JP2005507490A

JP2005507490A - プローブ汚染補償を含む導電率測定用の装置および方法

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Publication number: JP2005507490A
Application number: JP2002583961A
Authority: JP
Inventors: コッキング，アンドリュー，ジェー．; チャン，ウェイ，イン，セドリック; リヴィングストン，ジェイムス，ダブリュ．
Original assignee: ディバーシーレーバー，インコーポレーテッド
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US6529841B2; WO2002086481A1; EP1381853A1; US20010029435A1; EP1381853A4

Abstract

導電率測定システムは、たとえば、産業用皿洗い機の洗浄水などの水溶液に浸した第１および第２電極に１つまたは複数のＤＣパルスを供給する。第１電極の電圧は、ＤＣパルスの１つの開始後の、一連の少なくとも３つの所定の時刻において測定される（１５０、１５２、１５４、１５６）。非線形曲線当てはめ関数は、一連の少なくとも３つの電圧測定値に適用されて、ＤＣパルス（複数可）の開始（一般に、時刻ｔ＝０で示される）における第１電極の電圧を計算するようにする（１７０）。次に、時刻ｔ＝０における、得られる計算された電圧を使用して、溶液の導電率を計算する、および／または、化学薬品定量分配器の動作を制御する、および／または、別の所定のシステム解析またはシステム制御機能を行なうようにする（１７２、１７４、１７６、１７８）。さらに、第１および第２測定電圧などの測定電圧のうちの２つの間の差を所定のしきい値と比較して、分極補償がもはや可能でないほどに電極が汚染されているかを判断するようにして、それによって、電極が洗浄されるかまたは置き換えられるべきであることを信号送信する（１６０、１６２、１６４）。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、市販の皿洗い機で使用されるような、導電率測定システムおよびその低価格プローブに関し、特に、プローブ汚染を補償する導電率測定システムに関する。
【０００２】
本出願は、１９９８年５月１３日に出願され、現在、米国特許第６，２２３，１２９号である、米国特許出願第０９／０７８，４００号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
産業用の皿洗い機は、導電率測定システムを使用して、皿洗い機の洗浄水の適切な洗剤濃度を維持するようにする。導電率測定システムは良く知られており、通常、洗浄水に浸される第１および第２電極を有するプローブを含む。ソース回路からの信号は電極に印加されて、電極間に電流を誘導する。ソース回路で反映されているこの電流は、ソース回路の電圧をソース回路のインピーダンスで割ることによって求められる。洗浄水の導電率は、次に、電極間の電流を電極の両端の電圧で割ることによって求められる。
【０００４】
水溶液、たとえば、洗浄水における電流の流れは、電極間のイオンの流れによって促進にされる。産業用の皿洗い機において、イオンは洗剤によって供給される。したがって、洗剤濃度を高めることによって、洗浄水濃度の導電率が対応して増加する。特定の洗剤についての洗浄水導電率と洗剤濃度の間の関係は、一般に、ルックアップテーブルに格納され、それによって、洗剤濃度を洗浄水導電率から容易に導出することが可能になる。
【０００５】
電流が水溶液内の電極間で誘導されるため、イオンは、電極の一方に蓄積し始める。電極表面上に蓄積するイオンはそれぞれ、有限の空間を占め、時間期間ｔ後に、イオンが蓄積する電極上にもはや利用可能な表面積がなくなるようになる。この現象（当技術分野では分極として知られている）は、電極間の電流の流れを減じ、誤った導電率測定をもたらす可能性があり、したがって、誤った洗剤濃度測定につながる。洗浄サイクル中に行われる導電率測定を用いて、洗浄水への洗剤の添加を制御するようにする。通常、洗剤は、水の導電率が、所望の洗剤濃度に関連する所定のレベルに達するまで添加される。皿洗い機の電極が分極すると、皿洗い機の制御回路によって、洗浄水の洗剤濃度が低すぎることが認識され、それによって、実際には、すでに所望の洗剤濃度であるか、それを超えているかもしれない洗浄水に対して洗剤を添加することになる。
【０００６】
さらに、上述したように使用されると、電極は、好ましくないことに、電極上に非導電性粒子を蓄積し、非導電性粒子は、次に、電極の有効面積を減ずる。結果として、電極の汚染は、上述した電極の分極を早め、したがって、電極の使用寿命を減らす。
【０００７】
理論上は、電極間に電流が誘導される瞬間の導電率を計算することによって、導電率測定に与える分極の効果を排除することができるか、または、少なくとも部分的に補償することができる。それは、時刻ｔ＝０ではイオンはまだ電極上に蓄積していないからである。ここで、電極間の電圧は、洗浄水内に電流を誘導するソース信号がちょうどあらわれる時に測定されなければならない。残念ながら、こうした手法は可能ではない。第１に、水中での電流の流れの最初の１〜２マイクロ秒の間にイオン種の間に大きな特性上の変動が存在する。洗剤のイオン種は一般にわかっていないので、最初の１〜２マイクロ秒内に行われる測定には信頼性がない。第２に、ソースパルスを作成し、次に、ソースパルスによって生じたアナログの読みを即座に取得することができる回路を作製することは非常に難しい。
