JP6220043B2 - 流体流路を監視するための流量センサ回路 - Google Patents

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Description

本発明は、流体流路の状態を監視するための電子回路及び回路の使用方法に関する。
水分分析器、例えばコロラド州ＢｏｕｌｄｅｒのＧＥ分析機器のＳｉｅｖｅｒｓ９００実験室全有機炭素（ＴＯＣ）分析器（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ（ＴＯＣ）Ａｎａｌｙｚｅｒ）又はチェックポイント携帯／オンラインＴＯＣセンサ（ＣｈｅｃｋＰｏｉｎｔ Ｐｏｒｔａｂｌｅ／Ｏｎ−Ｌｉｎｅ ＴＯＣ Ｓｅｎｓｏｒ）などは、詰まるおそれのある小さい流路を有している。したがって、水分分析器の流路の状態を報告するための必要性が存在する。本発明はこの必要性に対処するものである。
米国特許出願公開第２００５／１８９３４３号明細書
本発明の一態様では、流体流路のための流量センサ回路は、流体流路に設けられた自己加熱サーミスタと、処理部と、定電圧源又は定電流源とを有するサーミスタ回路を含み、流量センサ回路は、サーミスタの傾きをもった立上がりを有するサーミスタの温度上昇をもたらすように、定電圧源又は定電流源によりサーミスタに十分に通電し、
処理部により立上がりの傾きを算出するように構成される。
本発明の別の態様では、処理部は、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの算出された傾きを調べて、算出された傾きを、正常な流体の流れ、停滞した流体、及び流体流路内の断続的な気泡の存在を示す所定の傾き値と比較することによって、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかを判定するように構成される。
本発明のさらなる態様では、流体流路は、サーミスタに隣接するポンプを含む。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが約１．６３＋０．３５℃／秒と１．６３−０．３９℃／秒との間にある場合には、流路の流体は正常に流れており、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが約１．０５＋０．０８℃／秒と１．０５−０．１１℃／秒との間にある場合には、流体は流路で停滞しており、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが約２．９３＋１．０２℃／秒と２．９３−０．０５７℃／秒との間にある場合には、断続的な気泡が流体内に存在する。
本発明のさらに別の態様では、水分分析器内の流体流路のための流量センサ回路は、処理部と、単一の自己加熱サーミスタとを含み、サーミスタは、水分分析器の流体流路内に設けられ、流体流路は、サーミスタに隣接して配置されたポンプを含み、サーミスタ回路は、サーミスタの立上がりを有する温度上昇をもたらすように、サーミスタに十分に通電し、立上がりの傾きを算出するように定期的に構成され、サーミスタは、定電圧源又は定電流源により通電され、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きは、処理部によって算出される。
本発明のさらなる態様では、処理部は、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きを調べて、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかを判定するように構成され、流量センサ回路は、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかについて、ユーザに情報を与えるように構成されたディスプレイをさらに含む。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、印加電圧、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、流量センサ回路は、処理部に対して、サーミスタを流れる電流量の表現を提供するように構成され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタに印加される電圧を算出し、サーミスタ回路は、サーミスタスイッチ、電圧調整器、及びサーミスタドライブをさらに含む。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、電圧降下、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、流量センサ回路は、処理部に対して、サーミスタの両端の電圧降下の値を提供するように構成され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタの両端の電圧降下を算出し、サーミスタ回路は、電流源、サーミスタスイッチ、及びデジタルアナログ変換器をさらに含む。
本発明のさらに別の態様では、流体流路内の流体の流れを検出する方法であって、本方法は、流体流路に設けられた自己加熱サーミスタと、定電圧源又は定電流源とを有する流量センサ回路を提供するステップと、定電圧源又は定電流源により通電されるサーミスタの温度上昇をもたらすように、サーミスタに十分に通電するステップと、通電されたサーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを算出して、サーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを、流体流路を流れる流体の状態に等しいとするステップとを含む。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、印加電圧、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって算出され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタに印加される電圧を算出する。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、電圧降下、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタの両端の電圧降下を処理部に提供することによって算出され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタの両端の電圧降下を算出する。
本発明のさらなる態様では、流体流路は、水分分析器の流体流路であり、水分分析器は、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかを示すディスプレイをさらに含む。
本発明のさらに別の態様では、流体流路のための流量センサ回路は、処理部と、自己加熱サーミスタと、定電圧源又は定電流源とを含み、サーミスタは、流体流路内に設けられ、流量センサ回路は、第１の期間（Ｔ１）には、サーミスタに高電流を印加し、第２の期間（Ｔ２）には、高電流がサーミスタに印加されると共に、処理部によりサーミスタの温度の複数の測定値を取得し、処理部を用いて、Ｔ２の間に取得された測定値の平均（Ｔ２ａｖ）及び標準偏差（Ｔ２ｓｄ）を算出し、第３の期間（Ｔ３）には、サーミスタに低電流を印加し、第４の期間（Ｔ４）には、高電流がサーミスタに印加されると共に、処理部によりサーミスタの温度の複数の測定値を取得し、処理部を用いて、Ｔ４の間に取得された測定値の平均（Ｔ４ａｖ）及び標準偏差（Ｔ４ｓｄ）を算出し、処理部によりＴ２ｓｄ及びＴ４ｓｄを用いて流路の状態を確認するように構成される。
本発明のさらなる態様では、処理部は、Ｔ２ｓｄ、Ｔ４ｓｄ、Ｔ２ａｖ、及びＴ４ａｖのうちの少なくとも１つを、気泡詰まり標準偏差しきい値及び空気停止標準偏差しきい値と比較して、流体流路が、正常に流れているか、気泡を含みもしくは詰まっているか、又は空気を含むかもしくは停止しているかを判定することによって、流路の状態を確認するように構成される。
本発明のさらなる態様では、処理部は、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差を空気しきい値及び停止しきい値と比較して、流路が停止しているか又は空気を含むかどうかを判定することによって、流路の状態を確認するようにさらに構成される。
本発明のさらなる態様では、処理部は、Ｔ２ｓｄ、Ｔ４ｓｄ、Ｔ２ａｖ、及びＴ４ａｖのうちの少なくとも１つを、較正しきい値、標準偏差低温故障しきい値、及び平均低温故障しきい値のうちの少なくとも１つと比較して、サーミスタが較正されているかどうか、流量センサ回路が開いているかどうか、流量センサ回路が故障しているかどうか、又は、流量センサ回路が正常に動作しているかどうかを判定することによって、流量センサ回路の状態を確認するようにさらに構成される。
本発明のさらなる態様では、サーミスタはＩＣサーミスタであり、流量センサ回路はＴＣサーミスタをさらに含み、処理部は、較正しきい値をＩＣサーミスタのＴ４ａｖとＴＣサーミスタのＴ４ａｖとの差の絶対値と比較して、ＩＣサーミスタ及びＴＣサーミスタが較正されているかどうかを判定することによって、流量センサ回路の状態を確認するようにさらに構成される。
本発明のさらなる態様では、処理部は、Ｔ２ｓｄを標準偏差低温しきい値と比較して、サーミスタが実際の温度を読んでいるかどうかを判定することによって、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差を平均低温しきい値と比較して、サーミスタが自己加熱しているかどうかを判定することによって、Ｔ２ａｖ及びＴ４ａｖのうちの１つを高温電子故障しきい値及び低温電子故障しきい値のうちの少なくとも１つと比較して、電子故障が流量センサ回路に存在するかどうかを判定することによって、流量センサ回路の状態を確認するようにさらに構成される。
本発明のさらに別の態様では、流体流路の状態を確認する方法であって、本方法は、処理部及び流体流路内に設けられた自己加熱サーミスタを有する流量センサ回路を提供するステップと、第１の期間（Ｔ１）に、高電流によりサーミスタに通電するステップと、第２の期間（Ｔ２）に、高電流がサーミスタに印加されると共に、処理部を用いてサーミスタの温度の複数の測定値を取得するステップと、処理部を用いて、Ｔ２の間に取得された測定値の平均（Ｔ２ａｖ）及び標準偏差（Ｔ２ｓｄ）を算出するステップと、第３の期間（Ｔ３）に、低電流によりサーミスタに通電するステップと、第４の期間（Ｔ４）に、低電流がサーミスタに印加されると共に、処理部を用いてサーミスタの温度の複数の測定値を取得するステップと、処理部を用いて、Ｔ４の間に取得された測定値の平均（Ｔ４ａｖ）及び標準偏差（Ｔ４ｓｄ）を算出するステップと、処理部を用いて、Ｔ２ｓｄ及びＴ４ｓｄを用いて流路の状態を確認するステップとを含む。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、印加電圧、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって測定され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタに印加される電圧を算出する。
