DE112005000186B4

DE112005000186B4 - Selbstbeheizte Thermistorsteuerschaltung

Info

Publication number: DE112005000186B4
Application number: DE112005000186.5T
Authority: DE
Inventors: Richard Kent
Original assignee: Waters Technologies Corp
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: GB2430037B; WO2005085815A3; WO2005085815A2; US7607823B2; GB2430037A; GB0614329D0; DE112005000186T5; US20070160108A1; JP2007526481A

Abstract

Leckdetektor (10), umfassend:eine Sensorschaltung, die eine erste Thermistorvorrichtung (12A) umfasst, die ausgestaltet ist, ein Leck bei einem Kontakt mit einer Flüssigkeit zu detektieren, sowie eine zweite Thermistorvorrichtung (12B), die als eine Referenzvorrichtung funktioniert;Mittel zum Antreiben der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) mit einem Strom, so dass die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12A, 12B) in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben werden; undein Steuersystem zum Steuern der Antriebsmittel, um eine konstante Energiezufuhr zu der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) in Reaktion auf eine Spannung VSbeizubehalten, die an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung überwacht wird, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) umfasst, wobei das Steuersystem Mittel zum Überwachen der Spannung VS' an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung umfasst, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) umfasst; undVergleichsmittel zum Vergleichen der Spannung VS' an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) einschließt, mit der Spannung VSan einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) einschließt, und Bestimmen eines Leckzustands auf der Basis eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/549,706 , die am 3. März 2004 angemeldet worden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Schaltungen für das Erfassen einer Leckage eines Flüssigkeitsstroms oder eines Luftstroms in einem bestimmten System und insbesondere betrifft die Erfindung eine neue Steuer- bzw. Kontrollschaltung, die die Verwendung eines Paars von Thermistoren einsetzt, um eine gleich bleibende Energiedissipation in einem selbstbeheizten Zustand bereitzustellen, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.
Ein Thermistor ist ein thermisch empfindlicher Widerstand, dessen Hauptaufgabe darin besteht, eine Änderung des elektrischen Widerstands bei einer Änderung seiner Temperatur aufzuweisen. Diese Vorrichtungen weisen üblicherweise eine negative (nicht lineare) Widerstands-Temperatur-Kennlinie (resistance-vs.-temperature characteristic) auf, d.h. der Widerstand nimmt mit zunehmender Temperatur ab, und sind insbesondere nützlich, wenn eine große Widerstandsänderung über einen kleinen Temperaturbereich erforderlich ist. Bei den meisten Applikationen wird die Thermistorvorrichtung üblicherweise mittels eines schwachen Stroms angetrieben. Wenn der Thermistor mit einem stärkeren Strom angetrieben wird, dann tritt ein Selbstheizeffekt auf, da eine überschüssige Energiemenge dissipiert wird, die den Widerstand erwärmt und Temperaturmessungen unmöglich macht.
Wenn die Thermistorvomchtung somit mittels ernes starken Stroms angetrieben wird, dann wird diese in einem so genannten „selbstbeheizten“ Modus (self-heated mode) betrieben. Um das Vorhandensein bzw. die Anwesenheit einer Flüssigkeit zu erfassen, befindet sich ein selbstbeheizter Thermistor bei einer bestimmten Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur. Wenn dieser in Berührung mit Wasser (oder irgendeiner Flüssigkeit) gelangt, dann wird sich die Temperatur des Thermistors aufgrund der Änderung der thermischen Eigenschaften des Systems ändern. Ein Parameter des Thermistors, der als die „Dissipationskonstante“ bekannt ist und üblicherweise in Milliwatt pro Grad Celsius (mW/°C) ausgedrückt wird, ist das Verhältnis der Veränderung der Energiedissipation in einem Thermistor zu der resultierenden Veränderung der Körpertemperatur. Somit wird in einer bestimmten Applikation, bei der es wünschenswert ist, das Vorhandensein bzw. die Anwesenheit einer Flüssigkeit zu messen, wie beispielsweise in einem Leckdetektor, die Temperatur des Thermistors in dem selbstbeheizten Modus erhöht. Um beispielsweise die Temperatur des Thermistors um 30°C zu erhöhen, müssen bei einer beispielhaften Dissipationskonstante von 1,0 mW/°C 30 Milliwatt Antriebsenergie zugeführt werden, um die Temperatur um 30°C zu erhöhen, was ohne weiteres durchführbar ist, wenn die Spannung und der Widerstand bei einer gegebenen Temperatur bekannt sind.
