JP2004526960A

JP2004526960A - 高度に抵抗性の流体の品質および／または状態のオンラインモニタリングのための方法および装置

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Publication number: JP2004526960A
Application number: JP2002572400A
Authority: JP
Inventors: ヴァディムエフ．ルボヴッチ，; フレドリックピー．ボイル，
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: AU2002247205B2; WO2002073189A3; BR0208250A; KR100937282B1; CA2440242C; US20020125899A1; CA2440242A1; US6577112B2; EP1368646A2; WO2002073189A2; KR20030096270A; JP4044846B2

Abstract

モータオイルまたは潤滑剤等の高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングする方法は、第１の電気応答が得られるように第１の周波数および第１のＤＣオフセットで流体にわたってＡＣ電気ポテンシャルを印加する工程と、得られた第１の電気応答を測定する工程と、第２の電気応答を結果として生じる、非０の第１のＤＣオフセット電圧に対して第２の周波数、第２のＤＣオフセットまたはこれらの組み合わせで流体にわたってＡＣ電気ポテンシャルを印加し、第１の周波数および第１のＤＣオフセットは、それぞれ、第２の周波数および第１のＤＣオフセットとは異なる、工程と、得られる第２の電気応答を測定する工程と、それぞれの第１および第２の印加された電気ポテンシャルに対する測定された第１および第２の電気応答から流体の品質および／または状態を分析する工程と、を包含する。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、流体モニタリングおよび分析の技術に関する。本発明は、例えば、潤滑油、天然および／または合成モータオイル、標準的な添加剤および／または添加物、燃焼エンジン燃料、輸送および工業用途に用いられる他の炭化水素ベースの燃料その他等の高度に電気的に抵抗性の流体のオンライン（すなわち、使用の間の）モニタリングに関連する用途を見出し、その特定の参照とともに記載される。より詳細には、本発明は、例えば、性能添加の量または消耗、望みでない液体または固体による汚染、化学分解による流体の一般的な分解、または流体の状態または品質の他の変化を決定するために、流体の電気的な応答、または、印加されたＡＣ信号に対する流体の電気的な応答の変化を用いた、高度に電気的に抵抗性の燃料の品質および／または状態のオンライン分析のための方法および装置に関する。しかしながら、本発明はまた、他の同様の用途に従順である。
【０００２】
高度に電気的に抵抗性の流体は、２０℃において、約１０^３オーム−ｍを超える、好適には、約１０^５オーム−ｍを超える、およびより好適には、約１０^６オーム−ｍを超えるバルク抵抗率（ｂｕｌｋｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を有する流体を参照することが、本明細書において用いられるように理解される。
【０００３】
「ＡＣ」は、０でない周波数を有する、電圧、すなわち、電気ポテンシャルを指すように用いられ、「ＤＣ電圧オフセット」または「ＤＣオフセット」は、「ＡＣ電圧」の時間平均値を参照するように用いられ、「ＡＣ信号」は、ＡＣ電圧とＤＣオフセットとの組み合わせを指すように用いられることが本明細書において理解される。
【背景技術】
【０００４】
（発明の背景）
高度に電気的に抵抗性の流体は、多くのデバイスおよび／またはプロセスの適切な動作のための重大な成分である。例えば、潤滑油は、内燃エンジンが長い耐用年数にわたってパワーを効率的に提供するために必要とされ、高品質燃料は、最小の排気での適切なエンジン動作のために必要とされ、および、金属作動流体は、迅速な廃棄金属除去および最大の用具使用年数のために必要とされる。最適な性能は、該当流体が用途のために適切な品質である場合に達成される。すなわち、流体は、好適には、適切な基本流体および適切な性能添加剤、例えば、腐食防止剤、摩擦修飾剤、分散剤、界面活性剤、洗浄剤その他を含む。使用または消費の間、流体の状態は、所定の制限の範囲内のままであるべきである。すなわち、流体に対する化学的および／または他の変化は、適切な性能を保証するように制限されるべきである。使用中に流体に起こり得る変化は、例えば、基本流体の酸化、性能添加物の消耗、外部ソースおよび／または流体の化学成分の分解からの汚染の蓄積、その他である。
【０００５】
しばしば、デバイスの所有者および／またはプロセスのオペレータは、適切な品質の流体を提供することを供給者に依存し、および、適切な流体状態を維持するために定期的な流体のメンテナンスを依存する。しかしながら、前述のものは、本来的に制限されており、偶発的な流体の置換または破局的な流体の損失に対する保護を提供しない。さらに、定期的に設定した時に行われるメンテナンスの間隔は、有用耐用年数を残す流体が早発的に置き換えまたは補給される場合に浪費的であり得る。しかしながら、このような早発的なメンテナンスは、しばしば、過度に分解された流体に起因するリスク損傷または過剰な磨耗よりも望ましい。任意の場合には、所有者および／またはオペレータは、モニタリングされた流体状態に基づいて流体の有用性の終了時（自然または他の場合）にのみ流体メンテナンスが発生すれば、リスク損傷または過剰な磨耗なく流体メンテナンスコストを最小にし得る。したがって、流体の当初の品質および使用中の流体の継続する状態を実質的に「実時間の」決定を達成するオンライン流体モニタリング方法および装置が望ましい。
【０００６】
これまで、多くの用途のための適切な流体モニタリング方法および装置を達成することは、１つ以上の理由に起因して困難であった。例えば、典型的な輸送および工業的な流体は、基本的流体および添加剤の複雑な混合物であり、汚染物がなくても、容易な分析には役に立たない。しばしば、流体は、いくつかの分析的な設備および方法に適さない比較的苛酷な環境において用いられ、かつ／または、消費される。さらに、方法および／または装置をインプリメントする場合、最初および長期間の両方に、考慮すべき常時コストの制約がある。
【０００７】
実時間のオンライン流体品質および／または状態モニタリングに関連するコストおよび環境的な制約を満足させるために、流体の電気的性質を測定する方法は、重大な利点を提示する。複雑な流体に対して、流体化学および組成における複数の変化は、単一点の電気的性質の測定を混乱させ得る場合、多点技術が用いられる。流体の電気的性質を測定する２つの従来の「多点」技術は、電圧依存電気化学分析および周波数依存電気インピーダンス分光法（ＥＩＳ）である。
【０００８】
種々の電圧ベースの電気化学流体分析技術、例えば、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）、方形波ボルタンメトリ（ＳＷＶ）、リニアスキャンボルタンメトリ（ＬＳＶ）、差動（ｄｉｆｆｅｒｔｉａｌ）パルスボルタンメトリ（ＤＰＶ）、および正規化パルスボルタンメトリ（ＮＰＶ）等のボルタンメトリ技術、および、緩和クロノアンペロモトリ（ＭＣＡ）等の時間ベースの技術がある。一般に、これら技術のそれぞれにおいて、固定されたかまたはゆっくりと変化されるＤＣ電圧が、電気化学セルの２または３の電極間に印加され、得られる電流の測定が電圧および／または時間の関数としてプロットされる。電圧に基づく電気化学技術は、低抵抗率流体についての情報を提供する。しかしながら、これらの技術は、一般に、高抵抗流体に適さない。高抵抗流体において生成される極端に低い電流レベルにより、分析が困難になり、多くの流体に対して、非伝導性の流体成分が、電極を被覆し得、これにより、有意な分析を阻害する。高抵抗流体のオフライン電圧ベースの電気化学分析は、低電流レベルの問題を解決する高コスト、高感度のエレクトロニクスを用いて実施され得、電極被覆の問題を解決するために分析前に流体成分の化学分離を利用し得る。しかしながら、オフラインの設備および方法は、実時間分析にともなうオンライン環境に対して不適である。他方、Ｆａｎｇへの米国特許第５，５１８，５９０号は、高抵抗流体に関連する制限を克服するために電極を取り巻く導電性の電解質液またはゲル状の界面を有するセルを使用する、流体分析のための電圧ベースのオンライン電気化学方法および装置を開示する。しかしながら、Ｆａｎｇの技術は、特定化された電気化学セルの制限された頑丈さ（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）を欠点として有し、結果として、この技術は、それ自体、広い用途に役に立たない。
