KR101045810B1 - 자기 흐름 트랜스듀서 및 그를 결합한 흐름 계량기 - Google Patents

Abstract

유체(108)의 흐름을 측정하는 자기 트랜스듀서(109)는 전극들(102) 및 교차하는(alternating) 자기장(107)을 가지며, 전극(102)은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극보다 5Hz이하의 주파수에서 더 낮은 노이즈 에너지를 가진다. 상기 전극(102)의 노이즈 특성은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극의 주파수보다 더 낮은 약 1Hz의 자기장 주파수에서의 노이즈 특성이다.

Description

자기 흐름 트랜스듀서 및 그를 결합한 흐름 계량기{MAGNETIC FLOW TRANSDUCER AND FLOW METER INCORPORATING THE SAME}

본 발명은 자기 흐름 트랜스듀서, 특히 자기 물 흐름 계량기에 관한 것이다.

종래 유용한 물 계량기에 있어서, 기계적인 흐름 트랜스듀서(보통 양의 변위 또는 단일/다중-제트 터빈)는 상기 트랜스듀서의 반복사이클 수를 측정하는 등록 메카니즘에 연결된다. 이런 메카니즘은 종종 기계적인 측정장치이다(odometer). 이것을 원격 미터 독취를 위해 요구된 전자장치에 인터페이스시키는 것은 귀찮고 비용이 들 수 있으며, 상기 측정장치가 디지털 카운터를 가지는 고체 상태 등록기로 대체되어도 마찬가지이다.
또한 고체-상태인 플로우 트랜스듀서의 사용은 그런 인터페이스 문제를 줄어들게 한다. 그런 플로우 트랜스듀서는 잘알려져있다: 즉, GB1203730A는 상기 전극들이 이전의 절연 재료에 의해 둘러싸여진 긴 구리-함유 도체 전선으로 이루어지는 트랜스듀서를 개시한다. SU800650B는 전극이 산소의 회복(reinstatement)을 위한 촉매 재료로 만들어지고 상기 측정 전극을 둘러싸는 양극(anode)에 직접 연결되고 산소의 회복에 관한 불변의(stationary) 재료로 만들어진 그리드 전극으로 구성된 갈바니전기 쌍의 형태인 보호 시스템의 사용에 의해 둘러싸여진(enveloped) 흐름 계량기를 개시한다. US3299703은 전극들이 흐름 도관(conduit)의 내벽(internal wall)내에 형성된 리세스들(recessess)내에 위치되며 습윤(wetting) 작용제가 상기 전극들 및 상기 액체사이의 리세스들내에 위치된 흐름 계량기를 청구하고(claims) 있다. JP54116960A는 한 쌍의 전극들이 상기 전극 표면들을 깨끗하게 유지하기 위하여 양의 전위를 제공하는 흐름 계량기를 개시한다.

그런 흐름 트랜스듀서는 또한 도 1의 단면도에서 실시예를 통해 도시된다.

흐름 튜브(101)는 각각의 전극(102)의 한쪽 측면의 적어도 일부가 파이프내에서 유체(fluid)(108)와 긴밀하게 접촉하고 상기 파이프(101)의 직경을 가로질러 배치된 한 쌍의 전극들(102)로 이루어지는 자기 트랜스듀서(109)를 결합한 것이다. 자극 부분들(103)은 상기 파이프(101)의 직교하는 지름을 가로질러 배치되고 자기 회로(104)에 의해 링크된다. 그 기술분야에서 잘 알려진 것처럼, 상기 자기 필드(107)는 벌크 매체와 함께 이동하는 대전된 것들(charged species)(물의 경우 이온들)에 힘을 부여하여 상기 대전된 것들(charged speceis)이 자기장 및 벌크 유체 운동(motion)의 방향 둘다에 직교하는 방향으로 이동하도록 한다. 반대위치로 대전된 것들의 상호 변위는 주어진 이온상에 정전기력이 상기 자기력과 균형을 이룰때까지 형성되는 이동방향을 따라 전기장을 가져온다. 상기 자기력은 벌크 매체 흐름 속도에 절대적으로 의존하기 때문에, 반대의 전기장(또는 전위차)의 측정은 흐름 비율을 결정하기 위한 유용한 수단을 제공하며, 한편 시간에 대한 적분(integration)은 상기 튜브를 통과한 총 체적을 계산가능하도록 허용 한다. 그런 측정을 얻기 위하여 전극 신호들을 처리하기 위한 회로는 그 기술분야에서 잘알려진 것이며 결과적으로 여기에서 더 자세히 서술되지 않는다.