本発明のさらなる態様では、通電されたサーミスタは、電圧降下、抵抗、温度、及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタの両端の電圧降下を処理部に提供することによって測定され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタの両端の電圧降下を算出する。
本発明のさらなる態様では、流体流路は、水分分析器の流体流路であり、流体流路は、水分分析器の流体流路であり、水分分析器は、流体流路が、正常に流れているか、気泡を含みもしくは詰まっているか、又は空気を含むかもしくは停止しているかを示すディスプレイをさらに含む。
本発明のさらなる態様では、ディスプレイは、流量センサ回路が開いているかどうか、流量センサ回路が故障しているかどうか、又は流量センサ回路が正常に動作しているかどうかをさらに示す。
本発明の利点は、例示のために図示され記載された本発明の実施形態についての以下の説明から、当業者に明らかになるであろう。理解されるように、本発明は他の及び異なる実施形態が可能であり、その詳細は様々な点で変更が可能である。
本発明のこれらの及び他の特徴、並びにそれらの利点は、例として添付の概略図面を参照しながら、ここで記載する本発明の実施形態で具体的に例示する。
本発明の一実施形態による、自己加熱サーミスタを用いた水分分析器の流路を示す図である。 本発明の一実施形態による、自己加熱サーミスタを用いた水分分析器の流路を示す図である。 本発明の一実施形態による、自己加熱サーミスタを用いた水分分析器の流路を示す図である。 本発明の一実施形態による、単一流路のための自己加熱サーミスタを用いた定電圧流量センサ回路を示す図である。 本発明の一実施形態による、複数流路のための自己加熱サーミスタを用いた定電圧流量センサ回路を示す図である。 本発明の一実施形態による、単一流路のための自己加熱サーミスタを用いた定電流流量センサ回路を示す図である。 本発明の一実施形態による、複数流路のための自己加熱サーミスタを用いた定電流流量センサ回路を示す図である。 本発明の一実施形態による、自己加熱サーミスタのためのハウジングを示す図である。 本発明の一実施形態による、自己加熱サーミスタのためのハウジングを示す図である。 本発明の一実施形態による、水分分析器を正常に水が流れる条件の下でのサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、水分分析器を停滞した流体が流れる条件のインターバルの下でのサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、気泡のインターバルが水分分析器を流れる流体に入る場合のサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、気泡のインターバルが水分分析器を流れる流体に入る場合のサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、水分分析器を停滞した流体が流れる条件のインターバルの下でのサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、水分分析器を正常に水が流れる条件の下でのサーミスタの温度応答を示す図である。 本発明の一実施形態による、処理部のメモリに記憶され、処理部により実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、処理部のメモリに記憶され、処理部により実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、処理部のメモリに記憶され、処理部により実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、処理部のメモリに記憶され、処理部により実行されるプログラムのフローチャートである。
いずれの図も、概略的なものであって、一定の比率で描かれているわけではないことに留意されたい。これらの図面のうちの一部の相対的な寸法及び比率は、図面を明瞭にするため、及び図面の便宜のために、サイズを誇張又は縮小して示してある。同じ符号は、異なる実施形態における対応する又は類似の特徴を示すために、一般的に用いられる。したがって、図面及び説明は、本質的に例示的なものとしてみなされるべきであって、限定的なものとみなされるべきではない。
近似する文言は、本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、例えば「約」という１つ又は複数の用語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。範囲の限定は組み合わせ及び／又は置き換えが可能であり、文脈及び文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含される全ての部分範囲を含む。動作の実施例又は特に示す場合を除いて、明細書及び特許請求の範囲において用いられる、成分の量及び反応条件などに関する全ての数又は表現は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されるものと理解すべきである。
「任意の」又は「任意に」は、その後に記載された事象又は状況が発生してもよいし、発生しなくてもよいこと、或いは、その後に特定された材料が存在してもよいし、存在しなくてもよいこと、並びに、その記述が、事象もしくは状況が発生する、又は材料が存在する場合、及び事象もしくは状況が発生しない、又は材料が存在しない場合を含んでいることを意味する。
本明細書において、「備える」、「含む」、「有するという用語、又はこれらの他の任意の変形は、非排他的な包含を網羅することを意図している。例えば、要素のリストを含む処理、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの要素だけに限定されるものではなく、特に列挙されないか、又はこのような処理、方法、物品、もしくは装置に固有でない他の要素を含むことができる。
単数形は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
水分分析器５は、図１に示すように、流体流路１０を有する。いくつかの水分分析器は、分析のため種々の水を格納するバイアルをサンプリングするオートサンプラを用いる。時々、バイアルがオートサンプラのサンプリング位置から誤って除外されたり、或いはバイアル瓶を不注意に空のままにしたりして、空気が流体流路の流体の流れに入ることがある。また、酸化剤を有するいくつかの水分分析器は、特定の水試料の最適条件を見つけるために酸化剤流量を自動的に調整するルーチンを使用する。酸化剤流量が高すぎると、余分な酸素気泡が発生して、ＴＯＣの適切な報告に悪影響を及ぼす。したがって、水分分析器の流路内の空気の存在を検出するための必要性が存在する。
付け加えれば、水分分析器はポンプを使用し、種々の理由のためにポンプを停止させることができる。例えば、蠕動ポンプを使用する水分析器では、蠕動ポンプのステッピングモータは、機械的に（例えば摩耗したベアリング）、電気的に（例えば腐食したケーブル接続）、又は他の理由（例えばソフトウェアのバグ）で故障することがある。また、モータとポンプヘッドとの結合が機械的に故障した場合には、モータが回転している場合であっても、ポンプヘッドが回転を停止する場合がある。これは、スチールモータ軸がポンプヘッドのプラスチックハブ部分の位置合わせ機構を剥離する場合に起こることが示されている。これらの事象のいずれも、停滞としても知られる、水分分析器の流路内の流体の流れの停止をもたらすであろう。したがって、水分分析器の流路内の流体の流れの停滞を検知する必要性が存在する。
本発明はこれらの要求の１つ又は複数に対処する。
図１を参照してここで説明する例示的な実施形態に示すように、流体流路１０は、１つの自己加熱サーミスタ１５０の使用を採用している。シングルストリーム水分分析器５のこの実施形態では、流体流路１０は、入口１５、第１の導電率セル２０、ＵＶ反応器２５、第２の導電率セル３０、サーミスタ１５０、ポンプ３５、及びドレイン４０を含む。動作中には、流体流は、入口１５から流体流路１０に入り、第１の導電率の測定を行う第１の導電率セル２０を通り、試料流体流中の全有機炭素を酸化するＵＶ反応器２５を通り、第２の導電率測定を行う第２の導電率セル３０を通って、下流方向に移動する。第２の導電率セル３０を出た後に、流体流はサーミスタ１５０を流れ、本実施形態ではサーミスタ１５０はポンプ３５の上流側に位置している。ポンプ３５は、流路１０を流れる流体流を引き出す。ポンプ３５を出た後、流体流はドレイン４０に導かれる。本発明の範囲から逸脱することなく、ポンプ３５は、これらに限定されないが、蠕動ポンプ、シリンジポンプ、遠心ポンプを含む、水分分析器で用いることができる任意のタイプのポンプを包含することが意図されている。
図２を参照してここで説明する別の例示的な実施形態に示すように、流体流路１０は、１つの自己加熱サーミスタ１５０の使用を採用している。シングルストリーム水分分析器５のこの実施形態では、流体流路１０は、入口１５、第１の導電率セル２０、ＵＶ反応器２５、第２の導電率セル３０、サーミスタ１５０、ポンプ３５、及びドレイン４０を含む。
動作中には、流体流は、入口１５から流体流路１０に入り、第１の導電率の測定を行う第１の導電率セル２０を通り、試料流体流中の全有機炭素を酸化するＵＶ反応器２５を通り、そして第２の導電率測定を行う第２の導電率セル３０を通って、下流方向に移動する。第２の導電率セル３０を出た後に、流体流は、ポンプ３５に入り、ポンプ３５は流路１０を通る流体流をポンプする。ポンプ３５を出た後、流体流は、サーミスタ１５０を通って、ドレイン４０に導かれる。
図３では、２ストリーム水分分析器５は、複数の流体流路、即ちＩＣ流体流路１０ＡとＴＣ流体流路１０Ｂとを有している。各流体流路１０Ａ及び１０Ｂは、１つの自己加熱サーミスタ１５０の使用を採用する。ＩＣ流体流路１０Ａ及びＴＣ流体流路１０Ｂは、Ｔ字管６０で分かれるまでは、各々共通の経路を共有する。さらに、ＩＣ流体流路１０Ａ及びＴＣ流体流路１０Ｂ内の試料流体は、測定モジュール７０によって別々に処理される。ＩＣ流体流路１０Ａ及びＴＣ流体流路１０Ｂ内の試料流体は、それぞれの流路からドレイン４０に排出される。
共通の経路を共有しながら、ＩＣ流体流路１０Ａ及びＴＣ流体流路１０Ｂは、試料入口１５Ａ、オンライン入口１５Ｂ、バルブ５０、及びＴ字管６０をそれぞれ含む。ＩＣ流体流路１０Ａは、測定モジュール７０、ＩＣサーミスタ１５０Ａ、ＩＣポンプ３５Ａをさらに含む。ＴＣ流体流路１０Ｂは、測定モジュール７０、ＴＣサーミスタ１５０Ｂ、及びＴＣポンプ３５Ｂをさらに含む。
動作中には、流体流は、試料入口１５Ａ又はオンライン入口１５Ｂの一方もしくは両方で水分分析流路１０に入り、バルブ５０に導かれる。本実施形態では、バルブ５０は、試料入口１５Ａ又はオンライン入口１５Ｂのいずれかに入った流入を下流側のＴ字管６０に受け渡す３方弁である。流体流が、バルブ５０とＴ字管６０との間を流れる間に、酸が酸注入部５５により流体流に注入される。Ｔ字管６０は、流体流の一部をＩＣ流体流路１０Ａに沿って導き、流体流の残りの部分をＴＣ流体流路１０Ｂに沿って導く。
Ｔ字管６０の後、ＩＣ流体流路１０Ａに沿って流れる流体流の内容は、ＩＣサーミスタ１５０Ａを流れる前に測定モジュール７０において測定され、ＩＣサーミスタ１５０Ａは試料流体流の内容と接触する。ＩＣサーミスタ１５０Ａを流れた後、流体流はポンプ３５に入る。ポンプ３５を出た後、流体流はドレイン４０に導かれる。