Bei einer 5,0-kOhm-Thermistorvorrichtung beispielsweise, die bei einer Temperatur von 4°C bis 40°C betrieben wird, führt ein Anheben von deren Temperatur um 30°C in einem selbstbeheizten Modus dazu, dass die Temperatur des Thermistors im Bereich von 34°C bis 70°C liegt. Der Widerstand des Thermistors wird sich somit von 3404 Ohm auf 876 Ohm ändern. Man sieht, dass die Änderung des Widerstands recht dramatisch ist und dazu führt, dass unterschiedliche Energiegrößenordnungen dissipiert werden, wenn eine konstante Spannungsquelle oder Stromquelle angewendet wird.
In einer selbstbeheizten Thermistormessungsschaltung ist es somit vorteilhaft, zu jedem Zeitpunkt eine konstante Energiedissipation bereitzustellen. Da sich der Widerstand der Thermistoren stark mit der Temperatur ändert, gibt es zwei Nachteile, dies nicht zu tun. Erstens kann eine angemessene Betriebsenergie bei einer Temperatur bei einer anderen Temperatur möglicherweise den Thermistor beschädigen. Zweitens kann eine Änderung der Betriebsenergiedissipation zu einer Änderung der Empfindlichkeit der Messschaltung führen, die den Thermistor verwendet.
Üblicherweise verwenden derartige selbstbeheizte Thermistormesssysteme eine Thermistorvorrichtung, die mit einem konstanten Strom angetrieben wird. Um ein Leck zu messen, kann ein Thermistor dazu verwendet werden, um in nahezu allen Anwendungen zu arbeiten, mit der Ausnahme, dass es schwierig ist, ein Leck beim Hochfahren zu bestimmen, wenn die Umgebungstemperatur nicht bekannt ist. In einem derartigen Szenario ist es vorteilhaft, zwei Thermistoren zu verwenden, und zwar einen Referenzthermistor, der sich immer bei der Umgebungstemperatur (on air) befindet und einen weiteren, der möglicherweise befeuchtet wird. Der Sensorthermistor ist derjenige, der das Leck erfasst, und eine Vergleichsmessung wird vorgenommen, die üblicherweise unter Verwendung einer Analogschaltung gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wird. Üblicherweise sind in bekannten Vorrichtungen die zwei selbstbeheizten Thermistoren in der wohlbekannten Ausgestaltung einer „Wheatstone“-Brücke miteinander verbunden.
US. 4,392,782 A beschreibt eine repräsentative Ausgestaltung bekannter Flüssigkeitsniveau-Kontrollvorrichtungen, die zwei Thermistorvorrichtungen aufweisen, die unter konstanten Strombedingungen betrieben werden.
US6,543,282 B1 beschreibt eine repräsentative Ausgestaltung bekannter Luftstromvorrichtungen, die zwei Thermistorvorrichtungen aufweisen, wobei eine Thermistorvorrichtung eine Temperatur aufweist, die oberhalb einer Umgebungstemperatur gehalten wird, und wobei eine Sensorthermistorvorrichtung Luftstrombedingungen ausgesetzt ist.
JP 2000-46678 A beschreibt Verfahren zum Erkennen einer Leckage von Flüssigkeiten, wobei ein Thermistor bereitgestellt und mit elektrischer Energie versorgt wird, und die Änderung des Widerstandswerts des beheizten Thermistors detektiert wird.
US 6,662,650 B1 betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung eines Trocken-/Nasszustands eines Dual-Thermistor-Wulstsensors wobei Strom durch die Thermistorperlen des Sensors geleitet und die Spannung über den Thermistorperlen gemessen und entsprechende Signale ausgesendet werden.
US 3,707,874 A betrifft eine Vorrichtung, die ein temperaturempfindliches, selbsterwärmtes Impedanzmittel und ein voneinander entferntes festes Mittel enthält, wobei jeder Zustand zwischen den Impedanzmitteln und dem festen Gegenstand, der die Wärmeübertragung dazwischen beeinflusst, durch Messung des elektrischen Widerstands des Impedanzmittels erfasst werden kann.
US 3,537,298 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Leckagen in Tanks, die Flüssigkeiten enthalten. Dabei wird der Tank in Kommunikation mit einer Kammer gebracht, die so angepasst ist, dass sie Flüssigkeit aufnimmt, so dass die Drücke im Tank und in der Kammer ins Gleichgewicht kommen. Die Kommunikation wird für ein geeignetes Intervall eingestellt, dann werden Tank und Kammer wieder in Kommunikation gebracht um zu erkennen, ob Flüssigkeit zwischen dem Tank und der Kammer fließt.