또한 잘 알려진 것처럼, 정전기장 측정의 다양한 제한을 극복하기 위하여 가해진 자기장을 변경시키는 것은 장점이 될 수 있다. 그런 한가지 제한은 유체내에서 전위차를 측정하기 위하여 사용된 상기 전극들의 특성에 의해 부과된다. 이상적인 전극은 어느쪽이든 고체-액체 경계면(interface)을 가로지르는 전하의 교환에 대한 에너지 장벽없이 상기 유체에 완전한 전기적 연결을 형성할 것이다. 이것은 실제 시스템에서는 거의 관찰되지 않으며 전위차는 경계면을 가로질러 존재할 가망성이 더 많을 것이다. 상기 전위차는 종종 불완전하게 정의되며, 주파의 반비례하는('1/f) 노이즈 스펙트럼을 나타내는 식으로 시간에 무작위적으로 변한다. 따라서, 정전기장(DC) 측정은 대형의 순간적인 에러들에 지배될 것이다.

알려진 주파수 fo에서 교차하는(alternating) 인가된 자기장은 이 문제를 극복한다, 즉,도 2에 도시된 바와같이, 이것은 상기 바람직한 전기 신호(201)가 전극 노이즈 스펙트럼(202)의 특성 주파수보다 현저히 더 높은 것으로 선택된 주파수 fo에서 또한 존재하도록 한다. 상기 전기 신호 크기 a의 측정은 실질적으로 에러들이 없는 흐름 비율의 표시를 제공한다.

교차하는 자기장을 인가하는 또 다른 이유는 그들 사이에 부착된 측정 회로에 의해 감지된 것처럼, 전형적인 전극들의 소신호(small-signal) 전기 임피던스가 또한 증가하는 주파수 상태로 된다. 따라서 상기 측정 회로는 실질적인 에러를 야기하지 않고 상기 신호 원으로부터 더 많은 전류를 끌어내는 것이 가능할 수도 있다. 주요한 장점은 더 간단하고, 더 싼 측정 회로 설계가 채택될 수 있다는 것이다.

상기 전극의 주파수-종속 거동을 이해하기 위하여, 캐패시터(303)에 평행한 저항(302)으로 구성되는 고체-액체 경계면(301)에 종종 가해진 도 3의 간단한 전기 모델을 고려하는 것이 유익하다. 상기 고체(304) 및 액체(305)사이의 대전된 것들의 직접적인 변화는 상기 저항(302)을 지나는 전류의 흐름에 의해 표시되며, 한편 상기 캐패시터(303)는 실제로 그것을 가로지르지않고 상기 경계면의 근처에서 축적하는 대전된 것들의 경향을 나타낸다. 실질적으로 1Hz이상의 주파수들에서, 보통 상기 캐패시터(303)는 상기 고체-액체 경계면을 지나는 소신호 전류의 흐름을 위한 더 쉬운 경로를 제공한다.

도 1의 장치에 있어서, 교차하는 자기장은 자기 회로(304)의 주의의 일부에 감겨진 코일들(105)에 의해 달성되며 적당한 교차한 전류 파형을 제공한다. 더욱이, 전력 손실을 줄이기 위하여, 자기적 레미넌스(remenance)를 나타내는 하나 이상의 요소들(106)을 가진 자기 회로(104)를 제공하는 것으로 알려져있고 상기 자기장의 상태 변경이 요구될 때 상기 코일들만이 에너지가 부여되도록 한다.

본 발명은 또한 자기 흐름 트랜스듀서들의 전력 손실을 줄이기 위한 목적을 가진다.