Ｔ字管６０の後、酸化剤注入部６５によって、ＴＣ流体流路１０Ｂに沿って流れる流体流に酸化剤が添加され、その後に流体流の内容が測定モジュール７０において測定される。それから、流体の内容は、下流側のＩＣサーミスタ１５０Ａを流れ、ＩＣサーミスタ１５０Ａは流体流の内容と接触する。ＩＣサーミスタ１５０Ａを流れた後、流体流はポンプ３５に入る。ポンプ３５を出た後、流体流はドレイン４０に導かれる。
図１〜図３から明らかなように、各流路１０は、少なくとも入口１５、ポンプ３５、及びサーミスタ１５０を含む。サーミスタ１５０は、ポンプ３５の上流側又は下流側のいずれかに配置することができることが理解される。サーミスタ１５０は、流路１０を通って移動する流体及び／又は空気の気泡などの、流路１０の内容に接触している。
最も好適には、サーミスタ１５０は、サーミスタ１５０とポンプ３５との間に測定モジュール７０や導電率セル３０などの構成要素が介在せずに、ポンプ３５の直ぐ上流又は下流で、ポンプ３５に隣接して配置される。
図４Ａを参照してここで説明する例示的な実施形態に示すように、流量センサ回路１００は、１つの流路に対して１つの自己加熱サーミスタ１５０を使用する定電圧サーミスタ回路である。サーミスタ１５０は、流路１０を流れる流体に接触するように配置される。ホットサーミスタ１５０が流体に接触すると、流体は、サーミスタ１５０から熱を奪い、サーミスタ１５０の温度を低下させ、したがってサーミスタ１５０の抵抗を上昇させる。
本実施形態では、流量センサ回路１００は、電圧調整器１２０、サーミスタスイッチ１２５、サーミスタドライブ１３０、トランスインピーダンスアンプ１３５、アナログデジタル変換器１４０、処理部１４５、ディスプレイ１６０、及び任意の補助機器１５５をさらに含む。本実施形態では、定電圧源は、電圧調整器１２０、サーミスタスイッチ１２５、及びサーミスタドライブ１３０を含む。電圧調整器１２０、サーミスタスイッチ１２５、及びサーミスタドライブ１３０の１つ又は複数は、単一の構成要素に統合することができると考えられる。
さらに、他の実施形態では、処理部１４５は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル論理コントローラ、又は同様の機能を有する別のタイプのコントローラであってもよいと考えられる。処理部１４５は、メモリ１４６を有する。さらに、当業者は、アナログデジタル変換器１４０としても機能する処理部１４５を使用することを選択し得ると考えられる。
動作中には、サーミスタスイッチ１２５は、処理部１４５から信号を受け取り、その信号によって処理部１４５はサーミスタスイッチ１２５を制御することができる。サーミスタスイッチ１２５が処理部１４５から高い信号を受け取ると、サーミスタスイッチ１２５は、電圧調整器１２０によって生成された電圧をサーミスタドライブ１３０に渡し、サーミスタドライブ１３０は、サーミスタハウジング５００内に配置されたサーミスタ１５０に、サーミスタ１５０を加熱するのに十分な正確な電圧を印加する。一実施形態では、サーミスタドライブ１３０は、精密な演算増幅器である。サーミスタ１５０の抵抗値は、サーミスタハウジング５００内の流体の温度及び内容で著しく変化し、それは標準的な抵抗器よりも大きい。
トランスインピーダンスアンプ１３５は、サーミスタ１５０を流れる電流量を測定し、サーミスタ１５０を流れる電流量を表す電圧を生成する。トランスインピーダンスアンプ１３５により生成された電圧は、処理部１４５に渡される前に、アナログデジタル変換器１４０によりデジタル化される。
トランスインピーダンスアンプ１３５が生成する電圧はサーミスタ１５０を流れる電流量を表しているので、処理部１４５は、デジタル化されたトランスインピーダンスアンプの電圧値に基づいて、サーミスタ１５０を流れる電流量を決定することができる。さらに、電圧調整器１２０は、サーミスタ１５０に既知の電圧値を印加するので、処理部１４５は、オームの法則を用いてサーミスタ１５０の抵抗を算出する（Ｖ＝ＩＲ、ここでＶは電圧調整器１２０によってサーミスタ１５０に印加される電圧であり、Ｉはサーミスタ１５０を流れる電流量であり、Ｒはサーミスタ１５０の抵抗である）。サーミスタ１５０の抵抗が分かると、処理部１４５は、式Ｔ＝１／［Ａ＋Ｂ＊ｌｎ（Ｒ）＋Ｃ＊（ｌｎ（Ｒ））3］−２７３．１５（Ｒはオームの法則を用いて、上で算出されたΩ単位でのサーミスタの抵抗であり、Ｔは℃単位でのサーミスタの温度）で定義されたサーミスタ１５０の抵抗温度曲線を用いて、サーミスタ１５０の温度を算出する。Ａ、Ｂ、及びＣは、サーミスタごとに変化するサーミスタ定数である。一実施形態では、サーミスタ１５０は、ＧＥ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｐ／Ｎ Ｐ６０ＡＢ１０３Ｍ−ＮＴであり、Ａ＝１．１２６８ｘ１０-3、Ｂ＝２．３４８ｘ１０-4、Ｃ＝８．２８２ｘ１０-8である。
図４Ｂを参照してここで説明する例示的な実施形態に示すように、流量センサ回路１００は、２つの自己加熱サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを使用した定電圧サーミスタ回路であり、各サーミスタは別々の流路にある。一実施形態では、図３に示すように、サーミスタ１５０ＡはＩＣ流路１０ＡのＩＣサーミスタ１５０Ａとして、サーミスタ１５０ＢはＴＣ流路１０ＢのＴＣサーミスタ１５０Ｂとして用いられる。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂは、２つの異なる流路を流れる流体に接触するように配置されている。ホットサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂが流体に接触すると、流体は、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂから熱を奪い、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの温度を低下させ、したがってサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗を上昇させる。
本実施形態では、流量センサ回路１００は、電圧調整器１２０Ａ及び１２０Ｂ、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂ、サーミスタドライブ１３０Ａ及び１３０Ｂ、トランスインピーダンスアンプ１３５Ａ及び１３５Ｂ、マルチプレクサ１３７、アナログデジタル変換器１４０、処理部１４５、ディスプレイ１６０、及び任意の補助機器１５５をさらに含む。本実施形態では、第１の定電圧源は、電圧調整器１２０Ａ、サーミスタスイッチ１２５Ａ、及びサーミスタドライブ１３０Ａを含む。第２の定電圧源は、電圧調整器１２０Ｂ、サーミスタスイッチ１２５Ｂ、及びサーミスタドライブ１３０Ｂを含む。
動作中には、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂは、処理部１４５から信号を受け取り、その信号によって処理部１４５はサーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂを制御することができる。サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂが処理部１４５から高い信号を受信すると、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂは、電圧調整器１２０Ａ及び１２０Ｂにより生成された電圧をサーミスタドライブ１３０Ａ及び１３０Ｂに渡し、サーミスタドライブ１３０Ａ及び１３０Ｂは、サーミスタハウジング５００に配置されたサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂに、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを加熱するのに十分な正確な電圧を印加する。一実施形態では、サーミスタドライブ１３０Ａ及び１３０Ｂは、精密な演算増幅器である。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗値は、サーミスタハウジング５００内の流体の温度及び内容で著しく変化し、それは標準的な抵抗器よりも大きい。
トランスインピーダンスアンプ１３５Ａは、サーミスタ１５０Ａを流れる電流量を測定し、サーミスタ１５０Ａを流れる電流量を表す電圧を生成する。トランスインピーダンスアンプ１３５Ｂは、サーミスタ１５０Ｂを流れる電流量を測定し、サーミスタ１５０Ｂを流れる電流量を表す電圧を生成する。トランスインピーダンスアンプ１３５Ａ及び１３５Ｂにより生成された電圧は、マルチプレクサ１３７によって受け取られて、マルチプレクサ１３７は、処理部１４５に渡される前に、トランスインピーダンスアンプ１３５Ａ又は１３５Ｂによって発生された電圧をアナログデジタル変換器１４０に交互に渡す。処理部１４５は、マルチプレクサ１３７がトランスインピーダンスアンプ１３５Ａ又は１３５Ｂのどちらからの電圧をアナログデジタル変換器１４０に渡すかを制御する。
トランスインピーダンスアンプ１３５Ａ及び１３５Ｂが生成する電圧はサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを流れる電流量を表しているので、処理部１４５は、デジタル化されたトランスインピーダンスアンプの電圧値に基づいて、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの各々を流れる電流量を決定することができる。さらに、電圧調整器１２０Ａ及び１２０Ｂは、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂに既知の電圧値を印加するので、処理部１４５は、オームの法則を用いてサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗を算出する（Ｖ＝ＩＲ、ここでＶは電圧調整器１２０Ａ又は１２０Ｂによってサーミスタ１５０Ａ又は１５０Ｂに印加される電圧であり、Ｉはサーミスタ１５０Ａ又は１５０Ｂを流れる電流量であり、Ｒはサーミスタ１５０Ａ又は１５０Ｂの抵抗である）。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗が分かると、処理部１４５は、式Ｔ＝１／［Ａ＋Ｂ＊ｌｎ（Ｒ）＋Ｃ＊（ｌｎ（Ｒ））3］−２７３．１５（Ｒはオームの法則を用いて、上で算出されたΩ単位でのサーミスタの抵抗であり、Ｔは℃単位でのサーミスタの温度）で定義されたサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗温度曲線を用いて、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの温度を算出する。Ａ、Ｂ、及びＣは、サーミスタごとに変化するサーミスタ定数である。一実施形態では、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂは、ＧＥ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｐ／Ｎ Ｐ６０ＡＢ１０３Ｍ−ＮＴであり、Ａ＝１．１２６８ｘ１０-3、Ｂ＝２．３４８ｘ１０-4、Ｃ＝８．２８２ｘ１０-8である。