Es wäre sehr wünschenswert, einen Leckdetektor bereitzustellen, der selbstbeheizte Thermistorvorrichtungen umfasst, die sich unabhängig von der Umgebungstemperatur verhalten.
Es wäre ferner sehr wünschenswert, ein Steuersystem bzw. Kontrollsystem für eine Leckdetektionsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Leckdetektionssystems bereitzustellen, das zwei selbstbeheizte Thermistorvorrichtungen aufweist.
Es wäre ferner sehr wünschenswert, ein digitales Steuersystem bzw. Kontrollsystem für eine Leckdetektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines digitalen Steuersystems bzw. Kontrollsystems für ein Leckdetektionssystem bereitzustellen, das zwei selbstbeheizte Thermistoren einsetzt. Die vorliegende Erfindung umfasst einen Leckdetektor, ein Verfahren zum Detektieren von Lecks in einem Instrument, eine Steuerschaltung und eine Programmspeichervorrichtung gemäß den angehängten Ansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine selbstbeheizte Thermistorsteuerschaltung bzw. Thermistorkontrollschaltung bereitgestellt, die als ein Leckdetektor funktioniert. Gemäß diesem Aspekt ist einer der beiden Thermistoren („Leckdetektor“-Thermistor) in einer „Tropfschale“ eines Instruments oder einer Vorrichtung positioniert, bei dem bzw. bei der der Leckdetektor eingesetzt wird, um diesem zu ermöglichen, in Berührung mit einer Flüssigkeit zu kommen, sofern ein Leck in dem Instrument vorhanden sein sollte. Der andere Thermistor („Referenz“-Thermistor) ist in unmittelbarer Nähe angeordnet, jedoch so positioniert, dass dieser trocken bleibt. Die elektronische Schaltung kontrolliert bzw. steuert die Energie, die in den Thermistoren dissipiert wird, und bestimmt zur selben Zeit, ob der „Leckdetektor“-Thermistor eine Flüssigkeit in der „Tropfschale“ erfasst.
Gemäß diesem Aspekt wird ein System und ein Verfahren zum Detektieren von Lecks bereitgestellt, das eine Sensorschaltungumfasst, die eine erste Thermistorvorrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, ein Leck bei einem Kontakt mit einer Flüssigkeit zu detektieren, sowie eine zweite Thermistorvorrichtung, die als eine Referenzvorrichtung wirkt. Die erste und die zweite Thermistorvorrichtung werden mit einem Strom angetrieben, so dass beide Vorrichtungen in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben werden. Ein Steuersystem bzw. Kontrollsystem steuert eine Antriebsschaltung zum Beibehalten einer konstanten Energiebeaufschlagung beider Vorrichtung in Reaktion auf eine Spannung, die bei einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung gemessen bzw. überwacht wird, der den Referenzthermistor einschließt. Die Spannung bei einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung bzw. Erfassungsschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung einschließt, wird zusätzlich überwacht und mit der Spannung an dem Referenzpunkt in der Sensorschaltung verglichen, der die zweite Thermistorvorrichtung einschließt. Ein Leckzustand wird auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur bestimmt.
Vorteilhafterweise ist die vorliegende Erfindung für eine Implementierung in zahlreichen Instrumenten- und Systemtypen, insbesondere für Leckdetektionsapplikationen, ausgestaltet, wie beispielsweise für automatische Samplingvorrichtungen für Flüssigkeitschromatographiesysteme. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wirkt die selbstbeheizte Thermistorsteuerschaltung als eine Luftstrom-Detektorapplikation. In dieser Ausführungsform wird der Sensorthermistor, der bei einem konstanten Energiezustand gehalten wird, vorteilhafterweise in dem Luftstromweg angeordnet und der Referenzthermistor, der bei einem konstanten Energiezustand gehalten wird, ist in ruhender Luft bei derselben Umgebungstemperatur angeordnet.
Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Vorrichtung und der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich eingehender anhand der nachstehenden Beschreibung, der anhangenden Ansprüche und der beigefügten Zeichnung.
1 zeigt eine Leckdetektorschaltung 10, bei der zwei selbstbeheizte Thermistoren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind.
