CN113490848A - 用于确定液体内部物质的浓度的泵装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泵装置，该泵装置具有：至少一个腔室(22)或管道，用于容纳或被提供用于容纳液体；浓度传感器(24)，布置在所述腔室(22)或管道中，用于检测液体中的物质的浓度；以及评估单元(28)，连接到传感器(24)，其中传感器(24)和评估单元(28)被设计用于电阻抗测量，其中评估单元(28)被设计为，通过使用施加到所述传感器(24)的电信号来执行用于检测浓度的测量，所述电信号具有至少一个对应于或高于显示恒定电阻抗(Rm)的频率范围的上限截止频率(f2)的频率；并且本发明还涉及一种用于确定液体内部物质浓度的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定容纳在泵中的液体中的物质或化合物的浓度的一种泵装置、一种方法和一种传感器单元。
本发明涉及一种泵装置，其具有至少一个容纳或提供用于容纳液体的腔室或管道。此外，本发明还涉及一种用于确定容纳在泵的腔室或管道中的液体中的物质或化合物的浓度的方法。
背景技术
针对泵中的冷却或密封应用，问题是要确保泵腔室内部的冷却液具有正确的属性。例如在废水泵中，腔室内部容纳有流体的密封系统用于将电动马达与待泵送的液体分开。这些密封系统包括两个轴密封件，在这两个轴密封件之间有一腔室，该腔室被填充润滑剂和冷却液，以提高轴密封件的使用寿命。典型的润滑剂/冷却液是矿物油或乙二醇-水混合物。由于密封件会受到磨损，因此可能会发生泄漏并且待泵送的液体(例如水)可能会进入填充有润滑剂的腔室中。为了识别这种磨损，已知的是在腔室中安放检测进入液体浓度的传感器。例如，由专利文献EP1617212A1已知一种用于检测进入这种密封腔室内部的油中的水的电容传感器。这种已知的传感器可用于检测油中的水分。但是这种传感器不太适用于在密封系统中使用乙二醇-水混合物作为冷却液或润滑剂的系统，因为在浓度变化相似的情况下，这种混合物产生的电容变化要比油水混合物小得多。因此，这些已知传感器的灵敏度通常不足以检测乙二醇-水混合物中的浓度变化。
专利文献EP2775297A1公开了一种用于检测在热水供应加热系统中使用的缓蚀剂的浓度变化的装置。专利文献US2005/0104607A1公开了一种用于电化学阻抗测量系统的装置，用作适于测量在设备、机械等中使用或与设备、机械等一起使用的油或其它流体的宽带阻抗的感测系统。这两种现有技术方案均使用了低于流体的下限截止频率的低频率范围，其中电极的特性对于流体性质的阻抗测量具有显著的影响。该系统不适用于检测乙二醇的浓度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种改进的泵装置和一种改进的确定浓度的方法，其允许检测除油之外的其它类型的润滑剂的液体内部物质的浓度变化，特别是具有乙二醇和水的混合物的润滑剂。
本发明的目的通过一种具有权利要求1中所限定特征的泵装置、一种具有权利要求17中所限定特征的方法、以及一种具有权利要求21中所限定特征的传感器单元来实现。优选的实施例在从属权利要求、以下的描述以及附图中公开。
根据本发明的泵装置具有至少一个腔室或管道，其可以容纳液体或者可以被提供用于容纳液体。腔室或管线可以例如是冷却或密封系统的一部分。特别地，腔室可以是泵的电驱动马达的两个轴密封件之间的腔室。这样的封闭腔室可以被预填充润滑剂或冷却液，特别是乙二醇-水混合物。但是也可以使用任何其它的润滑剂，特别是形成这种润滑剂或冷却液的不同物质的混合物。在一种可选的技术方案中，管道可以是用于待泵送液体的流动路径的一部分。在这种技术方案中，管道被待泵送液体填充。
根据本发明，这样的管道或腔室配置有布置在所述腔室或管道中的浓度传感器，使得传感器能够检测或分析所述液体中的物质或化合物的浓度。为此，传感器与评估单元相连接，该评估单元接收和评估传感器信号以监测腔室内部的浓度。该浓度可以是例如在上述密封系统中的腔室中使用的乙二醇在水中的浓度。
根据本发明，所述传感器和所述评估单元被设计用于电阻抗测量。这样的测量还可用于检测电容在浓度变化时仅显示很小变化的浓度。例如，水中的乙二醇浓度的变化可以通过这种电阻抗测量来检测。
根据本发明，所述评估单元被设计为，使用施加到所述传感器的电信号来执行用于检测所述浓度的测量。所述传感器特别是包括至少两个单独的电极，所述信号被施加到这两个电极。信号具有至少一个频率，该频率对应于或高于显示恒定电阻抗的频率范围的上限截止频率。使用等于或高于所述截止频率的频率允许检测介质或液体的电容，消除电极的更多电容的影响。
