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 - Google Patents
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Abstract
Description
【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RON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。RON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R2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R2は、ADC入力端子用の直列保護抵抗器として役立つ。抵抗器R2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R2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R2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VDC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VDC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、t1<t2<Tである時刻t1およびt2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V1およびV2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V1およびV2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t1およびt2の間で減少するであろう。したがって、電圧V2は、図3のケースBで示されるように、電圧V1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、
V0=((V1t2)−(V2t1))/(t2−t1)
で与えられる。電圧V0は時刻t=0に対応するため、電圧V0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、Vdiff=V2−V1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V0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Microchip Semiconductor Corp.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V1およびV2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、VDC=5ボルト、RON=60Ω、R1=200Ω、R2=4.7kΩ、t1=10μs、t2=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R2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V1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D1に変換される。デジタル電圧D1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V2'は、ADC104を介してデジタル電圧D2'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、Ddiff=D1−D2'を計算し(ステップ8)、次に、差電圧Ddiffを所定のしきい値電圧Dthと比較する(ステップ9)。差電圧Ddiffが所定のしきい値電圧Dth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D1およびD2'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D0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D1およびD2'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D1およびD2'がそれぞれ65および70に等しいところでは、値D0(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D0に対応するアナログ電圧A0は、(5)(55)/(255)=1.08ボルトに等しい。回路に、すなわち、抵抗器R1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V0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、RWATER=666.7Ωに対応する。電圧分割法則を用いると、
180/255=666.7Ω/(RWATER+RON+R1)
であり、ここで、RON+R1=277.8Ωである。上述したように、RON=60Ωであるため、抵抗器R1について、約200Ωの値が選択される。出願人は、抵抗器R1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V0電圧より大きな計算されたV0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V0電圧値は、B−2ΔBCであり、その値は、実際のV0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V0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V0電圧の推定値を生成することができる。
【0032】
V0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
V0=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V0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V0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V0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Vi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Di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Di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Ddiffは、しきい値Dth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V0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V0、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V0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V0の関数として出力信号を生成する(172)。たとえば、電圧V0は、しきい値Vth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Vth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V0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V0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 (25)
- 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。
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