Die Leckdetektorschaltung 10, wie diese in der nun unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen beispielhaften Ausführungsform dargestellt ist, umfasst die Verwendung von zwei selbstbeheizten Thermistoren 12a, 12b. Ein selbstbeheizter Thermistor 12a ist in Berührung mit einem aus einem Leck austretenden Fluid angeordnet und der andere selbstbeheizte Thermistor 12b wird als eine in der Nähe angeordnete Trockenreferenz verwendet. Die zwei selbstbeheizten Thermistoren sollten in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und vorzugsweise in demselben Gehäuse eingebaut sein, wobei der eine selbstbeheizte Thermistor nach oben gerichtet ist und der andere selbstbeheizte Thermistor nach unten gerichtet ist. Diese Vorrichtungen weisen Ausgabeanschlüsse auf, die mit einer analogen Multiplexervorrichtung 18 verbunden sind, die mit dem Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter; ADC) einer digitalen Auswahlschaltung 25 verbunden ist. Bei einer besonderen Applikation ist der Referenzthermistor derjenige, der aufwärts gerichtet ist, wobei derjenige, der abwärts gerichtet ist, für die Anordnung in einer Tropfschale ausgestaltet ist, um beispielsweise in der Lage zu sein, ein Leck zu erfassen. Als Folge davon wird eine Vergleichsmessung durch die digitale Steuerschaltung 25 durchgeführt, die eine programmierte Mikrokontrollervorrichtung 30 umfasst, wie dies nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Wenn ein Thermistor dazu verwendet wird, um die Temperatur zu messen, vermeidet, wie erwähnt, das Anlegen eines kleinen Stroms ein Selbstheizen, was die Messung verzerren kann.
In der beispielhaften Ausführungsform des Leckdetektors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Thermistoren 12a, 12b bewusst geheizt. Wenn der warme Thermistor 12a in Berührung mit einer Flüssigkeit kommt, dann zieht die Flüssigkeit Wärme von dem Thermistor ab, wodurch dessen Temperatur erniedrigt wird und somit dessen Widerstand erhöht wird. Wenn dies auftritt, dann sinkt der Spannungsabfall entlang eines Reihensensorwiderstands 15a, der gepuffert ist und über die analoge Multiplexervorrichtung 18 für eine Eingabe an eine Analog-Digital-Wandlerschaltung 22 (ADC-Schaltung) verbunden ist, die eine Analog-Digital-Konvertierung durchführt. Wie dies nachstehend detaillierter beschrieben wird, ist ein Mikroprozessor programmiert, um die ADC Ausgangsmessungen Vs und V's an beiden jeweiligen Sensorwiderstanden 15a, 15b der Thermistoren zu vergleichen, um zu bestimmen, ob es ein Leck gibt. Dieser Vergleich wird periodisch von der programmierten Mikrokontrollervorrichtung 30 durchgeführt.
Die Steuerschaltung 32 verwendet insbesondere eine Digital-Analog-Wandlerschaltung (digital-to-analog converter; DAC) 35, um jeden der Thermistoren 12a, 12b mit der erforderlichen Steuerspannung V gemäß der Umgebungstemperatur zu beaufschlagen. Wie dies in 1 dargestellt ist, wird eine Steuerspannung V an die Thermistoren 12a, 12b in Reihe mit deren jeweiligen Sensorwiderstanden 15a, 15b angelegt, wie dies durch die folgende Gleichung beschrieben wird: ${V=V}_{T} {+V}_{S}$
wobei V_T die Spannung entlang des Thermistors ist und Vs die Spannung entlang des Referenzsensorwiderstands ist.
Da V_T = P_T/I_T, wobei Pr die konstante Energie bzw. Leistung ist, die in der Thermistorvorrichtung 12a dissipiert wird, und derselbe Strom durch den Referenzsensorwiderstand fliefit, gilt sodann V_T = P_T/(Vs/Rs). Somit er halt man mit Gleichung (1). ${V=P}_{T} / (V_{S} R_{S}) {+V}_{S}$
Da P_T und der Sensorwiderstand Rs bekannt sind, setzt Gleichung (2) V mit nur einer Unbekannten, Vs, in Beziehung.
Dieser Wert V ist die Spannung, die die DAC-Vorrichtung 35 liefert, um beide Thermistorvorrichtungen 12a, 12b in dem gewünschten selbstbeheizten Modus bei einer konstanten Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur zu halten. Eine optionale Versorgungs- bzw. Antriebsschaltung, die an dem Ausgang des DAC 35 verbunden ist, kann zusätzlich bereitgestellt werden, um die Versorgung bzw. den Antrieb bereitzustellen, die bzw. der für die Thermistoren 12a, 12b erforderlich ist. Man erkennt, dass die Umgebungstemperatur kein Faktor in der vorstehend beschriebenen Gleichung ist.
