KR20140026380A - 전류측정식 센서 시스템 - Google Patents

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KR20140026380A KR20137024093A KR20137024093A KR20140026380A KR 20140026380 A KR20140026380 A KR 20140026380A KR 20137024093 A KR20137024093 A KR 20137024093A KR 20137024093 A KR20137024093 A KR 20137024093A KR 20140026380 A KR20140026380 A KR 20140026380A
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Abstract

물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 센서 시스템이 전자기기 서브시스템, 및 전자기기 서브 시스템에 전기적 및 기계적으로 결합되는 센서 하우징을 포함한다. 센서 하우징은 적어도 하나의 유입구를 통해 물을 수용하며 적어도 하나의 배출구를 통해 물을 배출하는 챔버를 둘러싼다. 적어도 하나의 센서는 챔버 내의 물에 노출된 적어도 하나의 전극을 구비한다. 유동 발생기가 물이 챔버를 통해 흐르게 한다. 챔버 내의 복수의 물체가 물 유동에 응답하여 움직이며, 적어도 하나의 전극을 연마 세척한다. 바람직하게는, 센서 시스템은 적어도 2개의 전극을 구비한 염소 센서를 포함한다. 전자기기 서브시스템은 측정 간격 동안 두 전극 사이로 제1 차동 전압을 인가하고, 이후 측정 간격에 이은 간격 동안 두 전극 사이로 제2 차동 전압을 인가한다.

Description

전류측정식 센서 시스템{AMPEROMETRIC SENSOR SYSTEM}
본 발명은 수화학을 검사하는 시스템 분야에 관한 것으로, 특히 전류측정식 센서 분야에 관한 것이다.
전류측정식 염소 센서는 식수, 폐수, 냉각탑 내의 염소 잔류물을 측정할 때 사용된다. 몇몇 더 새로운 응용은 해수 내의 총 잔류 산화제(Total Residual Oxidant, TRO)를 측정하는 것이다. 최근의 규제 조치는 침입종들을 비활성화하기 위해 그리고 고유의 물이 아닌 물로의 침입종들의 배출을 방지하기 위해 밸러스트수 탑재 선박들의 처리를 요구한다. 다른 새로운 응용은 역삼투식 담수화 시스템(Reverse Osmosis Desalination System) 내에 사용되는 전처리 정밀여과막들의 생물부착(biofouling) 역세척을 위해 사용되는 해수 내의 500ppm 이상의 TRO를 측정하는 것이다.
당해 기술분야의 수화학의 온라인 측정이 직면한 공통의 문제점은 센서 시스템 내의 전극들의 오염이다. 전극 측정은 작동 전극이 전극 공정을 방지하는 유기층(생물부착) 또는 무기층(탄산칼슘과 같은 염)으로 덮일 때 신뢰하지 못하게 될 수 있다.
소정의 센서들의 다른 문제점은 센서 신호에 대한 가변 유량의 악영향 없이 공정 흐름 내에 설치될 수 있는 유동 독립형 측정 방법의 부족이다. 특히, 전류측정식 센서는 유량에 의해 상당히 영향을 받는다. 바람직하게는, 센서 시스템은 센서 출력 신호의 현저한 변화 없이 초당 0피트 내지 7피트가 넘는 범위의 유량으로 정확한 측정을 제공해야 한다. 대부분의 센서들의 다른 제약은, 예컨대 식수 분배 시스템 내에 필요할 수도 있는, 간단한 설치를 위한 공정흐름관 또는 이음매에 센서를 직접 삽입하는 능력의 부족이다.
온라인 염소 감시의 관리 비용은 종종 유닛 비용을 상당히 초과한다. 가변 전극 표면, 오염, 전해질 고갈, 박막 오염 또는 신장, 압력 변화 또는 스파이크, 유동 변화, 및 pH 변화로 인해, 전부는 아니더라도 대부분의 상용 센서들에 빈번한 재조정(recalibration)이 필요하다.
다수의 센서 시스템은 pH를 4.0까지 낮추기 위해 요오드 용액 또는 완충액의 시약 공급을 요구한다. 다른 시스템들은 유동 또는 압력에 의존하며, 센서에 일정한 유량을 공급하기 위해 배출용 배수구로 제어된 유동을 요구한다. 이러한 요건은 설치, 관리 및 물류 요건들을 더 복잡하게 한다. 이는 과도한 물 손실 또는 불필요한 소비로 이어진다. 용액 소비와 보충은 더 높은 비용 및 관리 요건으로 이어진다.
다수의 센서의 분극은 최초 2시간 내지 24시간에 걸쳐 감도 손실을 초래하여, 재조정이 요구된다. 센서가 분리 및 교체되면, 감도가 감소하고 조정이 변화된다.
노출된 전극들을 구비한 전류측정식 시스템이 낮은 레벨의 시아누르산(CYA)과 사용될 때에도, 전극의 분극이 전극 공정을 방지하는 CYA층과 함께 일어나고, 전극은 낮은 신호 응답으로 인해 일 작동일도 못되어 사용 불가능하게 된다.
산화 환원 전위(Oxidation Reduction Potential, ORP)가 잔류물 제어를 위해 사용되며, 살균제 효능의 정성적 지표를 제공한다. ORP 감지를 위해 사용되는 프로브는 특히 높은 레벨의 시아누르산이 존재할 때 유기물에 의해 초래되는 감도 감소를 종종 겪는다. 이러한 제약을 갖지 않는 ORP 센서가 필요하다.
방대한 수의 상용 전류측정식 시스템은 작동(측정) 전극에 일어나는 환원을 제어하기 위해 박막과 전해질을 사용한다. 이러한 시스템들의 문제점들이 잘 알려져 있다. 박막은 신장되며, 오일과 유기물로 오염되고, 자주 교체되어야 한다. 대부분의 이러한 시스템들의 다른 문제점은 이들이 하이포아염소산만을, DPD 검사 키트에 의해 측정되는 바와 같은 잔류 염소(free chlorine)가 아닌 잔류 염소 분율만을 측정한다는 것이다. 그 결과, 박막 센서의 신호는 비피복 전극 센서에 비해 pH 변화에 따라 급격히 변화된다. 이는 6.0pH 내지 8.0pH의 제한된 작동 범위로 이어진다. 8.0pH를 초과하면, 센서는 매우 적은 신호를 발생하고, 이는 상당한 에러를 초래할 수 있다.
전해질은 계속적으로, 종종 월 단위로 교체되어야 한다. 이러한 결함 외에도, 박막 센서들은 유동 및 압력 변화에 의해 영향을 받으며, 어느 쪽이든 변화될 때 재조정이 요구된다.