【０００８】
米国特許第４，７５６，３２１号は、産業用の皿洗いシステムを開示しており、そのシステムにおいて、連続ＡＣ信号が洗浄水内に浸された第１および第２電極に印加されて、電極間に電流が誘導される。生ずる電流は、所定時間にわたって測定され、次に、その電流を使用して、洗浄水の導電率を計算するようにする。導電率は、次に、対数的にスケーリングされた洗剤濃度に変換される。ここで、電極間の連続した電流の流れによって、電極の分極が連続して増加することになる。結果として、電極は、一定間隔で、洗浄されるか、または、置き換えられねばならない。電極の修理点検は、費用がかかるばかりでなく、皿洗い機の運転効率もまた低下させる。さらに、このシステムが電極汚染を測定または予測できないことによって、電極の使用寿命を最適化することがさらに難しくなる。
【０００９】
別の手法は、たとえば、米国特許第４，１１９，９０９号に記載されるように、パルスＤＣ信号を用いて電極を駆動することを含む。そのシステムにおいて、パルスＤＣ信号は、洗浄水内の電極間に短いパルス電流を誘導する。短い電流パルスの使用によって分極が減り、したがって、米国特許第４，７５６，３２１号に開示される平均化技法と比較して、電極の使用寿命が増大する。しかし、この手法によって可能になる導電率測定は、やはり分極によって影響を受ける。さらに、米国特許第４，１１９，９０９号に記載されるシステムと同様に、このシステムは、電極汚染を測定または予測することができない。したがって、測定された導電率が正確な導電率からはずれる時またはそのはずれの程度を正確に特定することは難しく、その結果、この手法が洗剤濃度を目標レベルに維持する精度が犠牲になる。このように、電極が洗浄されるまたは置き換えられる間隔を最大にすることもまた難しく、したがって、電極の使用寿命を最大にすることは難しい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
導電率測定システムは、たとえば、産業用皿洗い機の洗浄水などの水溶液内に浸された第１および第２電極に、１つまたは複数のＤＣパルスを供給する。第１電極の電圧は、１つのＤＣパルスの開始後に、一連の少なくとも所定の時刻で測定される。曲線当てはめ関数が、一連の電圧測定値に適用されて、ＤＣパルス（複数可）の始まり（一般に、時刻ｔ＝０であると示される）における第１電極の電圧が計算される。次に、時刻ｔ＝０の結果として計算された電圧を使用して、溶液の導電率を計算する、および／または、化学薬品定量分配器の動作を制御する、および／または、別の所定のシステム解析またはシステム制御機能を行うようにする。さらに、第１および第２測定電圧などの、２つの測定電圧の差は、所定のしきい値と比較されて、分極補償がもはや可能でないほどに電極が汚染されているかを判断するようにし、それによって、電極が洗浄されるかまたは取り換えられるべきであることを信号送信する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図において同じ構成要素には同じ標識が付けられている。
【００１２】
本発明の原理は、単に簡潔にするために、参照により本明細書に援用される米国特許第４，７５６，３２１号に開示される産業用皿洗い機２０を参照して以下に記載する。本発明の実施形態は、他の産業用皿洗い機において、または水溶液の導電率を測定するのが望ましい任意の用途について使用されることができることが理解されるべきである。したがって、本発明は、本明細書において特定の例に限定するように解釈されるべきでない。
【００１３】
図１を参照すると、米国特許第４，７５６，３２１号に記載されるタイプの産業用皿洗い機２０は、本発明による導電率測定システム１００を含むように示されている。システム１００は、皿３８を洗うのに使用される洗浄水のタンク３５に浸される第１電極５４ａおよび第２電極５４ｂを有するプローブ５２に接続される。プローブ５２から受け取られた信号に応答して、システム１００は、すすぎポンプ２８、洗剤ポンプ３２、および殺菌ポンプ３１に制御信号を供給して、洗浄水内で、それぞれ、すすぎ剤、洗剤、および殺菌剤の適切な濃度を確保するようにする。すすぎ剤は、すすぎ剤供給源５８からポンプ２８によって定量分配され、洗剤は、洗剤供給源３４からポンプ３２によって定量分配され、殺菌剤は、殺菌剤供給源３３からポンプ３１によって定量分配される。皿洗い機２０の全般的な動作、ならびにそれによって実現される利点の議論については、米国特許第４，７５６，３２１号を参照されたい。
【００１４】
図２を参照すると、測定回路１００は、抵抗器Ｒ₁を介して第１電極５４ａに結合する出力端子ＯＵＴを有するマイクロ制御器１０２を含み、測定回路において、抵抗器Ｒ_ＯＮはマイクロ制御器１０２のオン抵抗をモデル化している。抵抗器Ｒ₁は、洗浄水の導電率範囲について適した値でなければならない。Ｒ_ＯＮが６０Ωである一実施形態において、以下に詳細に説明されるように、抵抗器Ｒ₁について２００Ωの値が選択される。マイクロ制御器１０２はまた、抵抗器Ｒ_２を介してプローブの第１電極５４ａに結合する入力端子ＩＮを有し、抵抗器Ｒ_２は、ＡＤＣ入力端子用の直列保護抵抗器として役立つ。抵抗器Ｒ_２は、できる限り大きくて、ＡＤＣ入力端子に対して最大の保護を提供するようにするべきであるが、抵抗器Ｒ_２はまた、ＡＤＣ１０４の入力インピーダンスに関して小さくて、信号強度を保持するようにしなければならない。マイクロ制御器１０２が、１０ｋΩほどのソースインピーダンスを用いて正確に動作することができる一実施形態において、抵抗器Ｒ_２について４．７ｋΩの値が選択される。プローブの第２電極５４ｂは、グラウンド電位に結合される。ブロック２００は、タンク３５内の洗浄水における電気的表示であり、ブロック２００において、コンデンサＣ１およびＣ２は４層コンデンサを形成し、４層コンデンサは洗浄水の分極をモデル化し、インピーダンス要素Ｚは洗浄水のインピーダンスをモデル化する。電極汚染の増加は、コンデンサのサイズを減らすことによってモデル化される。