Nun wird das Verfahren zum Beibehalten eines konstanten Anstiegs in der Thermistorvorrichtung beschrieben, die eine vorbestimmte Dissipationskonstante und einen vordefinierten Sensorwiderstand aufweist. In einem ersten Schritt wird das Ausgabesignal der ADC-Vorrichtung 22 durch den Mikrokontroller 30 gelesen, um die Spannung (Vs) an dem Referenzsensorwiderstand des Referenzthermistors zu bestimmen. Die erforderliche DAC-Spannung (V) wird durch die Mikrokontrollervorrichtung 30 gemäß Gleichung (2) der beispielhaften Ausführungsform berechnet. Auf der Grundlage der Leistungseigenschaften der DAC-Vorrichtung 35 (beispielsweise die DAC-Referenzspannung) kann ohne weiteres berechnet werden, welches digitale Wort (oder Bits) 32 in die DAC eingegeben werden muss, um die erwünschte Steuerspannung zu erreichen.
Man sollte erkennen, dass im Betrieb die anfängliche Spannung V, die angelegt wird, nicht wichtig ist, da sich die vorstehende Prozedur auf die Umgebungstemperatur einstellt. Indem der ADC-Spannungsausgang Vs eingelesen wird und Gleichung (2) verwendet wird, stabilisiert sich das System.
Der Mikrokontroller 30 liest sodann periodisch die Vs-Spannung, so dass periodisch bewirkt wird, dass die Spannungsänderung den sich ändernden Widerstandswert kompensiert. Da die Leckdetektions-Steuerschaltung von 1 ein geschlossener Regelkreis ist, variiert die Spannung mit einer vemachlässigbaren Leistungsvariation auf und ab (die Temperaturänderungen sind nahezu vernachlässigbar). In einer Ausführungsform wird der Regelkreis periodisch kontrolliert bzw. gesteuert, beispielsweise mit einer Periode von 10 Sekunden, obgleich dieser Wert je nach den Typen der implementierten Thermistorvorrichtungen und anderer Systemparameter geändert werden kann.
Während des Leckdetektionsbetriebs wird nach jeder Periode die Sensorthermistorspannung Vs¹ zusätzlich gemessen und der ADC-Schaltung mittels Multiplex zugeführt und in eine Form konvertiert, die für einen Vergleich durch den Mikrokontroller mit der abgelesenen Vs-Spannung geeignet ist. Es ist die Aufgabe des programmierten Mikrokontrollers, zu bestimmen, dass ein Leck detektiert worden ist, und zwar mittels der Größe und der Polarität des Unterschieds zwischen den ADC-Signalen der Thermistorsensor-Widerstandsspannungen Vs und Vs'. Es ist femer gemäß der Erfindung nicht notwendig, dass die tatsächliche Temperatur der Thermistoren bestimmt wird.
Da die Leckdetektions-Steuerschaltung gemäß der Erfindung eine konstante Energiedissipation der Thermistoren gewährleistet, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, ist es nicht notwendig, die Umgebungstemperatur zu kennen. Falls dies erforderlich ist, kann die Messempfindlichkeit softwaremäßig (im Mikrokontroller programmiert) verändert werden, indem die Energiedissipation geändert wird. Die Software bestimmt femer, was als ein Leck aufgefasst wird, was wichtig ist, wenn der Leckdetektor an unterschiedlichen Orten für unterschiedliche Zwecke (z.B. große oder kleine Lecks) installiert ist. Die Software ist ferner ausgestaltet, auf bisher unbekannte Situationen zu reagieren, die auftreten können, die zu falschen Ablesungen führen würden. Wenn die Thermistoren ferner mit einer anderen physischen Version ersetzt werden, wurde diese wahrscheinlich einen anderen „Dissipationsfaktor“ aufweisen. Die Software ist ohne weiteres dazu in der Lage, diese Änderung zu berücksichtigen.
Man erkennt, dass jedwede Variationen der Vorrichtung mittels eines Versatzes oder einer Kalibration herausgerechnet werden können. Wenn das eingesetzte Instrument beispielsweise zunächst hergestellt wird, wird diese Versatzspannung ausgelesen und in einem batterieunterstützten Speicher gespeichert, so dass das Instrument dann, wenn es eingeschaltet wird, weiß, was ein üblicher Versatz ist. Der übliche Versatz variiert nur sehr gering mit der Temperatur im Vergleich zu dem, was das feuchte Differenzpotential sein wird.
Vorteilhafterweise ist die Ausgabe der Leckdetektorvorrichtung als Funktion der Temperatur verhältnismäßig stabil. Die Anbringtechnik des Leckdetektors in dem Instrument, obgleich diese möglicherweise eine Verschiebung der Leckdetektorausgabe zur Folge hat, ist nicht nachteilig für die Leistung des Leckdetektors. Es sollte ferner erkannt werden, dass es keinen großen Leistungsunterschied bei unterschiedlichen Flüssigkeiten gibt.