주지의 센서는 염소용 작동 전극 상의 스크린 인쇄막 및 다수의 전극들을 구비하여 기판 상에 형성되는 교체 가능한 박막 센서를 사용한다. 센서는 약 6개월의 매우 짧은 수명을 가진다.
주지의 센서들의 다른 문제점은 식수 내의 클로라민의 검출 및/또는 간섭이다. 클로라민(모노클로라민)은 식수를 처리하기 위해 사용되는 살균제이다. 클로라민은 식수 처리를 위해 암모니아가 염소에 추가될 때 가장 일반적으로 형성된다. 클로라민의 통상의 목적은 물이 관들을 통해 소비자들을 향해 이동할 때 살균을 위해 더 오래 지속되는 잔류물을 제공하는 것이다. 이러한 유형의 살균은 2차 살균으로 알려져 있다. 클로라민은 거의 90년 동안 수도 시설에 의해 사용되었고, 클로라민의 사용은 면밀하게 규제된다. 5명의 미국인 중 2명 이상이 클로라민으로 처리된 식수를 이용한다. 클로라민을 함유하며 EPA 규제 기준을 만족하는 물은 음용, 요리, 목욕, 및 다른 가정용 용도로 사용하기에 안전하다.
다수의 시설이 클로라민을 2차 살균제로 사용한다; 그러나, 최근에는 몇몇 시설이 살균 부산물 규제를 만족하기 위해 2차 살균제를 모노클로라민으로 변경하였다.
모노클로라민(NH2Cl)은 일반적으로 잔류 염소 소독에 대한 대안으로 시립 수분배 시스템에서 2차 살균제로서 저농도로 사용된다. 모노클로라민의 사용이 증가하고 있다. 염소(종종 “잔류 염소”로 지칭함)는 모노클로라민으로 대체되는 중이며, 모노클로라민은 훨씬 더 안정적이고, 소비자들에게 도달하기 전에 물로부터 소실되지 않는다. 모노클로라민은 또한, 유기 물질을 클로로포름과 같은 클로로카본으로 변환하는, 잔류 염소보다는 훨씬 더 낮지만 여전히 존재하는 경향을 가진다. 이러한 화합물은 발암물질로 확인되었다; 그리고 1979년에 미국 환경보호국은 식수 내의 이러한 화합물의 규제 레벨을 개시하였다. 게다가, 클로라민으로 처리된 물은 기상 처리의 독특한 염소 냄새가 덜하여 맛이 개선된다. 수영장에서는, 클로라민이 유기 물질과 잔류 염소의 반응에 의해 형성된다. 잔류 염소에 비해 클로라민은 살균제로서 덜 효과적이며, 수영장 사용자들의 눈에 더 자극적이다. 수영장 사용자들이 수영장 내의 “너무 많은 염소”로부터의 눈 자극을 호소할 때, 통상 높은 레벨의 클로라민이 문제이다. 집주인에 의해 사용되도록 설계된 몇몇 수영장 검사 키트는 잔류 염소와 클로라민 모두에 민감하여 혼동을 줄 수 있다.
하기 표는 어떤 종이 존재하는지를 판단하기 위해 사용되는 전류 대 Cl 전위 및 전류 대 모노클로라민 전위를 예시한다.
Figure pct00001
상기 표에서, Cl의 농도는 20ppm이고, NH2Cl의 농도는 Cl처럼 20.5ppm이다. 두 열의 “블랭크” 판독은 염소 또는 모노클로라민의 농도가 0인 주지의 액체를 측정함으로써 결정된다. 염소와 모노클로라민에 대한 수정된 분석 신호들은 각각의 적용된 전위에서 측정값들로부터 블랭크값들을 감산함으로써 결정된다. 수정된 분석 신호들에 대한 데이터 포인트 대 전위 전압은 도 40에 도시된 그래프에 나타나 있다.
하기 표는 전위들의 대응하는 비율에 대한 분석 신호들의 비율을 예시한다.
Figure pct00002
상기 데이터로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 종이 모노클로라민인지 잔류 염소인지 여부를 2개의 전위의 측정 비율에 의해 판단하는 것이 가능하다. 5를 초과하는 비율은 해당 종이 모노클로라민이라는 것을 나타낸다. 모노클로라민이 존재한다는 것을 나타내고, 그에 따라 사용자에게 작업을 수행하도록 권장하기 위해, 표시 아이콘을 사용할 수 있다. 예컨대, 수영장과 사용되는 경우, 아이콘은 물을 초과 염소화할 필요가 있다는 것, 또는 모노클로라민 레벨을 낮추기 위해 비염소 충격 화합물을 사용할 필요가 있다는 것을 작업자에게 경고할 수 있다.
데이터는 또한 유사한 레벨의 잔류 염소와 모노클로라민에 의해 발생되는 신호들의 급격한 차이를 예시한다. 저장된 두 조정(하나는 유리염소에 대한 조정, 다른 하나는 총 염소에 대한 조정)을 사용할 수 있다. 비율의 크기에 근거하여 모노클로라민 및 잔류 염소 분율들을 정량화하기 위해, 비율을 또한 사용할 수 있다. 모노클로라민이 존재하면 모노클로라민의 ppm을 판독하기 위해, 저장된 조정을 조절할 수 있다. 식수 응용에 있어서, 염소 레벨을 보다 정확하게 표시하기 위해 잔류 염소 대신 모노클로라민 ppm을 표시하도록, 표시되는 잔류물을 조절할 수 있다. 그렇지 않으면, 센서 시스템은 모노클로라민의 더 낮은 신호 응답으로 인해 살균제 레벨을 현저히 과소 보고할 수도 있다.
낮은 관리 요건을 가진 전류측정식 시스템이 요구된다. 시스템은 오랜 시간 동안 무인 작동할 수 있어야 한다. 시스템은 센서 교체 또는 다른 관리 없이 연장된 기간(예컨대, 최대 1년) 동안 작동해야 한다. 바람직하게는, 염소 센서와 pH 센서는 작동 비용을 저감하기 위해 개별적으로 교체 가능해야 한다. 바람직하게는, 센서는 시아누르산(CYA)의 분극 효과를 극복하는 방법을 포함한다. 센서는 빈번한 재조정을 요구하지 않아야 하고, 분리 또는 교체 시에 신속하게 안정화되어야 하며 신뢰할 만한 판독을 보고해야 한다.
본 발명에 따른 실시예들의 일 양상은, 긴 수명의 염소 센서를 구비한 신뢰할 만한 센서 플랫폼을 제공하며, 교체 가능한 pH 센서를 제공하고, 이따금의 조정만을 요구하는 센서 시스템이다. 센서 시스템은 빠른 측정 응답 시간을 제공하며, 유동, pH, 온도 또는 전도성 변화에 의해 많은 영향을 받지 않고, 관 내의 직접 삽입을 가능하게 한다. 센서는 생물부착 및 높은 레벨의 수경도(water hardness)에 저항력이 있고, 이로써 센서는 식수 내의 염소 측정을 위한 클리너 응용뿐만 아니라, 해수와 폐수를 포함하는 가장 까다로운 응용에서의 사용에도 실용적이다.