此外，根据一个优选的实施例，传感器包括与待分析的液体直接接触的电极。由此能够避免绝缘材料的影响，特别是诸如玻璃这样的绝缘材料的电容的影响。然而，通过这样的设计，电极之间的液体或介质的电阻会对测量有影响。此外，介质中的离子可以在金属电极和大量介质之间形成极化层。此外，可能存在金属电极的天然氧化物涂层。两者都会在系统中形成额外的电容。由电极设计引起的电容可能会更大，优选地远大于应由传感器检测的介质或液体的电容。在考虑这种电极模型中的阻抗相对于频率的关系时，可以限定两个截止频率：下限截止频率和上限截止频率。在此，截止频率被视为频率开始下降处的频率。因此，本发明意义上的截止频率被定义为这样的频率：其与相邻的频率区域相比，阻抗幅值有增加或减少，优选为3dB；或者阻抗幅值相对于频率基本是恒定的。在这些截止频率之间，阻抗基本上是恒定的，并且在该频率范围内阻抗基本上对应于电极之间的介质或液体的电阻。使用接近或基本上高于上限截止频率的频率或频率范围将允许根据所测量的阻抗获得电极之间的介质的电容。由此可以消除由电极材料和电极设计引起的电容的影响。
所述管道可以是封闭的管线，例如冷却系统的管线。在一种可选的实施例中，管线可以是开放的管道，例如用于待泵送的液体。
优选地，所述传感器和所述评估单元被设计用于测量所述液体中的乙二醇的浓度，更优选的是测量水中的乙二醇的浓度。例如，在上述的密封系统中，由于密封件磨损，水可能会进入含有乙二醇和水的混合物的腔室。结果是，水中的乙二醇的浓度会发生变化。因此，通过检测浓度或浓度变化，能够检测密封件的磨损或故障。
如上所述，所述传感器优选地包括至少两个电极。这些电极优选地彼此间隔开。电极可以是金属电极。
例如，所述至少两个电极中的一个可以形成内电极，该内电极被形成外电极的另一电极围绕。外电极可以包含有开口以允许流体流到外电极的内部，从而确保内电极与外电极之间的液体或介质的交换。外电极可以具有围绕内电极的管状形状，其进一步优选居中地位于内电极的内部。优选地，外电极和/或内电极的横截面是圆形的。
如前所述，传感器优选地包括至少两个与所述液体接触的电极。这意味着，在电极之间没有绝缘层，特别是金属电极与液体之间。通过这种设计，消除了绝缘层的影响，特别是绝缘层的电容的影响。
根据本发明的一个优选的实施例，所使用的至少一个频率大于250kHz，进一步优选地大于500kHz或大于1MHz。这意味着评估单元被设计为，可以通过使用具有这种频率的电信号来进行测量。优选地，前述的上限截止频率是在大于250kHz、优选大于500kHz、或者甚至是如前所述的1MHz范围内的频率。已经发现：利用如此高的频率，能够检测流体的浓度，优选是通过电容。特别是这些频率有利于对液体中的乙二醇浓度的测量。
根据一个优选的实施例，所述评估单元包括频率发生器，其生成可变频率的电信号或包括一频率范围的信号或白噪声型信号(基本上包含所有的频率)。特别地，频率发生器被设计为生成低于和高于前述的上限截止频率的不同频率的电信号。根据一个优选的实施例，频率发生器被设计为，其能够生成在前一段落中所定义范围内的频率。根据本发明的一个特定实施例，频率发生器可以被设计为生成一定范围的频率，以允许在不同频率下同时测量。可选地，也可以提供被设计为生成白噪声型信号的频率发生器。为了使用一定范围的频率或白噪声型信号(包括多个不同的频率或基本上所有的频率)，评估单元优选地被设计为同时测量由传感器检测到的阻抗信号的整个频谱响应。基于这样的响应，可以进行频谱分析以检测在特定频率下、优选为预定义地或所选择的频率下的响应信号。
根据本发明的另一实施例，所述评估单元被设计用于测量两个传感器电极之间的液体的阻抗，优选地通过使用施加到电极的具有低于所述上限截止频率的至少一个频率的电信号。相应的频率可以由前述的频率发生器来提供。此外，传感器电极可以如上所述地设计。在上限截止频率以下检测电极之间的阻抗是有利的，因为在低于上限截止频率和高于下限截止频率的这个频率范围内，阻抗基本上是恒定的并且与两个电极之间的介质的电阻成比例或对应。因此，可以在这两个截止频率之间的中间频率范围内测量电导率。如上所定义的，下限截止频率是阻抗幅值与相邻频率区域相比变化3dB或更多的频率，特别是从基本恒定的阻抗幅值的平台(plateau)下降。基于检测到的两个电极之间的介质的阻抗或电阻，还可以计算电极之间的介质的电容。根据计算出的电容，可以确定浓度。
优选地，评估单元被设计为，在第一测量步骤中检测所述阻抗值，并在第二测量步骤中分别使用先前已经检测到的阻抗值或电阻值来执行对所述浓度的所述检测。在一种可选的技术方案中，可以同时进行对阻抗或电阻的测量和对电极之间的介质的电容的检测。考虑到电极之间的液体的电阻或阻抗，允许使用没有绝缘覆盖物的电极，如上所述。
根据本发明的另一个实施例，所述评估单元被设计为，为了检测浓度而检测所述截止频率，并基于所检测到的所述截止频率来计算或确定液体的电容，在此优选通过以下等式来确定电容：
