JP4044846B2 - 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 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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108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1cm2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。
Claims (10)
- 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、第2の電気応答を得るように、非0第1DC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。 - 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/または添加物、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DCオフセットは固定され、非0であり、前記AC信号の周波数は、ある周波数から別の周波数に掃引され、該掃引の間のAC信号の周波数の変化は、連続的、または離散的、または連続的および離散的の組合せである、請求項3に記載の方法。
- 前記AC信号の周波数は、固定され、前記DCオフセット電圧は、あるDCオフセット電圧から別のDCオフセット電圧に掃引され、該掃引の間のDCオフセット電圧の変化は、連続的、または離散的、または連続的および離散的の組合せであり、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3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6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、該信号生成器手段は、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該制御器のために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り、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9に記載の方法。
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