본원에 개시된 센서 시스템은 일정한 유량의 물을 수용하는 유동 셀, 또는 직접 관 삽입을 가능하게 하며 유량과 무관하게 작동될 수 있는 일체형 펌프 형태와 사용될 수 있다.
센서 시스템의 일 실시예는, 수경도의 결과로 그리고 몇몇 경우에는 산화물 형성의 결과로 축적된 염을 제거하기 위해 pH 센서와 전극들의 표면을 연마하도록, 유동 셀에 공급된 물 또는 펌프로부터의 유동에 의해 움직이는 세척볼들을 포함한다. 바람직하게는, 센서 시스템은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; 예컨대, Teflon® 수지)볼들 또는 다른 고분자볼들을 사용하여, pH 전극과 기준 전극 모두의, 그리고 염소 센서용 작동 전극과 보조 전극의 산화물박편(scale)을 동시에 세척할 수 있다. 몇몇 경우에, 해수 산화제 센서에서 폴리에테르에테르케 톤(PEEK)볼들을 사용하는 것이 바람직하다. 유동 셀은 유리하게는 볼들이 정상 작동 중에 탈출할 수 없도록 설계된다. 유입구가 볼 직경보다 실질적으로 더 작게 형성되는데, 이는 유동이 중단되고 센서가 분리될 때 볼의 탈출을 방지한다. 센서와 유동 셀의 벽들 사이의 작은 간극으로 인해, 볼들은 유동 셀의 토출구를 통해 탈출할 수 없다. 하우징은 포획된 공기가 작동 중에 퍼지될 수 있도록 구성된다. 특히, 토출구는 센서 시스템이 수평 배향된 관 이음매에 삽입될 때 센서 단부 위에 위치한다. 토출구의 위치는 공기가 유동 셀을 빠져나갈 수 있게 한다.
일체형 펌프를 구비한 자가-세척 센서의 다른 실시예에 따르면, 센서는 0FPS 내지 7FPS의 가변 유량으로 지속적인 판독을 제공한다. 센서는 까다로운 조건에서 자가-세척한다. 센서는 일체형 펌프에 의해 센서 커버 내부에 전개되는 전극들을 가로지른 더 높은 속도로 인해 더 높은 감도 신호를 공급한다. 일체형 펌프는 염소 전극들을 가로질러 지속적인 유동을 제공한다. 센서는 3개의 전극 모두를 동시에 세척한다. 센서는 또한 pH 센서 유리를 세척한다. 센서는 자동 pH 보상을 제공하도록 통합된다. 센서는 긴 수명의 전극들을 구비한다.
센서에서, 자기결합식 임펠러는 대략 일정한 유동 속도로 전극들을 가로질러 물 유동을 발생하는 모터에 의해 회전된다. 이러한 유량은 또한 전극들을 가로질러 더 높은 속도로 염소에 대한 전극 감도를 개선한다. 커버는 볼들을 유지하며 펌프 볼류트를 형성하여, 산화물박편 및 생물학적 코팅을 제거하기 위해 센서의 내부와 전극 표면을 연마하도록 유동을 발생하며 볼들을 움직인다. 바람직한 실시예에서, 모터는 소음이 낮으며 저전류를 요구하는 3상 브러시리스 DC(BLDC) 모터이다. 펌프는 자흡식(self-priming)이다. 펌프는 모터 이동을 검출하고 모터 속도를 제어하기 위해 일체형 타코미터(tachometer)를 포함한다.
바람직한 실시예들에서, 생물부착을 겪는 센서의 습윤부들은 PTFE 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW; 예컨대, Teflon® 수지)으로 제조되며, 유기겔과 미생물의 점착에 저항력이 있다. 센서는 반구형 형상을 가지며, 이는 센서가 배관티에 설치되고 침지되어 유수를 겪을 때 큰 미립자의 방출을 가능하게 한다.
센서의 바람직한 실시예들에서, 측정 전위의 인가에 이어, 음전위가 전극들에 인가된다. 음전위의 인가는 시아누르산(CYA)이 존재할 때 전극의 부동태화(passivation)를 방지하는 예상치 못한 이점을 제공한다. 후속으로 인가되는 음전위가 없는 경우, 전극은 빠르게 부동태화되고, 그에 따라 약 24시간 이내에 센서로부터의 신호가 약 90% 감소하여, 측정되는 염소 레벨과 더 이상 관련이 없다. 후속으로 인가되는 음전위는 점차적인 감도 손실을 방지함으로써 분극의 효과를 최소화하며, 이는 무한 반복 측정을 가능하게 한다.
본원에 개시된 센서 시스템은 다양한 구성을 가질 수 있는 긴 수명의 염소 센서를 포함한다. 하나의 유리한 구성에서, 염소 센서는 백금 작동 전극과 백금 보조 전극을 포함한다. 다른 유리한 구성에서, 염소 센서는 백금 보조 전극과 금 작동 전극을 포함한다. 백금 전극은 백금 합금을 포함할 수 있다. 금 전극은 금 합금을 포함할 수 있다. 또 다른 구성에서, 두 전극은 백금이다. 또 다른 구성에서, 두 전극은 금이다. 바람직하게는, 염소 센서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 소수성을 포함하는 탁월한 기계적 특성과 화학적 저항 특성을 가진 반결정질 열가소성 물질을 포함하는 하우징 내부에 수용된다. 대안으로, UHMW를 사용할 수 있다.
2개의 백금 전극을 사용하여, 시아누르산을 함유하는 수영장의 물 또는 해수를 측정할 때, 약 0.25V의 측정 전위를 약 30초 동안 인가한다. 측정 전위에 이어, -2.0V의 전위를 약 5초 동안 인가한다. 금 전극들을 사용하여 식수와 폐수를 측정할 때, 약 0.25V의 측정 전위를 약 5초 내지 30초 동안 인가하고, 그에 이어 -0.6V의 전위를 약 1초 내지 10초 동안 인가한다. 백금 전극들을 사용하여 식수와 폐수를 측정할 때, 약 0.25V 내지 약 0.4V의 측정 전위를 약 5초 내지 30초 동안 인가하고, 그에 이어 -0.6V의 전위를 약 1 내지 5초 동안 인가한다. 본원에 개시된 센서를 사용한 측정 결과 및 DPD 분광광도계 측정 결과를 비교할 수 있다.
