JP2017538128A - 熱特性に基づくサンプルの組成の検出 - Google Patents
熱特性に基づくサンプルの組成の検出 Download PDFInfo
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Abstract
Description
から計算することができ、ここでq´は熱伝達率(W/m2)、κは熱伝導率(W/mK)、dT/dxは温度勾配(K/m)である。第1及び第2の表面温度センサ21及び22を用いた測定によりdT/dxが求まり、κは既知であるから、q´を容易に求めることができる。次いで、q´は、式
を用いて、サンプル(例えば液体10)から第1のプローブ要素14への熱伝達と同等とみなすことができ、ここでhは表面熱伝達係数(W/m2K)、TLはサンプル(例えば液体)の温度、T1は第1の温度(第1の表面温度センサ21により測定される)である。
と表すことができ、ここでRは温度Tの関数であり下記に従う。
で与えられ、ここでCpは要素60を形成している材料の比熱容量、mは要素60の質量、Jは要素60に投入された総エネルギ、tは時間、T0は要素60の初期温度、Tは要素60の最終的な温度である。
で与えられるサンプルへのエネルギの移動もあり、ここでq´はサンプル(例えば液体)への熱伝達率である。
で与えられるヌセルト数(Nusselt number)NuLはゼロになる傾向があり、ここでκは液体の熱伝導率、Lは代表長さ(characteristic length)、hは対流熱伝達係数である。これは、ギアボックス内又は油管内等での動的液体における熱伝達を測定する場合に重要である。NuLの結果がゼロになる傾向があるということは、熱伝達の実質的に全てが液体の熱伝達係数に起因するとほぼ推定し得るということである。また、良好な液体及び良好でない液体の特性が、意図的な欠陥(1%水添加等)を与えて、あるいは既知の使用後/欠陥サンプルをテストすることによって、実験的にテストされてよい。
101 電力増幅器(例えば定格約10A)
102 蓄電器(例えば約40,000μF)
103 電源(例えばDC約30V)
104 Iのための差動増幅器
105 Vのための緩衝増幅器
R1+R2 ブリッジバランス
R3+RG アクティブブリッジハーフ
Q1 電力スイッチ(例えば高速低抵抗MOSFET)
C 電流I出力
D 電圧V出力
E ブリッジの高側
F ブリッジの低側
G パルス制御信号
R4 電流センスシャント(抵抗)(例えば20mΩ)
A+B 開発のための診断用差動信号出力
106 ダイオード整流器
107 参照電圧
Claims (37)
- サンプルの組成を検出するための装置であって、
前記サンプルに直接接触する第1の表面と前記サンプルに直接接触しない第2の表面とを提供するように構成される第1のプローブ要素と、
前記第1の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される測定システムと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置。 - 前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記第1のプローブ要素は、前記液体に直接接触する前記第1の表面と前記液体に直接接触しない前記第2の表面とを提供するように構成され、
前記処理ユニットは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記測定された熱伝達率を解析するように構成される、請求項1に記載の装置。 - 前記第1のプローブ要素は前記サンプルが収容される容器壁を貫通する、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記第1のプローブ要素を加熱するように構成される第1のプローブ要素ヒータを更に備える、請求項1〜3のいずれかに記載の装置。
- 前記測定システムは、
前記第1の表面での第1の温度を測定するように構成される第1の表面温度センサと、
前記第2の表面での第2の温度を測定するように構成される第2の表面温度センサと、を備え、
前記測定システムは、当該測定された第1及び第2の温度を用いて前記第1の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。 - 前記測定システムは、前記サンプルの温度を測定するように構成されるサンプル温度センサからの入力を受け取るように更に構成され、
前記処理ユニットは、前記サンプルの熱伝達特性の変化を検出する場合に前記サンプルの温度の測定値を用いるように構成される、請求項5に記載の装置。 - 前記サンプル温度センサを更に備える請求項6に記載の装置。
- 前記サンプルに直接接触する第3の表面と前記サンプルに直接接触しない第4の表面とを提供するように構成される第2のプローブ要素を更に備え、
前記測定システムは、前記第3の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成され、
前記処理ユニットは、前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、又は、前記サンプルが液体である場合には、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記第1及び第3の表面を通っての当該測定された熱伝達率を解析するように構成される、請求項5〜7のいずれかに記載の装置。 - 前記第1及び第3の表面は同じサイズ及び形状を有し、
前記第1及び第2のプローブ要素は、使用に際し、前記第1及び第3の表面に隣接する前記サンプルの温度が同じ場合に、前記第1の表面への熱伝達率が前記第3の表面への熱伝達率と異なるように構成される、請求項8に記載の装置。 - 前記第1のプローブ要素は第1の材料から形成され、前記第2のプローブ要素は第2の材料から形成され、前記第1及び第2の材料は、使用に際し、前記第1及び第3の表面に隣接する前記サンプルの温度が同じ場合に、前記第1の表面への熱伝達率が前記第3の表面への熱伝達率と異なるように、異なる熱伝導率を有する、請求項9に記載の装置。
- 前記測定システムは、
前記第3の表面での第3の温度を測定するように構成される第3の表面温度センサと、
前記第4の表面での第4の温度を測定するように構成される第4の表面温度センサと、を更に備え、
前記測定システムは、当該測定された第3及び第4の温度を用いて前記第3の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される、請求項8〜10のいずれかに記載の装置。 - 前記第2のプローブ要素は前記サンプルが収容される容器壁を貫通する、請求項8〜11のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の表面及び前記第3の表面から選択された一方に隣接する領域に磁性粒子又は磁化可能粒子を優先的に引き付けるように構成される磁石を更に備える、請求項8〜12のいずれかに記載の装置。
- 前記第1のプローブ要素は、前記サンプルが前記第1のプローブ要素に押し付けられた場合に前記第1の表面が変形して前記サンプルの表面に一致することを可能にするようにされている、請求項1〜13のいずれかに記載の装置。