Die Antwort des Leckdetektors auf eine Flüssigkeit ist im Vergleich zu der Antwort des Leckdetektors auf eine Änderung der Temperatur hinreichend groß, was eine Kalibration bei Raumtemperatur ermöglicht, um Änderungen zwischen Vorrichtungen zu kompensieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die hierin unter Bezugnahme auf 1 beschriebene selbstbeheizte Thermistorsteuerschaltung in einer Luftstrom-Detektorapplikation verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird die Sensorthermistorvorrichtung in dem Luftstrompfad angeordnet und der Referenzthermistor ist bei derselben Umgebungstemperatur in ruhender Luft angeordnet. Die Detektion eines Luftstroms reduziert die Temperatur der selbstbeheizten Sensorthermistorvorrichtung, der unabhängig von der Umgebungstemperatur ohne weiteres detektiert werden kann.

Claims

Leckdetektor (10), umfassend: eine Sensorschaltung, die eine erste Thermistorvorrichtung (12A) umfasst, die ausgestaltet ist, ein Leck bei einem Kontakt mit einer Flüssigkeit zu detektieren, sowie eine zweite Thermistorvorrichtung (12B), die als eine Referenzvorrichtung funktioniert; Mittel zum Antreiben der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) mit einem Strom, so dass die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12A, 12B) in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben werden; und ein Steuersystem zum Steuern der Antriebsmittel, um eine konstante Energiezufuhr zu der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) in Reaktion auf eine Spannung V_S beizubehalten, die an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung überwacht wird, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) umfasst, wobei das Steuersystem Mittel zum Überwachen der Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung umfasst, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) umfasst; und Vergleichsmittel zum Vergleichen der Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) einschließt, mit der Spannung V_S an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) einschließt, und Bestimmen eines Leckzustands auf der Basis eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Überwachen der Spannung an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung Mittel zum Messen der Spannung V_S an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung umfassen, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit einem Referenzwiderstand (15B) verbindet, der damit in Reihe geschaltet ist, und ferner eine Spannungseigenschaft V_S' an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung überwacht, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) mit einem weiteren Referenzwiderstand (15A) verbindet, der in Reihe geschaltet ist, wobei das Steuersystem umfasst: Mittel zum Konvertieren der gemessenen Spannung V_S in ein entsprechendes digitales Signal; und Steuermittel zum Verarbeiten des digitalen Signals und zum Erzeugen einer digitalen Darstellung eines Antriebsspannungswerts V, um der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) der Sensorschaltung durch die Antriebsmittel zugeführt zu werden, um die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit dieser konstanten Leistung zu betreiben, wobei das Steuersystem einen geschlossenen Regelkreis umfasst.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem ferner Mittel zum Konvertieren der digitalen Wertausgabe der Steuermittel in die Antriebsspannung V umfasst.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 2, wobei das Verarbeiten, das durch die Steuermittel durchgeführt wird, um den Spannungswert zu erzeugen, das Berechnen einer Antriebsspannung auf der Grundlage des Erfordernisses einer konstanten Leistung umfasst, um die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12A, 12B) in einem selbstbeheizten Modus zu betreiben, sowie auf der Grundlage eines Werts eines Sensorwiderstands, der in Reihe mit dem Referenzthermistor geschaltet ist.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Konvertieren der gemessenen Spannung V_S in ein entsprechendes digitales Signal eine Analog-Digital-Konvertierungsvorrichtung (22) umfassen.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Konvertieren des Spannungswerts, der der ersten Thermistorvorrichtung (12A) zugeführt werden soll, in eine entsprechende analoge Antriebsspannung V einen Digital-Analog-Wandler (35) umfassen.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 5, wobei die Überwachungsmittel Multiplexervorrichtungsmittel (18) umfassen, um die V_S- und V_S'-Spannungen an entsprechenden Referenzpunkten in der Sensorschaltung zu der Analog-Digital-Konvertierungsvorrichtung (22) zu führen, wobei die erste Thermistorvorrichtung (12A)eine andere Spannung V_S' bei der Detektion eines Lecks erzeugt, die als Folge des Vergleichs unmittelbar detektierbar ist.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 3, wobei die Überwachungsmittel und die Steuermittel programmiert sind, die Referenzspannungen V_S und V_S' periodisch zu erhalten, wobei ein Leck detektiert wird, wenn V_S und V_S' sich um einen Betrag unterscheiden, der eine Änderung der Temperatur aufgrund dessen anzeigt, dass der erste Thermistor in Berührung mit einer Flüssigkeit gelangt ist.