동일한 센서가 다양한 물 구성을 가진 여러 다양한 응용에서 사용될 수 있기 때문에, 전위 및 측정 시간과 같은 소정의 파라미터 설정은 각각의 물 유형을 위해 최적화될 수 있다. 한번의 메뉴 선택으로, 사용자는 물 유형을 선택할 수 있고, 파라미터 설정이 변화된다. 이러한 특징은 작동을 단순화하며, 단일 센서가 소정의 물 유형을 위해 최적화된 다양한 응용에서 센서의 사용을 용이하게 한다. 예컨대, 일 실시예에서, “해수”를 선택할 수 있거나, “식수”를 선택할 수 있다.
센서는 염소 외에도 ORP, pH 및 전도성을 포함하는 여러 물 파라미터를 순차적으로 측정한다. ORP 측정은 5초의 매우 짧은 간격으로 수행될 수 있다. 측정들 간의 순환은 전극 표면 상에 유기물의 흡수를 방지하는 전위를 인가한다. ORP 측정의 평형을 빠르게 하기 위해, ORP 측정 시작 전에 전위를 0.0V로 설정한다. 이는 까다로운 물 조건에서 신속하고 신뢰할 만한 ORP 측정을 가능하게 한다.
본원에 개시된 센서 시스템은 단일-접합 센서 또는 이중-접합 센서일 수 있는 교체 가능한 pH 센서를 포함한다. 바람직한 실시예들에서, pH 센서는 이중-접합 센서 또는 차동 pH 센서이다. 대안으로, pH 측정이 필요하지 않은 응용들에서 고체-상태 기준 전극이 pH 센서를 대신할 수 있다. 예컨대, 해수의 pH는 상당히 일정하며, 보통 측정될 필요가 없다. 고체 기준 전극의 사용은 대부분의 pH 센서들에 요구되는 깨지기 쉬운 유리 전구를 없애며, 긴 수명과 낮은 관리 요건을 가능하게 한다. 기준/pH 카트리지들 각각은 소프트웨어 인터페이스를 구비한 사용자에 의해 이루어진 단 한번의 변경에 의해 사용될 수 있다.
본원에 개시된 센서 시스템은 볼류트 커버를 구비한 펌프를 포함한다. 펌프는 전극들로부터 산화물박편 및 다른 오염물을 제거하는 복수의 세척볼을 움직이는 임펠러를 포함한다. 바람직하게는, 세척볼들은 Teflon® 수지를 포함한다; 그러나, 세척볼들은 세라믹, 유리 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있다. 임펠러는 정반대편에 자화된 자석들에 의해 모터에 결합된다. 소정의 바람직한 실시예들에서, 정반대편에 자화된 자석들은 네오디뮴 자석들이다.
바람직하게는, 본원에 개시된 센서 시스템은 일체형 온도 센서, 및 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 메모리 장치를 포함한다. 소정의 실시예들에서, 온도 센서는 열전도성 에폭시를 이용하여 센서 하우징에 포팅(potting)된다. 특히 바람직한 실시예들에서, 센서 바디 벽은 측정되는 유체로부터 온도 시스템으로의 열 시정수를 최소화하기 위해 약 0.03 인치의 두께를 가진다. 바람직하게는 전기적 소거 및 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROM)인 메모리 장치는 센서 시스템을 위한 조정값들과 센서 시스템의 일련 번호를 저장한다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 일 양상은 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 센서 시스템이다. 센서 시스템은 전자기기 서브시스템과 센서 하우징을 포함한다. 센서 하우징은 전자기기 서브시스템에 전기적 및 기계적으로 결합된다. 센서 하우징은 적어도 하나의 유입구를 통해 물을 수용하며 적어도 하나의 배출구를 통해 물을 배출하는 챔버를 포함한다. 센서 하우징 내의 적어도 하나의 센서는 챔버 내의 물에 노출된 적어도 하나의 전극을 구비한다. 유동 발생기가 물이 챔버를 통해 흐르게 한다.
바람직하게는, 센서 하우징은 파라미터가 측정되어야 하는 물을 운반하는 관에 삽입되도록 구성된다.
바람직하게는, 유동 발생기는 모터와 임펠러를 포함하는 펌프이다. 센서 하우징은 물에 노출된 습윤측과 물로부터 격리된 건조측을 포함한다. 모터는 센서 하우징의 건조측에 장착되며; 임펠러는 센서 하우징의 습윤측에 장착된다. 하우징의 건조측의 모터의 회전이 하우징의 습윤측의 임펠러를 회전시키도록, 임펠러는 모터에 자기적으로 결합된다. 소정의 실시예들에서, 모터는 브러시리스 DC 모터를 포함한다.
예시된 실시예에서, 센서 시스템은 전류측정식 센서 시스템이다.
바람직하게는, 센서 시스템은, 챔버 내에 한정되며, 적어도 하나의 전극의 표면에 부딪쳐 이를 세척하도록 챔버 내의 유수에 의해 움직일 수 있는 복수의 가동 물체를 더 포함한다. 예컨대, 가동 물체들은 유리구들을 포함할 수 있거나, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)구들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 가동 물체들은 챔버에 한정되도록 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 토출구보다 충분히 더 큰 치수를 가진다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 적어도 하나의 센서는 적어도 3개의 전극을 포함하고, 적어도 3개의 전극은 물이 챔버를 통해 흐를 때 챔버 내에서 움직이는 복수의 가동 물체에 의해 동시에 세척된다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 적어도 하나의 전극은 염소 센서 내의 전극들과 pH 센서 내의 전극들을 포함하고, 염소 센서 내의 전극들과 pH 센서 내의 전극들은 동시에 세척된다. 바람직하게는, 적어도 3개의 전극은 물이 챔버를 통해 흐를 때 챔버 내의 복수의 가동 물체에 의해 동시에 세척된다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 챔버의 적어도 하나의 토출구는 챔버 내의 모든 공기가 적어도 하나의 토출구를 통해 빠져나가도록 위치한다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 다른 양상은 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 전류측정식 센서 시스템이다. 센서는 측정될 파라미터를 가진 물과 유체 소통되도록 위치하는 적어도 하나의 센서 프로브를 포함한다. 프로브는 복수의 전극을 포함한다. 센서는 측정될 파라미터의 농도에 응답하여 출력 신호를 발생한다. 센서 프로브에 전기적으로 결합되는 제어 시스템이 적어도 복수의 전극 중 제1 전극과 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가한다. 제어 시스템은 제1 전극과 제2 전극 사이에서 -0.2V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하도록, 그리고 제1 전극과 제2 전극 사이에서 0V 내지 -5V의 제2 차동 측정 전압을 발생하도록 구성된다. 제2 차동 측정 전압은 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가된다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 제1 전극과 제2 전극은 각각 백금을 포함한다. 바람직하게는, 제1 전극과 제2 전극은 비전도성 기판 상에 증착되는 평면 전극들이다. 예컨대, 센서 시스템은 시아누르산을 포함하는 물과 사용되도록 구성된다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 제1 전극과 제2 전극 중 적어도 하나는 금을 포함한다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 센서 시스템은 해수를 포함하는 물과 사용되도록 구성된다.