- 前記第1のプローブ要素を加熱するための第1のプローブ要素ヒータとして機能し且つ前記第1の表面での第1の温度を測定するための第1の表面温度センサとして機能する抵抗要素を備える、請求項1〜14のいずれかに記載の装置。
- 前記抵抗要素は薄膜抵抗要素からなり、前記薄膜抵抗要素は随意的に支持材内に密閉される、請求項1〜15のいずれかに記載の装置。
- サンプルの組成を検出するための装置であって、
各々がサンプルと熱接触するように構成される1つ以上の抵抗要素と、
1)前記1つ以上の抵抗要素の各々に加熱を提供するために前記1つ以上の抵抗要素の各々に流れる電流を駆動し且つ2)前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化を測定するように構成される測定システムと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、前記1つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置。 - 前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記処理ユニットは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記1つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析するように構成される、請求項17に記載の装置。 - 1つ以上の前記抵抗要素の各々は、前記抵抗要素の表面積の少なくとも10%が随意的には前記抵抗要素を密閉する支持材を介して基板に接触するような方法で前記基板上に実装される、請求項17又は18に記載の装置。
- 1つ以上の前記抵抗要素は、前記サンプルに対向する第1の表面と前記基板に対向する第2の表面とを有する薄膜抵抗要素である、請求項19に記載の装置。
- 前記1つ以上の抵抗要素及び前記基板は、前記抵抗要素と前記基板の間の熱接触を維持しつつ、前記サンプルが前記抵抗要素に押し付けられた場合に前記抵抗要素及び前記抵抗要素を密閉する任意の支持材が変形して前記サンプルの表面に一致することを可能にするようにされている、請求項20に記載の装置。
- 1つ以上の前記抵抗要素は支持材内に密閉されている、請求項17〜21のいずれかに記載の装置。
- 1つ以上の前記抵抗要素の各々は、随意的には前記抵抗要素を密閉する支持材を介して、前記抵抗要素の表面積の90%を超えて前記基板に直接接触するように実装される、請求項17又は18に記載の装置。
- 前記1つ以上の抵抗要素は第1の抵抗要素及び第2の抵抗要素を備え、前記装置は、前記第1の抵抗要素及び前記第2の抵抗要素から選択された一方に隣接する領域に磁性粒子又は磁化可能粒子を優先的に引き付けるように構成される磁石を更に備える、請求項17〜23のいずれかに記載の装置。
- 液体内の金属汚染物質を検出するように構成される渦電流センサを更に備える、請求項1〜24のいずれかに記載の装置。
- 前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記処理ユニットは、汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化が検出された場合に前記液体の汚染の検出を示す信号を出力するように構成される、請求項1〜25のいずれかに記載の装置。 - 潤滑油のための油だめを備えるエンジン又はギアボックスであって、前記エンジン又はギアボックスは請求項1〜26のいずれかに記載の装置を備え、前記サンプルは前記潤滑油を備える、エンジン又はギアボックス。
- 燃料を貯蔵するための燃料容器であって、請求項1〜27のいずれかに記載の装置を備え、前記サンプルは前記燃料を備える、燃料容器。
- サンプルの組成を検出する方法であって、
前記サンプルに直接接触する第1の表面と前記サンプルに直接接触しない第2の表面とを有する第1のプローブ要素を提供することと、
前記第1の表面を通っての熱伝達率を測定することと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析することと、を備える方法。 - 前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記第1の表面は前記液体に直接接触し、前記第2の表面は前記液体に直接接触せず、
前記解析することは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記測定された熱伝達率を解析することを含む、請求項29に記載の方法。 - 前記第1の表面を通っての熱伝達率は、所定の汚染物質の沸点よりも低い前記第1の表面での温度で及び前記所定の汚染物質の沸点よりも高い前記第1の表面での温度で測定され、
前記熱伝達特性の変化の検出は、前記所定の汚染物質の沸点よりも低い前記第1の表面での温度で測定された熱伝達率を前記所定の汚染物質の沸点よりも高い前記第1の表面での温度で測定された熱伝達率と比較することを含む、請求項30に記載の方法。 - サンプルの組成を検出する方法であって、
各々がサンプルと熱接触する1つ以上の抵抗要素を提供することと、
前記1つ以上の抵抗要素の各々に流れる電流を駆動することによってその抵抗要素を加熱することと、
前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化を測定することと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、前記1つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析することと、を備える方法。 - 前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記解析することは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記1つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と前記1つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析することを含む、請求項32に記載の方法。 - 所定の汚染物質の沸点を含む温度範囲を経て前記1つ以上の抵抗要素の各々が加熱されている間にその抵抗要素の抵抗を測定することと、
前記所定の汚染物質の蒸気の形成に特有な当該測定された抵抗の特徴を検出することによって、前記液体における前記所定の汚染物質の存在及び/又は量を検出することと、を備える請求項33に記載の方法。 - 前記所定の汚染物質は水である、請求項33又は34に記載の方法。
- 添付の図面を参照して実質的にこれまで説明されてきたように配置され及び/又は構成される、サンプルの組成又は液体の汚染を検出するための装置。
- 添付の図面を参照して実質的にこれまで説明されてきたような、サンプルの組成又は液体の汚染を検出する方法。
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