【０００９】
従来の周波数依存ＥＩＳは、高度に電気的に抵抗性の流体に適用される場合に、モニタリングされるべき流体中に浸された２つの電極間に０のＤＣオフセット電圧を有するＡＣ電圧を印加することが制限された。印加されたＡＣ電圧および得られた電流は、流体の電気的インピーダンスを決定するために用いられる。複数の周波数、例えば、欧州特許出願ＥＰ１０１４０８２Ａ２（Ｂａｕｅｒら、１９９９年１２月出願）に開示されるように２つを用いることによって、流体のバルクインピーダンスおよび電極の表面での流体の電気化学特性の両方が研究され得る。ＥＩＳは、比較的低コストであり、高抵抗流体によって影響されないが、従来の周波数依存ＥＩＳは、電圧依存電気化学技術が提供する詳細な関連流体品質および状態のレベルを提供しない。
【００１０】
したがって、本発明は、上記参照された問題その他を克服する、新しく、かつ、改善された高度に電気的に抵抗性の流体モニタリング装置および方法を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の要旨）
本発明は、高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングする方法に関する。本方法は、第一の電気応答が得られるように第一の周波数および第一のＤＣオフセットで流体にわたってＡＣ電気ポテンシャルを印加する工程と、該得られた第一の電気応答を測定する工程と、第二の電気応答が得られるように０でない第一のＤＣオフセット電圧に対して第二の周波数で、および／または、第二のＤＣオフセットで該流体にわたって該ＡＣ電気ポテンシャルを印加する工程であって、該第二の周波数および該第二のＤＣオフセットは、それぞれ該第一の周波数および該第一のＤＣオスセットとは異なる、工程と、該得られた第二の電気応答を測定する工程と、各第一および第二の印加された電気ポテンシャルに対する該測定された第一および第二の電気応答から該流体の品質および／または状態を分析する工程とを包含する。
【００１２】
本方法は、ＡＣポテンシャルを繰り返して印加する工程と、前記得られた電気応答を繰り返して測定する工程と、該測定された第一および第二の電気応答および／または各第一および第二の印加された電気ポテンシャルに対して該測定された第一および第二の電気応答における変化を用いて、流体の品質および／または状態を分析する工程とをさらに包含し得る。
【００１３】
本方法は、所定の電気インピーダンスに基づいて印加されたＡＣポテンシャルを制御する工程であって、流体の品質および／または状態は、ＡＣポテンシャルがそれぞれ印加された場合に、分析される、工程をさらに含み得る。
【００１４】
本方法は、流体の温度を測定する工程をさらに含み得る。
【００１５】
本方法は、流体温度における変動に対して流体の品質および／または状態分析を補正する工程をさらに含み得る。
【００１６】
本方法は、所望の温度に流体を加熱する工程をさらに含み得る。
【００１７】
本方法は、測定された温度に基づいて印加されたＡＣポテンシャルを制御する工程をさらに含み得る。
【００１８】
本方法は、モニタリングされた流体の完全な置換または部分的なリフレッシュメントのいずれかが発生した場合にリフレッシュメント流体の品質を決定する工程をさらに含み得る。
【００１９】
本発明の別の局面では、第一および第二の電気応答は、印加されたＡＣ電気ポテンシャルから得られる電流である。
【００２０】
本発明の別の局面では、流体の品質および／または状態は、印加された電気ポテンシャルに対応する測定された電気応答から決定された電気インピーダンス値を用いて分析され得る。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、本方法は、高度に電気的に抵抗性の流体にわたって、０でないＤＣオフセットを有する少なくとも１つのＡＣ電気ポテンシャルを有する少なくとも２つの異なるＡＣ電気ポテンシャルを含むＡＣ信号を印加する工程と、各印加されたポテンシャルでの流体の電気応答測定する工程と、印加されたＡＣシグナルおよび対応する測定された電気応答を用いて流体の品質および／または状態を分析する工程とを包含する。
【００２２】
本方法は、ＡＣシグナルを繰り返して印加する工程と、得られた電気応答を繰り返して測定する工程と、印加されたＡＣシグナルおよび測定されたおよび／または測定された対応する電気応答での変化を用いて流体の品質および／または状態を分析する工程とをさらに含み得る。
【００２３】
本発明の別の局面では、ＡＣシグナルは、ＤＣオフセットが固定保持され、かつ、連続する方法または少なくとも非０のＤＣオフセットに対して一連の別個の周波数段階（ｄｉｓｃｒｅｅｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔｅｐ）のいずれかで、周波数が一つの周波数から別の周波数に効率的に掃引されるＡＣ電気ポテンシャルであり得る。
【００２４】
本発明の別の局面では、ＡＣシグナルは、周波数が固定保持され、かつ、ＤＣオフセット電圧が、連続する方法または少なくとも一つの周波数に対して一連の別個の電圧段階のいずれかで、一つのＤＣオフセット電圧から別の電圧に効率的に掃引される、ＡＣ電気ポテンシャルであり得る。
【００２５】
別の局面に従うと、本発明は、モニタリングされる流体中に浸漬された少なくとも一対の分離された電極と、０でないＤＣオフセットを有する少なくとも１つのポテンシャルを有する少なくとも２つの異なるＡＣポテンシャルを有する電気信号を電極に印加する少なくとも一つの信号生成器と、印加された信号に対する電気応答を測定する少なくとも１つのモニタと、流体の品質および／または状態を決定するために印加された電気信号および対応する測定された電気応答を分析する制御器とを有する高度に電気的に抵抗性の流体モニタリング装置をさらに含む。
【００２６】
本発明の別の局面では、モニタ（単数または複数）は、電流センサであり、この電流センサは、印加されたポテンシャルに応答して生成された電流を測定する。
【００２７】
本発明の別の局面では、流体の品質および／または状態を分析する制御器は、信号生成器を制御し得る。
【００２８】
本発明の別の局面では、本装置は、流体の温度をモニタリングする温度センサをさらに含み得る。
【００２９】
本発明の別の局面では、本装置は、流体の温度における変動に対する流体の品質および／または状態分析を補正する手段をさらに含み得る。
【００３０】
本発明の別の局面では、本装置は、流体の温度を調節するための温度制御手段をさらに含み得る。
【００３１】
本発明の別の局面では、本装置は、モニタリングされた流体温度に基づき信号生成器（単数または複数）を制御するための手段をさらに含み得る。
【００３２】
本発明の別の局面では、本装置は、モニタリングされる流体が全体的に置換されるときを決定するための手段をさらに含み得る。
【００３３】
本発明の別の局面では、本装置は、モニタリングされる流体が部分的にリフレッシュされたときおよびリフレッシュされた流体の濃度を決定するための手段をさらに含み得る。
【００３４】
本発明の別の局面では、高度に抵抗性の流体をモニタリングするための装置は、モニタリングされる流体と接触する感知手段を含む。さらに含まれるのは、感知手段と電気的に連絡する信号生成手段である。信号生成手段は、選択された周波数のＡＣポテンシャルおよび選択されたＤＣオフセットを有する電気信号を感知手段に印加する。周波数は、０でないＤＣオフセットに対して少なくとも２つの異なる周波数があるように選択され、かつ／または、ＤＣオフセットは、少なくとも２つの異なるＤＣオフセットがあるように選択される。モニタリング手段は、感知手段を介して電気信号に対する電気応答を測定する。制御手段は、印加された電気信号および対応する測定された電気応答を用いて流体の品質および／または状態を分析する。
【００３５】
本発明の一つの利点は、高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学特性のＡＣおよびＤＣ依存の両方が分析されることである。
【００３６】
本発明の別の利点は、電気化学的な詳細を決定するために要求される時間が流体加熱によって任意に低減され得ることである。
【００３７】
本発明の別の利点は、電気化学測定の温度依存の性質が任意に補正され得ることである。
【００３８】
本発明の別の特徴は、印加された電気信号が分析された流体の品質、または流体の状態、および／またはモニタリングされた流体温度に基づいて任意に制御され得ることである。
【００３９】
本発明の別の利点は、モニタリングされた流体のリフレッシュメントがリフレッシュメント流体の品質の分析を可能にするように決定され得ることである。
【００４０】
本発明の別の利点は、提供された流体の分析が、高度に電気的に抵抗性の流体の溶液、容積、電荷移動、電気化学反応特性その他の分析を含み得ることである。
【００４１】
本発明の別の利点は、オンライン環境でのその適合性である。
【００４２】
