以补偿气泡和/或泡沫。

附加地或替代地，传感器100可以包含用于测量流过管道125c的流体的不同参数的其它组件。例如，在一些实施例中，传感器板107包含位于管道125c附近的温度传感器110。温度传感器110可以输出信号，例如，输出到控制器102，指示流过流动路径118的流体的温度。在一些此类实例中，控制器102可以使用温度信息来将受流体影响的电容与流体中的空气(例如气泡和/或泡沫)的存在相关联。

图3A的传感器100包含外部连接器113，外部连接器113可以与另外的传感器或系统组件通信。在一些实例中，外部连接器113通过控制器板连接器112与控制器板101通信，并且通过传感器板连接器111与传感器板107通信。外部连接器113可以与激励环形线圈104、测量环形线圈105、传感器板107的电极(例如，108、109)和/或温度传感器110电连通。外部连接器可以被配置为与外部装置对接，以通过有线和/或无线通信与其通信。在各种实施例中，外部装置可用于监测来自一个或多个组件(例如电极108、109、温度传感器110、测量环形线圈105等)的信号。附加地或替代地，外部装置可用于控制诸如激励环形线圈的组件。

在一些实施例中，传感器板107由柔性材料(例如，柔性PCB材料)制成，其可以有效地缠绕在传感器100的非导电管125c上。在一些此类实施例中，电极(例如，108、109)可以围绕其圆周定位在管道125c的外表面附近，并且可以方便地装配在壳体115内。图7示出了根据一些实施例的控制器板和传感器板的展开视图。如图所示，柔性控制器板101包含区域104、105，用于分别与激励环形线圈和测量环形线圈对接。在一些实例中，线圈被焊接(例如，从虚线所示的背面)或者以其它方式电连接到区域104、105中的控制器板101。控制器板101还包含连接器112，连接器112连接到柔性连接板，其具有类似于如图1所示的外部连接器113的外部连接器113，使得能够与其它外部装置通信。控制器板101通过连接器111连接到传感器板107。

图7的传感器板107包含第一电极108和第二电极109。在一些实例中，第一电极108和第二电极109包括电容电极。图7的传感器板107还包含温度传感器110，温度传感器110被配置为输出指示靠近第一电极108和第二电极109的温度的信号。

在示范性配置中，传感器板107缠绕在流体流动容器上，例如图3B的传感器100的非导电管125c。传感器板107可以在大致相对于管道140所示的方位(以覆盖在图7中的传感器板107上的虚线所示)上缠绕在管道上。因此，第一电极108和第二电极109定位成使得当传感器板107缠绕在管道140上时，电极108和109位于流体流动路径的任一侧。也就是说，流过管道的流体将位于电极108、109之间，在电极108、109之间进行电容测量时充当其间的电介质。

在传感器板107缠绕在管道140上之后，具有传感器板107的管道140插入激励环形线圈104和测量环形线圈105内。控制器板101可以类似地缠绕在线圈上并且连接到传感器板107上的连接器111。因此，类似于图3A的横截面布置，管道125c被传感器板107包围，然后是线圈104、105，然后是控制器板101。

虽然关于图7描述为缠绕在管道140上，但是在构造导电率传感器100期间，诸如传感器板107和控制器板101的板不一定必须缠绕在管道140上。相反，图7的“解缠绕”视图示出了此类板在它们从导电率传感器100解缠绕时的可能配置。通常，一些组件，例如柔性PCB板，可以在构造期间缠绕或集成到管道中。例如，在一些实例中，管道140包含具有电极108、109的表面(包含在其上)。控制器板101可以配置成直接与集成在管道140上的此类电极对接。

图8A-C示出了根据各种实施例的传感器板配置。图8A示出了具有第一电极108和第二电极109的传感器板107a。当缠绕在诸如绝缘管125c的管道上时，电极108和109将位于管道的相对侧。例如，参考图3A，管道125c的上半部分处的传感器板107可以包含第一电极108，而管道125c的下半部分处的传感器板107可以包含第二电极109，使得两个电极位于管道125c的相对侧。图8A的传感器板107a包含温度传感器110，用于测量靠近电极108、109的区域的温度。例如，温度传感器110可用于测量管道140的温度，其可指示流过其中的流体的温度。电极108、109和/或温度传感器可以通过传感器板连接器111的连接器电连接到传感器或流体流动系统的其它部分。