【００１５】
マイクロ制御器１０２は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０４、ルックアップテーブル１０６、メモリ１０８（実行可能なプロシジャ、計算された値、および他の情報の格納用）中央処理ユニット１１０、およびタイミング回路１１２を含む。マイクロ制御器１０２は、電源Ｖ_ＤＣおよびグラウンド電位に接続される。
【００１６】
図３のタイミング図を参照すると、マイクロ制御器１０２は、その出力端子ＯＵＴで、Ｔの持続期間およびＶ_ＤＣに等しい振幅を有するＤＣパルスを生成する。電極５４ａの電圧は、ｔ_１＜ｔ_２＜Ｔである時刻ｔ_１およびｔ_２において測定され、それによって、メモリ１０８に格納される、測定電圧Ｖ_１およびＶ_２がそれぞれ与えられる。洗浄水内に分極がない場合、測定電圧Ｖ_１およびＶ_２は、図３のケースＡで示されるように、等しいであろう。一方、分極がある場合、電極５４ａと５４ｂの間の電流の流れは、時刻ｔ_１およびｔ_２の間で減少するであろう。したがって、電圧Ｖ_２は、図３のケースＢで示されるように、電圧Ｖ_１より大きいであろう。電極５４ａの電圧が変わるレートは、この実施形態を説明するために、ほぼ線形であると仮定しており、したがって、以下で説明する補償技法は、線形アルゴリズムを利用する。しかし、より大きな精度が望まれるところでは、より複雑で非線形な補償技法が用いられる。非線形補償技法を用いる導電率測定システムの一実施形態は、図５および６に関して以下に記載する。
【００１７】
洗浄水の導電率を計算する時、線形回帰を使用して、時刻ｔ＝０、すなわち、ＤＣパルスの始まりにおける電極５４ａの電圧を求めるようにする。時刻ｔ＝０における電極５４ａ上の電圧は、
Ｖ_０＝（（Ｖ_１ｔ_２）−（Ｖ_２ｔ_１））／（ｔ_２−ｔ_１）
で与えられる。電圧Ｖ_０は時刻ｔ＝０に対応するため、電圧Ｖ_０は分極の効果によって影響を受けない。このように、オームの法則ならびに電極５４ａおよび５４ｂの既知のＫファクタを用いて計算される洗浄水の導電率は、洗浄水内の分極によって影響を受けない。こうして、本実施形態は分極を補償する。
【００１８】
第１測定電圧と第２測定電圧の差、Ｖ_ｄｉｆｆ＝Ｖ_２−Ｖ_１は、電極が汚染されている程度を示す。したがって、差の値が、許容可能な最大の電極汚染度に対応する所定のしきい値を超える場合、マイクロ制御器１０２は、電極５４ａおよび５４ｂが洗浄されるかまたは置き換えられる必要があることをシステム２０の操作者に報知する警報信号（たとえば、デバイスの前面パネル上の赤い光または他の視覚信号）を生成する。さらに、いくつかの実施形態において、時刻ｔ＝０における測定電圧Ｖ_０が第２の所定しきい値より大きい場合、マイクロ制御器１０２は、電極５４ａおよび５４ｂが十分に汚染されており、修理点検を必要とすることを操作者に報知する警報信号を生成する。こうして、本実施形態は、汚染が十分に進んで導電率測定の精度が劣化する前に電極５４ａおよび５４ｂの修理点検を容易にする。
【００１９】
好ましい実施形態において、たとえば、１６Ｃ７２、１６Ｃ７３、または１６Ｃ７４（全てＭｉｃｒｏｃｈｉｐＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐ．から入手できる）などの高価ではないマイクロ制御器をマイクロ制御器１０２に使用して、コストを最少にするようにする。これらのマイクロ制御器は、通常、連続したアナログ測定を迅速に行うことができないため、第１および第２電圧測定値Ｖ_１およびＶ_２は、以下で説明するように、２つの別のパルスの間においてサンプリングされる。ここで、Ｖ_ＤＣ＝５ボルト、Ｒ_ＯＮ＝６０Ω、Ｒ_１＝２００Ω、Ｒ_２＝４．７ｋΩ、ｔ_１＝１０μｓ、ｔ_２＝１５μｓ、Ｔ＝２０μｓ、およびＫ＝０．４である。
【００２０】
図４のフローチャートをまた参照すると、マイクロ制御器１０２は、時刻ｔ＝０において、５ボルトの振幅を有する第１ＤＣパルスを生成する（ステップ１）。ＤＣパルスは、第１および第２電極５４ａおよび５４ｂの間に電界を誘導し、電界は、次に、洗浄水内の電極５４ａと５４ｂの間で電流の流れを生ずる。時刻ｔ＝１０μｓにおいて、マイクロ制御器１０２は抵抗器Ｒ_２を介して第１電極５４ａの電圧をサンプリングする（ステップ２）。得られるアナログ電圧Ｖ_１は、入力端子ＩＮを介してマイクロ制御器１０２に供給され、その後、ＡＤＣ１０４を介してデジタル電圧Ｄ_１に変換される。デジタル電圧Ｄ_１はメモリ１０８に格納される（ステップ３）。時刻ｔ＝２０μｓにおいて、マイクロ制御器１０２は、第１パルスを停止させ、電極５４ａは放電してグラウンド電位になる（ステップ４）。たとえば、１２５μｓなどの所定の時間期間後、マイクロ制御器１０２は、その出力端子ＯＵＴで、５ボルトの振幅を有する第２ＤＣパルスを生成する（ステップ５）。マイクロ制御器１０２は、第２パルスの開始後の１５μｓの時刻において第１電極５４ａの電圧をサンプリングする（ステップ６）。得られるアナログ電圧Ｖ_２'は、ＡＤＣ１０４を介してデジタル電圧Ｄ_２'に変換され、メモリ１０８に格納される（ステップ７）。