本発明のよりさらなる利点、特徴および利益は、好適な実施形態の以下の詳細な説明を読みかつ理解すれば、当業者に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（好適な実施形態（単数または複数）の詳細な説明）
図１を参照して、オンライン流体モニタリングデバイスまたは装置が示される。図示されるように、オンライン流体モニタリングデバイスは、一対の分離された電極１および２と、熱電対３（または、他の温度感知デバイス）を含む。これらは、両方とも、コンジット７内に流れるか、または、他の方法で存在する流体５中に浸漬される。この実施形態、および本明細書において記載される全ての実施形態での流体５は、潤滑剤、標準的な添加剤および／または添加物を任意に含む天然および／または合成モータオイル、燃焼エンジン燃料、輸送および工業用途において用いられる炭化水素ベースの流体その他等の高度に電気的に抵抗性の流体である。電極１および２は、同一の物質から構成され得るか、または、異なる物質から構成され得る。物質は、任意の導電物質、好適にはステンレス鋼、白金、銅、ニッケル、アルミニウムその他等の金属からなる群から選択される。好適な実施形態では、電極１、２は、マウント９によりコンジット７に固定保持され、かつ、マウント９によりコンジット７から電気的に絶縁される。同様に、熱電対３は、マウント１１を用いてコンジット７に固定保持される。
【００４４】
流体モニタリング装置はまた、好適には、複数周波数、複数オフセット電圧信号生成器１３と、電流センサ１５と、信号プロセッサ１７と、制御器１９とを含む。電気コンジット２１を通じて、制御器１９は、信号生成器１３によって出力２３、２４に供給されるＡＣポテンシャルの周波数およびＤＣオフセットを制御する。出力２３、２４を介する信号生成器１３は、それぞれ電気コンジット２５、２６を用いて電極１、２に電気ポテンシャルを印加する。すなわち、信号生成器１３は、電極１、２にわたって電気ポテンシャルを印加する。ここで、電気ポテンシャルは、選択されたＡＣ成分および選択されたＤＣオフセット電圧を含む。任意に、示されるように、電気コンジット２５は、電圧基準を提供するように接地される。
【００４５】
電流センサ１５は、印加された電気信号の結果として生じる電流の流れを測定し、好適には、示されるように電気コンジット２６に接続される。信号プロセッサ１７は、電気コンジット２８を通じて信号生成器１３を、電気コンジット３０を通じて電流センサ１５を、および電気コンジット３２を通じて熱電対３をモニタリングする。信号プロセッサ１７は、モニタリングされた入力を、電気コンジット３４を通じて制御器１９に入力される適切な信号に変換する。制御器１９は、次いで、信号プロセッサ１７からの信号を用いて、コンジット７中の流体５の状態および／または品質を分析する。次いで、制御器１９は、分析された流体５の状態および／または品質についての情報を、通信コンジット３６を通じて通信し得る。
【００４６】
動作において、制御器１９は、複数の決定された周波数およびＤＣオフセット電圧でＡＣ電圧を出力するよう信号生成器１３に指令するようにプログラムされる。例えば、制御器１９は、好適には、所定の速度である周波数から第二の周波数に効率的に掃引しながら０のＤＣオフセット電圧を有するＡＣ電圧を出力し、続いて、第二の周波数によって、第一の非０ＤＣオフセット電圧で掃引し、続いて、第三の周波数によって、第一の非０ＤＣオフセット電圧とは異なる第二の非０ＤＣオフセット電圧で掃引し、同様に、所望数のＤＣオフセット電圧まで配列が繰り返されるよう信号生成器１３に指令するようにプログラムされる。別の実施形態では、制御器１９は、ＤＣオフセット電圧が０ボルトと所定の最大電圧との間で効率的に掃引され、続いて、第二のＤＣオフセット電圧によって、第一の周波数とは異なる第二の固定周波数で掃引し、続いて、第三のＤＣオフセット電圧によって、さらに別の第三の固定周波数で掃引し、同様に、流体の特徴的な特性および流体の劣化モードに依存する所望数の周波数まで配列自体が最終的に繰り返すように、第一の固定周波数でＡＣ電圧を出力するよう信号生成器１３に指令するように任意にプログラムされる。さらに別の実施形態では、制御器１９は、所定数のサイクルに対する第一の固定周波数／ＤＣオフセット電圧でＡＣ電圧を出力し、別個の周波数／ＤＣオフセット電圧の完全な配列が完了されるまで異なる第二の固定周波数／ＤＣオフセット電圧等によって続けられ、次いで、その配列を繰り返すよう信号生成器１３に指令するように任意にプログラムされる。任意に、制御器１９は、信号プロセッサ１７からの入力の分析に基づいて適切な電気信号を出力するよう信号生成器１３に指令するようにプログラムされる。任意の場合、各データセットに対して、印加された信号は、少なくとも２つの異なる周波数が非０ＤＣオフセットに対して含まれ、かつ／または、少なくとも２つの異なるＤＣオフセット電圧が含まれるように選択される。
【００４７】
好適な実施形態では、信号生成器１３が指定された信号を電極１、２に印加するときに、信号プロセッサ１７は、電気コンジット２８を介して電極１、２にわたって印加された電気ポテンシャルを；電流センサ１５および電気コンジット３０を用いて結果として得られたまたは関連する電流を；および熱電対３および電気コンジット３２を用いて流体５の温度をモニタリングする。信号プロセッサ１７は、モニタリングされた電圧および電流の大きさおよび位相と比較して、流体５の電気化学インピーダンスを計算するか、または他の方法で決定する。
【００４８】
流体をモニタリングおよび分析するために用いられる周波数範囲は、約１ミリヘルツ（ｍＨｚ）〜約１００メガヘルツ（ＭＨｚ）、好適には、約１ｍＨｚ〜約１０ＭＨｚ、より好適には、約１０ｍＨｚ〜約１０ＭＨｚの範囲内である。
【００４９】
ＤＣオフセット電圧は、約−４０Ｖ〜約４０Ｖ、好適には、約−３０Ｖ〜約３０Ｖ、より好適には、約−１５Ｖ〜約１５Ｖの範囲内である。電極に対する印加されたＤＣオフセットのスイッチング極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）は、電極１，２が同一の物質から構成されていれば必要ではない。しかしながら、電極が異なる物質で構成されている場合、ＤＣオフセット電圧のスイッチング極性は、流体の電気化学的な詳細を決定する際に有用であり得る。
【００５０】
ＡＣピーク振幅は、０Ｖ超〜約１０Ｖ以下、好適には、約０Ｖ〜約３Ｖ、より好適には、約０Ｖ〜約１．５Ｖの範囲内である。
【００５１】
速度は、各テストされた周波数のための少なくとも１つの完全サイクルに対するデータを取ることによって決定される。一般に、約１０ＭＨｚ〜約１０ＭＨｚの掃引は、約１１６個の周波数を用いて、各周波数で２サイクルに対するデータをとり、約５０分において発生する。
【００５２】
図２は、Ｎｙｑｕｉｓｔプロットとして知られる電気化学インピーダンスのグラフを示す。このグラフは、本発明の局面に従って取得されるデータの代表である。図２は、フレッシュな高度に電気的に抵抗性の流体５と一致するグラフを示す。図２に示されるように、０および２つの異なる非０ＤＣオフセット電圧に対する掃引された周波数の完全な配列が取得された。図２を参照すると、ＤＣオフセット電圧Ｖにおいて、流体５は、各周波数に関連する虚数のインピーダンスＺ_ｉｍおよび実数のインピーダンスＺ_ｒｅａｌを有する。周波数依存のＺ_ｉｍおよびＺ_ｒｅａｌは、該当するＤＣオフセット電圧に対するＮｙｑｕｉｓｔプロットを取得するために、互いに対してプロットされる。任意に、掃引された周波数の代わりに、グラフは、別個に印加された周波数に対する個々のデータポイントのみを含んでもよいし、個々のデータに適合される適切な曲線であってもよい。
【００５３】
再度、図１を参照すると、電気コンジット３４を用いて、信号プロセッサ１７は、好適には、印加された各信号ごとに計算されたインピーダンス値（虚数または実数）あるいは、それらに関連する代わりとなる同等の情報を、熱電対３からの温度情報とともに、制御器１９に通信する。制御器１９は、好ましくはアルゴリズムによって流体５の品質および／または状態を分析するための入力として信号プロセッサ１７からの情報を用いる。温度情報は、流体の電気化学特性が温度依存であり得る限りは、流体の状態および品質の分析のために有利である。好適には、制御器１９または信号プロセッサ１７は、所定の標準温度に対する測定を規格化するために温度情報を用いる。この所定の標準温度は、典型的には、流体の正常な動作温度であるか、または、測定から測定への流体温度の変動に対して補正する。温度情報なしで、流体５の温度変化は、流体状態の変化として誤解釈され得る。
【００５４】
制御器１９は、印加された電気ポテンシャルの配列の間に取得される情報または印加された電気ポテンシャルの配列間の情報の変化のいずれかから、流体５の品質および／または状態を分析する。例として、信号プロセッサ１７からのどのようなデータが流体の品質および状態の情報を含むかを示すために、フレッシュな流体および２つの異なる劣化状態中の同一の流体の電気化学インピーダンスのグラフが記載および比較される。