图8B示出了类似于图8A的传感器板107b，并且包含更多电极。图8B的传感器板107b包含第一电极129、第二电极130、第三电极131和第四电极132。当缠绕在管道140上时，第一电极129和第三电极131将彼此相对地定位，其中流体路径在它们之间延伸。类似地，当传感器板107b缠绕在管道140上时，第二电极130和第四电极132也将彼此相对地定位，其中流体路径在它们之间延伸。围绕管道的周边间隔开的四个电极129、130、131和132可以允许实施各种电容测量，例如任何两个电极之间的电容测量。在一些实例中，多个电极可用于实施电容层析成像过程。类似于图8A的传感器板107a，图8B的传感器板107b包含传感器板连接器111，用于促进传感器板107b的部分与其它传感器或系统组件之间的电连通。如图所示，电极129、130、131和132中的每个连接到连接器111。传感器板107b还包含与连接器111连通的温度传感器110。

图8C示出了传感器板107c，其配置成提供围绕管道的螺旋电极。图8C的传感器板107c包含四个电极：133a、133b、134a和134b。当缠绕在管道140上时，电极133b的左边缘将大致与电极133a的右边缘相交，而电极134b的左边缘将大致与电极134a的右边缘相交，从而形成双螺旋形状。也就是说，电极133a和133b形成第一螺旋，并且电极134a和134b形成与第一螺旋互相盘绕的第二螺旋。如图所示，第一连接件144可用于电耦合电极133a和电极133b，第二连接件146可用于电耦合电极134a和电极134b。因此，每个螺旋基本上形成单个电极，其中，在由传感器板107c覆盖的管道的任何长度处，一个螺旋大致位于另一个螺旋的对面，流体流动路径位于其间。一个螺旋(例如，电极133a、133b)和另一个螺旋(例如，电极134a、134b)之间的电容测量值可用于确定管道140中的流体的性质。类似于图8A和8B中的传感器板，图8C的传感器板107c可以包含传感器板连接器111，用于促进传感器板107c的部分与其它传感器或系统组件之间的电连通。如图所示，电极133a和134b(以及因此，每个螺旋中的每个)连接到连接器111。传感器板107c还包含与连接器111连通的温度传感器110。因此，螺旋电极(133a、b和134a、b)和温度传感器110中的每个可以通过连接器111与控制器板电连通。

通常，虽然诸如传感器板和控制器板之类的组件被描述为围绕诸如管道125c的各种组件“缠绕”，但是此类语言与图7和8A-8C中的此类板的“解缠绕”视图结合使用。在一些实例中，此类板是单独构造的组件，例如，在柔性PCB板上，其在组装期间物理地缠绕在管道125c上。在其它实施例中，诸如图7和8A-8C的传感器板的板可以集成到管道125c的表面中。例如，诸如108和109或其它板元件的电极可以印刷到管道125c上或以其它方式施加到管道125c上，并且通过位于管道125c附近的连接器111连接到控制器板。图7和8A-8C提供了此类电极的“解缠绕”视图，以便清楚和易于描述，即使根据一些实施例传感器板特征不能从管道125c物理地解缠绕。

通常，图8A-C的任何传感器板可以用作如图3A和3B所示的传感器板107。参考图1和3A，传感器板107可用于测量流过管道125c的流体的各种性质，例如，通过电容测量的流体的介电性质或使用温度传感器110测量的流体的温度。在传感器100的示范性操作期间，控制器102可以使电流例如通过驱动器103施加到激励环形线圈104。控制器102可以例如通过检测器106从测量环形线圈105接收信号。接收到的信号可用于确定流过管道125c的流体的导电率。

如上面关于图8A-C所述，当流体流过管道125c时，流体通常在传感器板107的电极之间流动。控制器102可以配置成确定传感器板107上的此类电极(例如，108、109)之间的电容。由于管道125c中的流体的成分，所确定的电容可能受到影响。在一些实施例中，控制器可以使用流体的测量到的电容来确定管道125c中的空气对导电率测量值的影响。控制器可以基于初始导电率测量值，电容测量值以及在一些情况下的温度测量值来确定经校正的导电率。

图2和3的传感器示出为可连接在流体流动系统中的管段之间(例如，通过夹持连接件120)。另外，传感器的各个部分设置在流体流动容器的外部(即，通过管道125c的流动路径118)。或者，在一些实施例中，传感器可包含可浸没在现有流动系统中的流体流动路径中的传感器组合件。图9是示出具有传感器组合件的示范性导电率传感器的框图。如图所示，传感器200包含控制器板201、传感器组合件207和外部连接器213。在一些实例中，传感器组合件207可浸入流过系统的流体中。传感器组合件207包含激励环形线圈204和测量环形线圈205、第一电极208、第二电极209和温度传感器210。控制器板201包含通过驱动器203与激励环形线圈204通信的以及通过检测器206与测量环形线圈205通信的控制器202。如本文其它地方所述，控制器202可以与激励环形线圈204和测量205环形线圈对接，以实施流过环形线圈的流体的导电率测量。另外，控制器可以通过输入连接器211与第一电极208和第二电极209以及温度传感器210通信。附加地或替代地，在一些实施例中，输入连接器211可以被配置为促进检测器206和测量环形线圈205之间以及驱动器203和激励环形线圈204之间的通信。