【００２１】
上述したように、導電率測定システム１００は、電極汚染が許容可能なレベルを超える時を皿洗い機２０の操作者に報知する。ここで、マイクロ制御器１０２のＣＰＵ１１０は、第１および第２の格納されたデジタル（２値）電圧の間の差、Ｄ_ｄｉｆｆ＝Ｄ_１−Ｄ_２'を計算し（ステップ８）、次に、差電圧Ｄ_ｄｉｆｆを所定のしきい値電圧Ｄ_ｔｈと比較する（ステップ９）。差電圧Ｄ_ｄｉｆｆが所定のしきい値電圧Ｄ_ｔｈを超える場合、マイクロ制御器１０２は、警報信号（たとえば、視覚信号および／または可聴信号）を始動して、電極が修理点検される必要があることを皿洗い機２０の操作者に報知するようにする（ステップ１０）。
【００２２】
第１および第２電圧Ｄ_１およびＤ_２'は、次に、上述の線形回帰アルゴリズムに従って、ＣＰＵ１１０によって処理されて、第１ＤＣパルスの開始、すなわち、時刻ｔ＝０において、第１電極５４ａのデジタル電圧Ｄ_０を求めるようにする（ステップ１１）。一実施形態において、デジタル電圧Ｄ_１およびＤ_２'は、８ビット数として格納される。ここで、２値数２５５はアナログ値５（ボルト）に対応する。次に、時刻ｔ＝０における計算された電圧およびオームの法則を用いて、洗浄水のコンダクタンスを計算するようにする（ステップ１２）。コンダクタンスは、ルックアップテーブル１０６を用いて洗剤濃度に変換される（ステップ１３）。
【００２３】
たとえば、デジタル電圧Ｄ_１およびＤ_２'がそれぞれ６５および７０に等しいところでは、値Ｄ_０（時刻ｔ＝０における）は、（（６５）（１５）−（７０）（１０））／（１０＋１５）＝５５に等しい。したがって、デジタル電圧Ｄ_０に対応するアナログ電圧Ａ_０は、（５）（５５）／（２５５）＝１．０８ボルトに等しい。回路に、すなわち、抵抗器Ｒ_１を通して流れる電流は、オームの法則を用いて求められる（Ｖ＝ＩＲ）。ここで、電流は、
Ｉ＝Ｖ／Ｒ＝（５−１．０８）／（６０＋２００）＝０．０１５１アンペア
に等しい。要素Ｚの未補正抵抗、したがって、洗浄水の抵抗は、
Ｒ＝Ｖ／Ｉ＝（１．０８）／（０．０１５１）＝７１．５Ω
に等しい。洗浄水の補正抵抗は、未補正抵抗をＫで割ることによって求められ、すなわち、（７１．５）／（．４）＝１７８．７５Ωであり、１／（１７８．７５）＝０．００５５９モー（またはシーメンス）＝５５９０マイクロシーメンスのコンダクタンスを与える。この測定されたコンダクタンスは、ＤＣパルスの開始、すなわち、時刻ｔ＝０に対応し、したがって、分極によって影響を受けない。こうして、導電率測定システム１００は、従来の導電率測定システムの特徴である、分極により引き起こされる誤った洗剤濃度測定を回避する。
【００２４】
Ｋファクタは電極の感度を示し、通常０．１と１０の間にあり、小さなＫファクタを有する電極は、低いコンダクタンスを測定するのにより適しており、逆に、大きなＫファクタを有する電極は、大きなコンダクタンスを測定するのにより適する。電極対でできているセルは、Ｋファクタで割ったコンダクタンスを「見る」、たとえば、０．１に等しいＫファクタを有するセルは、実際の洗浄水のコンダクタンスより１０倍大きなコンダクタンスを見る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、マイクロ制御器１０２は、計算された電圧Ｖ_０を、ベータ単位、産業用皿洗い機の洗剤溶液のコンダクタンスを求める時に使用するのに特に適している対数計量単位に変換する。ベータ単位で測定された洗浄水導電率レベルの各一単位の増加は、洗剤濃度レベルの約５％の増加に対応する（たとえば、１ガロンの洗浄水当たりの洗剤単位で測定された場合）。ベータ単位は、当技術分野ではよく知られており、したがって、本明細書では詳細には説明しない。ベータ単位の詳細な議論については、米国特許第４，７５６，３２１号を参照されたい。
【００２６】
上述の例において、電極５４ａおよび５４ｂによって形成されたセルは、０．４に等しいＫファクタを有する。ベータ単位の範囲は、こうしたセルを使用する時、０〜６０であり、セルは、実際の導電率に応じて、ベータ単位当たり約５０ミリボルト〜８０ミリボルトの間の、ＡＤＣ１０４（図２）によって測定された電圧変化を生じるであろう。マイクロ制御器１０２によって実行されるベータ単位変換ルーチンは、ルックアップテーブル１０６（図２）を用いて、電圧をベータ単位に変換するようにする。
【００２７】
洗剤なしでの洗浄水の一般的な導電率は約６００マイクロモーであり、最大の洗剤濃度を有する洗浄水の一般的な導電率は約１２，０００マイクロモーである。このように、電極５４ａおよび５４ｂによって形成された上述のセルは、実際には、６００／０．４＝１５００マイクロモー＝０．００１５モーから１２，０００／０．４＝３０，０００マイクロモー＝０．０３モーの範囲の洗浄水導電率を「見る」。この導電率範囲は、１／（０．０３モー）＝３３．３Ωから１／（０．００１５モー）＝６６６．７Ωの固有抵抗範囲に対応する。したがって、最大ベータカウント、すなわち１８０は、最小洗浄水コンダクタンス、すなわち、Ｒ_{ＷＡＴＥＲ}＝６６６．７Ωに対応する。電圧分割法則を用いると、
１８０／２５５＝６６６．７Ω／（Ｒ_{ＷＡＴＥＲ}＋Ｒ_ＯＮ＋Ｒ_１）
であり、ここで、Ｒ_ＯＮ＋Ｒ_１＝２７７．８Ωである。上述したように、Ｒ_ＯＮ＝６０Ωであるため、抵抗器Ｒ_１について、約２００Ωの値が選択される。出願人は、抵抗器Ｒ_１についての２００Ωの値が電流を安全レベルに制限したことを見出した。