【００５５】
図２では、曲線４０は、０ＤＣオフセット電圧を有する掃引周波数範囲に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍのプロットである。これは、従来の周波数依存ＥＩＳ技術によって提供された曲線である。曲線４０のちょうど第一の部分（この部分は、短い、実質的に直線の領域であり、ほぼ０のＺ_ｉｍが非常に高い周波数において測定される）は、流体５の溶液抵抗特性と関連付けられる。中間範囲の周波数において測定される曲線４０の半円部分は、流体５のバルク特性と関連付けられる。低い周波数において測定される曲線４０の上昇する尾部部分は、流体５の電荷移動特性と関連付けられる。曲線４０は、流体の電荷移動特性の詳細な性質について比較的ほとんど情報を含まず、かつ、電極１、２において発生し得る電気化学反応についての情報を含まないことに留意されたい。他方で、曲線４２および４４は、曲線４０と同一のＡＣ周波数範囲に対する流体の電気化学インピーダンスを示すが、この曲線は、本発明による２つの異なる非０ＤＣオフセット電圧を有している。低い周波数での曲線４２および４４に含まれる追加の特徴（すなわち、より小さい半円領域）は、流体の電荷移動および電気化学反応特性についての追加の情報を提供する。従って、この追加の情報は、流体の組成または処方（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）を分析する際に有用である。すなわち、フレッシュな高度に電気的に抵抗性の流体に対して、印加された信号に対するＤＣオフセット電圧およびＡＣ周波数の適切な選択により、電気化学インピーダンスの研究または適切な分析が、流体が意図された用途のために適正な品質であるかどうかを決定するために着手され得る。
【００５６】
図３は、図２と同一の流体を示すが、相違は、図３では流体が酸化により劣化することである。図３をさらに参照して、曲線４６、４８および５０は、それぞれ、図２の曲線４０、４２および４４と同一の周波数範囲およびＤＣオフセット電圧に対応する。２つの図の曲線を比較すると、０ＤＣオフセット電圧の曲線４６および第一の非０ＤＣオフセット電圧の曲線４８は、曲線４０および４２とは小さい相違のみを有する。しかしながら、より高いＤＣオフセット電圧において、曲線５０は、曲線４４とは大きな相違を有する。特に、曲線５０は、曲線４４と比較された場合に、個々の半円形状の領域の数および相対的な大きさの変化を示す。これは、流体の状態が酸化により変化したことを決定するために分析され得る。
【００５７】
図４は、図２と同一の流体を示すが、相違は、図４では、流体は、汚染により劣化することである。図４の追加的な参照により、曲線５２、５４および５６は、それぞれ、図２の曲線４０、４２および４４と同一の周波数範囲およびＤＣオフセット電圧に対応する。図４および図２の曲線を比較すると、汚染は、各ＤＣオフセット電圧に対する特徴の重大な変化を引き起こす。特に、３つすべての曲線５２、５４、５６における流体のバルク特性と関連する領域の大きさおよび形状は、大きな流体状態の変化が発生したことを示す。
【００５８】
再度、図１に特定の注意を払うと、制御器１９は、適切なアルゴリズムを用いて、信号プロセッサ１７からの入力に基づいて流体５の品質および／または状態を分析し、通信コンジット３６を通じて外部のコンポーネントまたはシステムに所望なように、指定された情報を通信する。通信された情報は、例えば、流体が適正な品質でないまたは所望の状態範囲外である場合にオペレータまたはサービス技術者に警報を出すシグナリングデバイス（図示せず）をパワー付与またはトリガーするために用いられる。あるいは、コンジット３６に沿って通過された通信された情報は、流体５の状態を維持するか、または、流体５を用いてデバイスを制御するより高いレベルのシステム（図示せず）によって用いられる。流体の品質および／または状態を分析するために信号プロセッサ１７からの入力を用いることに加えて、任意にプログラムされる場合、制御器１９はまた、指令されたＡＣ電圧の周波数および信号生成器１３のＤＣオフセットを調節するために信号プロセッサ入力を用いて、流体５の品質および／または状態のモニタリングおよび分析を最適化する。
【００５９】
図１に示される実施形態は、信号生成器、電極、電流センサ、信号プロセッサ、制御器、および他の素子のために分離モジュールを有する一方で、これらにより実行される機能のうちの任意の２または３は、任意に、コスト、データ処理、設計その他における所望の能率を達成するために結合されたモジュールに組み込まれる。同様に、素子またはモジュールを結合することがまた、本明細書に記載される他の実施形態において適切な場合に企図される。
【００６０】
図５を参照すると、オンライン流体モニタリング装置の別の実施形態が示される。このオンライン流体モニタリング装置は、実時間モニタリングと一致して、コンジット７中の流体５のより迅速な測定／分析（図１の実施形態と比較して）を提供する。時間の節約は、異なるＤＣオフセット電圧で流体５の電気化学特性を同時に測定するために平行な複数の電極対を採用することによって実現される。より詳細には、図５に示されるように、流体中に浸漬された３つの電極対１および２と、６１および６２と、６５および６６とがそれぞれあり、これらは、それぞれ、マウント９、６７および６９によって固定的に保持され、かつ、マウント９、６７および６９によってコンジット７から電気的に絶縁される。３つの電極対が本発明において例示目的のために示されるが、これより多いまたは少ない数の電極対が所望のように同様に採用され得る。
【００６１】
熱電対３または他の温度センサも、流体５の温度がモニタリングされるようにマウント１１を用いてコンジット７内に固定保持される。図５の流体モニタリング装置は、複数周波数、０ＤＣオフセット、信号プロセッサ７１と、電流センサ１５、７３、７５と、信号プロセッサ１７と、制御器１９とをさらに含む。電気コンジット２１を通じて、制御器１９は、信号生成器７１によって出力２３、２４に供給される周波数を制御する。出力２３は、電圧基準を提供するために接地されるように示され、それぞれ電気コンジット２５、７７、７９を通じて電極１、６１、６５に接続される。電気コンジット２６は、出力２４を電極２に電気的に接続し、電流センサ１５を含む。電気コンジット８１、８３は、出力２４を電極６２、６６それぞれに電気的に接続し、電流センサ７３、７５および電気素子８９、８３をそれぞれ含む。電気素子８９、８３は、それぞれ固定されたＤＣオフセット電圧Ｖ_１、Ｖ_２を信号生成器７１からＡＣ電圧に提供する。例えば、電気素子８９、８３は、固定されたＤＣ出力電圧Ｖ_１、Ｖ_２を有する任意のバッテリである。
【００６２】
信号プロセッサ１７は、電気コンジット２８を通じて信号プロセッサ７１の印加された電圧を；それぞれ電流センサ１５、７３、７５および電気コンジット３０、８５、８７を用いて結果として得られた電流を；および熱電対３および電気コンジット３２を用いて流体５の温度をモニタリングする。信号プロセッサ１７は、モニタリングされた入力を、電気コンジット３４を通じて制御器１９に入力される適切な信号に変換する。制御器１９は、信号プロセッサ１７からの信号を用いて、コンジット７中の流体５の状態および／または品質を分析する。制御器１９は、通信コンジット３６を通じて流体５の状態および／または品質についての情報を通信する。
【００６３】
動作において、図５のコンポーネントは、図１におけるそれらの対応部と同様に機能する。特に、制御器１９は、複数の所定の周波数でＡＣ電圧を出力するよう信号生成器７１に指令するようにプログラムされる。例えば、制御器１９は、所定の速度である周波数から第二の周波数に繰り返して掃引するよう信号生成器７１に指令するように任意にプログラムされる。別の例では、制御器１９は、所定数のサイクルの間ある固定された周波数でＡＣ電圧を出力し、別個のの周波数完全な配列が完了するまで、第二の異なる固定された周波数等によって続かれて、その後、その配列が繰り返されるよう信号生成器７１に指令するように任意にプログラムされる。別の実施形態では、制御器１９は、信号プロセッサ１７からの入力に基づいてＡＣ電圧を出力するよう信号生成器７１に指令するように任意にプログラムされる。
【００６４】
信号生成器７１によって生成された各ＡＣ電圧に対して、電気コンジット２５、２６を用いて、電極対１、２は、生成されたＡＣ電圧を流体５に０ＤＣオフセット電圧で印加し；電気コンジット７７、８１および電気素子８９を用いて、電極対６１、６２は、生成されたＡＣ電圧を流体５にＶ_１のＤＣオフセット電圧で印加し；および電気コンジット７９、８３および電気素子９１を用いて、電極対６５、６６は、生成されたＡＣ電圧を流体５にＶ_２のＤＣオフセット電圧で印加する。このようにして、信号生成器７１は、電気素子８９、９１によってそれらが提供される限り、複数のＤＣオフセット電圧を提供することから緩和される。
【００６５】