따라서 본 발명은 전극들 및 교차하는 자기장을 가진 자기 흐름 트랜스듀서로 이루어지며, 전극은 탄소 또는 부식 방지 금속 합금으로 이루어진 전극보다 5Hz이하의 주파수에서 낮은 노이즈 에너지를 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체 사이에 개재된 식으로 배치된 금속 염층으로 이루어지며 상기 층은 전기화학적으로 증착되거나 소결된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 물 계량기(water meters)에서 종래에 사용된 전극들 보다 더 낮은 주파수에서 낮은 노이즈 에너지를 가지는 전극을 사용함으로써, 상기 교차하는 자기장의 주파수가 상기 트랜스듀서의 전력 소비를 차례로 줄이는 노이즈 비율로 동일한 신호에 대해 줄어들 수 있다는 인식을 기초로 한다.

대조적으로, 상기 알려진 자기 흐름 트랜스듀서들의 전극들은 부식 효과들에 대한 그들의 면역을 위하여 스텐레스 강 또는 하스텔로이(Hastelloy)와 같은 부식 저항 금속 합금들이 선택되고 만들어졌다. 그런 알려진 트랜스듀서들에 있어서, 상기 경계면을 가로지르는 전기화학적 전위는초 단위로 더 긴 시간주기 당 큰 변이(variations)들을 허용하면서 불완전하게 정의된다. 그러나, 알려진 트랜스듀서들은 1Hz보다 더 큰 자기장 주파수에서 동작하기 때문에, 이것은 문제를 야기하지 않는다. 따라서, 다르게 표현된 본 발명은 또한 전극들 및 교차하는 자기장을 가지는 자기 흐름 트랜스듀서로 이루어지며, 여기서 전극은 부식-저항 금속 합금으로 이루어지는 전극보다 더 낮은 1Hz 주위의 자기장 주파수들에서 노이즈 특성을 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체 사이에 개재된 식으로 배치된 금속 염층으로 이루어지며 상기 층은 전기화학적으로 증착되거나 소결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전극은 갈바니전기의(galvanic) 전류가 상기 흐름의 상기 유체를 가진 그의 경계면을 가로질러 흐르는 식으로 구성된다. 갈바니전기의 전류는 상기 고체-액체 경계면을 지나는 대전된 것들의 운동 또는 교환으로 인해 발생한다. 알려진 자기 흐름 계량기들에서 상기 액체 및 센서 전극들사이로 흐르며 실제로 위상 경계를 가로지르지 않고 경계면의 일측면 중 하나를 세우거나 분산하는 대향하는 전하의 결과로서 흐르는 변위전류와 구별된다. 상기 갈바니전기의 전류 구성은 상기 전극의 전기적 임피던스 및 노이즈 특성들을 현저하게 개선한다.

더욱이, 본 발명에 따른 상기 전극은 상기 갈바니전기의 전류가 이온들에 의해 수행되는 식으로 구성된다. 특히 은 이온들은 긴 시간 주기의 물에 적합하고 현저하게 부식하지 않기 때문에 유리하다. 더욱이, 무독성이고 허가된 음식 첨가제이다(E174). 은은 또한 전기화학적 계열에서 구리와 가깝고, 물 파이프들에서 원치않는 전해질 부식의 위험성을 줄인다. 또한 전극들내 혹은 전극들 주위에 성가신 바이오필름(biofilms)의 정체(stagnation) 및 형성을 방지하는데 도움을 주면서 살균성이다.

또한, 상기 금속 및 상기 흐름 유체사이에 개재된 금속 및 금속의 염의 배치 및 흐름 유체는 상기 도체 및 갈바니전기의 전류의 기초가되는 유체사이의 전하 교환을 돕는다. 상기 염 또는 이온성 화합물은 바람직하게는 측정되고 따라서 상기 전극에서 보유된 유체 흐름내에서 드물게 용해가능하다. 상기 금속이 은(silver)일 경우, 상기 이온성 화합물은 할로겐 은 염이 될 수 있다. 게다가, 상기 유체가 물일 경우, 그런 할로겐 은 염은 탭 물(염화물(chloride), 플르오르화물(fluoride))내에 보통 대부분 존재하는 이온들에 의해 유리하게 형성된다. 할로겐화 은은 상기 금속과 접촉하여 안정한 전기화학적 하프-셀(half-cells)을 형성한다.