【００２８】
好ましい実施形態において、上述したパルスシーケンスが２５０ｍｓごとに繰り返されて、１秒当たり４回の導電率測定が行われるが、パルスシーケンス間の間隔は、特定の用途について所望されるように調整されることができる。
【００２９】
より速い測定速度とより高い精度を有する第２実施形態
図５を参照すると、プロセッサのＯＵＴノード上のＤＣ電圧パルスによって誘導される、測定入力プローブの電圧は、測定間隔にわたって非線形軌跡を示すことが多い。「測定間隔」は、本明細書では、ＤＣパルスの開始から入力プローブ上の電圧を最後に測定するまでの時間期間であると定義される。図５に示すように、入力プローブ上の電圧の傾斜は、測定間隔中に落ちる傾向がある。結果として、第１実施形態で使用した線形近似は、真のＶ_０電圧より大きな計算されたＶ_０電圧値を生ずる傾向がある。たとえば、入力プローブ電圧が、図５に示す時刻ｔＢおよびｔＣにおいて測定された場合、計算されたＶ_０電圧値は、Ｂ−２ΔＢＣであり、その値は、実際のＶ_０電圧よりずっと大きいであろう。
【００３０】
本発明の第２の好ましい実施形態は、入力プローブ電圧特性の形状の非線形性を時間の関数として自動的に補償する。結果として、第２の好ましい実施形態は、特に、プローブが非常に汚れている時に、実質的により正確な導電率値を生成する。プローブ表面の１０％未満が、清潔であり、水溶液の導電率を求める時の使用に利用できる時、プローブは非常に汚れていると考えられる。
【００３１】
本発明の第２の好ましい実施形態の装置は、図２に示されるままである。しかし、導電率測定システムの動作は改良されている。特に、改良された導電率測定システムは、より短い間隔（ｔ＝０により近い）で入力プローブ電圧を測定し、それによって、計算されたＶ_０電圧の精度が高められる。一実施態様において、入力プローブ電圧は、３μｓｅｃ間隔で、たとえば、ｔ＝３μｓｅｃ、ｔ＝６μｓｅｃ、およびｔ＝９μｓｅｃで測定される。プロセッサが、連続する３μｓｅｃ間隔で入力プローブ電圧をサンプリングできない実施態様において、または、プロセッサのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）が、連続する３μｓｅｃ間隔の間にアナログ入力を変換できない場合、入力プローブ電圧は、これらの間隔ではあるが、異なるＤＣパルスについて測定されることができる。たとえば、入力プローブは、第１ＤＣパルス後のｔ＝３μｓｅｃにおいて測定され、第２ＤＣパルス後のｔ＝６μｓｅｃにおいて測定され、第３ＤＣパルス後のｔ＝９μｓｅｃにおいて測定されることができる。２つではなく、３つの入力プローブ電圧測定値（またはそれ以上）を用いることによって、システムは、データに非線形曲線当てはめ関数を適用して、より正確なＶ_０電圧の推定値を生成することができる。
【００３２】
Ｖ_０電圧は以下のように計算される。入力プローブ電圧は、３つの間隔でサンプリングされ、図５に示すように、電圧サンプル値Ａ、Ｂ、およびＣを生じる。これらの３つの値から以下の値が計算される。
ΔＡＢ＝Ｂ−Ａ
ΔＢＣ＝Ｃ−Ａ
Δ０Ａ＝ΔＡＢ＋（ΔＡＢ−ΔＢＣ）；／／これはΔ０Ａの計算された推定値である
Ｖ_０＝Ａ−Δ０Ａ＝Ａ−｛ΔＡＢ＋（ΔＡＢ−ΔＢＣ）｝
電圧信号の傾斜が完全に線形である場合、上述の計算は、第１実施形態と同じ結果を生ずる。しかし、電圧信号が線形でない場合、第２実施形態は、測定間隔にわたって電圧信号の傾斜の変化を考慮するΔ０Ａ値を計算する。
【００３３】
先に示した計算方法は、非線形曲線当てはめ関数の線形近似を用いる。他の実施形態、特に、より大きな計算パワーが利用できる実施形態において、曲線当てはめ関数は、（Ａ）３つを超えるサンプルに基づいてもよい、かつ／または、（Ｂ）非線形曲線当てはめ関数の線形近似の代わりに非線形曲線当てはめ関数を使用してもよい。別の観点から、限られた数の入力プローブ電圧サンプルが与えられると（しかし、少なくとも３つのかかるサンプル）、非線形曲線当てはめ関数の線形近似は、対応する非線形曲線当てはめ関数と機能的に等価であるが、より計算効率がよい。
【００３４】
電圧値Ｖ_０が求められるか、または上述した方法などの曲線当てはめ方法を用いて少なくとも近似されると、第２実施形態の動作は第１実施形態と同じである。すなわち、計算された電圧値Ｖ_０を使用して、出力信号を生成するようにする。たとえば、計算された電圧値Ｖ_０を使用して、システム内の洗浄水の導電率を求めるようにする、および／または、洗浄水内の洗剤濃度を求めるようにすることができる。導電率値または洗剤濃度値のいずれかに基づいて、次に、システムは、導電率測定システムが埋め込まれているデバイスの動作を制御するための１つまたは複数の制御信号を生成する。たとえば、制御信号を使用して、皿洗い機の洗浄水内への洗剤の定量分配を制御するようにする。
【００３５】