図１の実施形態に対する同様の様式では、信号が流体５に印加されるとき、信号プロセッサ１７は、電気コンジット２８を通じて信号生成器７１の出力；電気コンジット３０、８５、８７それぞれを通じて電流センサ１５、７３、７５からの電流；および熱電対３および電気コンジット３２を用いて流体５の温度をモニタリングする。図５に示されるように、信号プロセッサ１７は、電極対１、２に印加される信号をモニタリングするために信号生成器７１からの一つの入力のみを任意に用い、電気素子８９、９１の既知の電気的特徴が、電極対６１、６２および６５、６６それぞれに印加される複合性の信号を計算するために用いられる。あるいは、信号プロセッサ１７は、それぞれ電気素子８９および９１および電極６２、６６間の電気コンジット８１および８３に付着された追加の電気コンジット（図示せず）を有することによって電極対６１、６２および６５、６６に印加される信号を直接的にモニタリングする。前記のように、信号プロセッサ１７は、測定されたかまたは計算された印加された電圧および測定された電流の大きさおよび位相を比較して、流体５の電気化学インピーダンスを計算する。図１に示される実施形態のように、信号プロセッサ１７は、計算されたかまたは他の方法による所定の電気化学インピーダンスおよび温度情報を、制御器１９に電気コンジット３４を通じて通信する。ここで、適切なアルゴリズムの使用により、制御器１９は流体５の品質および／または状態を連続的に分析し、そして、そのようにプログラムされた場合、信号生成器７１によって出力されるように指令された周波数を変更する。図１の実施形態におけるように、制御器１９によって通信された流体５の品質および状態の情報は、例えば、流体が適正な品質でないかまたは所望の状態範囲外である場合にオペレータまたはサービス技術者に警告を発するシグナリングデバイス（図示せず）をパワー付与するまたはトリガーするために任意に用いられる。任意に、コンジット３６を介して通信された情報は、流体５の状態を維持するかまたは流体５を用いてデバイスを制御するより高度なレベルのシステム（図示せず）によって用いられる。
【００６６】
図５のデバイスは、信号生成器を介して異なるＤＣオフセット電圧を供給する代わりに、複数の電極対および電気素子８９および９１を介して異なるＤＣオフセット電圧を供給する。このようにして、異なるＤＣオフセット電圧での複数の周波数掃引が図５の装置を用いて同時に取得可能であり、これにより、図１の装置に比較して測定配列および／またはデータ収集時間を低減する。他の点では、２つの実施形態は実質的に同様である。
【００６７】
多くの高度に電気的に抵抗性の流体に対して、破局的な失敗（例えば、水汚染）が、特定の周波数範囲においておよび／または特定のＤＣオフセット電圧で容易に検出される一方で、長期間の流体分解（例えば、酸化または付加的な欠乏（ａｄｄｉｔｉｖｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎ））が、他の周波数範囲においておよび／または他のＤＣオフセット電圧で検出され得る。したがって、各瞬間（ｉｎｓｔａｎｃｅ）における応答時間を向上させるために、長期間の流体変化が容易に検出され得る場合の周波数およびＤＣオフセット電圧から別々に破局的失敗が容易に検出される場合のモニタリング周波数およびＤＣオフセット電圧が望まれ得る。この場合、図６の実施形態が有利である。本発明の局面によると、図６は、２つの独立して動作される電気化学モニタリングシステムＡおよびＢ（同時にパラレルに存在する）を有する流体モニタリング装置を示す。各システムＡおよびＢにおける素子は、図６の参照符号におけるそれらの対応するアルファベット文字で表示されており、図６の同様の数について表示された素子は、図１のそれらの対応部分に対応し、図１のそれらの対応部分と実質的に同一の方法で動作することに留意のこと。図６に示される実施形態は、２つのみのパラレルなシステムを有するが、代替の実施形態は、さらなるパラレルなシステムを任意に含み得ることに留意のこと。
【００６８】
別の実施形態では、システムＡおよびＢは、流体５の所望の品質および／または状態の迅速な検出または分析に適した異なる周波数範囲および／または異なるＤＣオフセット範囲で平行して（実質的に上記のように）別々に動作される。例えば、システムＡは、破局的な流体失敗に関する迅速な検出または詳細な分析を供給する適切な周波数範囲およびＤＣオフセット範囲で任意に動作されるが、一方で、システムＢは、比較的長期間の流体の分解または劣化に関する迅速な検出または詳細な分析を供給する適切な周波数範囲およびＤＣオフセット範囲で動作される。
【００６９】
上記の実施形態は、周波数の連続する範囲でＡＣ電圧を生成することができる信号生成器を採用する。この信号生成器は図２、３および４に示される種類の電気化学インピーダンスのプロットを生成するために任意に用いられる。さらに、信号生成器（例えば、図１および６のもの）のいくつかはまた、ＤＣオフセット電圧の連続する範囲を有するＡＣ電圧を生成することができる。しかしながら、代替として、信号生成器は、特定の用途のために所望のように所定数の別個の周波数および／または所定数の別個のＤＣオフセット電圧を生成するだけでもよい。
【００７０】
図７を参照すると、グラフは、特定の高度に電気的に抵抗性の流体に対する百分率劣化または分解の関数としてのＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍの変化を示す。示されているのは、３つの別個の周波数／ＤＣオフセット電圧の対、すなわち、（ｆ／Ｖ）_１、（ｆ／Ｖ）_２および（ｆ／Ｖ）_３に対するプロットである。曲線１４０、１４１は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_１での酸化分解に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍであり、曲線１５０、１５１は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_１での汚染分解に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。曲線１４３、１４４は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_２での酸化劣化に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍであり、曲線１５３、１５４は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_２での汚染分解に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。曲線１４６、１４７は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_３での酸化分解に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍであり、曲線１５６、１５７は、それぞれ、周波数／ＤＣオフセット電圧（ｆ／Ｖ）_３での汚染分解に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。この図では、電気化学インピーダンスの変化は、劣化の線形関数である。すなわち、曲線は、Ｐ_ＯまたはＰ_Ｃの関数として変動するまっすぐの直線である。ここで、Ｐ_Ｏは、酸化に起因する百分率劣化であり、Ｐ_Ｃは、汚染に起因する百分率劣化である。流体が酸化のみに起因して分解されれば、流体の状態は、曲線１４０、１４１、１４３、１４４、１４６または１４７のうちの任意の一つから簡単に決定され得る。同様に、流体が汚染のみに起因して分解されれば、流体の状態は、曲線１５０、１５１、１５３、１５６または１５７のうちの任意の一つから簡単に決定され得る。しかしながら、典型的には、流体は、複数のモードによって分解し、この例では、通常の使用の間に期待される流体の分解は、酸化および汚染の両方に起因する。酸化および汚染分解の組み合わせに起因する流体の電気化学インピーダンスの変化は、各モードに独立して起因する劣化の合計であり、示される任意の周波数／オフセット電圧に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍの全体の変化は、各モードに対して別々に発生する変化より小さい。したがって、複数の分解モードは、図７に示されるプロットの１つのみに基づく流体状態の分析を混乱させる。それにも係わらず、酸化および汚染劣化の関数としてのインピーダンス変化の傾きが独立である場合に図７に示されるプロットの任意の２つが選択されるときに、アルゴリズムは、Ｐ_ＯおよびＰ_Ｃの固有の値に対する連立方程式を解くために用いられ得、これにより、流体の状態を決定する。
【００７１】