본 발명에 따르면, 상기 금속 염 층은 예를 들어 양극처리(anodizing)에 의해 금속 표면상에 전기화학적으로 증착되며 또는 금속 표면상 소결된(sintered) 금속 염 층으로 이루어진다. 상기 층의 두께는 상기 전극의 임피던스에 영향을 미칠 것이며: 만약 너무 두꺼우면, 상기 총체적인 전기 회로에 과도한 직류 임피던스를 가할 것이며, 만약 두께가 너무 얇으면, 상기 농도는 요구된 전기화학적 작용을 유지하는데 불충분할 것이다. 따라서 상기 층의 두께는 바람직하게 상기 전극의 임피던스가 최소인 식으로 이들 두가지 극단들사이에 놓이도록 예를들어 실험적으로(empirically) 선택된다.

노이즈 및 전기적 특성들에 있어서 또 다른 개선은 그의 활성 영역을 증가시키기 위하여 거칠게된 금속 표면을 가지는 전극에 의해 달성될 수 있을 것이다. 이것은 편리하게도 얼마간의 금속 염을 금속으로 환원하여 달성될 수 있을 것이며, 보통 불균일하고 거칠거칠한 금속의 재성장을 가져온다. 따라서, 본 발명의 제 2 측면은 유체의 흐름을 측정하는 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극보다 5Hz이하의 주파수에서 더 낮은 노이즈 에너지를 가지며, 금속 및 상기 금속 및 상기 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 상기 금속으로 부분적으로 환원된 것을 특징으로 한다. 다르게 표현하면, 본 발명의 제 2 측면은 유체의 흐름을 측정하는 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극의 주파수보다 더 낮은 약 1Hz의 자기장 주파수에서의 노이즈 특성을 가지며, 금속 및 상기 금속 및 상기 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 상기 금속으로 부분적으로 환원된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 자기 흐름 트랜스듀서의 한 쌍의 전극들은 상기 두가지 사이에서 오프셋 전위를 최소화하도록 균형이 맞춰질 것이다. 각각의 전극은 상기 액체에 상대적인 대응하는 전위차를 가지고 별도의 전기화학적 하프-셀로서 작용한다. 만약 상기 전극들이 동일하지 않으면, 상기 두개의 하프-셀 전위들사이의 차이는 상기 전극 단자들사이에 존재할 것이고, 이것은 다음의 증폭 회로에 문제를 야기할 수 있을 것이다(예, 포화).

상기 본 발명의 상기 저-전력 잇점들은 또한 상기 설명한 것처럼 자기 레미넌스(remenance)를 나타내는 수단에 의해 자기장이 발생될 때 얻어진 전력 소비의 감소에 의해 향상된다. 또한 본 발명은 그런 자기적 트랜스듀서를 결합하는 흐름 계량기로 이루어지며, 또한 상기 트랜스듀서의 저전력 소비는 배터리 전력의 사용을 가능하게 하며(도 1의 110에 도시됨) 이것은 가져오는 설치의 용이함으로 인하여 상기 잇점들은 가능하게 한다.

본 발명은 이하의 첨부도면들의 실시예를 통해 도식적으로 설명될 것이다.

도 1은 자기 흐름 트랜스듀서에 구비된 흐름 튜브의 단면도이다;

도 2는 상기 전극들로부터의 신호의 크기/주파수 특성들을 나타내는 도면이다'

도 3은 고체-액체 경계면의 간단한 전기적 모델을 나타낸다;

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 전극을 나타낸다;

도 5는 완전하게 가역가능한(fully-reversible), 유체 및 금속과의 사이에서의 전하의 갈바니전기의 교환을 나타낸다;

도 6은 그에 의해 본 발명의 전극들이 형성될 수도 있는 배치를 나타낸다;

도 7은 도 6의 배치를 이용하여 제조된 전극을 나타낸다;

도 8은 본 발명에 따른 제 2의 전극 구성을 나타낸다;

도 9는 본 발명에 따른 제 3의 전극 구성을 나타낸다;

도 10은 본 발명에 따른 제 4의 전극 구성을 나타낸다;

도 11은 다양한 전극 재료들에 대한 주파수에 대한 노이즈 밀도 그래프를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 전극을 나타내며 측정될 유체(403)의 흐름내에서 드물게 녹는 동일 재질의 이온성 화합물(402)이 코팅된 금속 요소(401)(예를 들면, 전선, 플레이트, 또는 도체를 완전히 덮거나 도체 아래에 놓이는 필름)로 이루어진다.