図６のフローチャートを参照すると、第２の好ましい実施形態の例示的な実施態様における導電率測定およびデバイス制御手順は以下のようである。第１に、入力プローブ電圧Ｖ_ｉの一連の少なくとも３つのサンプルが取得され、デジタル値Ｄ_ｉに変換され、メモリに格納される。一実施態様において、プローブ上でＤＣパルスを生成するステップ（１５０）と、パルスの開始後に適切な遅延間隔で入力プローブの電圧をサンプリングするステップ（１５２）を繰り返すことによって、このことが行われる。次に、パルスは停止し（１５４）、サンプリングされたアナログ電圧は、デジタル値Ｄ_ｉに変換され（マイクロ制御器の内部のＡＤＣによって）、その値がメモリに格納される（１５６）。パルス停止ステップおよびアナログ−デジタル変換ステップ１５４および１５６の順序は逆にしてもよい。これらのステップ１５０、１５２、１５４、および１５６は、ＤＣパルスの開始とサンプリング時刻の間で、毎回異なる遅延時間を用いて、少なくとも３回繰り返されて、事前に決めた測定間隔にわたって、入力プローブの電圧を表す一連のサンプル値を生じる。たとえば、入力プローブの電圧は、第１ＤＣパルス後のｔ＝３μｓｅｃにおいてサンプリングされ、第２ＤＣパルス後のｔ＝６μｓｅｃにおいてサンプリングされ、第３ＤＣパルス後のｔ＝９μｓｅｃにおいてサンプリングされることができる。いくつかの実施形態において、４つ、５つ、またはそれ以上のサンプルを得て、時刻ｔ＝０における入力プローブ電圧をより正確に計算するのに必要なデータを生成するようにする。
【００３６】
次に、電圧サンプル、またはそのデジタル値のうちの２つの間の差が計算される（１６０）。本明細書で使用される差は、第２サンプルと第１サンプルとの差であってよいが、実施態様に応じて、第３サンプルと第２サンプル、または第３サンプルと第１サンプルとの差であってもよい。計算された差Ｄ_ｄｉｆｆは、しきい値Ｄ_ｔｈと比較され（１６２）、差がしきい値を超える場合、警報信号が生成される（１６４）。
【００３７】
警報信号が生成されない場合（または、いくつかの実施形態においては警報信号が生成される場合でも）、次に、手順は、時刻ｔ＝０において入力プローブの電圧の最もよい近似を表す電圧Ｖ_０を計算する（１７０）。３つのサンプル電圧値および非線形曲線当てはめ関数の線形近似を用いて、電圧Ｖ_０、またはそのデジタル等価値を計算する方法は、詳細に上述されている。上で説明されているように、計算された電圧Ｖ_０はプローブが浸されている水溶液の導電率の関数であり、この値は、プローブの汚れを補償するように計算される。
【００３８】
次に、制御器は、計算された電圧Ｖ_０の関数として出力信号を生成する（１７２）。たとえば、電圧Ｖ_０は、しきい値Ｖ_ｔｈと直接比較され、制御信号は、比較の結果の関数としてオンまたはオフされることができるであろう。この例におけるしきい値Ｖ_ｔｈは、水溶液の目標導電率レベルに対応する前もって計算された値であるか、または等価的に、目標洗剤濃度レベルまたは水溶液内の他の化学薬品または成分の目標濃度に対応するであろう。このように、いくつかの実施形態において、少なくとも、時刻ｔ＝０について計算された電圧Ｖ_０は、導電率値または洗剤濃度値に変換される必要はなく、その代わりに、デバイスの動作を制御するのに直接使用されることができる。
【００３９】
第２の好ましい実施形態の一実施態様において、時刻ｔ＝０について計算された電圧Ｖ_０を使用して、第１の好ましい実施形態に関して上述した方法を用いて、皿洗い機内の洗浄水の導電率が計算される（１７４）。導電率値は洗剤濃度値に変換される（１７６）が、洗剤濃度値は、再度、第１の好ましい実施形態に関して上述した方法を用いて得ることができる。最後に、洗剤濃度値、または導電率値、または電圧値と、目標値との比較に基づいて、制御信号が生成される（１７８）。
【００４０】
好ましい実施形態において、制御値（複数可）が生成された後、制御手順は、手順が繰り返される前に、所定の時間期間が経過するのを待つ（１８０）。たとえば、制御手順の電流の繰り返し(current iteration)を始めるため、制御手順は、８分の１秒が経過するまで待ってもよいし、または、代替として、８秒（または、他の所定時間）が経過するまで待ってもよく、それによって、全制御手順が、１秒当たり（または、１分、１時間、または他の時間期間当たり）事前に決めた回数だけ繰り返される。
【００４１】
代替の実施形態
第２実施形態において、入力プローブ電圧測定値の数は４以上であってよく、使用される非線形曲線当てはめ方法は、上述した方法とは異なってもよい。たとえば、４以上のプローブ電圧測定値が取得される場合、より高次の曲線当てはめ関数を使用することができる。
【００４２】
好ましい実施形態において、導電率測定システム１００は、マイクロ制御器上で実行されるソフトウェアとして実装される。適当なプログラムモジュールは、ＣＤＲＯＭ、磁気ディスクストレージ製品、または任意の他のコンピュータ読み取り可能データまたはプログラム格納製品上に格納されることができる。コンピュータプログラム製品のソフトウェアモジュールはまた、インターネットを介するかまたはそうでなければ、搬送波上でコンピュータデータ信号（その中にソフトウェアモジュールが埋め込まれている）を伝送することによって、電子的に配信されることができる。
【００４３】
本発明の特定の実施形態が示され、述べられたが、本発明から逸脱することなく、本発明のより広範な態様において変更および修正を行なうことができること、したがって、添付特許請求項は、特許請求項の範囲内に、本発明の真の精神および範囲内にある全てのこうした変更および修正を包含するはずであることが、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による導電率測定システムが使用される産業用皿洗い機のブロック図である。