一般に、Ｚ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍ曲線の傾きは、所与の周波数およびＤＣオフセット電圧に対して独立でなく、したがって、固有の解に到達することを望む場合に、１より多い周波数／ＤＣオフセット電圧が望まれる。したがって、２つの劣化または分解モードが存在する場合には、異なる周波数／ＤＣオフセット電圧を有する２つの適切なポイントでの流体の電気化学インピーダンスを決定することは、大いに有利である。混乱させるように電気化学インピーダンスに影響を及ぼすさらなる（すなわち、２より多い）分解モードが可能である場合、明瞭な周波数／ＤＣオフセット電圧を有する一層大きい数の適切なポイントでの電気化学インピーダンスを決定することは、流体の状態の適切な分析を提供することが望ましい。
【００７２】
図７は線形曲線を示し、上記議論は劣化または分解モードに起因するインピーダンス変化が加わる場合に対するものであるが、同一の議論が、非線形の劣化曲線を有する高度に電気的に抵抗性の流体に対して、および、複数モードの電気化学インピーダンスが単に加わったものでない場合に有効であることに留意のこと。図７の別個の曲線に基づく流体状態の議論、または、図２、３および４の状態の曲線でさえ、種集されたデータの一つの配列に基づくことにさらに留意のこと。しかしながら、データの配列間の流体状態の変化も、受け入れられない流体状態を分析するために任意に用いられる。例として、電気化学インピーダンスデータの配列は、炭化水素流体の百分率水汚染が受入可能な制限の範囲内であることを示し得る。しかしながら、事前決定の百分率水汚染を知ることなく、制御器は、水汚染が増加している、減少しているか、または、同一を維持しているかを分析することができない。水汚染履歴を知ることによって、制御器は、百分率水が受入可能な制限を超える前に流体状態の問題が存在することを分析し得る。
【００７３】
図８を参照すると、流体モニタリング装置の別の例示の実施形態が示され、複数の平行な独立に動作される電気化学モニタリングシステムＡ〜Ｆを有している。図８に示される例示の実施形態は、６つの平行なシステムを有するが、代替の実施形態は、これより多いまたは少ない数の平行なシステムを任意に含み得ることに留意のこと。好適には、特定用途での平行なシステム使用の数は、流体５の組成および興味のある流体５の劣化または失敗モードの全体の数に依存する。
【００７４】
任意の場合では、それぞれのシステムＡ〜Ｆにおける素子は、図８の参照符号におけるそれらの対応するアルファベット文字で表示され、図８において同様の数についてラベルされた素子は、図１のそれらの対応部分に対応し、図１のそれらの対応部分と実質的に同一の方法で動作する。しかしながら、信号生成器１３Ａ〜１３Ｆは、それぞれ、固定された周波数／ＤＣオフセット電圧を含む明瞭な電気出力を提供する。示されるように、生成器１３Ａ〜１３Ｆに対する固定された周波数／ＤＣオフセット電圧は、それぞれ、（ｆ／Ｖ）_Ａ、（ｆ／Ｖ）_Ｂ、（ｆ／Ｖ）_Ｃ、（ｆ／Ｖ）_Ｄ、（ｆ／Ｖ）_Ｅおよび（ｆ／Ｖ）_Ｆである。図１の実施形態とは別の特徴は、この実施形態における制御器１９が、それらがそれぞれ一つのみの周波数／ＤＣオフセット電圧を生成するために、信号生成器１３Ａ〜１３Ｆの出力を制御しないことである。図８の実施形態は、有利にも、明瞭に固定された周波数／ＤＣオフセット電圧での測定を同時に有する、図５の複数の平行な電気化学測定を取得する。
【００７５】
高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学インピーダンスは、流体の温度の関数として変動する。図９は、ＤＣオフセット電圧Ｖ_Ｏおよび温度Ｔ_１およびＴ_２で取られた高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学インピーダンスを示すグラフである。ここで、Ｔ_１は、Ｔ_２より大きい。Ｔ_１での曲線１７５およびＴ_２での曲線１７６は、両方とも同一の周波数範囲を用いて生成される。分析的または経験的なデータのいずれかが、曲線１７５の第一の部分に対して曲線１７６のデータを温度補正するために任意に用いられるが、曲線１７５は、曲線１７６に含まれない流体についての情報（例えば、曲線１７６では不完全である曲線１７５の完全なより小さい半円部分に留意のこと）を含む。それにも係わらず、より低い周波数（すなわち、温度Ｔ_１で流体をテストするために用いられるものより低い）を用いることによって、より低い温度Ｔ_２での流体をテストするために、流体に関する同一レベルの詳細および／または情報が取得可能である。しかしながら、より低い周波数は、有意により長いデータ収集時間を必要とし、これにより、流体の品質および／または状態決定の応答時間に負に影響する。
【００７６】
したがって、本発明の好適な実施形態により、流体の温度は、加熱することを介して任意に調節されて、応答時間を最適化する。好適には、温度調節は、利用可能なパワー、パッケージング、および可能な流体分解の制約内で実行される。流体加熱は、流体が正常な動作の下で広範囲の温度を経験する場合の用途において特に望ましい。例えば、「断続性のサービス」エンジンでは、オイル温度は、頻繁に、周囲および最終の動作温度の間で変動する。別の例として、金属作動流体の温度は、しばしば、時間単位のスループットおよび金属作動設備のツール状態の関数として変動する。流体をモニタリングしながら流体温度を調節することは、流体の温度範囲が比較的大きい場合に、固定された周波数／ＤＣオフセット電圧データの温度補正がより困難であり得る場合に図８に示される実施形態に対して特定の利益がある。
【００７７】
図１０を参照すると、本発明の局面に従う温度調節特性を組み込む流体モニタリング装置の例示の実施形態が示される。特に、図１０は、流体５の温度調節のためのさらなるシステムまたは装置を有する図１の流体モニタリング装置を示す。示されるように、温度調節システムは、ヒータ１７８と、流体５の温度を制御するための温度制御器１８０を含む。ヒータ１７８は、流体５中に浸漬され、マウント１８２でコンジット７内に固定保持される。温度制御器１８０は、電気コンジット１８４を介して熱電対３をモニタリングし、電気コンジット１８６、１８８を通じてヒータ１７８に電力を選択的に印加し、所望のレベルに流体の温度を達成および維持する。
【００７８】
任意に、流体５が指定された制御温度、例えば、流体モニタリングの開始にない場合、制御器１９は、流体の品質および／または状態を分析するために、信号生成器１７からのデータを温度補正するようにプログラムされるか、または、制御器１９は、指定された制御温度に到達されるまで流体の品質および／または状態を分析しないようにプログラムされ得る。流体５が、熱電対３によって感知されるように、制御温度にない場合、制御器１９は、その影響についての情報を出力するように任意にプログラムされる。さらに、流体５の温度が指定された制御温度を達成していない場合、制御器１９は、モニタリング装置が正しく機能していないことの情報を出力するように任意にプログラムされる。
【００７９】
図１０に示されていないが、代替の実施形態は、任意に、電気コンジットを通じて制御器１９によって制御される温度制御器１８０を有する。この代替の実施形態では、制御器１９は、信号プロセッサ１７からの入力または他の関連する入力に基づき温度制御器１８０に対する指定された制御温度を決定および設定する。
【００８０】
図１０において示された目的のために互いに離間して示されるが、互いに対するヒータ、電極および／または温度センサの位置は、特定の用途に有利な近接を達成するように選択されることに留意のこと。例えば、装置が比較的小さい電極分離によりコンパクトにパッケージングされる場合、流体加熱は、電極１、２を加熱し、電極の間または直近の電極中のいずれかで流体温度をモニタリングすることによって任意に達成される。
【００８１】
上記説明は、オンライン環境における連続する流体のモニタリングを提供するが、フレッシュな流体がシステムに加えられるときを認識することが、流体の品質および／または状態をモニタリングする場合に有利であり得る。実質的に２つのタイプの流体リフレッシュメント、すなわち、実質的または全体的な流体置換（例えば、完全なオイル交換）と、断続リフレッシュメント（例えば、燃料補給）がある。本発明の局面によると、いずれか一方または両方のタイプのリフレッシュメントに適したフレッシュな流体の認識が、流体モニタリング装置またはデバイスの組み込まれた特徴である。
【００８２】
図１１を参照すると、グラフは、特定の周波数およびＤＣオフセット電圧における、完全な流体変化が時間「Ａ」においてなされる場合の時間の関数としての高度に電気的に抵抗性の流体のＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍを示す。曲線１９０、１９２は、それぞれ、「閉じた」流体システム、すなわち、流体が使用中に消費されないまたは損失がないシステムの場合に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。ここで、流体は、同一品質のフレッシュな流体で置き換えられる。時間「Ａ」において、曲線１９０、１９２は、０値に等しい時間に戻る。これは、置換された流体がフレッシュだったときである。曲線１９４、１９６は、それぞれ、流体が異なる品質のフレッシュな流体で置換された場合に対するＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。時間「Ａ」において、１９４、１９６は、０値に等しい時間に戻らない。