図５Ａを参照してここで説明する例示的な実施形態に示すように、流量センサ回路１００は、１つの流路に対して１つの自己加熱サーミスタ１５０を使用する定電流サーミスタ回路である。サーミスタ１５０は、流路１０を流れる流体に接触するように配置される。本実施形態では、流量センサ回路１００は、電流源１２１、サーミスタスイッチ１２５、サーミスタ１５０、バッファアンプ１３６、アナログデジタル変換器１４０、処理部１４５、ディスプレイ１６０、及び任意の補助機器１５５を含む。本実施形態では、定電流源は、電流源１２１及びサーミスタスイッチ１２５を含む。電流源１２１及びサーミスタスイッチ１２５は、単一の構成要素に統合することができると考えられる。
動作中には、サーミスタスイッチ１２５は、処理部１４５から信号を受け取り、その信号によって処理部１４５はサーミスタスイッチ１２５を制御することができる。サーミスタスイッチ１２５が処理部１４５から高い信号を受け取ると、サーミスタスイッチ１２５は、定電流源１２１により生成された電流をサーミスタ１５０に渡す。電流は、サーミスタ１５０を通って接地へ進む。サーミスタ１５０を流れる電流は、サーミスタ１５０の両端に測定可能な電圧降下を生成する。バッファアンプ１３６は、利得１の増幅器であって、サーミスタ１５０の両端の電圧降下の値をアナログデジタル変換器１４０に渡す。アナログデジタル変換器１４０は、サーミスタ１５０の両端の電圧降下の値をデジタル化し、それを処理部１４５に渡す。
電流源１２１がサーミスタ１５０に一定の電流値を与えることによりサーミスタ１５０を通電し、サーミスタ１５０の両端の電圧降下が測定可能になり、バッファアンプ１３６によって提供されるので、処理部１４５は、オームの法則を用いてサーミスタ１５０の抵抗値を算出する（Ｖ＝ＩＲ、ここでＶはサーミスタ１５０の両端の電圧降下であり、Ｉは定電流源１２１によってサーミスタ１５０に供給される電流量であり、Ｒはサーミスタ１５０の抵抗である）。サーミスタ１５０の抵抗が分かると、処理部１４５は、式Ｔ＝１／［Ａ＋Ｂ＊ｌｎ（Ｒ）＋Ｃ＊（ｌｎ（Ｒ））3］−２７３．１５（Ｒはオームの法則を用いて、上で算出されたΩ単位でのサーミスタの抵抗であり、Ｔは℃単位でのサーミスタの温度）で定義されたサーミスタ１５０の抵抗温度曲線を用いて、サーミスタ１５０の温度を算出する。Ａ、Ｂ、及びＣは、サーミスタごとに変化するサーミスタ定数である。
処理部１４５は、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを調べて、水分分析器５の流路１０の流体流の状態を決定する。流れる流体は、停滞する流体よりも急速にサーミスタ１５０から熱を取り去り、例えば、異なる温度対時間曲線をもたらす。同様に、空気は、流体よりもはるかに緩慢に熱を取り去るので、サーミスタ１５０における空気の存在を検出することができる。
図５Ｂを参照してここで説明する例示的な実施形態に示すように、流量センサ回路１００は、流路ごとに１つの自己加熱サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを使用する定電流サーミスタ回路である。一実施形態では、図３に示すように、サーミスタ１５０ＡはＩＣ流路１０ＡのＩＣサーミスタ１５０Ａとして、サーミスタ１５０ＢはＴＣ流路１０ＢのＴＣサーミスタ１５０Ｂとして用いられる。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂは、２つの異なる流路を流れる流体に接触するように配置されている。ホットサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂが流体に接触すると、流体は、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂから熱を奪い、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの温度を低下させ、したがってサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗を上昇させる。
本実施形態では、流量センサ回路１００は、電流源１２１Ａ及び１２１Ｂ、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂ、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂ、バッファアンプ１３６Ａ及び１３６Ｂ、マルチプレクサ１３７、アナログデジタル変換器１４０、処理部１４５、ディスプレイ１６０、及び任意の補助機器１５５を含む。本実施形態では、第１の定電流源は、電流源１２１Ａ及びサーミスタスイッチ１２５Ａを含む。電流源１２１Ａ及びサーミスタスイッチ１２５Ａは、単一の構成要素に統合することができると考えられる。さらに、第２の定電流源は、電流源１２１Ｂ及びサーミスタスイッチ１２５Ｂを含む。電流源１２１Ｂ及びサーミスタスイッチ１２５Ｂは、単一の構成要素に統合することができると考えられる。
動作中には、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂは、処理部１４５から信号を受け取り、その信号によって処理部１４５はサーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂを制御することができる。サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂが処理部１４５から高い信号を受け取ると、サーミスタスイッチ１２５Ａ及び１２５Ｂは、定電流源１２１Ａにより生成された電流をサーミスタ１５０Ａに渡し、定電流源１２１Ｂにより生成された電流をサーミスタ１５０Ｂに渡す。電流は、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを通って接地へ進む。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを流れる電流は、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの両端に測定可能な電圧降下を生成する。バッファアンプ１３６Ａ及び１３６Ｂは、利得１の増幅器であって、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの両端間の電圧降下の値をマルチプレクサ１３７に渡し、マルチプレクサ１３７は、処理部１４５に渡される前に、バッファアンプ１３６Ａ及び１３６Ｂにより生成された電圧をアナログデジタル変換器１４０に交互に渡す。処理部１４５は、マルチプレクサ１３７がバッファアンプ１３６Ａ又は１３６Ｂのどちらからの電圧をアナログデジタル変換器１４０に渡すかを制御する。
電流源１２１Ａ及び１２１Ｂがサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂに一定の電流値を与えることによりサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂを通電し、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの両端の電圧降下が測定可能になり、バッファアンプ１３６によって提供されるので、処理部１４５は、オームの法則を用いてサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗を算出する（Ｖ＝ＩＲ、ここでＶはサーミスタ１５０の両端の電圧降下であり、Ｉは定電流源１２１によりサーミスタ１５０に供給される電流量であり、Ｒはサーミスタ１５０の抵抗である）。サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗が分かると、処理部１４５は、式Ｔ＝１／［Ａ＋Ｂ＊ｌｎ（Ｒ）＋Ｃ＊（ｌｎ（Ｒ））3］−２７３．１５（Ｒはオームの法則を用いて、上で算出されたΩ単位でのサーミスタの抵抗であり、Ｔは℃単位でのサーミスタの温度）で定義されたサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの抵抗温度曲線を用いて、サーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂの温度を算出する。Ａ、Ｂ、及びＣは、サーミスタごとに変化するサーミスタ定数であり、処理部１４５のメモリ１４６に記憶される。さらに、処理部１４５は、算出した温度データをメモリ１４６に記憶する。
図４Ａ〜図５Ｂでは、処理部１４５は、メモリ１４６から算出した温度データを読み出し、サーミスタ１５０（又はサーミスタ１５０Ａ及び１５０Ｂ）の各温度上昇の立上がりの傾きを調べて、水分分析器５の流路１０（又は流路１０Ａ、１０Ｂ）の流体流の状態を判定する。流れる流体は、停滞する流体よりも急速にサーミスタ１５０から熱を取り去り、例えば、異なる温度対時間曲線をもたらす。同様に、空気は、流体よりもはるかに緩慢に熱を取り去るので、サーミスタ１５０における空気の存在を検出することができる。
一実施形態では、処理部１４５は、サーミスタ１５０の温度の複数のサンプルを取得し、メモリ１４６にサンプルを記憶し、サンプルをグループに細分化し、線形回帰（ｙ＝ｍｘ＋ｂ）を用いてグループごとに温度データの傾きを取得し、メモリ１４６に傾きを記憶し、そして各グループの温度データの傾きを、後述する様々な流体状態を示すメモリ１４６に記憶された既知の傾き値と比較することにより、傾きを特徴付けることによって、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを調べる。複数の連続したグループの温度傾きデータが同一の流体状態の存在を示す場合には、流体状態が存在すると考えられる。一実施形態では、サンプルレートが１００サンプル／秒であり、サンプルは１０サンプルのグループに分割される。さらに、本実施形態では、３つの連続したグループの温度傾きデータが同一の流体状態の存在を示す場合には、流体状態が存在すると考えられる。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態は、異なるサンプリングレートを使用し、サンプルを異なるサイズのグループに細分化して、異なる数の連続するグループが同一の流体状態を有するとして識別されれば、流体状態が存在するとみなし得ると、考えられる。
別の実施形態では、処理部１４５は、サーミスタ１５０の温度のサンプルのグループを取得し、メモリ１４６にサンプルを記憶し、線形回帰（ｙ＝ｍｘ＋ｂ）を用いて取得したサンプルの温度データの傾きを取得し、メモリ１４６に傾きを記憶し、そしてグループの温度データの傾きを、後述する様々な流体状態を示すメモリ１４６に記憶された既知の傾き値と比較することにより、傾きを特徴付けることによって、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを調べる。複数の連続したグループの温度傾きデータが同一の流体状態の存在を示す場合には、流体状態が存在すると考えられる。一実施形態では、サンプリングレートは１００サンプル／秒であり、各グループは１００サンプルである。さらに、本実施形態では、３つの連続したグループの温度傾きデータが同一の流体状態の存在を示す場合には、流体状態が存在すると考えられる。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態は、異なるサンプリングレートを使用し、異なるグループサイズを使用して、異なる数の連続するグループが同一の流体状態を有するとして識別されれば、流体状態が存在するとみなし得ると、考えられる。