도시된 실시예에 있어서, 금속(401)은 염화 은이 되는 첨부 화합물(402)을 가진 은이다. 도 5는 고체 은 전극(401) 및 수화시킨(hydrated) 염화 은 층(402)사이에서의 위상 경계면을 가로지르는 은 이온들에 의해 완전하게 가역가능한 상기 유체(403) 및 상기 금속(401)사이에서의 전하의 갈바니전기의 교환을 나타낸다. 상기 경계면을 가로지르는 전기적 전위는 네른스트(Nernst) 방정식에 의해 정의되며, AgCl의 표면 농도 및 Cl 이온들의 액체 농도에 차례로 의존하게 된다. 이들 양들은 일정하지 않으며, 그들은 보통 상기 교차하는 자기장의 주기보다 훨씬 더 긴 시간 척도(timescale)로 변하는 것이 기대된다. 본 발명에 따르면, 이런 변위의 시간척도는 제어된 이온 교환 메카니즘을 가지지 않는 전극 표면에 대해 현저하게 더 길다. 따라서, 낮은 주파수에서의 동작은 상기 노이즈 에너지가 줄어들기 때문에 용이하다. 도 11은 종래 강철 또는 탄성 전극들(곡선들 A 및 B)과 비교된 염화 은으로 이루어진 전극들에 대한 주파수 f 및 노이즈 N에서의 변이(곡선 C)를 나타낸다.

이온성 화합물 층(402)은 상기 유체내에 보통 존재하는 이온들을 가진 금속 표면의 자발적인 반응에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 은 전극들은 염소처리된(chlorinated) 물 공급시 상기 처리 작용제(또는 잔류물)와 반응할 가망성이 있고, 궁극적으로 염화 은을 생성한다.

도 6은 자발적인 반응들이 불충분한 경우의 상황들을 위한 이온성 화합물의 양을 증가시키기 위한 방법을 구현하는 장치를 나타낸다. 제 3 전극(604)은 상기 측정 전극들(601) 및 (602)에 추가하여 상기 유체(603)에 접촉시키기 위하여 제공된다. 전극(604)은 전극들(601,602)과 동일한 재질로 만들 필요는 없다(예를 들면, 그라파이트(graphite) 또는 강(steel)이면 충분하다). 전자회로(605) 제어에 의해 결정된 간격들에서, 실질적인 전위는 전극(604) 및 상기 측정전극들(601,602)사이에 가해진다. 상기 설명된 염화 은 시스템에 대하여, 상기 측정 전극들(601,602)은 둘다 전극(604)에 대해 양 전위를 가지며 전극들(601,602)내의 은의 일정량이 근처에서 음으로 대전된 이온성 이온들과의 반응을 야기하기에 충분하다. 이온성 분자들은 바람직하게는 염화물(chloride)이고, 상기 전극들사이에 가해진 전위는 그런 반응을 돕도록 선택될 수 있다.

상기 처리의 간격 및 지속시간은 다수의 방법들로 결정될 수 있다. 가장 간단한 구현에 있어서, 가해진 간격들은 설치 이전에 고정될 수 있다. 대안으로, 상기 간격들은 상기 측정 유닛(606)에 의해 검출된 전기 신호의 특성에 따라 계산될 수도 있다. 예를 들면, 상기 전극들로부터의 신호에 있어서 증가된 무작위 변위는(즉, 더 많은 노이즈) 상기 전극 임피던스가 대개는 이온 화합물의 고갈로 인해 상승한다는 것을 나타낸다. 이것은 상기 코팅을 회복하기 위한 처리 사이클을 트리거(trigger) 시키는데 사용될 수 있다. 대안으로, 코팅 전극의 상태는 상기 유닛(406)에 의해 가해진 활성 임피던스 측정을 이용하여 결정될 수 있다.

도 7은 상기 방법을 이용하여 제조되며 염화 은(702)의 얇은 필름이 전기화학적으로 코팅된 은(701)의 평단면으로 이루어진 전극을 나타낸다. 상기 흐름 액체(703)와 직접적으로 접촉하도록 위치되며, 바람직하게는 난류(turbulence) 및 상기 대응하는 측정 노이즈 및 불확실성을 줄이기 위하여 상기 흐름 튜브의 벽에 흘러나오는 그의 표면은 상기 액체내의 입자들에 의해 시간에 걸쳐 침식되는 경향이 있고, 그에 의해 활성 전극 표면을 유지하는데 도움이 된다.