【００８３】
完全な流体置換のみが発生する場合の用途のために、流体変化を識別するために選択され得る一つの技術は、所定タイプまたは全ての急激かつ重大な電気化学インピーダンス変化のいずれかを流体変化として解釈するように制御器１９をプログラムすることである。この技術では、制御器１９が流体変化が発生したことを決定する場合、制御器１９は、流体の品質を分析し、流体の品質について通信するために電気化学インピーダンスデータの次の配列を用いる。流体の変化を識別する別の方法は、制御器１９が、流体変化が発生したという、流体モニタリング装置の外側からの結論的な情報を受け取るための入力を含むことであり、例えば、サービス技術者は、手動で示すか、または、制御器１９に入力し得るか、あるいは、流体が変化された場合に制御器１９をリセットし得る。
【００８４】
上記方法は、全体的な流体置換のみが発生する場合の用途のために良好に作用するが、多くの用途は、従前の流体のすべて除去されるわけではなく（いわゆる、断続リフレッシュメント）、フレッシュな流体付加を行う。例えば、ある種の用途は、動作中に消費されたまたは失われた流体を置換するために部分的なフレッシュな流体付加を供給し、他の用途は、使用された流体に対するフレッシュな流体の部分的な交換によって使用中の流体の品質を維持する。図１２は、「実質的に閉じられた」システム、すなわち、いくつかの流体消費または損失が起こり得るシステムの場合に対する時間の関数として、特定の周波数／ＤＣオフセット電圧での流体のＺ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍのグラフを示す。ここで、フレッシュな流体の２つの部分的な付加は、時間「Ｂ」および「Ｃ」でなされ、完全な流体置換は、時間「Ｄ」になされる。曲線２００、２０２は、それぞれ、Ｚ_ｒｅａｌおよびＺ_ｉｍである。時間「Ｂ」および「Ｃ」でのデータを解釈することは、付加されたフレッシュな流体の濃度（すなわち、全体の流体容積に対するフレッシュな流体の百分率）を知ることなしでは問題がある。フレッシュな流体濃度データなしで、時間「Ｃ」よりも時間「Ｂ」での曲線２００、２０２のより大きな変化が付加されたフレッシュな流体のより大きい百分率、付加されるフレッシュな流体の異なる品質、または両方に起因し得る。
【００８５】
好適な実施形態では、高度に電気的に抵抗性のモニタリング装置は、フレッシュな流体濃度についての情報を取得して、フレッシュな流体の品質が部分的な流体置換が選択的になされる場合の用途において固有に決定されることを可能にする。濃度情報は、独立の外部ソースから、例えば、制御器１９への入力を介して任意に取得される。すなわち、フレッシュな流体付加がなされたという情報に加えて、フレッシュな流体の濃度情報またはフレッシュな流体濃度の決定を可能にする情報も、入力され得る。動作において、制御器１９は、入力情報および信号プロセッサ１７からのデータの次の配列を用いて、流体品質分析を行い、通信コンジット３６を通じて流体の品質についての情報を通信する。
【００８６】
代替の実施形態では、完全なまたは部分的なフレッシュな流体付加についての入力情報は、外部ソースから入来しない。図１３を参照して、図１の流体モニタリング装置がフレッシュな流体付加（完全または部分的）をモニタリングし、これにより、外部入力なしでなされる流体の品質分析を供給するためのさらなるシステムとともに示される。
【００８７】
図１３に示されるように、流体５は、デバイスまたはシステム（図示せず）の流体サーキットに含まれる。これは、コンジット７と、流体リザーバ２０５とを含む。通常のデバイスまたはシステム動作では、流体５は、リザーバ２０５から、コンジット７を含む流体サーキットを通じて循環する。この場所で、流体は、用いられるか、または消費されるために用いられる。多くの用途では、コンジット７を通じた循環後に流体５のすべてまたは一部がリザーバ２０５に戻される。
【００８８】
信号プロセッサ１７は、電気コンジット２１２を通じてレベルセンサ２１０をモニタリングする。信号プロセッサ１７は、モニタリングされた入力を、電気コンジット３４を通じて制御器１９に入力される適切な信号に変換する。好適には、信号プロセッサ１７は、レベルセンサ２１０および電気コンジット２１２を用いて流体５のレベル２０７を連続してモニタリングし、フレッシュな流体付加の濃度を決定するためにレベル情報を用いるようにプログラムされる制御器１９にレベル情報を通信する。各時間にフレッシュな流体付加が決定され、制御器１９は、決定されたフレッシュな流体濃度、および信号プロセッサ１７からの電圧、電流および温度情報を用いるようにプログラムされ、付加されたフレッシュな流体の品質および流体５の全体的な容積の状態を分析する。制御器１９は、通信コンジット３６を用いて、例えば、正しくない品質の流体がリザーバ２０５に付加された場合または流体５の状態が受け入れ可能な制限の範囲にない場合にオペレータまたはサービス技術者に警報を発するために任意に用いられる分析された品質および状態の情報を出力する。あるいは、分析された品質および／または状態の情報は、流体５の状態を維持するか、または、流体５を用いてデバイスまたはシステムを制御するより高いレベルのシステム（図示せず）よって任意に用いられる
電極１、２および熱電対３は、図１３では、コンジット７に取り付けられるように示されるが、任意に、それらは、流体５の十分な混合が発生するポイントに浸漬された場所に流体リザーバ２０５に同様に取り付けられる。これは、そのように取り付けられる場合に、流体モニタリング装置がレベルセンサを含む単一のモジュールに一緒にパッケージングされ得る限り、有利である。
【００８９】
好適には、図１３の実施形態は、用いられた流体５の除去、消費、または損失がフレッシュな流体の付加と同時でない場合、または流体除去、消費または損失が予測可能であり、かつ制御器１９のアルゴリズムにプログラムされる場合の用途のために用いられる。任意に、レベルセンサ以外のデバイスは、リザーバ２０５へのフレッシュな流体付加の濃度を決定するために用いられる。例えば、流体リザーバ２０５を満たすまたは排出するために用いられるコンジット内の１つの流体フローメータまたは複数の流体フローメータは、フレッシュな流体付加および／または濃度を決定するために流体リザーバ２０５内のレベルメータ２１０の代わりまたはこれに加えて用いられる。
【００９０】
（実施例）
本発明の教示を立証するために、エンジンオイルの電気化学インピーダンス（最初に約１０^８オーム−ｍの２０℃バルク抵抗率を有する）が、固定された間隔で動作しているガソリン内部燃焼エンジンから除去された一連のサンプルに対して測定される。測定は、２つの１ｃｍ^２の平行なプレート白金電極（０．５ｍｍ電極分離を有し、流れる流体に浸漬される）を用いてなされた。測定は、約１０℃の増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）において約４０℃〜約１２０℃の範囲を超える固定された温度でなされた。Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ（Ｒ）Ｉｎｃ．によるＶｏｌｔａｌａｂ４０（Ｒ）電気化学ワークステーションのソフトウェアが電極への信号を提供し、電気化学インピーダンスを計算するために用いられた。ピークＡＣ電圧振幅は、約±０．５Ｖであった。約１０°ＭＨｚ〜約１０°ｍＨｚの周波数範囲が範囲を超えるデータを収集するために約５０分が要求される約１１６個の周波数を用いて採用された。用いられたＤＣオフセット電圧は、約０、約３、約６、約９、約１２および約１４Ｖである。この実施例において取得されたデータは、図２および３に示された電気化学インピーダンスデータに一致した。０ＤＣオフセット電圧の電気化学インピーダンス曲線は、使用に起因して劣化されたエンジンオイルのように相対的にほとんど変化しないことを示す。非０ＤＣオフセット電圧の電気化学インピーダンス曲線は、使用に起因してオイル劣化についてかなりより詳細に示した。
【００９１】
本発明は、好適な実施形態を参照して記載されたが、前述の詳細な説明を読みかつ理解すると、明らかに、改変および代替が、他に対して発生する。意図は、添付の請求項またはその均等物の範囲内にある限りとして本発明がすべてのこのような改変および代替を含むとして解釈されることにある。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、本発明の局面に従うオンラインの流体モニタリング装置を示す概略図である。