시스템의 소정의 실시예들에서, 센서 시스템은 1000ppm을 초과하는 염화나트륨을 포함하는 물과 사용되도록 구성된다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 수중의 두 종을 정량화하는 방법이다. 상기 방법은: 적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로 제1 차동 측정 전위를 인가하는 단계; 및 측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 제1 차동 측정 전위에 응답하여 제1 출력 신호를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로, 제1 차동 측정 전위와 상이한 제2 차동 측정 전위를 인가하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 제2 차동 측정 전위에 응답하여 제2 출력 신호를 측정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율을 결정하는 단계; 및 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 근거하여 두 종 중 어느 종이 존재하는지 판단하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 이후 존재하는 것으로 판단된 종을 산출 및 정량화한다. 상기 방법의 소정의 실시예들에서, 두 종이 모두 존재할 때, 상기 방법은 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 따라 각각의 종을 정량화한다. 상기 방법의 소정의 실시예들에서, 제1 종은 잔류 염소를 포함하며, 제2 종은 클로라민을 포함하고; 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율은 수중의 종이 잔류 염소를 포함할 때 제1 범위 내의 값을 가지며, 수중의 종이 클로라민을 포함할 때 제2 범위 내의 값을 가진다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 수중의 pH를 감지하는 다용도 센서이다. 센서 시스템은 복수의 센서 응용에 공통적인 전자 회로를 수용하는 전자기기 베이스 유닛을 포함한다. 센서 시스템은 적어도 하나의 교체 가능한 pH 센서를 수용하는 탈착 가능한 센서 카트리지를 더 포함하고, 탈착 가능한 센서 카트리지 내의 교체 가능한 pH 센서는 (1) 차동 pH 센서, (2) pH 센서와 기준 전극의 조합, 및 (3) 단독 기준 센서 중 하나로 구성된다.
다용도 센서 시스템의 소정의 실시예들에서, 교체 가능한 pH 센서는 플레어형 바디부를 구비한 제1 감지 단부, 및 센서 커넥터가 고정된 제2 연결 단부를 포함한다. 교체 가능한 pH 센서는 플레어형 바디부와 센서 커넥터 사이에 고정된 길이를 가진다. 탈착 가능한 센서 카트리지는 교체 가능한 pH 센서의 플레어형 바디부를 수용하도록 구성된 플레어형 공동을 포함하며, 센서 커넥터와 결합되도록 구성된 결합 커넥터를 구비한다. 결합 커넥터는 교체 가능한 pH 센서의 플레어형 바디부가 플레어형 공동 내에 위치할 때 센서 커넥터와 전기적 및 기계적으로 맞물리도록 위치한다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 전극들을 사용하여 산화 환원 전위(ORP)를 측정할 때 전극들의 분극을 방지하는 방법이다. 상기 방법은 제1 소정 시간 동안 센서의 두 전극 사이로 전압 전위를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제2 소정 시간 동안 센서의 두 전극 사이에서 전압 전위를 제거하고 ORP를 측정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 각각의 제1 소정 시간 및 제2 소정 시간 동안 인가 및 제거 동작을 반복하는 단계를 더 포함하고, 전압 전위를 인가하는 단계와 전압 전위를 제거하는 단계는 전극들의 분극을 방지한다.
방법의 소정의 실시예들에서, 제1 소정 시간과 그에 이은 제2 소정 시간 의 총 시간은 1분 미만이다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위해 제1 및 제2 전극을 구비한 재구성 가능한 전류측정식 센서이고, 파라미터가 측정되는 물의 일 유형은 식수, 해수 및 수영장 물 중 하나일 수 있다. 전류측정식 센서는 물의 적어도 하나의 파라미터가 측정되어야 하는 물의 유형을 선택하는 셀렉터를 포함한다. 셀렉터에 응답하는 수단이 각각의 물의 유형에 대한 일 세트의 기설정된 작동 파라미터에 따라 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경하도록 선택된 물의 유형에 따라 전류측정식 센서를 구성한다. 작동 파라미터들은 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위해 제1 전압 전위를 제1 및 제2 전극 사이로 인가하는 측정 시간을 포함하고, 제1 전압 전위에 의해 야기되는 분극을 방지하기 위해 비측정 시간 동안 센서에 의해 인가되는 제2 전압 전위의 크기를 더 포함한다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 센서 바디면에 위치하는 복수의 전극을 구비한 전류측정식 센서를 세척하는 방법이다. 복수의 전극 각각은 복수의 전극에 의해 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물에 노출된 표면을 구비한다. 상기 방법은 복수의 전극의 표면에 노출된 물의 체적을 포함하는 공동 내에 복수의 가동 물체를 한정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 물이 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르게 하기 위해, 물을 공동 내로, 공동을 통해, 공동 외부로 흐르게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 물이 공동을 통해 흐를 때, 복수의 가동 물체가 복수의 전극의 표면에 부딪치게 하기 위해, 복수의 가동 물체를 공동 내에서 순환시키는 단계를 더 포함한다. 복수의 가동 물체는 복수의 전극의 표면을 연마하여 전극을 세척한다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 가동 물체들은 구형이다. 상기 방법의 소정의 실시예들에서, 가동 물체들은 유리를 포함한다. 상기 방법의 소정의 실시예들에서, 가동 물체들은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 센서 프로브에 전기적으로 결합된 제어 시스템이 적어도 복수의 전극 중 제1 전극과 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가한다. 바람직하게는, 제어 시스템은 제1 전극과 제2 전극 사이에서 -0.2V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하며, 제1 전극과 제2 전극 사이에서 0V 내지 -5.0V의 제2 차동 전압을 발생하도록 구성된다. 제2 차동 전압은 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가된다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 물은 해수이며, 측정되는 산화제 레벨은 1ppm 내지 500ppm이다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 전류측정식 센서 시스템에서 부동태화를 방지하는 방법이다. 상기 방법은 측정될 파라미터를 가진 물과 유체 소통되도록 적어도 하나의 센서 프로브를 위치지정하는 단계를 포함한다. 프로브는 복수의 전극을 포함한다. 센서는 측정될 파라미터의 농도에 응답하여 출력 신호를 발생한다. 상기 방법은 적어도 복수의 전극 중 제1 전극과 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가하기 위해 센서 프로브에 제어 시스템을 전기적으로 결합시키는 단계를 더 포함한다. 