Leckdetektor (10) nach Anspruch 1, wobei der Leckdetektor ferner ausgestaltet ist, einen Luftstromzustand zu detektieren, wobei die erste Thermistorvorrichtung (12A) im selbstbeheizten Modus als ein Sensorthermistor zum Detektieren eines Luftstromzustands funktioniert und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) im selbstbeheizten Modus als ein Referenzthermistor funktioniert, der ruhender Luft ausgesetzt ist.
Verfahren zum Detektieren von Lecks in einem Instrument, wobei das Verfahren umfasst: a) Antreiben einer Leckdetektorschaltung derart, dass eine konstante Energiedissipation sowohl in einer ersten Thermistorvorrichtung (12A), die ausgestaltet ist, ein Leck bei einer Berührung mit einer Flüssigkeit zu detektieren, als auch in einer zweiten Thermistorvorrichtung (12B) bereitgestellt wird, die als eine Referenzvorrichtung funktioniert, wobei die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12A, 12B) ausgestaltet sind, mit einem Strom angetrieben zu werden, um in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben zu werden; b) Aufnehmen einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in der Leckdetektorschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) und eine erste Widerstandsvorrichtung (15A), die in Reihe geschaltet ist, miteinander verbindet, und Aufnehmen einer zweiten Spannung V_S an einem Referenzpunkt in der Leckdetektorschaltung, der die zweite Referenzthermistorvorrichtung (12B) und eine zweite Widerstandsvorrichtung (15B), die in Reihe geschaltet ist, miteinander verbindet; und c) Vergleichen der ersten Spannung V_S' und der zweiten Spannung V_S; und d) Bestimmen eines Leckzustands auf der Basis eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Antreibens a) die folgenden Schritte umfasst: Überwachen einer Spannung V_S an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit einem Referenzwiderstand (15B), der in Reihe geschaltet ist, verbindet; Konvertieren der gemessenen Spannung V_S in ein entsprechendes digitales Signal; und Verarbeiten des digitalen Signals und Erzeugen einer digitalen Darstellung eines Antriebsspannungswerts V, der an die erste Thermistorvorrichtung (12A) und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) der Sensorschaltung durch Antriebsmittel angelegt wird, um die erste Thermistorvorrichtung (12A) und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit der konstanten Leistung anzutreiben; und Konvertieren der erzeugen digitalen Darstellung in die Antriebsspannung V.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 11, wobei der Verarbeitungsschritt das Berechnen eines Antriebsspannungswerts auf der Grundlage eines Erfordernisses konstanter Leistung für den Betrieb der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) im selbstbeheizten Modus und auf der Grundlage eines Werts eines Sensorwiderstands umfasst, der mit der Referenzthermistorvorrichtung (12B) in Reihe geschaltet ist.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Konvertierens der gemessenen Spannung V_S in ein entsprechendes digitales Signal das Implementieren einer Analog-Digital-Konvertierungsvorrichtung (22) umfasst.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Konvertierens der erzeugten digitalen Darstellung das Implementieren einer Digital-Analog-Konvertierungsvorrichtung (35)umfasst.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 13, wobei der Schritt b) des Aufnehmens einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt und des Aufnehmens einer zweiten Spannung V_S den Schritt des Zuführens der ersten Spannung V_S' und der zweiten Spannung V_S zu der Analog-Digital-Konvertierungsvorrichtung mittels Multiplexervorrichtungsmittel (18) umfasst, wobei die erste Thermistorvorrichtung (12A) eine andere Spannung V_S' bei der Detektion eines Lecks erzeugt, die als Folge des Vergleichs unmittelbar detektierbar ist.
Verfahren zum Detektieren von Lecks nach Anspruch 13, wobei der Schritt b) des Aufnehmens einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt und des Aufnehmens einer zweiten Spannung V_S periodisch durchgeführt wird.