【図２】洗浄水の分極をモデル化する４相コンデンサの略図を含む、図１の導電率測定システムにおいて使用するのに適したマイクロ制御器のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態の動作に関連する種々の信号を示すタイミング図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態における、導電率測定システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の好ましい実施形態において使用される、導電率を求める曲線当てはめ方法のグラフ表示である。
【図６】本発明の第２の好ましい実施形態における、導電率測定システムの動作を示すフローチャートである。

Claims

分極を補償する、水溶液の導電率の表示を測定する方法であって、
該溶液内に位置する第１および第２電極の間に電流を誘導するためにＤＣパルスを生成すること；
前記ＤＣパルスの生成後に、一連の少なくとも３つの所定の時間間隔で、前記第１電極の電圧をサンプリングし、該サンプリングに応答して対応する一連の少なくとも３つの電圧値を生成すること；
前記ＤＣパルスの生成と同時に、前記第１電極の前記電圧に対応する値を、前記少なくとも３つの電圧値の関数として計算すること；および
前記計算された値の関数として、前記溶液の導電率に対応する出力信号を生成することからなる方法。
前記出力信号を生成することが、前記第１および第２電極の間に流れる電流を求め、該求めることに応答して、前記溶液内を流れる電流を表す電流値を生成すること；および
前記計算された値と前記電流値の関数として前記出力信号を生成することを含む請求項１に記載の方法。
前記溶液は一定濃度を有する洗剤を含んでおり、該方法がさらに、
ルックアップテーブルを用いて、前記出力信号を、前記溶液内の前記洗剤の濃度を表す濃度信号にマッピングすることからなる請求項１に記載の方法。
前記方法がさらに、差電圧を生成するように、前記少なくとも３つの電圧値のうちの第１の電圧値を前記少なくとも３つの電圧値のうちの第２の電圧値から差し引くこと；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較すること；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成することからなる請求項１に記載の方法。
前記方法がさらに、差電圧を生成するように、前記少なくとも３つの電圧値のうちの１つの電圧値を前記少なくとも３つの電圧値のうちの別の電圧値から差し引くこと；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較すること；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成することからなる請求項１に記載の方法。
前記計算された値が、非線形曲線当てはめ関数の線形近似を用いて計算されて、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項１に記載の方法。
前記計算された値が、非線形曲線当てはめ関数を用いて計算されて、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項１に記載の方法。
水溶液の導電率を測定する装置であって、
前記溶液を含むタンク内に浸すための、第１および第２電極を有するプローブと；
ＤＣパルスを生成して、前記溶液内で前記第１および第２電極の間に電流を誘導するようにする回路と；
制御器であって；
前記ＤＣパルスの生成後に、一連の少なくとも３つの所定の時間間隔で、前記第１電極の電圧をサンプリングし、前記第１電極の前記電圧の前記サンプリングに応答して対応する一連の少なくとも３つの電圧値を生成し；
前記ＤＣパルスの生成と同時に、前記第１電極の前記電圧に対応する値を、前記少なくとも３つの電圧値の関数として計算し；および
前記計算された値の関数として、前記溶液の導電率に対応する出力信号を生成するようにプログラムされている、制御器とを備える装置。
前記制御器が、前記第１および第２電極の間に流れる電流を求め、該求めることに応答して、前記溶液内の電流を表す電流値を生成し、かつ、前記計算された値と前記電流値の関数として前記出力信号を生成するための、前記制御器によって実行されるソフトウェアを含む請求項８に記載の装置。
前記溶液が一定濃度を有する洗剤を含んでおり、前記制御器が、ルックアップテーブルを用いて、前記出力信号を、前記溶液内の前記洗剤の濃度を表す濃度信号にマッピングするための、前記制御器によって実行されるソフトウェアを含む請求項８に記載の装置。
前記制御器が、
差電圧を生成するように、前記少なくとも３つの電圧値のうちの第１の電圧値を前記少なくとも３つの電圧値のうちの第２の電圧値から差し引き；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較し；
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成するための、前記制御器によって実行されるソフトウェアを含む請求項８に記載の装置。
前記制御器が、
差電圧を生成するように、前記少なくとも３つの電圧値のうちの１つの電圧値を前記少なくとも３つの電圧値のうちの別の電圧値から差し引き；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較し；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成するための、前記制御器によって実行されるソフトウェアを含む、請求項８に記載の装置。