【図２】図２は、フレッシュな高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学インピーダンスを示す代表的なグラフである。
【図３】図３は、酸化のために劣化された後の図２の流体の電気化学インピーダンスを示す代表的なグラフである。
【図４】図４は、汚染のために劣化された後の図２の流体の電気化学インピーダンスを示す代表的なグラフである。
【図５】図５は、本発明の局面に従うオンライン流体モニタリング装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の局面に従うオンライン流体モニタリング装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図７】図７は、３つの固定された周波数およびオフセット電圧でモニタリングされた高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学インピーダンスの酸化および汚染の劣化依存を示す代表的なグラフを含む。
【図８】図８は、本発明の局面に従うオンライン流体モニタリング装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は、高度に電気的に抵抗性の流体の電気化学インピーダンスの温度依存を示す代表的なグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の局面に従うオンライン流体モニタリング装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図１１】図１１は、流体の電気化学インピーダンスについての全体の流体置換の効果を示す代表的なグラフを含む。
【図１２】図１２は、流体の電気化学インピーダンスについての部分的なフレッシュな流体付加の効果を示す代表的なグラフを示す。
【図１３】図１３は、本発明の局面に従うオンライン流体モニタリング装置の別の実施形態を示す概略図である。

Claims

高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングする方法であって、
ａ）潤滑剤、天然および／または合成モータオイル、標準の添加剤および／または添加物、燃焼エンジン燃料、輸送および工業用途に用いられる他の炭化水素ベースの流体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択された流体にわたって、第１の電気応答が結果として得られるように第１の周波数および第１のＤＣオフセットでＡＣ電気ポテンシャルを印加する工程と、
ｂ）該結果として得られた第１の電気応答を測定する工程と、
ｃ）該流体にわたって、非０第１ＤＣオフセット電圧に対して第２の周波数、第２のオフセットまたはそれらの組み合わせでＡＣ電気ポテンシャルを印加する工程であって、該第２の周波数および該第２のＤＣオフセットは、それぞれ、該第１の周波数および第１のＤＣオフセットとは異なる、工程と、
ｄ）該結果として得られた第２の電気応答を測定する工程と、
ｅ）該各第１および第２の印加された電気ポテンシャルに対する該測定された第１および第２の電気応答から該流体の品質および／または状態を分析する工程と
を包含する、方法。
ａ）所定の電気インピーダンス、分析された流体の品質状態およびそれらの組み合わせに基づきＡＣポテンシャルを繰り返し印加する工程と、
ｂ）前記結果として得られた電気応答を繰り返して測定する工程と、
ｃ）所定の電気インピーダンス、分析された流体品質状態およびそれらの組み合わせに基づいて、前記各第１および第２の印加された電気ポテンシャルに対する前記測定された第１および第２の電気応答および／または測定された第１および第２の電気応答の変化から前記流体の品質および／または状態を分析する工程と
を包含する、請求項１に記載の方法。
前記流体の温度を測定する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
モニタリングされた流体の完全な置換または部分的なリフレッシュメントのいずれかが発生した場合にリフレッシュメント流体の品質を決定する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングする方法であって、
ａ）流体であって、潤滑剤、天然および／または合成モータオイル、標準の添加剤および／添加物、燃焼エンジン燃料、輸送および工業用途において用いられる他の炭化水素ベースの流体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、流体にわたって、非０ＤＣオフセットを有する少なくとも一つのＡＣ電気ポテンシャルを有する少なくとも２つの異なるＡＣ電気ポテンシャルを含むＡＣ信号を印加する工程と、
ｂ）各印加されたポテンシャルで該流体の電気応答を測定する工程と、
ｃ）該印加されたＡＣ信号および対応する測定された電気応答を用いて該流体の品質および／または状態を分析する工程と
を包含する、方法。
前記ＡＣ信号は、ＡＣ電気ポテンシャルであり、前記ＤＣオフセットは固定保持され、前記周波数は、連続する方法、少なくとも一つの非０ＤＣオフセットに対する一連の別個の周波数段階、または、これらの組み合わせから選択される方法によって、ある周波数から別の周波数に掃引される、請求項５に記載の方法。
前記ＡＣ信号は、ＡＣ電気ポテンシャルであり、前記周波数は、固定保持され、前記ＤＣオフセット電圧は、連続する方法、少なく一つの周波数に対する一連の別個の電圧の段階、またはこれらの組み合わせから選択される方法によって、あるＤＣオフセット電圧から別のＤＶオフセット電圧に掃引される、請求項５に記載の方法。
前記流体の温度における前記流体の温度変動を測定する工程と、測定された温度に基づいて前記印加されたＡＣポテンシャルを制御する工程と、モニタリングされる該流体を所望の温度に加熱する工程とを包含する、請求項５に記載の方法。
高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングするための装置であって、
ａ）モニタリングされる流体に浸漬された少なくとも一対の分離した電極と、
ｂ）非０ＤＣオフセットを有する少なくとも１つのポテンシャルを有する少なくとも２つの異なるＡＣポテンシャルを有する電気信号を該電極に印加する少なくとも１つの信号生成器と、
ｃ）該印加された信号に対する電気応答を測定する少なくとも１つのモニタと、
ｄ）該流体の品質および／または状態を決定するために印加された電気信号および対応する測定された電気応答を分析する制御器と
を含む、装置。
前記電気応答モニタは、電流センサであり、前記印加されたポテンシャルに応答して生成された電流を測定し、前記制御器は、前記信号生成器を制御する、請求項９に記載の装置。
高度に電気的に抵抗性の流体をモニタリングするための装置であって、
ａ）モニタリングされる流体と接触する感知手段と、
ｂ）該感知手段と電気的に通信する信号生成器手段であって、該信号生成手段は、非０ＤＣオフセットを有する少なくとも１つのポテンシャルを有する少なくとも２つの異なるＡＣポテンシャルを有する電気信号を該感知手段に印加する、信号生成器手段と、
ｃ）該印加された信号に対する電気応答を測定するモニタリング手段と、
ｄ）該流体の品質および／または状態を決定するために印加された電気信号および対応する測定された電気応答を分析する制御手段であって、該制御手段は、該信号生成器手段を制御する、制御手段と、
ｅ）該流体の温度をモニタリングする手段と、
ｆ）該所定の流体の品質および／または状態を該当するモニタリングされた流体温度で補正するための手段と、
ｇ）該モニタリングされた流体温度により該信号生成器手段を制御するための手段と、
ｈ）モニタリングされる該流体の温度を調節するための手段と、
ｉ）モニタリングされる該流体が全体に置換されるか、部分的にリフレッシュされるとき、およびリフレッシュする流体の濃度を決定するための手段と
を含む、装置。
高度に抵抗性の流体をモニタリングする方法であって、
ａ）該流体に第１の電気信号を印加する工程であって、該第１の電気信号は、第１の時間変動成分および第１の時間不変動成分を有する、工程と、
ｂ）該第１の電気信号に対する第１の電気応答を測定する工程と、
ｃ）該流体に第２の電気信号を印加する工程であって、該第２の電気信号は、第２の時間変動成分および第２の時間不変動成分を有する、工程と、
ｄ）該第２の電気信号に対する第２の電気応答を測定する工程と、
ｅ）該測定された第１および第２の電気応答の少なくとも１つを用いて該流体の状態および品質の少なくとも１つを決定する工程と
を包含する、方法。
前記第２の時間変動成分および前記第２の時間不変動成分の両方は、それぞれ、前記第１の時間変動成分および前記第１の時間不変動成分とは異なる、請求項１２に記載の方法。
前記第２の時間変動成分は、前記第１の時間変動成分とは異なり、かつ、前記第１および第２の時間不変動成分の少なくとも１つは、非０である、請求項１２に記載の方法。