其中，Cm是液体的电容，Rm是液体的电阻，f2是上限截止频率。电阻Rm优选地通过使用低于上限截止频率的频率来测量，即，在显示恒定阻抗并且其中阻抗对应于电阻Rm的频率范围内。通过测量在至少两个频率、优选多个频率下的阻抗来检测上限截止频率f2，至少一个频率低于该截止频率，一个频率高于该截止频率。根据这些阻抗测量，可以通过分析所检测到的阻抗来计算或识别截止频率。例如，截止频率f2可以根据以下等式获得：
其中，σ是液体的电导率，ε0是真空渗透率，εr是介质的相对介电常数，由此示出了对传感器几何特性不存在任何依赖性。
如前所述，电导率可以在低于上限截止频率的中间范围内测量。在已知电导率σ或电阻Rm的情况下，可以通过测量截止频率来得到介质的电容Cm。
根据本发明的另一个实施例，所述评估单元被设计为，在单个测量步骤中检测电阻或阻抗值以及所述上限截止频率，优选地通过使用具有多频谱的电信号和对所测量到的阻抗频率响应的频谱分析进行检测。由此可以在一个步骤中完成复杂的测量以加快测量过程。多频谱可以是包含多个预定义频率的频谱。在一种可选的技术方案中，可以使用白噪声型信号(包括所有频率)，并且仅在某些预定义频率下执行对频率响应的测量或分析。这意味着，可以通过选择所发送信号的频率或所分析的频率响应来选择要分析的频率。也可以为二者，即发送和分析，选择预定义频率。
根据另一个实施例，所述评估单元被设计为，基于检测到的液体电容来确定所述浓度，优选地通过使用存储在评估单元的存储器中的电容和浓度的预定关系来确定。电容与浓度之间的关系可以通过实验确定并存储在评估单元的存储器中。
由于可能受到温度的影响，根据另一个优选的实施例，可以将评估单元设计为，使其连接到检测管道或腔室内部的液体温度的温度传感器。此外，可以将评估单元设计为，当基于检测到的或计算得到的电容确定浓度时，考虑由温度传感器检测到的温度值。为此，也可以通过实验确定温度对不同浓度的电容的影响，并将其存储在评估单元的存储器中。
根据另一个可能的实施例，评估单元和传感器可以形成谐振器，并且可以将评估单元设计为，确定谐振频率，并基于检测到的谐振频率确定液体的电容(capacity)。通过这种设计，可以更准确地获得电容。为此，可以使用电感器或将电感器连接到电极以形成谐振器。谐振频率是明确定义的，并且可以通过测量相位角与零度相交的频率来得到。对于并联的谐振器，可以将谐振频率f0定义为：
其中，L是电感，C是谐振器的总电容。谐振频率发生在阻抗达到峰值的点。优选地，该谐振频率是高于上限截止频率的频率，从而可以通过评估单元来分析高于上限截止频率的相应频率范围，以检测谐振频率。
除了之前描述的泵装置以外，本发明的主题还涉及一种用于确定液体中的物质的浓度的方法。根据本发明的方法特别可以应用于泵装置，优选地应用于前述的泵装置。必须理解的是，上文中所描述的关于泵的特征也可以是该方法的优选特征，并且下文中所描述的该方法的特征也可以是泵装置的优选特征，即，优选的方法步骤可以通过对评估单元的相应设计被实施到泵装置中。
根据本发明的方法被提供用于确定液体中的物质或化合物的浓度，该液体被包含在腔室或管道中，优选包含在泵的腔室或管道中，并且进一步优选包含在如上所述的泵的腔室或管道中。这特别可以是例如废水泵。根据该方法，是基于阻抗测量来确定浓度。这种用于检测所述浓度的测量是通过使用电信号进行的，该电信号可以被施加到传感器上，特别是具有至少两个电极的传感器。该电信号具有至少一个对应于或高于显示恒定阻抗的频率范围的上限截止频率的频率。上限截止频率已经在上文中关于根据本发明的泵装置进行了限定。
优选地，电信号的频率大于250kHz，进一步优选地大于500kHz或大于1MHz。该频率特别优选地用于检测液体中的乙二醇浓度。
优选地，使用具有两个与所述液体接触的电极的传感器进行阻抗测量，其中将所述电信号施加到所述传感器电极。对于该布置的其它有利的和优选的实施例，请参考前面关于泵装置的描述。
优选地检测液体的电容，并且优选地基于所述电容来确定所述浓度，进一步优选地基于之前确定的电容和浓度的关系来确定所述浓度。如上文中关于泵装置所描述的那样，该关系可以通过实验确定并存储在评估单元的存储器中。
根据本发明的另一个实施例，检测液体的所述电容并基于所述电容确定所述浓度，其中，通过检测所述液体的电阻和所述上限截止频率、和/或检测受所述液体电容影响的谐振器的谐振频率，来确定所述电容。通过使用谐振频率，可以更准确地检测电容和浓度。对于该特征，同样请参考前面关于泵装置的描述。