控制器202可以与电极对接以测量受系统中流动的流体影响的参数，例如电容。此外，如本文其它地方所述，控制器可以与环形线圈和电极接合，以确定测量到的导电率和测量到的电容。控制器202可以基于接收到的数据，并且在一些实例中，基于来自温度传感器210的温度数据，确定经校正的导电率测量值以补偿流过系统的空气(例如，气泡，泡沫等)的存在。控制器板201包含与外部连接器213通信的输出连接器212。在一些实例中，控制器可以将各种信息(例如，从各种组件接收的信号和/或所确定的经校正的导电率测量值)输出到其它系统组件，例如计算机、智能手机、平板电脑等。在一些实施例中，输出连接器212和/或外部连接器213能够进行有线通信、无线通信或两者。

图10A和10B是位于现有流动系统内的传感器的视图。参考图10A，在所示实施例中，传感器200耦合到T形管217。尽管图10A的T形管217示出为与流体流动系统分离并且可附接到流体流动系统，但是在一些实例中，传感器200可以插入存在于流体流动系统中并具有开口的T形管217中。因此，传感器200的使用不需要破坏系统组件之间的任何连接，从而允许更容易的安装和移除而不会造成系统较大的破坏。

如图所示，传感器200通过夹具220耦合到T形管217。虽然示出为通过夹具220与T形件217对接，但在各种实施例中，传感器200可配置为通过各种已知的流体系统连接件中的任何一种接合T形件217。传感器200包含具有盖223的控制器盒215。在图示实施例中，传感器200包含控制器盒垫圈216，以在盒盖223和控制器盒215之间形成密封。

如关于图9所讨论的，图10的传感器200包含输出连接器212，其可用于促进传感器的控制器与外部装置之间的通信。在一些实例中，输出连接器212是特定类型的连接器，其被配置为与特定导线或其它系统组件对接，以促进控制器与其它装置之间的通信。

图10B是图10A的传感器的侧视图。图10B中所示的传感器200的侧视图示出了穿过T形管217的视图。如图所示，传感器组合件207伸入T形管中，延伸到流体流过的部分。传感器组合件207包含壳体260，壳体260可以保护壳体260内的传感器组合件207的组件免受流过T形件217的流体的影响。在一些实施例中，壳体260是环形壳体。环形壳体可包含内表面262和外表面264。内表面262限定了纵向延伸穿过传感器200的孔266。流过T形管217的至少一些流体流过传感器200的孔266，因此孔266形成流过传感器200的流体的流动路径218。

图11A是位于T形管内的图10A和10B的传感器沿图10B中的线A-A截取的剖视图。传感器200包含控制器盒215，控制器盒215容纳控制器板201，例如关于图9描述的控制器板。如图所示，外部连接器213在内部耦合到从外部连接器213延伸到控制器板201的输出连接器212的导线280。控制器板201包含输入连接器211，其示出为从控制器板201到传感器组合件207的连接导线282。控制器盒215通过螺母224a、224b固定到传感器组合件207。如图所示，控制器盒215的一部分通过螺纹连接到传感器组合件207的一部分上的螺母224a、224b保持就位。虽然示出为与图11A中的传感器组合件207螺纹接合，但是螺母224a、224b可包含替代形式的附接件。例如，螺母224a、224b可以通过摩擦配合或其它形式的附接件固定到传感器组合件207。

图11A的传感器200还包含凸缘214，用于接合T形管217的相应凸缘。在一些实例中，相应凸缘之间的垫圈225c防止流体从传感器200和T形管217之间的接合处泄漏。夹具220可用于将相应的凸缘彼此固定。螺母224b可以将凸缘214相对于传感器组合件207固定就位。在一些实例中，螺母224b将凸缘214固定到传感器组合件207的固定部分270。

如图所示，传感器组合件207的一部分突出到T形管217中。传感器组合件207包含外表面264和内表面262，内表面262限定孔266，孔266用作流过T形管217中的传感器200的流体的流动路径218。在所示实施例中，传感器组合件207包含激励环形线圈204和测量环形线圈205，每个环形线圈围绕内表面262并包括在壳体的外表面内。此类线圈204、205可以通过例如导线282和输入连接器211与控制器板201上的控制器通信。如本文其它地方所述，控制器可以与线圈204、205相互作用以确定通过孔266流过流动路径218的流体的测量到的导电率。