염화 은의 더 계속적인 저장을 따라 더 큰 표면 면적이 도 8의 801 및 802로 각각 도시된 것과 같은 금속 등받침(backing) 전극상에 소결된 염화 은의 사용에 의해 얻어질 수 있다. 도시된 것처럼, 전극(802)은 모노리딕(monolithic) 즉, 단일의 고체 조각 전선 또는 플레이트이다. 그러나, 소결된 구조가 또한 가능하다. 알갱이(granules) 형태의 금속성 은은 또한 상기 소결된 염화 은 층(801)내에 포함될 수 있고, 은 알갱이 비율은 서로 전기적으로 접촉하는 실질적인 수와 같은 식으로 선택된다. 그런 은 및 염화 은 알갱이들의 혼합물은 은 막대 또는 플레이트와 같은 제 3의 모노리딕 금속성 요소상에 형성된다.

도 9는 오염 또는 흐름 효과로부터 고갈 또는 간섭에 대해 또한 시간에 더욱 안정적이고 덜 민감한 본 발명에 따른 또 다른 더욱 확고한 전극 구성을 나타낸다. 모노리딕 은 플레이트(901)는 염화 은의 개재 저장소(903)를 가진 염화 은 및/또는 은의 알갱이, 파우더 혹은 소결물(sinter)이 될 수도 있는 유리원료(frit)(902)와 같은 다공성의 보호 요소 뒤에 설치된다.

도 10은 고체 은 요소(1003)내에 중앙 리세스(recess)(1002)에 삽입된 소결된 알갱이 염화은(1001)을 가진 도 7 및 도 8의 합성물(composite)을 나타낸다. 상기 소결된 단면은 좋은 조건하에서 가장 안정한 전극을 제공하며, 상기 노출된 은(염화은 층(1004)으로 도시됨)은 도전적인 조건, 예를 들면 더러운 물에 더 잘 적응하며, 다공성 요소들은 폐쇄될 가망성이 있다.

상기 금속상에 형성된 염화 은 층이 너무 두꺼우면 상기 총체적인 전기 회로에 과도한 직렬 임피던스를 추가시킨다는 것이 인정될 것이다. 만약 너무 얇으면, 상기 농도는 상기 요구된 전기화학적 작용을 유지하는데 불충분하다. 적절한 양의 염화물은 전극 제조 중 또는 이후의 동작 중 하나에서 안정한 전해질내에 상기 전극의 전기적 임피던스 모니터링(monitoring)에 의해 결정될 수 있다. 음극 또는 양극 처리는 상기 임피던스가 가장 낮은 달성가능한 포인트에 있을 때 까지 인가되어야만 한다.

실제로, 상기 임피던스의 상기 측정된 성분은 캐패시턴스, 저항 또는 두가지 의 혼합이 될 수 있다. 상기 전극의 단자 및 동일 전해질내에 담궈진 제 2 전극의 단자사이에서 측정될 수 있고, 다른 흐름 계량기 전극이 될 수도 있다 . 대안으로, 두 전극들은 작은 차동(differential) 교차(alternating) 전위가 그들 사이에 소신호 임피던스를 측정하기 위하여(예를 들면, 상기 전극 단자들을 도체와 연결하여)인가될 수 있는 그런 방식으로 측정 중에 상기 동일한 의미의 전기적 전위에서 유지될 수 있다.

둘 사이에서 최소의 전기적 오프셋 전위를 보장하도록 상기 전극들을 균형을 맞추는 것이 또한 중요하다. 각각의 전극은 상기 액체에 상대적인 대응하는 전위 차를 가지고 별도의 전기화학적 하프-셀로서 작용한다. 만약 상기 전극들이 동일하지 않다면, 상기 두개의 하프-셀 전위들 사이의 차이는 상기 전극 단자들사이에 존재할 것이고 이것은 이후의 증폭 회로에 문제를 야기할 수 있다(예. 포화).