除了之前描述的泵装置和方法以外，本发明的主题还涉及一种用于确定液体内部的物质浓度的传感器单元。该传感器单元优选地被设计为执行前面提到的方法或使用在如上所述的泵装置内部。鉴于此，必须理解的是，涉及传感器和上文中关于泵和方法所描述的特征也可以是该传感器单元的优选特征，这将在下文中加以说明。根据本发明的传感器单元可用于检测各种技术方案或设施中的液体中的物质浓度。根据本发明的传感器单元包括至少一个浓度传感器和连接到所述传感器的评估单元。传感器被设计为，其可以布置在容纳有待分析液体的腔室或管道内部。传感器和评估单元被设计用于执行电阻抗测量以测量或确定浓度。所述评估单元被设计为，通过使用施加到传感器的电信号来执行用于确定浓度的测量。信号具有至少一个对应于或高于显示恒定电阻抗的频率范围的上限截止频率的频率。优选地，正如前文中关于泵装置和方法所讨论的那样，该频率大于250kHz，进一步优选地大于500kHz或大于1MHz。
附图说明
下面将参照附图示例性地描述本发明的优选实施例。其中：
图1为根据本发明的泵装置，
图2为根据图1的泵装置的密封腔室的局部剖视图，
图3为图2所示的阻抗传感器的示意性横截面，
图4为根据图3的传感器的前视图，
图5为根据图3和图4的传感器的金属电极的电路模型，
图6示出了电极模型的阻抗与频率关系的示意图，和
图7示出了用于电极的电路模型，该电极包括电感器以形成谐振器。
具体实施方式
图1所示的根据本发明的泵装置的示例是潜水污水泵。该泵装置具有附接到泵壳体4的马达壳体2。泵壳体4包含叶轮，该叶轮由布置在马达壳体2中的电驱动马达驱动。泵壳体4具有位于底侧的入口6以及出口8，该出口从泵壳体4沿径向方向延伸并被设计为与另一出口管连接。在马达壳体2的顶部布置有电子器件壳体10，其包含用于驱动马达的控制电子器件。连接到电子器件壳体10的是用于电源的供电线缆12。在马达壳体2与泵壳体4之间布置有密封组件，以将马达壳体2的内部与泵壳体4分开，因为马达壳体2是干燥的，而泵壳体4的内部填充有液体，例如待泵送的水。驱动马达14的轴14以其自由端16连接到叶轮(在图2中未示出)。轴14延伸通过两个彼此间隔开的轴密封件18和20。在两个轴密封件之间并围绕轴14布置有封闭的密封腔室22，其填充有乙二醇-水混合物形式的润滑剂或冷却液。润滑剂用于轴密封件18和20的润滑和用于冷却。在密封腔室22的内部布置有两个传感器，阻抗传感器24和温度传感器26，它们连接到评估单元28。评估单元28可以是单独的单元，并且可以连接到布置在电子器件壳体中的控制电子器件。可选地，也可以将评价单元28布置在电子器件壳体10的内部。阻抗传感器24用作浓度传感器，以检测容纳在密封腔室22中的润滑剂中的乙二醇的浓度。通过乙二醇浓度的变化，特别是如果浓度降低，就可以发现水从泵壳体4内部进入密封腔室22中。这表示轴密封件、也就是朝向泵壳体4的第一轴密封件18有磨损的迹象。
如图3和图4所示，阻抗传感器24包括两个电极30和32。电极30形成内电极30，其被外电极32围绕。外电极32具有前端开口的管状形状。内电极30沿外电极32的轴向方向延伸并且居中地布置在外电极32的中间，外电极具有圆形的横截面。在外电极32中提供了允许在外电极32的内部空间中交换液体的开口。电极30和32连接到布置在外电极32内部的密封部分中的传感器电子器件36。容纳传感器电子器件36的该密封部分或腔室通过分隔壁38与外电极32内部的流体容纳区域分开。阻抗传感器24可以通过传感器线缆40连接到评估单元28。
内电极30和外电极32是金属电极，它们与密封腔室22内部的润滑剂或冷却液直接接触。这产生如图5所示的电路模型。在图5中，电容Cm是电极之间的介质的电容，即腔室22内部的润滑剂的电容。Rm表示电极之间的介质、即润滑剂的电阻。Cp表示电极表面上产生的极化层的电容。Cc表示由电极的自然氧化物涂层产生的电容。Cs是杂散或寄生电容，特别是线缆的杂散电容。
为了评估介质电容Cm，假设涂层和极化层的电容远大于待检测介质的电容。此外，可以假设杂散电容Cs远小于电极的电容。
这些电容和介质的电阻定义了两个特征截止频率f1和f2，如图6所示。这些截止频率可以根据以下等式来计算：
对于大于几mm2的电极，可以假设电容Cp和Cc远大于Cm。因此，上限截止频率f2远大于下限截止频率f1。介质的电容代表润滑剂内部的乙二醇的浓度，其可以从高于上限截止频率f2的阻抗得到。由于电极的低阻抗，这种测量可能很困难。在下限截止频率f1与上限截止频率f2之间，阻抗对应于两个电极30与32之间的电阻Rm。此外，阻抗Z在该频率范围内是基本恒定的。因此，优选地在该频率区域中测量介质的电阻Rm，即，向传感器电极30和32施加位于下限截止频率f1与上限截止频率f2之间的频率范围内的电信号。为了生成相应的频率信号，频率发生器被集成到评估单元28中。这样的频率发生器可以被设计为提供单个预定义的频率或频率范围，即，允许同时在几个频率下进行测量的频率频谱。
该模型的介质的电容如下：