Steuerschaltung für eine Detektorvorrichtung, die eine Sensorschaltung umfasst, die eine erste Thermistorvorrichtung (12A) einschließt, die ausgestaltet ist, einen Umgebungszustand zu detektieren, sowie eine zweite Thermistorvorrichtung (12B), die als eine Referenzvorrichtung funktioniert, wobei die Steuerschaltung umfasst: Mittel zum Antreiben der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12B) mit einem Strom auf eine derartige Art und Weise, dass die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben werden; und Mittel zum Überwachen einer Spannung V_S an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung, die die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit einem Sensorwiderstand verbindet; ein Steuersystem zum Steuern der Antriebsmittel, um eine konstante Energiebeaufschlagung auf die erste und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) in Reaktion auf die Spannung V_S beizubehalten, wobei die Mittel zusätzlich eine Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung überwachen, die die erste Thermistorvorrichtung (12A) einschließt; und Vergleichsmittel zum Vergleichen der Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) einschließt, mit der Spannung V_S an einem Referenzpunkt in der Sensorschaltung, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) einschließt, und zum Detektieren des Umgebungszustands auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Steuerschaltung nach Anspruch 17, wobei die Sensorschaltung einen Umgebungszustand detektiert, der das Vorhandensein einer Flüssigkeit umfasst, die die erste Thermistorvorrichtung (12A) berührt.
Steuerschaltung nach Anspruch 17, wobei die Sensorschaltung einen Umgebungszustand detektiert, der das Vorhandensein eines Luftstroms umfasst, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) berührt.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine gelesen werden kann, das abgreifbar ein Programm von Anweisungen verkörpert, die von der Maschine ausgeführt werden können, um Verfahrensschritte zum Detektieren von Lecks in einem Instrument durchzuführen, wobei die Verfahrensschritte umfassen: a) Antreiben einer Leckdetektorschaltung derart, dass eine konstante Energiedissipation sowohl in einer ersten Thermistorvorrichtung (12A), die ausgestaltet ist, ein Leck bei einer Berührung mit einer Flüssigkeit zu detektieren, als auch in einer zweiten Thermistorvorrichtung (12B) bereitgestellt wird, die als eine Referenzvorrichtung funktioniert, wobei die erste und die zweite ThermistorVorrichtung (12A, 12B) ausgestaltet sind, mit einem Strom angetrieben zu werden, um in einem selbstbeheizten Modus bei einer Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur betrieben zu werden; b) Aufnehmen einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt in der Leckdetektorschaltung, der die erste Thermistorvorrichtung (12A) und eine erste Widerstandsvorrichtung (15A), die in Reihe geschaltet ist, miteinander verbindet, und Aufnehmen einer zweiten Spannung V_S an einem Referenzpunkt in der Leckdetektorschaltung, der die zweite Referenzthermistorvorrichtung (12B) und eine zweite Widerstandsvorrichtung (15B), die in Reihe geschaltet ist, miteinander verbindet; und c) Vergleichen der ersten Spannung V_S' und der zweiten Spannung V_S; und d) Bestimmen eines Leckzustands auf der Basis eines Vergleichsergebnisses unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine gelesen werden kann, nach Anspruch 20, wobei der Schritt a) des Antreibens die weiteren Verfahrensschritte umfasst: Überwachen einer Spannung V_S an einem Referenzpunkt in einem Abschnitt der Sensorschaltung, der die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit einem Referenzwiderstand, der in Reihe geschaltet ist, verbindet; Konvertieren der gemessenen Spannung V_S in ein entsprechendes digitales Signal; und Verarbeiten des digitalen Signals und Erzeugen einer digitalen Darstellung eines Antriebsspannungswerts V, der an die erste Thermistorvorrichtung (12A) und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) der Sensorschaltung durch Antriebsmittel angelegt wird, um die erste Thermistorvorrichtung (12A) und die zweite Thermistorvorrichtung (12B) mit der konstanten Leistung anzutreiben; und Konvertieren der erzeugten digitalen Darstellung in die Antriebsspannung V.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine gelesen werden kann, nach Anspruch 21, wobei der Verarbeitungsschritt das Berechnen eines Antriebsspannungswerts auf der Grundlage eines Erfordernisses konstanter Leistung für den Betrieb der ersten und der zweiten Thermistorvorrichtung (12A, 12B) im selbstbeheizten Modus und auf der Grundlage eines Werts eines Sensorwiderstands umfasst, der mit der Referenzthermistorvorrichtung (12B) in Reihe geschaltet ist.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine gelesen werden kann, nach Anspruch 21, wobei der Schritt b) des Aufnehmens einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt und des Aufnehmens einer zweiten Spannung V_S den Schritt des Zuführens der ersten Spannung V_S' und der zweiten Spannung V_S zu einer Analog-Digital-Konvertierungsvorrichtung (22) mittels Multiplexervorrichtungsmittel (18) umfasst, um die gemessenen Spannungen in entsprechende digitale Signale zu konvertieren.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine gelesen werden kann, nach Anspruch 21, wobei der Schritt b) des Aufnehmens einer ersten Spannung V_S' an einem Referenzpunkt und des Aufnehmens einer zweiten Spannung V_S periodisch durchgeführt wird.