제어 시스템은 제1 전극과 제2 전극 사이에서 -1.0V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하도록, 그리고 제1 전극과 제2 전극 사이에서 0V 내지 -5.0V의 제2 차동 전압을 발생하도록 구성된다. 제2 차동 전압은 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가된다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 물은 시누아르산을 포함한다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 물은 해수이며, 측정될 파라미터는 해수 내의 산화제이다. 이러한 실시예들에서, 복수의 전극은 고체-상태 기준 전극을 포함하고, 전극들 중 적어도 하나의 전극의 표면은 백금으로 코팅된다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 센서 바디면에 위치하는 복수의 전극을 구비한 전류측정식 센서를 작동시키는 방법이다. 복수의 전극 각각은 복수의 전극에 의해 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물에 노출된 표면을 구비한다. 상기 방법은 물의 체적을 포함하는 공동 내에 복수의 전극의 표면을 위치지정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물이 실질적으로 일정한 속도로 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르게 하기 위해, 물을 공동 내로, 공동을 통해, 공동 외부로 흐르게 하도록 유동 발생기를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 물이 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르는 동안 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 소정의 실시예들에서, 유동 발생기는 임펠러, 및 임펠러에 회전을 가할 모터를 포함한다. 상기 방법은 임펠러가 공동 내의 물에 노출되도록 임펠러를 공동 내에 위치지정하는 단계, 및 모터를 물로부터 격리된 위치의 공동 외부에 위치지정하는 단계를 더 포함한다. 모터는 공동 외부의 제1 회전 가능한 결합 장치에 기계적으로 결합된다. 에너지가 제1 회전 가능한 결합 장치를 회전시키기 위해 모터에 인가된다. 제1 회전 가능한 결합 장치는 임펠러를 공동 내에서 회전하게 하기 위해 공동 내에서 임펠러에 자기적으로 결합된다. 예시된 실시예에서, 모터는 모터 토크를 가진다. 제1 회전 가능한 결합 장치는 적어도 최소 결합력으로 임펠러에 결합되고, 최소 결합력은 임펠러가 회전할 수 없는 경우 모터가 제1 결합 장치를 회전시키지 않도록 모터 토크보다 크게 선택된다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 센서 상의 오염의 축적(build-up)을 감소시키는 방법이다. 상기 방법은 인클로져 내에 센서의 표면을 위치지정하는 단계를 포함하고, 인클로져는 물이 인클로져로 들어갈 수 있게 하는 적어도 하나의 유입구, 및 물이 인클로져를 빠져나갈 수 있게 하는 적어도 2개의 토출구를 구비한다. 인클로져는 복수의 가동 입자를 수용한다. 가동 입자들은 토출구들을 통해 인클로져 외부로 빠져나가지 않도록 선택된 치수를 가진다. 상기 방법은 물이 센서의 표면 상에서 흐르게 하기 위해, 물을 인클로져 내에서 유입구로부터 토출구들로 흐르게 하는 단계를 더 포함한다. 물의 유동은 센서의 표면으로부터 오염을 제거하기 위해 가동 입자들 중 적어도 일부가 센서의 표면에 부딪치게 한다. 토출구들은 가동 입자들이 적어도 2개의 토출구를 차단하는 것을 방지하기 위해 물의 유동 방향에 대해 배향된다.
본원에 개시된 실시예들에 따른 또 다른 양상은 장치이다. 상기 장치는 물의 특성을 측정하도록 구성된 센서의 표면을 수용하는 인클로져를 포함한다. 인클로져는 물이 인클로져로 들어갈 수 있게 하는 적어도 하나의 유입구, 및 물이 인클로져를 빠져나갈 수 있게 하는 적어도 2개의 토출구를 구비한다. 인클로져는 복수의 가동 입자를 수용한다. 가동 입자들은 토출구들을 통해 인클로져 외부로 빠져나가지 않도록 선택된 치수를 가진다. 상기 장치는 물이 센서의 표면 상에서 흐르게 하기 위해 인클로져 내에서 유입구로부터 토출구들로 물의 유동을 발생하는 유동 발생기를 더 포함한다. 물의 유동은 센서의 표면 상의 오염물의 축적을 방지하기 위해 가동 입자들 중 적어도 일부가 센서의 표면에 부딪치게 한다. 인클로져의 토출구들은 가동 입자들이 토출구들을 차단하는 것을 방지하기 위해 물의 유동 방향에 대해 배향된다.
상기 장치의 소정의 실시예들에서, 인클로져는 센서의 표면에 인접한 체적 내에 가동 입자들을 한정하도록 구성된 내부 공동을 포함한다. 바람직하게는, 내부 공동은 가동 입자들이 그 안에서 순환 패턴으로 움직이게 하도록 선택된 형상을 가진다.
이하에서는 본 발명의 양상들에 따른 실시예들을 첨부 도면과 관련하여 설명한다.
도 1은 센서 시스템의 일 실시예의 사시도로, 센서 시스템의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 2는 도 1의 센서 시스템의 일 실시예의 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 3은 도 1의 센서 시스템의 우측 입면도를 도시한다.
도 4는 물 시스템 내의 관 이음매와 맞물린 도 1의 센서 시스템의 사시도를 도시한다.
도 5는 관 이음매 내부로 연장된 센서 시스템의 센서 하우징을 보여주는, 도 4의 센서 시스템 및 관 이음매의 우측 입면도를 도시한다.
도 6은 도 1의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 시스템의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 7은 도 1의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 8은 도 1의 센서 시스템의 센서 하우징의 확대 분해 사시도로, 센서 하우징의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 9는 도 1의 센서 시스템의 센서 하우징의 확대 분해 사시도로, 센서 하우징의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 10은 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 pH 센서의 사시도로, pH 센서의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 11은 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 염소 센서의 사시도로, 염소 센서의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 12는 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 온도 센서의 사시도로, 온도 센서의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 13은 도 8 및 도 9의 센서 바디의 말단부의 입면도로, 센서 바디에 부품들을 추가하기 전의 도면을 도시한다.
도 14는 도 8 및 도 9의 센서 바디의 기단부의 입면도로, 센서 바디에 부품들을 추가하기 전의 도면을 도시한다.
도 15는 기단부로부터 바라본 도 8 및 도 9의 센서 바디의 단면 사시도로, 상기 단면은 모터와 임펠러를 수용하는 보어들의 중앙을 관통하는 도 14의 15-15 라인에 따른 단면이다.
도 16은 기단부로부터 바라본 도 8 및 도 9의 센서 바디의 단면 사시도로, 상기 단면은 염소 센서를 수용하는 보어의 대략 중앙을 관통하는 도 14의 16-16 라인에 따른 단면이다.