其中，L是电极的轴向长度，a是内电极30的直径，b是外电极32的直径。σ是介质的电导率。ε0和εr对应于真空渗透率和介质的相对介电常数，即腔室22内部的乙二醇-水混合物。
电阻Rm可以如下地计算：
由此可以独立于电极几何形状地得到截止频率f2，并且其仅取决于介质的材料特性，即待分析的液体：
因为上限截止频率f2远大于下限截止频率f1。可以在下限截止频率f1与上限截止频率f2之间的中间范围内分别测量电导率或电阻，因为在此范围内阻抗相当于电阻：
|Z|＝Rm，f1＜＜f＜＜f2
其中，Z为阻抗。
通过测量电阻Rm，可以通过检测或测量上限截止频率f2得到介质的电容：
可以通过测量若干频率下的阻抗进行频率分析来计算或检测上限截止频率f2。这意味着要测量至少两个频率下的阻抗来测量截止频率，一个是在两个截止频率之间的区域中，即低于上限截止频率；一个则是高于上限截止频率。优选地进行两次以上的测量，然后基于测量到的阻抗来计算上限截止频率。在实践中，优选地在更多的频率下测量阻抗，例如10到20个或甚至更多的频率，或者在下限与上限频率之间的频率扫描。由此，可以更准确地得到介质的上限截止频率和电容Cm。
为了进一步改进介质的电容Cm的测量和检测，可以使用谐振器。可以通过在电极电路中引入电感器Lm来建立谐振器，如图7所示，其中示出了附加地具有电感器Lm的电极模型。在电极Rc的该模型中，Lc和Cc表示线缆的阻抗。Lm是电极中的电感。Cp是极化层产生的电容，Rm是介质的电阻，Cm是待检测介质的电容。通过使用这种谐振器，可以得到高于上限截止频率f2的谐振频率。通过特别是基于相位角的频率分析，可以检测谐振频率。优选地，在谐振频率处检测电容Cm。
基于液体的电容Cm，可以检测浓度。在将关系以表格形式存储在评估单元28内部之前，通过实验确定针对不同电容的浓度。此外，可以根据温度确定该关系，使得评估单元28可以考虑来自用于检测密封腔室22内部介质的温度传感器26的温度信号。基于该温度信号和检测到的介质的电容Cm，评估单元28根据所存储的数据确定相应的浓度。评估单元28可以具有容许乙二醇浓度的预定阈值，并且如果浓度低于该阈值，则可以发出报警信号。报警信号是轴密封件的故障或磨损的指示。
附图标记列表
2 水壳体
4 泵壳体
6 入口
8 出口
10 电子器件壳体
12 供电线缆
14 轴
16 自由端
18，20 轴密封件
22 密封腔室
24 阻抗传感器
26 温度传感器
28 评估单元
30 内电极
32 外电极
34 开口
36 传感器电子器件
38 分隔壁
40 传感器线缆。
Claims (21)
1.一种泵装置，具有：至少一个容纳或被提供用于容纳液体的腔室(22)或管道；布置在所述腔室(22)或管道中的浓度传感器(24)，用于检测液体中的物质的浓度；以及连接到所述传感器(24)的评估单元(28)，其中，所述传感器(24)和所述评估单元(28)被设计用于电阻抗测量，
其特征在于，
所述评估单元(28)被设计为，通过使用施加到所述传感器(24)的电信号来进行用于检测所述浓度的测量，所述电信号具有至少一个频率，该频率对应于或高于显示恒定电阻抗(Rm)的频率范围的上限截止频率(f2)。
2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，所述腔室(22)或管线是密封系统的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的泵装置，其特征在于，所述管线是封闭的管线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述管道是流动路径(4)或待泵送液体的一部分。
5.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述传感器(24)和所述评估单元(28)被设计用于测量液体中的乙二醇的浓度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述传感器(24)包括两个彼此间隔开的电极(30，32)。
7.根据权利要求6所述的泵装置，其特征在于，所述两个电极中的一个形成内电极(30)，该内电极被形成外电极的另一个电极(32)围绕。
8.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述传感器(24)包括两个与液体接触的电极(30，32)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计为，使得至少一个频率大于250kHz，优选地大于500kHz，并且进一步优选地大于1MHz。