正常な流体流路状態の条件下では、サーミスタ１５０が定電流源又は定電圧源により通電されると、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約１．５６＋０．５４℃／秒と１．５６−０．５４℃／秒との間である。さらに、停滞した流体流路状態の条件下では、サーミスタ１５０が通電されると、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約１．１３＋０．６３℃／秒と１．１３−０．１９℃／秒との間である。加えて、流体が流れているが、断続的な気泡を含む流体流路状態の条件下では、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約２．９３＋１．０２℃／秒と２．９３−０．０５７℃／秒との間である。処理部１４５が流路１０内の流体の状態を判断すると、処理部１４５は、ユーザに対してディスプレイ１６０にその状態を表示する。
流体流路１０の状態の知識、より具体的には、流体流路１０内の流体の状態の知識は、報告された水分析測定（例えばＴＯＣ分析器のＴＯＣ値）が正確であること、目詰まり又は漏れが水分分析器５の流路内に存在しないこと、水分析器のポンプ３５が適切に機能していること等を検証するために有用である。また、流路１０内の流体の状態は、水分分析器の障害（例えば目詰まり、漏れ等）のトラブルシューティングに非常に役立つことができる。
さらに、ＴＯＣを測定するいくつかの水分分析器は、特定の試料流体の最適条件を見つけるために酸化剤流量を自動的に調整するルーチンを用いる。酸化剤流量が高すぎると、余分な酸素気泡が発生して、ＴＯＣの適切な報告に悪影響を及ぼす。流量センサ回路１００のいくつかの実施形態では、処理部１４５は、酸化剤などの任意の補助機器１５５とインターフェースして、流体流路１０内の流体の状態に関する情報を任意の補助機器に渡すことができると想定される。本発明は、酸化剤流量の自動調整を改善するために用いることができるが、それは水分分析器の流体流路１０の流体中の気泡を検出することができるからである。
図６及び図７を参照すると、流路内に配置された場合に流体が流れる入口５１１及び出口５１２を有する導管５１０を備えたサーミスタハウジング５００内に、サーミスタ１５０が配置されると想定される。サーミスタハウジング５００はまた、密閉されたサーミスタフィードスルー５２０を有し、サーミスタフィードスルー５２０は、サーミスタ１５０のヘッド１５０ａを流路を流れる流体流中に位置決めし、一方、サーミスタ１５０の電気リード１５０ｂのための密閉された通路を提供している。図６及び図７は、サーミスタハウジング５００の１つの可能な実施形態を示しているが、当業者は、導管５１０とサーミスタフィードスルー５２０とを有する他のサーミスタハウジング構成を使用することを選択できると考えられる。
定電圧構成におけるサーミスタ１５０及び流量センサ回路１００の効果は、図８〜図１２の実験結果で実証されている。実験では、水分分析器５の流路等の流体流路１０内を流れる流体の状態を検出するためのサーミスタを利用する実現可能性を判断するために、１０ｋΩのサーミスタが試験された。調整された電圧源からサーミスタ１５０に供給される５０Ｖに対するサーミスタの温度応答を、正常な水流、停滞した水流、及び気泡を含む水流でモニターした。水流は蠕動ポンプで制御され、正常な水流条件では３００μＬ／分に維持された。５回の試験の結果を以下に説明する。
図８は、正常な水流条件の下で１分間電圧を印加した場合の、サーミスタ１５０の温度応答を示す。プロットの結果は、サーミスタ温度の振動を示している。温度のピークのこのパターンは、停滞した水により対流熱伝達が減少した短いインターバルの間に発生する。これらの停滞した水のインターバルは、蠕動ポンプのローラ回転シグネチュアによって生成された非連続な水流により生じた。
サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを測定し、その結果を以下の表１に示す。この傾きの単位は℃／秒である。上昇７を統計的異常値として無視すると、流体流路１０の正常な流動条件下では、各上昇の立上がりについて非常に一貫した傾きの測定値が得られていることが分かる。
図９は、流体流路１０の停滞した水の条件下でサーミスタ１５０に電圧を印加した場合の、サーミスタ１５０の温度応答を示す。この試験では、最初に流体流路１０の正常な水流条件でサーミスタ１５０に電圧を印加した。蠕動ポンプは、それぞれ１１秒間、２２秒間、及び３３秒間の停滞した水をシミュレートするために、３つのインターバルで停止された。サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを測定し、その結果を以下の表２に示す。
図９及び表２から分かるように、停滞した水における温度上昇曲線は、「上昇２」及び「上昇３」のインターバルでは非線形であり、三次関数によく似ている。加えて、正常な蠕動ポンプ挙動及びポンプ動作停止による流体流路１０の停滞した水の条件におけるサーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの平均傾きが、同じ数値範囲内であることが分かる。
図１０は、水分分析器５の流路１０を流れる試料水に気泡が存在する場合の、サーミスタ１５０の温度応答を示す。この試験では、流体流路１０の初期の正常な水流の条件下でサーミスタ１５０に電圧を印加した後、３つの２秒間のインターバルで空気の流れを導入するためにバルブを開けて、水分分析器の流路１０を流れる試料水中の気泡の存在をシミュレートした。サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを測定し、その結果を以下の表３に示す。
図１０及び以下の表３から分かるように、気泡による上昇曲線は、停滞した水による上昇曲線よりも線形挙動に近づくように見える。空気のある環境でのサーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの平均傾きは、停滞した水の環境で観測されたサーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの平均傾きよりもかなり急である。
図１１は、水分分析器の流路１０を流れる流体内に気泡が存在する場合の、サーミスタ１５０の温度応答を示す追加の図である。初期の正常な水流の条件下でサーミスタ１５０に電圧を印加した後、システム内の気泡をシミュレートするために、３つの最初の５秒間のインターバル、続いて６秒間、７秒間、８秒間、９秒間、そして１０秒間のインターバルでバルブを開いて空気の流れを導入した。サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きを測定し、その結果を以下の表４に示す。
図１１及び以下の表４から分かるように、表４に収集された気泡のインターバルの測定サンプルサイズは表３に収集されたものよりも大きく、したがって、サーミスタ１５０の温度上昇の立上がりの傾き値の広い範囲を測定した。しかし、表４の気泡のインターバルにおけるサーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、表３と同じ大きさに収まっていた。
図１２は、水分分析器の流路１０を流れる試料水に気泡が存在する場合の、サーミスタ１５０の温度応答を示す。この試験では、流体流路１０の初期の正常な水流の条件下でサーミスタ１５０に電圧を印加した。停滞した水をシミュレートするために初期の７秒間に蠕動ポンプを停止し、サーミスタ１５０の内蔵温度限界に達するまで順次１秒ずつ時間を増加させた。
図から分かるように、表５に示すこの試験中に収集された停滞した水のインターバルの測定サンプルサイズは、収集されて表２に示すものより大きく、したがってサーミスタ１５０の温度上昇の立上がりの傾き値のより広い範囲が測定されているが、試験の開始時に上昇よりも実質的に長い期間サーミスタ１５０を加熱したことによる統計的異常値である上昇１３〜１５を無視すれば、全ての値が同じ大きさに収まっていた。
上に提示した試験から得られた図８〜図１２及び表１〜表５に示すデータは、正常な流体流条件と、停滞した流体条件と、水分分析器の流路内に空気が存在する場合との、サーミスタ１５０の温度応答の明確な区別を示している。この区別は、測定可能であって、環境で異なるサーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きで表される。正常な流体流路状態又は条件では、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約１．６３＋０．３５℃／秒と１．６３−０．３９℃／秒との間であり、停滞した流体流路状態又は条件では、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約１．０５＋０．０８℃／秒と１．０５−０．１１℃／秒との間であり、気泡が流体内に存在する流体流路状態又は条件では、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、約２．９３＋１．０２℃／秒と２．９３−０．０５７℃／秒との間である。
したがって、サーミスタ１５０の各温度上昇の立上がりの傾きは、流れる流体、停滞した流体、及び流体流路内の空気を区別するために使用することができる。
別の実施形態では、本発明は、上述した流体流路の流体の流量を検出する方法を含む。本方法は、流体流路に設けられた自己加熱サーミスタを提供するステップとサーミスタを加熱するのに十分な、定電圧源からの電圧又は定電流源からの電流をサーミスタに印加して、サーミスタを通電するステップと、通電されたサーミスタの各温度上昇を検出するステップと、通電されたサーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを算出するステップと、通電されたサーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを、流体流路を流れる流体の状態に等しいとするステップとを含む。
サーミスタ回路は、サーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを調べて、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかを判定するように構成される。サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって算出される。処理部は、サーミスタに流れる電流量、サーミスタの抵抗値、及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出する。温度抵抗曲線は、式Ｔ＝１／［Ａ＋Ｂ＊ｌｎ（Ｒ）＋Ｃ＊（ｌｎ（Ｒ））3］−２７３．１５で表される（Ｒはオームの法則を用いて上で算出されたΩ単位でのサーミスタの抵抗値であり、Ｔは℃単位でのサーミスタの温度である）。Ａ、Ｂ、及びＣは、サーミスタごとに変化するサーミスタ定数である。
一実施形態では、流体流路は、水分分析器の流体流路である。流体流路は、サーミスタに隣接するポンプを含む。一実施形態では、水分分析器のユーザは、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むかどうかを通知される。別の言い方をすれば、ユーザは、流体流路が、正常な流体流状態（流体流条件とも呼ばれる）であるか、停滞状態（停滞条件とも呼ばれる）であるか、或いは気泡状態（気泡条件とも呼ばれる）であるかを通知される。
一実施形態では、サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって算出される。処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタに印加される電圧を算出する。