도 17은 센서 하우징의 모터 조립체와 임펠러 조립체의 분해 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 18은 도 17의 임펠러 조립체의 분해 사시도로, 임펠러 조립체의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 19는 센서 커버가 없는 도 9의 조립된 센서 하우징의 입단면도로, 상기 단면은 센서 바디의 대략 중앙을 관통하는 도 9의 19-19 라인에 따른 단면이다.
도 20은 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 커버의 사시도로, 센서 커버의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 21은 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 커버의 사시도로, 센서 커버의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 22는 도 8 및 도 9의 센서 하우징의 커버의 기단부의 입면도를 도시한다.
도 23은 도 20의 23-23 라인을 따른 도 22의 센서 하우징의 커버의 단면 사시도를 도시한다.
도 24는 하우징 커버를 구비한 센서 하우징의 말단부의 입면도로, 하우징 커버는 내부 부품들을 볼 수 있도록 점선으로 도시되어 있다.
도 25는 도 1의 센서 시스템의 전자기기 인클로져의 패널과 인쇄 회로 기판의 분해 사시도로, 패널의 기단면으로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 26은 도 1의 센서 시스템의 전자기기 인클로져의 패널과 인쇄 회로 기판의 분해 사시도로, 인쇄 회로 기판의 말단면으로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 27은 도 1의 센서 시스템의 전자기기 시스템의 블록도를 도시한다.
도 28은 도 1의 센서 시스템을 사용하여 해수를 측정하거나 염소화된 수영장 물을 측정할 때 염소 센서에 인가된 차동 전압에 대한 타이밍도를 도시한다.
도 29는 도 1의 센서 시스템을 사용하여 식수를 측정할 때 염소 센서에 인가된 차동 전압에 대한 타이밍도를 도시한다.
도 30은 센서 시스템의 다른 실시예의 사시도로, 센서 시스템의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 31은 도 30의 센서 시스템의 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 32는 도 30의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 시스템의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 33은 도 30의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 34는 도 32 및 도 33의 전자기기 하우징의 분해 사시도로, 전자기기 하우징의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 35는 도 32 및 도 33의 전자기기 하우징의 분해 사시도로, 전자기기 하우징의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 36은 도 32 및 도 33의 센서 하우징의 분해 사시도로, 센서 하우징의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 37은 도 32 및 도 33의 센서 하우징의 분해 사시도로, 센서 하우징의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 38은 도 32 및 도 33의 센서 하우징에 통합된 pH/기준 프로브의 사시도로, pH/기준 프로브의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 39는 도 32 및 도 33의 센서 하우징에 통합된 pH/기준 프로브의 사시도로, pH/기준 프로브의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다.
도 40은 센서 전류(I; μA 단위) 대 염소와 NH2Cl에 대해 인가된 전위(V)의 그래프를 도시한다.
도 41은 센서 시스템에 의해 구현되는, 수중의 두 종을 정량화하는 방법의 흐름도를 도시한다.
전류측정식 센서가 예시적인 실시예들과 관련하여 본원에 개시된다. 실시예들은 센서 시스템의 설명을 위해 개시되며, 첨부된 청구범위에 정의된 바를 제외하면 제한적이지 않다.
도 1은 본 발명의 양상들에 따른 센서 시스템(100)의 일 실시예의 사시도를 도시한다. 센서 시스템은 전자기기 인클로져(110), 중간 하우징(112), 센서 하우징(114), 및 통신 케이블(116)을 포함한다. 통신 케이블의 자유단은 커넥터(118)로 끝난다. 통신 케이블의 타 단은 액밀 코드 접속부(cordgrip; 120)를 통해 전자기기 인클로져로 들어간다. 통신 케이블 내의 와이어들은 후술하는 바와 같이 전자기기 인클로져 내의 인쇄 회로 기판(도 1에 미도시) 상에서 끝난다.
도 2는 센서 단부로부터 바라본 도 1의 센서 시스템(100)의 사시도를 도시한다. 도 3은 도 1의 센서 시스템의 우측 입면도를 도시한다. 도 4는 티관 이음매(124)와 맞물린 센서 시스템의 사시도를 도시한다. 도 5는 도 4의 센서 시스템과 관 이음매의 입단면도로, 물이 관 이음매를 통해 흐르는 중일 때 센서 하우징이 물에 침지될 위치에서, 관 이음매 내의 센서 하우징(114)을 보여주는 도면을 도시한다. 도 6은 도 1의 도면에 대응하는 분해 사시도를 도시한다. 도 7은 도 2의 도면에 대응하는 분해 사시도를 도시한다.
후술하는 설명에 사용되는 바와 같이, “기단(proximal)”은 전자기기 인클로져(110)를 향하는(예컨대, 도 1의 좌측을 향하는) 서브조립체들과 센서 시스템(100)의 부분을 가리키며, “말단(distal)”은 센서 하우징(114)을 향하는(예컨대, 도 1의 우측을 향하는) 서브조립체들과 센서 시스템의 부분을 가리킨다. 따라서, 도 4 및 도 5에서, 예컨대, 센서 시스템의 기단부에 있는 전자기기 인클로져는 각각의 도면에서 좌측에 위치하고, 센서 시스템의 말단부에 있는 센서 하우징은 각각의 도면에서 우측에 있는 관 이음매(124) 내에 위치한다.
센서 시스템(100)의 중간 하우징(112)은 1 1/2인치 관의 내경과 외경에 각각 대응하는 공칭 내경과 공칭 외경을 가진 원통형 섹션(130)에 전반적으로 대응한다. 중간 섹션은 기단부와 말단부 사이에서 약 4 1/2인치의 전체 길이를 가진다. 말단부에 있는 중간 하우징의 제1 단부(132)는 약 0.4인치의 길이에 대해 감소된 외경을 가진다. 제1 단부에 인접한 외부 나사산부(134)는 1 1/2인치 관의 수나사에 대응하는 수나사를 구비하고, 그에 따라 제1 단부와 외부 나사산부는 내부 하우징의 수나사를 이음매의 암나사와 맞물리게 함으로써 종래의 1 1/2인치 관 이음매(예컨대, 도 4 및 도 5의 이음매(124))에 삽입될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 단부(132)의 내표면과 외부 나사산부(134)의 내표면은 1 1/4인치 관 이음매와 같이 사용될 수 있는 암나사(136)를 구비한다. 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 하우징이 중간 하우징에 부착될 때, 중간 하우징의 암나사는 센서 하우징(114)의 수나사(138)를 수용한다. 기단부에 있는 중간 하우징의 제2 단부(140)는 감소된 외경을 가지며, 전자기기 인클로져(110)의 말단면의 원형 개구(142; 도 7)에 편안하게 끼워맞춤되도록 크기가 결정된다.