10.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)包括频率发生器，该频率发生器生成可变频率的电信号或包括一频率范围的信号或白噪声型信号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计用于测量两个传感器电极(30，32)之间的液体的阻抗，优选地通过使用施加到所述电极(30，32)的、具有至少一个低于所述上限截止频率(f2)的频率的电信号。
12.根据权利要求10所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计为，在第一测量步骤中检测所述阻抗值，并且在第二测量步骤中使用之前所检测到的阻抗值来执行对所述浓度的所述检测。
13.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计为，为了检测浓度，检测所述截止频率(f2)，并基于所检测到的所述截止频率(f2)来计算液体的电容(Cm)，其中，优选地通过以下等式来确定所述电容(Cm)：
其中，Cm是液体的电容，Rm是液体的电阻，f2是上限截止频率。
14.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计为，在单个测量步骤中检测电阻(Rm)或阻抗值以及所述上限截止频率(f2)，优选地通过使用具有多频谱的电信号以及对所测量到的阻抗频率响应的频谱分析进行检测。
15.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)被设计为，基于所检测到的液体的电容(Cm)来确定所述浓度，优选地通过使用存储在所述评估单元(28)的存储器中的电容(Cm)和浓度的预定关系。
16.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述评估单元(28)和所述传感器(24)形成谐振器，并且所述评估单元(28)被设计用于确定谐振频率并基于所检测到的谐振频率来确定液体的电容(Cm)。
17.一种用于确定容纳在优选为泵(4)的腔室(22)或管道中的液体中的物质的浓度的方法，其特征在于，基于阻抗测量来确定所述浓度，其中，用于检测所述浓度的测量通过使用具有至少一个对应于或高于显示恒定阻抗(Rm)的频率范围的上限截止频率(f2)的频率的电信号来执行。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，通过使用具有与所述液体接触的两个电极(30，32)的传感器(24)来执行所述阻抗测量，其中，所述电信号被施加到所述传感器电极(30，32)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，检测所述液体的电容(Cm)，并且基于所述电容(Cm)确定所述浓度，优选地基于之前确定的电容(Cm)和浓度的关系确定所述浓度。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述液体的电容(Cm)并且基于所述电容(Cm)确定所述浓度，其中，通过检测所述液体(Rm)的电阻和所述上限截止频率(f2)和/或检测受所述液体的电容(Cm)影响的谐振器的谐振频率来确定所述电容。
21.一种传感器单元，优选地用于执行根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器单元包括布置在容纳液体的管道或空间内部的传感器和连接到所述传感器的评估单元，其中，所述传感器和所述评估单元被设计用于通过电阻抗测量来检测液体中的物质的浓度，其中，所述评估单元(28)被设计为，通过使用施加到所述传感器(24)的电信号来执行用于检测所述浓度的测量，所述电信号具有至少一个对应于或高于显示恒定电阻抗(Rm)的频率范围的上限截止频率(f2)的频率。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5599460A (en) * | 1993-08-13 | 1997-02-04 | Van Schoiack; Michael | Water/glycol sensor for use in oil systems |
| US20050104607A1 (en) * | 2003-11-14 | 2005-05-19 | Impact Technologies, Llc | Electrochemical impedance measurement system and method for use thereof |
| CN102667458A (zh) * | 2009-11-25 | 2012-09-12 | 出光兴产株式会社 | 润滑油的劣化度测定方法及其测定装置、以及机械、装置的润滑油监视系统 |