別の実施形態では、サーミスタの温度は、サーミスタの両端の電圧降下を処理部に提供することによって算出され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量、及びサーミスタの両端の電圧降下を算出する。
図１３は、流路１０が気泡を含みもしくは詰まっているか、停止しているか、空気を含むか、又は正常に流れているかを判定するために、サーミスタ１５０を用いて流路１０の内容の期間Ｔ２及びＴ４における複数の温度測定値の平均値と標準偏差とを用いる流量センサ回路１００の別の実施形態の温度応答を示す。Ｔ２で得られた測定値の平均値及び標準偏差を算出し、Ｔ４で得られた測定値の平均値及び標準偏差を算出し、Ｔ２、Ｔ４の算出した平均値及び標準偏差を以下の表６に列挙されたパラメータと比較して、流路１０の内容の状態を判定する。本実施形態では、流路１０の利用可能な状態は、気泡を含みもしくは詰まっている状態か、空気を含む状態か、停止している状態か、又は正常に流れている状態である。
図１３では、流体は、流路１０を正常に流れている。期間Ｔ１では、サーミスタ１５０に高電流が供給される。期間Ｔ２では、サーミスタ１５０に高電流が供給される間に、サーミスタ１５０の温度測定値が取得される。期間Ｔ３では、サーミスタ１５０に低電流が供給される。期間Ｔ４では、サーミスタ１５０に低電流が供給される間に、サーミスタ１５０の温度測定値が取得される。
図１４Ａ〜図１４Ｄは、流量センサ回路１００のメモリ１４６に記憶されたプログラム、及び図１３を作成するために使用されるデータを収集しながら、流量センサ回路１００の処理部１４５内で実行される動作の詳細を示す。単純化のために、図１４Ａ〜図１４Ｄは、主として１つの流路１０について説明する。しかし、ＴＣ流路１０Ｂ及びＩＣ流路１０Ａの両方が水分分析器５に存在する場合には、図１４Ａ〜図１４Ｄに示した動作は、両方の流路で同時に実行されることが理解される。
見て分かるように、図１４Ａ及び図１４Ｂは、プログラムの一実施形態を構成し、図１４Ａ及び図１４Ｃは、プログラムの別の実施形態を構成し、図１４Ａ及び図１４Ｄは、プログラムの別の実施形態を構成する。前述した実施形態の要素は、本発明の範囲から逸脱せずに互換できることが意図される。
図１４Ａ〜図１４Ｄでは、以下の表は、流量センサ回路１００の一実施形態の処理部１４５のメモリ１４６に記憶されるパラメータの例示的な値を含む。当業者であれば、以下の表６に列挙されたパラメータと異なる値を使用することを選択できると考えられる。
いくつかの実施形態では、上記の表６に列挙されたパラメータの値は、流路内の流体の特性により良く一致するように、ユーザによって調整することができると考えられる。調整することができる１つの方法は、タッチスクリーンを有するディスプレイ１６０を介するものである。
図１４Ａを参照すると、処理部１４５はステップ６０５で開始する。ステップ６１０では、処理部１４５は、第１の長さの時間（Ｔ１）に、サーミスタ１５０に高電流（Ｃ０）を印加し、それによってサーミスタ１５０が自己加熱することができる。ステップ６１５では、処理部１４５は、サーミスタ１５０に高電流が印加され続ける間、第２の長さの時間（Ｔ２）に第１のサンプリングレート（ＳＲａｔｅ）でサーミスタ１５０の温度測定値を取得し、処理部１４５のメモリ１４６にこれらの測定値を記憶する。さらに、ステップ６１５では、処理部１４５は、Ｔ２において取得した測定値の平均値（Ｔ２ａｖ）及び標準偏差（Ｔ２ｓｄ）を算出し、処理部１４５のメモリ１４６にＴ２ａｖ及びＴ２ｓｄを記憶する。
ステップ６２０では、処理部１４５は、第３の長さの時間（Ｔ３）に、サーミスタ１５０に低電流（Ｃ１）を印加し、サーミスタ１５０を冷却することができる。見て分かるように、本実施形態では、高電流（Ｃ０）の大きさは低電流（Ｃ１）の大きさよりも約４倍大きいが、しかし、当業者であれば、異なる高電流及び低電流の大きさを使用することができると考えられる。
ステップ６２５では、処理部１４５は、サーミスタ１５０に低電流が印加され続ける間、第４の長さの時間（Ｔ４）に第１のサンプリングレート（ＳＲａｔｅ）でサーミスタ１５０の温度測定値を取得し、処理部１４５のメモリ１４６にこれらの測定値を記憶する。さらに、ステップ６２５では、処理部１４５は、Ｔ４において取得した測定値の平均値（Ｔ４ａｖ）及び標準偏差（Ｔ４ｓｄ）を算出し、処理部１４５のメモリ１４６にＴ４ａｖ及びＴ４ｓｄを記憶する。
ステップ６３０では、ステップ６１５で算出されたＴ２ｓｄが標準偏差低故障レベル（ｓｄＬＦ）と比較される。Ｔ２ｓｄがｓｄＬＦより小さい場合には、ステップ６３１で流量センサ開回路故障がディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムがステップ６３２に進んで水分分析器５が停止される。Ｔ２ｓｄがｓｄＬＦより大きい場合には、ステップ６３５に進み、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差の絶対値が平均低故障レベル（ａｖＬＦ）と比較される。Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差の絶対値がａｖＬＦより小さい場合には、サーミスタ１５０の自己加熱が妨げられる故障が流量センサ回路１００で生じていることを示すエラーがステップ６３６でディスプレイ１６０を介してユーザに通知され、プログラムがステップ６３７に進んで水分分析器５が停止される。
Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差の絶対値がａｖＬＦより大きい場合には、プログラムはステップ６４０に進み、Ｔ２ａｖを調べて、それがｔｅｍｐＬｏより小さいか又はｔｅｍｐＨｉより大きいかを判断する。Ｔ２ａｖがｔｅｍｐＬｏよりも小さいか又はｔｅｍｐＨｉより大きい場合には、温度しきい値流量センサ回路故障エラーがステップ６４１でディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムがステップ６４２に進んで水分分析器５が停止される。
Ｔ２ａｖがｔｅｍｐＬｏ以上又はｔｅｍｐＨｉ以下である場合には、プログラムはステップ６４５に進み、Ｔ４ａｖを調べて、それがｔｅｍｐＬｏより小さいか又はｔｅｍｐＨｉより大きいかを判断する。Ｔ４ａｖが０℃よりも小さいか又は１００℃より大きい場合には、温度しきい値流量センサ回路故障エラーがステップ６４６でディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムがステップ６４７に進んで水分分析器５が停止される。本実施形態におけるステップ６４０及び６４５について、約０℃の値及び約１００℃の値が、ｔｅｍｐＬｏ即ち低温電子故障しきい値、及びｔｅｍｐＨｉ即ち高温電子故障しきい値の値として選択されたが、これは、それらの値が水分分析器５の通常の使用中に容易に達成できる温度値ではなく、水分分析器５の流量センサ回路１００の電子故障を示しているからである。
Ｔ４ａｖがｔｅｍｐＬｏ以上又はｔｅｍｐＨｉ以下である場合には、プログラムはステップ６５０に進み、ステップ６１５で算出されたＴ２ｓｄが標準偏差気泡詰まり故障レベル（ｓｄＢＣ）と比較される。Ｔ２ｓｄがｓｄＢＣより大きい場合には、流路１０内の気泡又は詰まりの存在が、ステップ６５１でディスプレイ１６０を介してユーザに通知され、プログラムがステップ６５２に進んで水分分析器５が停止される。温度の高い標準偏差、即ちｓｄＢＣを超える標準偏差は、流路１０内に気泡又は詰まりの一方又は両方が存在していることを示しているが、これは、気泡が短時間の高い温度の暴走を引き起こすおそれがあり、詰まりが流路内の流体の温度を時間とともに上昇させるおそれがあるからであり、通常、流路１０内の加熱された流体から生じた気体からさらに気泡が発生することになるからである。
Ｔ２ｓｄがｓｄＢＣ以下である場合には、プログラムはステップ６５５に進み、ステップ６１５で算出されたＴ２ｓｄが標準偏差停止空気故障レベル（ｓｄＳＡ）と比較される。Ｔ２ｓｄがｓｄＳＡより小さい場合には、流路内の空気の存在又は停止が、ステップ６５６でディスプレイ１６０を介してユーザに通知され、プログラムがステップ６５７に進んで水分分析器５が停止される。温度の低い標準偏差、即ちｓｄＳＡよりも低い標準偏差は、流路１０の内容の平均温度が単一の定常状態値に達していることを示している。温度の低い標準偏差は、流路１０に正常な流体流の蠕動シグネチュアが存在しないことを示し、これは、通常、流路１０内の停止した流体流又は流路１０内の空気の存在の一方又は両方に起因している。Ｔ２ｓｄがｓｄＳＡより大きい場合には、正常な流路状態がステップ６７５でディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムはステップ６１０に戻る。
図１４Ｃを参照すると、流量センサ回路１００のいくつかの実施形態では、ステップ６５５でＴ２ｓｄがｓｄＳＡより小さい場合には、プログラムは、故障が空気故障であるか停止流故障であるかをさらに識別することを試みる。このような実施形態では、ステップ６５５でＴ２ｓｄがｓｄＳＡより小さい場合には、プログラムはステップ６５８に進み、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差が空気しきい値（ａｉｒＴ）、即ち流路１０内の空気の存在を示すサーミスタ温度に対するしきい値と比較される。Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差がａｉｒＴより大きい場合には、流路１０内の空気の存在は、ステップ６５９でディスプレイ１６０を介してユーザに通知され、プログラムがステップ６６０に進んで水分分析器５が停止される。
Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差がａｉｒＴ以下である場合には、プログラムはステップ６６１に進み、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差が停止しきい値（ｓｔｏｐＴ）、即ち流路１０内の流体流の停止を示すサーミスタ温度に対するしきい値と比較される。Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差がｓｔｏｐＴより小さい場合には、流路１０内の流体の停止がステップ６６２でディスプレイ１６０を介してユーザに通知され、プログラムがステップ６６３に進んで水分分析器５が停止される。Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差がｓｔｏｐＴ以上である場合には、未確定の空気存在又は停止故障が流路１０内で検出された旨の報告がステップ６６４でディスプレイ１６０を介してユーザに提供され、プログラムがステップ６６５に進んで水分分析器５が停止される。
図１４Ｄを参照すると、ＩＣ流路１０Ａ及びＴＣ流路１０Ｂの両方を有する水分分析器５のいくつかの実施形態では、ステップ６７５で流路１０Ａ、１０Ｂの流れの状態が正常であるとユーザに報告される前に、ＩＣ流路１０ＡのＩＣサーミスタ１５０Ａ及びＴＣ流路１０ＢのＴＣサーミスタ１５０Ｂの較正が調べられる。このような実施形態では、ＩＣ流路１０ＡのＴ４ａｖとＴＣ流路１０ＢのＴ４ａｖとの差の絶対値は、複数ストリーム較正しきい値（ｃａｌＴ）と比較されるが、これはＩＣサーミスタ１５０Ａ又はＴＣサーミスタ１５０Ｂの一方又は両方が良好に較正されていないことを示すしきい値温度差である。ＩＣ流路１０ＡのＴ４ａｖとＴＣ流路１０ＢのＴ４ａｖとの差の絶対値がｃａｌＴより大きい場合には、サーミスタ較正エラーがステップ６７１でディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムがステップ６７２に進んで水分分析器５が停止される。ＩＣ流路１０ＡのＴ４ａｖとＴＣ流路１０ＢのＴ４ａｖとの差の絶対値がｃａｌＴ以下である場合には、ステップ６７５で正常流路状態がディスプレイ１６０を介してユーザに報告され、プログラムはステップ６１０に戻る。