图11的传感器组合件207还包含第一电极208和第二电极209，第一电极208和第二电极209位于线圈204、205和壳体的内表面262之间，并且位于孔266的相对侧。电极208、209可以通过导线282和输入连接器211与控制器板201上的控制器通信。如本文其它地方所述，控制器可以使用电极208、209来测量受流过流动路径218的流体影响的电容。可以测量第一电极208和第二电极209之间的电容并用于调节测量到的导电率以确定经校正的导电率测量值。

图9的传感器200包含设置在传感器200的传感器组合件207中的温度传感器210。温度传感器210定位在流体与传感器组合件207的界面附近，并且可用于确定在流动路径218中被分析的流体的温度。来自温度传感器210的信息可以通过导线282和输入连接器211传送到控制器板201上的控制器。在一些实例中，控制器可以使用来自温度传感器210的数据来确定经校正的导电率测量值。也就是说，在一些实例中，控制器接收测量到的导电率值、测量到的电容和测量到的温度。通过存储在存储器中的等式或查找表，控制器可以基于接收到的值确定经校正的导电率测量值，经校正的导电率测量值考虑传感器200的流动路径118中空气(例如，气泡，泡沫等)的存在。

图11B是位于T形管内的图10A和10B的传感器沿图10A中的线B-B截取的剖视图。如图11A所示，传感器200包含传感器组合件207，传感器组合件207具有延伸到T形管217的流动路径中的部分。如图所示，传感器组合件包含具有内表面262和外表面264的环形壳体260，内表面262限定孔266。孔266可以形成当由传感器200正在分析时流体所流过的流动路径218。图11B的视图示出了围绕壳体260的内表面262并且包括在外表面264内的线圈284。传感器200包含第一电极208和第二电极209，第一电极208和第二电极209位于孔266的两侧并位于线圈284和壳体260的内表面262之间。因此，电极208、209可用于测量受流过流动路径的流体影响的电容。

如图所示，第一电极208和第二电极209部分地缠绕在壳体260的内表面262上。在一些实例中，第一电极208和第二电极209布置在柔性板上，类似于图7中的电极108、109，其缠绕在壳体260的内表面262上。在各种实施例中，第一电极208和第二电极209可以形成在柔性板上，例如图8A-8C中所示的任何传感器板。此类柔性板可以与壳体260的内表面262分离并物理地缠绕在壳体260的内表面262上。或者，在一些实例中，通过缠绕图8A-8C的传感器板形成的电极(即，螺旋电极，多个矩形电极等)可以直接形成在壳体260的内表面262上。

在诸如本文所述的传感器的示范性操作期间，传感器定位在流体流动系统的流动路径中。这可以包含破坏流体流动系统的流动路径并且将诸如图1-3的传感器100的传感器插入流体流动容器之间，例如通过传感器任一侧上的凸缘，以产生通过系统和传感器的流动容器的连续流动路径。或者，定位传感器可以包含将传感器放置在现有的流动路径中，例如，通过T形管的开口，例如图9-11所示。

在一些此类实施例中，一旦传感器在系统中就位，流过流体流动系统的流体流过环形壳体(例如，260)。与导电率传感器(例如，激励环形线圈和测量环形线圈)通信的控制器(例如，102、202)可以配置成确定流体的测量到的导电率。应当理解，除环形传感器之外的其它导电率传感器也可用于测量所确定的导电率。

控制器进一步与至少两个电极(例如，108、109)连通，所述电极定位成使得流过环形壳体的流体影响电极之间的电容。当流体流过管道时，控制器可用于测量电极之间的电容。在一些实例中，控制器与电极和导电率传感器对接，以便基本上同时测量流体的导电率和受流体影响的电容。在一些实例中，传感器还包含与控制器通信的温度传感器，使得控制器可以确定流过传感器的流体的测量到的温度。

控制器可以被配置为基于接收到和所确定的信息(例如测量到的流体的导电率、受流体影响的测量到的电容和流体的温度)确定经校正的导电率测量值。在一些实例中，经校正的导电率测量值可以解释影响原始导电率测量值的流体中空气(例如，泡沫和/或气泡)的存在。在各种实施例中，控制器可以与存储器通信，所述存储器包含用于基于多个接收到的输入确定经校正的导电率测量值的查找表和/或等式。除了诸如测量到的导电率、测量到的电容和温度之类的输入之外，控制器还可以接收(例如通过用户界面)附加输入。在一些此类实例中，用户可以输入用于确定经校正的导电率测量值的一个或多个参数，例如流体样本的样本类型或化学成分。