이런 목적을 위하여, 상기 전극들은 그들이 보통의 전기화학적 하프-셀 전위에 도달할 때까지 처리될 수 있다. 이것은 이 자료내에 어떤 다른곳에 설명된 것처럼 하나 이상의 양극산화(anodization), 음극산화(cathodization), 화학적 작용제 또는 광에 대한 노출을 포함할 수 있고, 상기 전극의 하프-셀 전위는 고정된 표준 하프-셀 또는 동시에 처리되지 않은 제 2 전극에 대해 측정된다. 대안으로, 상기 처리는 시간 주기동안 함께 둘 이상의 유사한 전극들의 단자들을 연결하는 것을 포함하며, 상기 전극들은 보통의 도전성 전해질내에 담궈진다. 그런 전극 콘디셔닝(conditioning)은 초기 제조 중 뿐만아니라 호스트 전자회로에 의해 상기 완성된 기구의 동작 수명동안 인가될 수 있다.

상기 전극의 노이즈 및 전기적 특성들은 활성 표면 영역을 증가시킴으로써 개선될 수 있고 그에 의해 그의 경계면 임피던스를 줄인다. 이것은 알려진 기계적 및 전기화학적 거칠기(roughening) 기술에 의해 달성될 수 있다. 또한, 상기 설명된 양극산화 처리에 있어서 전류 흐름의 역전에 의하여, AgCl은 금속은 Ag로 변환될 수 있고, 금속성 Ag의 수지상결정(dendrites)으로서 금속의 재성장이 금속 표면으로부터 성정하면서, 상기 AgCl중에 형성한다. 이것은 또한 상기 은 전극의 활성 표면 영역을 증가시키는 효과를 가지며 모노리딕 및 소결된 구조들 둘다에 적용가능하며, 알갱이들중에 금속성 은의 수지상 결정을 성장시키는데 사용될 수 있다.

표면 영역을 증가시키는 단계는 상기 설명된 바와 같이 염화 은 형성 단계를 가지고 변경될 수 있다. 또한 다른 알려진 환원(reduction) 수단, 예를 들면 수소 가스에서 가열 또는 광에 노출시키는 것을 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명은 단지 실시예들로서 설명된 것이며 광범위한 다양한 변형들이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 특히 본 발명은 은 또는 그의 이온 화합물 또는 염, 염화 은에 제한되지 않는다. 금 및 백금이 또한 좋은 결과를 산출할 수 있다. 유사하게, 본 발명은 또한 물과 다른 유체에 적용가능하다.

Claims (48)