図１４Ａ〜図１４Ｄから分かるように、Ｔ２及びＴ４において得られた測定値の平均値及び標準偏差は、流量センサ回路１００の診断及び流路１０の診断のために使用される。流量センサ回路１００は、ステップ６３０でＴ２ｓｄが極めて低い（例えば、約０．１℃未満）かどうかを調べることによって流量センサ回路の診断を行い、おそらく流量センサ回路１００の開回路又は他の電子故障により、サーミスタ１５０が実際の温度を読み取っていないことを示す。流量センサ回路１００のいくつかの実施形態では、Ｔ４ｓｄもまた、或いはその代わりに、極めて低いかどうかを調べることができると想定される。
さらに、Ｔ２ａｖ及びＴ４ａｖはまた、ステップ６４０及び６４５で、平均値が報告された温度がｔｅｍｐＨｉより大きい（例えば約１００℃より大きい）か、又はｔｅｍｐＬｏより小さい（例えば約０℃より小さい）かどうかを調べて、これらの温度が通常の動作条件では容易に達成することができないという事実により、電子故障を示す。加えて、ステップ６３５でＴ２ａｖとＴ４ａｖとの差の絶対値が極めて低い（例えば、約０．１℃のｓｄＬＦ値より小さい）かどうかを調べて、電気的な故障によりサーミスタ１５０が自己加熱していないことを示す。最後に、流量センサ回路１００は、ＩＣ流路１０Ａ及びＴＣ流路１０Ｂの両方を監視するために使用され、ＩＣ流路１０ＡのＴ４ａｖとＴＣ流路１０ＢのＴ４ａｖとの差をステップ６７０で比較し、これらが大きく異なる（例えば約５℃のｃａｌＴ値より大きい）かどうかを調べて、ＩＣサーミスタ１５０Ａ又はＴＣサーミスタ１５０Ｂの一方又は両方が良好に較正されていないことを示す。
図１４Ａ〜図１４Ｄから分かるように、流路の診断もまた、流量センサ回路１００によって実行される。流量センサ回路１００は、ステップ６５０でＴ２ｓｄが高い（例えば約１．１℃のｓｄＢＣ値より大きい）かどうかを調べることにより流路の診断を行って、流路の詰まりや気泡の存在を示すが、これは、気泡が短時間の高い温度の暴走を引き起こすおそれがあり、詰まりが流体の温度を時間とともに上昇させるおそれがあり、また通常、流路内の加熱された流体から解放された気体によってさらに気泡が発生することになるからである。
加えて、流量センサ回路１００はまた、ステップ６５５でＴ２ｓｄが低い（例えば、約０．５℃のｓｄＳＡ値より小さい）かどうか調べることにより流路の診断を行って、蠕動ポンプシグネチュアが存在しないので、流路内の流体流が停止していること又は空気を含んでいることを示す。換言すれば、温度の低い標準偏差は、流路１０の内容の温度が単一の定常状態の温度に到達したことを示し、それは蠕動ポンプシグネチュアが存在しない場合に発生する。さらに、低いＴ２ｓｄが流量センサ回路１００により検出される場合には、流量センサ回路１００のいくつかの実施形態は、流路１０の停止流体状態と空気の存在とを区別するために、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差を調べる。Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差が約４８℃であるａｉｒＴの値より大きい場合には、空気が流路内に存在する。しかし、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差が約４６℃であるｓｔｏｐＴの値より小さい場合には、流体は流路１０で停止している。
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明から逸脱することなく変更が成されてもよいことが理解されるべきである。上記の実施形態及び他の実施形態の組み合わせは、上記の説明を検討すれば当業者には明らかであり、それらが含まれることが意図されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定められ、字義的に又は均等的に特許請求の範囲の記載の意味に含まれるあらゆる装置、プロセス、及び方法が含まれることが意図されている。
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた処理を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。これらの他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又は、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

Claims (19)

  1. 流体流路のための流量センサ回路であって、
    流体流路に配置された自己加熱サーミスタと、処理部と、定電圧源又は定電流源とを有するサーミスタ回路
    を備えており、
    当該流量センサ回路が、サーミスタの傾きをもった立上がりを有する温度上昇をもたらすように定電圧源又は定電流源でサーミスタに十分に通電し、処理部で立上がりの傾きを算出するように構成されており、
    処理部が、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの算出された傾きを調べて、算出された傾きを、正常な流体の流れ、停滞した流体、及び流体流路内の断続的な気泡の存在を示す所定の傾き値と比較することによって、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むか否かを判定するように構成されている、
    流量センサ回路。
  2. 流体流路が、サーミスタに隣接するポンプを含む、請求項１に記載の流量センサ回路。
  3. 通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが１．６３＋０．３５℃／秒〜１．６３−０．３９℃／秒との間にある場合には、流路の流体は正常に流れており、
    通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが１．０５＋０．０８℃／秒と１．０５−０．１１℃／秒との間にある場合には、流体は流路で停滞しており、
    通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが２．９３＋１．０２℃／秒と２．９３−０．０５７℃／秒との間にある場合には、断続的な気泡が流体内に存在する、請求項２に記載の流量センサ回路。
  4. 水分分析器内の流体流路のための流量センサ回路であって、
    処理部と、単一の自己加熱サーミスタと
    を備えており、前記サーミスタが、水分分析器の流体流路内に配置され、流体流路が、サーミスタに隣接して配置されたポンプを含んでおり、
    サーミスタ回路が、周期的に、
    サーミスタの立上がりを有する温度上昇をもたらすようにサーミスタに十分に通電し、かつ
    立上がりの傾きを算出する
    ように構成されており、
    サーミスタが、定電圧源又は定電流源で通電され、
    通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きが処理部によって算出される、流量センサ回路。
  5. 処理部が、通電されたサーミスタの温度上昇の立上がりの傾きを調べて、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むか否かを判定するように構成され、流量センサ回路は、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むか否かについて、ユーザに情報を与えるように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項４に記載の流量センサ回路。
  6. 通電されたサーミスタが、印加電圧、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、流量センサ回路は、処理部に対して、サーミスタを流れる電流量の表現を提供するように構成され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタに印加される電圧を算出し、サーミスタ回路は、サーミスタスイッチ、電圧調整器及びサーミスタドライブをさらに含む、請求項５に記載の流量センサ回路。
  7. 通電されたサーミスタが、電圧降下、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、流量センサ回路は、処理部に対して、サーミスタの両端の電圧降下の値を提供するように構成され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタの両端の電圧降下を算出し、サーミスタ回路は、電流源、サーミスタスイッチ及びデジタルアナログ変換器をさらに含む、請求項５に記載の流量センサ回路。
  8. 流体流路内の流体の流れを検出する方法であって、当該方法が、
    流体流路に配置された自己加熱サーミスタと、定電圧源又は定電流源とを有する流量センサ回路を提供するステップと、
    定電圧源又は定電流源で通電されるサーミスタの温度上昇をもたらすように、サーミスタに十分に通電するステップと、
    通電されたサーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを算出して、サーミスタの各温度上昇の立上がりの傾きを、流体流路を流れる流体の状態に等しいとするステップと
    を含む、方法。
  9. 通電されたサーミスタが、印加電圧、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって算出され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタに印加される電圧を算出する、請求項８に記載の方法。
  10. 通電されたサーミスタは、電圧降下、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタの両端の電圧降下を処理部に提供することによって算出され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタの両端の電圧降下を算出する、請求項８に記載の方法。
  11. 流体流路が水分分析器の流体流路であり、水分分析器は、流体流路の流体が、正常に流れているか、停滞しているか、又は気泡を含むか否かを示すディスプレイをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  12. 流体流路のための流量センサ回路であって、
    処理部と、流体流路内に配置された自己加熱サーミスタと、定電圧源又は定電流源と
    を備えており、流量センサ回路が、
    第１の期間（Ｔ１）に、サーミスタに高電流を印加し、
    第２の期間（Ｔ２）に、サーミスタに高電流を印加しながら、処理部でサーミスタの温度の複数の測定値を取得し、
    処理部で、Ｔ２期間に取得された測定値の平均（Ｔ２ａｖ）及び標準偏差（Ｔ２ｓｄ）を算出し、
    第３の期間（Ｔ３）に、サーミスタに低電流を印加し、
    第４の期間（Ｔ４）に、サーミスタに低電流を印加しながら、処理部でサーミスタの温度の複数の測定値を取得し、