| EP2775297A1 (en) * | 2011-11-02 | 2014-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Corrosion prevention performance degradation detection sensor, hot-water supply heating system, and equipment |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2184250T3 (es) * | 1997-04-16 | 2003-04-01 | Kaiku Ltd | Evaluacion de la composicion de liquidos. |
| DE502004004730D1 (de) | 2004-07-13 | 2007-10-04 | Grundfos As | Kapazitiver Sensor zum Erfassen von Wasser in Öl |
| US9052276B2 (en) * | 2009-06-08 | 2015-06-09 | S.E.A. Medical Systems, Inc. | Systems and methods for the identification of compounds using admittance spectroscopy |
| US9200491B2 (en) * | 2012-08-28 | 2015-12-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Determining surface wetting of metal with changing well fluids |
| US10684268B2 (en) * | 2012-09-28 | 2020-06-16 | Bl Technologies, Inc. | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| JP2014232002A (ja) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | 愛三工業株式会社 | 液質検出装置 |
| US11971399B2 (en) * | 2018-01-02 | 2024-04-30 | Transportation Ip Holdings, Llc | Resonant sensor probe assembly |
| CA3121891A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Bl Technologies, Inc. | Multi-phase water oil composition and salinity metering system and method |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5599460A (en) * | 1993-08-13 | 1997-02-04 | Van Schoiack; Michael | Water/glycol sensor for use in oil systems |
| US20050104607A1 (en) * | 2003-11-14 | 2005-05-19 | Impact Technologies, Llc | Electrochemical impedance measurement system and method for use thereof |
| CN102667458A (zh) * | 2009-11-25 | 2012-09-12 | 出光兴产株式会社 | 润滑油的劣化度测定方法及其测定装置、以及机械、装置的润滑油监视系统 |
| EP2775297A1 (en) * | 2011-11-02 | 2014-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Corrosion prevention performance degradation detection sensor, hot-water supply heating system, and equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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