此类传感器可以与流体流动系统的其它方面连通。例如，在各种实施例中，控制器可以与系统设备通信以基于经校正的导电率测量值来实现系统操作的改变。此类变化可以包含，例如，改变流体的流速或添加到流体中的成分、稀释流体、加热或冷却流体等。附加地或替代地，控制器可用于基于经校正的导电率测量值在本地和/或远程警告技术人员。

本公开中所描述的一些技术还可在计算机可读介质中实施或编码，例如含有指令的非暂时性计算机可读存储介质。嵌入或编码在计算机可读存储介质中的指令可以使可编程处理器或其它处理器实施所述方法，例如，当执行指令时。计算机可读存储介质可以包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光学介质或其它计算机可读介质。

已经描述了各种实施例。这些实例是非限制性的，并不以任何方式限定或限制本发明的范围。相反，这些和其它实例在以下权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种用于测量流体的导电率的系统，其包括：

导电率传感器，其用于测量流体样本的至少第一部分的导电率；

第一电容电极；

第二电容电极；

控制器，其被配置为

确定来自所述导电率传感器的测量到的导电率；

确定所述第一电容电极和所述第二电容电极之间的测量到的电容；以及

基于所述测量到的电容和所述测量到的导电率确定经校正的导电率测量值；其中，

所述第一电容电极和所述第二电容电极被定位为使得所述第一电容电极和所述第二电容电极之间的所述电容受到所述流体样本的所述第一部分的影响；

传感器组合件，所述传感器组合件包括：

所述第一电容电极和所述第二电容电极；

环形壳体，其具有内表面和外表面，所述内表面限定在流体流过所述传感器的方向上延伸的孔；并且

其中所述导电率传感器包括：

第一线圈，其定位于所述环形壳体中，所述第一线圈围绕所述环形壳体的所述内表面；以及

第二线圈，其定位于所述环形壳体中和所述第一线圈的下游，所述第二线圈围绕所述环形壳体的所述内表面；其中

所述流体样本的所述第一部分包括流过所述环形壳体的所述孔的流体，使得所述第一线圈和所述第二线圈能够用于确定所述流体样本的所述第一部分的所述导电率；以及

所述第一电容电极和所述第二电容电极被配置为测量受流过所述环形壳体的所述内表面的所述流体影响的电容，

其中所述第一电容电极的至少一部分和所述第二电容电极的至少一部分定位于所述环形壳体的所述内表面与所述第一线圈和所述第二线圈中的至少一个之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电容电极和所述第二电容电极定位于所述环形壳体中，使得所述第一电容电极定位于所述环形壳体的所述内表面的第一侧上，并且所述第二电容电极定位于所述环形壳体的所述内表面的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其还包括凸缘和附接构件，所述附接构件将所述环形壳体固定到所述凸缘，使得所述凸缘能够固定到含有所述流体样本的流体贮存器并且所述环形壳体设置在所述流体样本中。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述凸缘被配置为用于将所述环形壳体固定到T形管。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述环形壳体包括：

非导电管，其限定所述环形壳体的所述内表面；

第一凸缘，其定位于所述非导电管的第一侧；以及

第二凸缘，其定位于所述非导电管的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对；其中

所述第一凸缘和所述第二凸缘被配置为与流体流动系统中的流体流动容器对接；以及

当所述第一凸缘和所述第二凸缘与相应的流体流动容器对接时，所述环形壳体和所述流体流动容器形成穿过其中的连续流体流动路径。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述环形壳体的外表面的一部分包括导电材料。

7.根据权利要求5所述的系统，其中由所述非导电管限定的所述环形壳体的所述内表面的直径与所述流体流动容器的内径相同，使得所述系统不会阻碍流体通过所述系统的所述流动。

8.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述导电率传感器测量所述流体样本的所述第一部分的所述导电率，并且第一电容传感器和第二电容传感器同时测量受所述流体样本的所述第一部分影响的电容。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其还包括与所述控制器通信的用户界面，其中：

用户能够通过所述用户界面选择所述流体样本的至少一种成分；以及

基于所述测量到的电容确定所述经校正的导电率测量值还基于所选择的所述流体样本的至少一种成分。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其还包括与所述控制器通信的温度传感器，并且其中确定所述经校正的导电率测量值还基于流过所述系统的所述流体的测量到的温度。

11.一种根据前述权利要求中任一项所述的系统用于测量流体样本的导电率的用途。

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