1. 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극보다 5Hz이하의 주파수에서 더 낮은 노이즈 에너지를 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 전기화학적으로 증착되거나 소결된 것을 특징으로 하는 유체의 흐름을 측정하는 자기 트랜스듀서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 염 층은 측정될 상기 유체 흐름내에서 드물게 용해가능한 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속은 은 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
4. 제 3항에 있어서, 상기 염 층은 할로겐화 은 염인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
5. 제 4항에 있어서, 상기 할로겐화 은 염은 염화은 또는 불화은(silver fluoride) 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 전극의 임피던스가 최소가 되는 것과 같은 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전극의 표면은 그의 활성 영역을 증가시키기 위하여 거칠게 된(roughened) 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
8. 제 7항에 있어서, 상기 층은 부분적으로 금속으로 환원된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 트랜스듀서의 한 쌍의 전극들은 그들 둘 사이에서 오프셋 전위가 최소가 되도록 균형잡힌 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 교차하는 자기장을 발생시키는 수단을 더 포함하여 이루어지고, 상기 수단은 자기 레미넌스(remenance)를 나타낸 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
11. 제 1 항에 따른 자기 트랜스듀서와 결합하는 흐름 계량기.
12. 제 11항에 있어서, 상기 흐름 계량기는 전지에 의해 전력이 가해지는(battery-powered) 것을 특징으로 하는 흐름 계량기.
13. 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극의 주파수보다 더 낮은 1Hz의 자기장 주파수에서의 노이즈 특성을 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 전기화학적으로 증착되거나 소결된 것을 특징으로 하는 유체의 흐름을 측정하는 자기 트랜스듀서.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 염 층은 측정될 상기 유체 흐름내에서 드물게 용해가능한 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 금속은 은 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 염 층은 할로겐화 은 염인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 할로겐화 은 염은 염화은 또는 플르오르화 은(silver fluoride) 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 전극의 임피던스가 최소가 되는 것과 같은 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 전극의 표면은 그의 활성 영역을 증가시키기 위하여 거칠게 된(roughened) 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 층은 부분적으로 금속으로 환원된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
21. 제 13 항에 있어서, 상기 자기 트랜스듀서의 한 쌍의 전극들은 그들 둘 사이에서 오프셋 전위가 최소가 되도록 균형잡힌 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
22. 제 13 항에 있어서, 상기 교차하는 자기장을 발생시키는 수단을 더 포함하여 이루어지고, 상기 수단은 자기 레미넌스(remenance)를 나타낸 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
23. 제 13 항에 따른 자기 트랜스듀서와 결합하는 흐름 계량기.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 흐름 계량기는 전지에 의해 전력이 가해지는(battery-powered) 것을 특징으로 하는 흐름 계량기.
25. 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극보다 5Hz이하의 주파수에서 더 낮은 노이즈 에너지를 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 상기 금속으로 부분적으로 환원된 것을 특징으로 하는 유체의 흐름을 측정하는 자기 트랜스듀서.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 염 층은 측정될 상기 유체 흐름내에서 드물게 용해가능한 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 금속은 은 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
28. 제 27항에 있어서, 상기 염 층은 할로겐화 은 염인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
29. 제 28항에 있어서, 상기 할로겐화 은 염은 염화은 또는 플르오르화 은(silver fluoride) 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
30. 제 25 항에 있어서, 상기 층은 전기화학적으로 증착된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
31. 제 25 항에 있어서, 상기 층은 소결된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
32. 제 25 항에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 전극의 임피던스가 최소가 되는 것과 같은 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
33. 제 25 항에 있어서, 상기 자기 트랜스듀서의 한 쌍의 전극들은 그들 둘 사이에서 오프셋 전위가 최소가 되도록 균형잡힌 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
34. 제 25 항에 있어서, 상기 교차하는 자기장을 발생시키는 수단을 더 포함하여 이루어지고, 상기 수단은 자기 레미넌스(remenance)를 나타낸 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
35. 제 25 항에 따른 자기 트랜스듀서와 결합하는 흐름 계량기.
36. 제 35항에 있어서, 상기 흐름 계량기는 전지에 의해 전력이 가해지는(battery-powered) 것을 특징으로 하는 흐름 계량기.
37. 전극들 및 교차하는(alternating) 자기장을 가지는 트랜스듀서로 이루어지는 것으로서, 전극은 탄소 또는 부식-저항(corrosion-resistant) 금속 합금으로 이루어지는 전극의 주파수보다 더 낮은 1Hz의 자기장 주파수에서의 노이즈 특성을 가지며, 금속 및 상기 금속 및 유체사이에 개재되는 식으로 배치된 금속 염 층으로 이루어지며, 상기 층은 상기 금속으로 부분적으로 환원된 것을 특징으로 하는 유체의 흐름을 측정하는 자기 트랜스듀서.
38. 제 37 항에 있어서, 상기 염 층은 측정될 상기 유체 흐름내에서 드물게 용해가능한 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
39. 제 38 항에 있어서, 상기 금속은 은 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
40. 제 39 항에 있어서, 상기 염 층은 할로겐화 은 염인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
41. 제 40 항에 있어서, 상기 할로겐화 은 염은 염화은 또는 플르오르화 은(silver fluoride) 인 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
42. 제 37 항에 있어서, 상기 층은 전기화학적으로 증착된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
43. 제 37 항에 있어서, 상기 층은 소결된 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
44. 제 37 항에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 전극의 임피던스가 최소가 되는 것과 같은 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
45. 제 37 항에 있어서, 상기 자기 트랜스듀서의 한 쌍의 전극들은 그들 둘 사이에서 오프셋 전위가 최소가 되도록 균형잡힌 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
46. 제 37 항에 있어서, 상기 교차하는 자기장을 발생시키는 수단을 더 포함하여 이루어지고, 상기 수단은 자기 레미넌스(remenance)를 나타낸 것을 특징으로 하는 자기 트랜스듀서.
47. 제 37 항에 따른 자기 트랜스듀서와 결합하는 흐름 계량기.
48. 제 47항에 있어서, 상기 흐름 계량기는 전지에 의해 전력이 가해지는(battery-powered) 것을 특징으로 하는 흐름 계량기.

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