前記計算された値が、非線形曲線当てはめ関数の線形近似を用いて計算されて、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項８に記載の装置。
前記計算された値が、非線形曲線当てはめ関数を用いて計算されて、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項８に記載の装置。
水溶液の導電率を測定する装置であって、
前記溶液を含むタンク内に浸すための、第１および第２電極を有するプローブと；
１つまたは複数のＤＣパルスを生成して、前記溶液内で前記第１および第２電極の間に電流を誘導するようにする回路と；
前記１つまたは複数のＤＣパルスのそれぞれのＤＣパルスの生成後に、第１、第２、および第３の所定時間間隔で前記第１電極の電圧をサンプリングする手段と；
前記第１、第２、および第３の所定時間間隔で前記第１電極の前記電圧の前記サンプリングに応答して、第１、第２、および第３電圧値をそれぞれ生成し、前記１つまたは複数のＤＣパルスのうちの任意の１つのＤＣパルスの生成と同時に、前記第１電極の前記電圧に対応する値を、少なくとも前記第１、第２、および第３電圧値の関数として計算し、前記計算された値の関数として前記溶液の導電率に対応する出力信号を生成する手段とを備える装置。
前記生成する手段は、前記第１および第２電極の間に流れる電流を求め、前記求めることに応答して、前記溶液内の電流を表す電流値を生成し、前記計算された値と前記電流値の関数として前記出力信号を生成するための手段を含む請求項１５に記載の装置。
前記溶液が、一定濃度を有する洗剤を含んでおり、前記生成する手段が、ルックアップテーブルを用いて、前記出力信号を、前記溶液内の前記洗剤の濃度を表す濃度信号にマッピングする手段を含む請求項１５に記載の装置。
前記生成する手段が、
差電圧を生成するように、前記第１電圧値を前記第２電圧値から差し引き；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較し；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成するための手段を含む請求項１５に記載の装置。
前記生成する手段が、
差電圧を生成するように、前記第１、第２、および第３電圧値のうちの１つの電圧値を前記第１、第２、および第３電圧値のうちの別の１つの電圧値から差し引き；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較し；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成するための手段を含む請求項１５に記載の装置。
前記少なくとも第１、第２、および第３電圧値は一連の電圧値を含み、前記計算された値は、非線形曲線当てはめ関数の線形近似を用いて計算され、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項１５に記載の装置。
前記少なくとも第１、第２、および第３電圧値は一連の電圧値を含み、前記計算された値は、非線形曲線当てはめ関数を用いて計算され、前記一連の少なくとも３つの電圧値において、もしあれば、非線形性を補償するようにする請求項１５に記載の装置。
分極を補償する、水溶液の導電率の表示を測定する方法であって、
前記溶液内に位置する第１および第２電極の間に電流を誘導するためにＤＣパルスを生成すること；
前記ＤＣパルスの生成後に、一連の少なくとも２つの所定の時間間隔で、前記第１電極の電圧をサンプリングし、前記サンプリングに応答して対応する一連の少なくとも２つの電圧値を生成すること；
前記ＤＣパルスの生成と同時に、前記第１電極の前記電圧に対応する値を、前記少なくとも２つの電圧値の関数として計算すること；および、
前記計算された値の関数として、前記溶液の導電率に対応する出力信号を生成することからなる方法。
前記方法がさらに、差電圧を生成するように、前記少なくとも２つの電圧値のうちの第１の電圧値を前記少なくとも２つの電圧値のうちの第２の電圧値から差し引くこと；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較すること；および、
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成することからなる請求項２２に記載の方法。
水溶液の導電率を測定する装置であって、
前記溶液を含むタンク内に浸すための、第１および第２電極を有するプローブと；
ＤＣパルスを生成して、前記溶液内の前記第１および第２電極の間に電流を誘導するようにする回路と；および
制御器であって；
前記ＤＣパルスの生成後に、一連の少なくとも２つの所定の時間間隔で、前記第１電極の電圧をサンプリングし、前記第１電極の前記電圧の前記サンプリングに応答して対応する一連の少なくとも２つの電圧値を生成し；
前記ＤＣパルスの生成と同時に、前記第１電極の前記電圧に対応する値を、前記少なくとも２つの電圧値の関数として計算し；および
前記計算された値の関数として、前記溶液の導電率に対応する出力信号を生成するようにプログラムされている、制御器とを備える装置。
前記制御器が、
差電圧を生成するように、前記少なくとも２つの電圧値のうちの第１の電圧値を前記少なくとも２つの電圧値のうちの第２の電圧値から差し引き；
前記差電圧を所定のしきい値電圧と比較し；および
前記差電圧が前記所定のしきい値電圧を超えている場合、前記電極が汚染されていることを示す警報信号を生成するための、前記制御器によって実行されるソフトウェアを含む請求項２４に記載の装置。