    処理部で、Ｔ４期間に取得された測定値の平均（Ｔ４ａｖ）及び標準偏差（Ｔ４ｓｄ）を算出し、
    処理部でＴ２ｓｄ及びＴ４ｓｄを用いて流路の状態を確認する
    ように構成されている、流量センサ回路。
  13. 処理部は、Ｔ２ｓｄ、Ｔ４ｓｄ、Ｔ２ａｖ及びＴ４ａｖのうちの少なくとも１つを、気泡詰まり標準偏差しきい値及び空気停止標準偏差しきい値と比較して、流体流路が、正常に流れているか、気泡を含みもしくは詰まっているか、又は空気を含むかもしくは停止しているかを判定することによって、流路の状態を確認するように構成される、請求項１２に記載の流量センサ回路。
  14. 処理部は、Ｔ２ｓｄ、Ｔ４ｓｄ、Ｔ２ａｖ及びＴ４ａｖのうちの少なくとも１つを、較正しきい値、標準偏差低温故障しきい値及び平均低温故障しきい値のうちの少なくとも１つと比較して、サーミスタが較正されているか否か、流量センサ回路が開回路をなすか否か、流量センサ回路が故障しているか否か、又は流量センサ回路が正常に動作しているか否かを判定することによって、流量センサ回路の状態を確認するようにさらに構成される、請求項１２に記載の流量センサ回路。
  15. 処理部は、Ｔ２ｓｄを標準偏差低温しきい値と比較して、サーミスタが実際の温度を読んでいるか否かを判定し、Ｔ２ａｖとＴ４ａｖとの差を平均低温しきい値と比較して、サーミスタが自己加熱しているか否かを判定し、Ｔ２ａｖ及びＴ４ａｖのうちの１つを高温電子故障しきい値及び低温電子故障しきい値のうちの少なくとも１つと比較して、電子故障が流量センサ回路に存在するか否かを判定することによって、流量センサ回路の状態を確認するようにさらに構成される、請求項１２に記載の流量センサ回路。
  16. 流体流路の状態を確認する方法であって、当該方法が、
    処理部及び流体流路内に配置された自己加熱サーミスタを有する流量センサ回路を提供するステップと、
    第１の期間（Ｔ１）に、サーミスタに高電流を通電するステップと、
    第２の期間（Ｔ２）に、サーミスタに高電流を印加しながら、処理部でサーミスタの温度の複数の測定値を取得するステップと、
    処理部で、Ｔ２期間に取得された測定値の平均（Ｔ２ａｖ）及び標準偏差（Ｔ２ｓｄ）を算出するステップと、
    第３の期間（Ｔ３）に、サーミスタに低電流を通電するステップと、
    第４の期間（Ｔ４）に、サーミスタに低電流を印加しながら、処理部でサーミスタの温度の複数の測定値を取得し、
    処理部で、Ｔ４期間に取得された測定値の平均（Ｔ４ａｖ）及び標準偏差（Ｔ４ｓｄ）を算出するステップと、
    処理部で、Ｔ２ｓｄ及びＴ４ｓｄを用いて流路の状態を確認するステップと
    を含む、方法。
  17. 通電されたサーミスタが、印加電圧、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタを流れる電流量の表現を処理部に提供することによって測定され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタに印加される電圧を算出する、請求項１６に記載の方法。
  18. 通電されたサーミスタが、電圧降下、抵抗、温度及び温度抵抗曲線を有し、サーミスタの温度は、サーミスタの両端の電圧降下を処理部に提供することによって測定され、処理部は、サーミスタの抵抗値及びサーミスタの温度抵抗曲線を用いて、サーミスタの温度を算出し、処理部は、オームの法則を用いてサーミスタの抵抗、サーミスタを流れる電流量及びサーミスタの両端の電圧降下を算出する、請求項１６に記載の方法。
  19. 流体流路が水分分析器の流体流路であり、水分分析器が、流体流路が、正常に流れているか、気泡を含みもしくは詰まっているか、又は空気を含むかもしくは停止しているかを示すディスプレイをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9681165B1 (en) * 2016-04-11 2017-06-13 Rovi Guides, Inc. Methods and systems for enhancing media viewing experiences on multiple devices
CN107169550A (zh) * 2017-03-27 2017-09-15 青岛海信移动通信技术股份有限公司 一种t卡电路保护方法和装置
GB2561178A (en) * 2017-04-03 2018-10-10 Ford Global Tech Llc Improvements in or relating to oil sensors
US11402253B2 (en) 2018-06-26 2022-08-02 Minebea Mitsumi Inc. Fluid sensing apparatus and method for detecting failure of fluid sensor
EP3892965A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-13 Krick Messtechnik & Partner GmbH & Co. KG Method and device for detecting or measuring a flow of a fluid
KR20230144270A (ko) * 2022-04-07 2023-10-16 한온시스템 주식회사 유체가열 히터 및 유체가열 히터의 구동제어방법
EP4279880A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-22 Honeywell International Inc. Flow sensing device

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803913A (en) * 1970-07-06 1974-04-16 J Tracer Apparatus for determining heat-transfer rates and thus the flow rates or thermal conductivities of fluids
US4685331A (en) * 1985-04-10 1987-08-11 Innovus Thermal mass flowmeter and controller
JPS62231174A (ja) 1986-03-31 1987-10-09 Sharp Corp 流速測定方法
JPH0827202B2 (ja) 1987-03-23 1996-03-21 日本鋼管工事株式会社 排水路の流入状況判定方法
JPH0521008Y2 (ja) 1987-09-17 1993-05-31
JPH02196949A (ja) 1989-01-26 1990-08-03 Junkosha Co Ltd 水性液検知センサ
JPH02213767A (ja) 1989-02-14 1990-08-24 Toray Ind Inc フローセンサ
US5243858A (en) * 1991-08-12 1993-09-14 General Motors Corporation Fluid flow sensor with thermistor detector
JPH05164586A (ja) 1991-12-19 1993-06-29 Mazda Motor Corp 吸入空気量検出装置の故障検出装置
NL9201906A (nl) * 1992-11-02 1994-06-01 Huiberts Albertus T Werkwijze en inrichting voor het meten van het debiet van een mediumstroom.
JPH1164063A (ja) 1997-08-22 1999-03-05 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 流量センサ
US6085588A (en) * 1998-05-12 2000-07-11 Therm-O-Disc, Incorporated Flow rate sensor
GB2337818A (en) 1998-05-26 1999-12-01 Caradon Plumbing Limited Detecting fluid flow at ambient temperatures
US6524447B1 (en) * 1999-11-22 2003-02-25 Titan Technologies Apparatus and method for photocatalytic purification and disinfection of water and ultrapure water
WO2002021084A1 (fr) * 2000-09-04 2002-03-14 Hitachi, Ltd. Debitmetre a air thermique
JP2003106887A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Yamatake Corp 流量計測装置
US6879935B2 (en) * 2002-04-25 2005-04-12 Sepsensor Inc. Monitoring system with thermal probe for detection of layers in stratified media
US20040139799A1 (en) 2002-07-25 2004-07-22 Sudolcan David C. Method and apparatus for determining flow rate of a fluid
US6644103B1 (en) * 2002-10-24 2003-11-11 Simmonds Precision Products, Inc. Method and apparatus for detecting a dry/wet state of a thermistor bead
US7084378B2 (en) * 2004-02-26 2006-08-01 Mack Trucks, Inc. Mass-flow sensor heating element protection method and apparatus
WO2005085815A2 (en) * 2004-03-03 2005-09-15 Waters Investments Limited A leak detector comprising a self-heated thermistor control circuit
TWI230851B (en) * 2004-03-29 2005-04-11 Asia Vital Components Co Ltd Circuit structure to adjust the slope of output versus temperature variation
US8187441B2 (en) * 2004-10-19 2012-05-29 Evans Christine E Electrochemical pump
JP2009156653A (ja) 2007-12-26 2009-07-16 Nikkiso Co Ltd 界面検出装置
JP5096286B2 (ja) 2008-10-28 2012-12-12 日機装株式会社 気泡検出装置及び生体成分測定装置

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