예시된 바람직한 실시예에서, 중간 하우징(112)은 제2 편평부(144)와 제2 편평부(146)를 더 포함하고, 이들은 중간 하우징의 중앙 바디(130)를 따라 서로 정반대편에 위치한다. 중간 하우징의 외부 수나사를 도 4 및 도 5에 도시된 관 이음매의 암나사와 맞물리게 하기 위해 중간 하우징을 쉽게 회전시킬 수 있도록, 두 편평부는 렌치(미도시)에 의해 맞물림 가능하다.
도 6 및 도 7의 센서 시스템(100)의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 중간 하우징(112)은 센서 하우징(114)으로부터 전자기기 인클로져(110)로 연장되는 배선 케이블 및 다른 장비용 도관이다.
도 8 및 도 9의 센서 하우징(114)의 확대 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 센서 하우징은 센서 바디(150)와 센서 커버(152)를 포함한다. 센서 바디는 기단면(154)과 말단면(156)을 구비한다. 센서 커버는 센서 바디의 말단면 상에 위치한다.
pH 센서 유닛(160; 도 10에 상세히 도시됨)이 센서 바디(150)의 말단면(156)으로부터 센서 바디를 통해 연장되며, 센서 시스템이 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 조립될 때, 센서 바디의 기단면(154)으로부터 중간 하우징(112)으로 돌출된다. pH 센서 케이블(162)이 pH 센서 유닛의 기단부로부터 커넥터(164)로 연장된다. 바람직하게는, pH 센서 케이블은 차폐 케이블이다. 커넥터는 전자기기 인클로져(110) 내의 인쇄 회로 기판(후술됨) 상의 결합 커넥터와 맞물린다. pH 센서는 pH 신호 케이블의 일 와이어에 pH 신호를, pH 신호 케이블의 타 와이어에 공통 기준 신호를 공급한다. pH 센서의 능동 말단부(166)가 센서 바디의 말단면에 노출된다. 바람직하게는, pH 센서는 교체 가능한 pH 센서이며, 이는 단일-접합 센서 또는 이중-접합 센서일 수 있다. 바람직한 실시예들에서, pH 센서는 이중-접합 센서이다.
염소 센서(170; 도 11에 상세히 도시됨)가 센서 바디(150)를 통해 연장되며, 센서 바디의 말단면(156)으로부터 센서 바디의 기단면(154)을 향해 연장된다. 염소 센서 케이블(172)이 염소 센서의 기단부로부터 연장되며, 중간 하우징(112)을 통과한다. 염소 센서 케이블은 한 쌍의 염소 센서 와이어를 포함한다. 각각의 염소 센서 와이어의 기단부에 있는 각각의 커넥터(174)가 전자기기 인클로져(110) 내의 인쇄 회로 기판 상의 각각의 결합 커넥터와 맞물린다. 염소 센서의 능동 말단부(176)가 센서 바디의 말단면에 노출된다. 염소 센서의 능동 말단부는 한 쌍의 전극(178)을 포함한다. 일 전극은 작동 전극이고, 타 전극은 보조 전극이다. 각각의 전극은 각각의 염소 센서 와이어에 연결된다.
염소 센서(170)는 다양한 구성을 가질 수 있는 긴 수명의 염소 센서이다. 하나의 유리한 구성에서, 염소 센서는 백금 작동 전극과 백금 보조 전극을 포함한다. 다른 유리한 구성에서, 염소 센서는 백금 보조 전극과 금 작동 전극을 포함한다. 백금 전극은 백금 합금을 포함할 수 있다. 금 전극은 금 합금을 포함할 수 있다. 또 다른 구성에서, 두 전극은 백금이다. 또 다른 구성에서, 두 전극은 금이다. 바람직하게는, 염소 센서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 탁월한 기계적 특성과 화학적 저항 특성을 가진 반결정질 열가소성 물질을 포함하는 하우징 내에 수용된다. 대안으로, 백금 금속은 동심링과 디스크를 형성하기 위해 도금, 기상 증착 또는 다른 수단에 의해 비전도성 내수성 기판(예컨대, 세라믹 PCB 물질) 상에 증착될 수 있다. “평탄면 구리를 구비한 비아-인-패드, 전도성 은 비아 플러그(via-in-pad, conductive silver via plug with planarized surface copper)”로 알려진 인쇄 회로 기판 공정에 의해 은과 같은 선택된 금속을 사용하여 전도성 경로를 형성한다. IPC(IPC, 3000 레이크사이드 드라이브, 스위트 309S, 배녹번, 일리노이 60015-1219)의 강성 인쇄 회로 기판 위원회(D-30)의 비아 보호 태스크 그룹(D-33d)에 의해 개발된 이러한 공정은 인쇄 회로 기판 내에 홀을 생성하지 않으면서 전도성 패드를 제공하여, 밀폐와 방수를 용이하게 한다.
온도 센서(180; 도 12에 보다 상세히 도시됨)가 센서 바디(150)에 내장된다. 온도 센서 케이블(182)이 온도 센서의 기단부로부터 연장되고, 센서 바디의 기단면(154) 외부로 나가며, 이후 중간 하우징(112)을 통과한다. 온도 센서 케이블 상의 기단부의 커넥터(184)가 전자기기 인클로져(110) 내의 인쇄 회로 기판 상의 결합 커넥터와 맞물린다. 예시된 실시예에서, 온도 센서 케이블은 복수의 신호 와이어(예컨대, 4개의 신호 와이어)를 포함하고, 커넥터는 대응하는 복수의 커넥터 요소를 포함한다. 예시된 실시예에서, 온도 센서는 부품들의 온도에 응답하여 신호를 발생하는 부품들이 장착되는 인쇄 회로 기판(186)을 포함한다. 바람직하게는, 인쇄 회로 기판은 열전도성 포팅 화합물(potting compound)을 포함하는 원통형 플러그(188; 점선으로 도시됨)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 센서 바디의 온도가 온도 센서로 전달된다.
모터 조립체(190)가 센서 바디(150)의 기단면(154)에 장착된다. 모터 조립체는 모터 조립체 브라켓(194)을 통해 센서 바디에 장착되는 모터(192)를 포함한다. 모터 파워 케이블(196)이 모터로부터 중간 하우징(112)을 통해 연장된다. 모터 파워 케이블 상의 커넥터(198)가 인쇄 회로 기판 상의 결합 커넥터와 맞물린다.
조립 전의 센서 바디(150)가 도 13 내지 도 16에 도시되어 있다. 도 15의 단면도에 도시된 바와 같이, 센서 바디는 말단면(156)으로부터 기단면(154)으로 연장되는 제1 관통 보어(200)를 포함한다. 말단면에 인접한 제1 관통 보어의 제1 부분(202)의 직경은 기단면에 인접한 제1 관통 보어의 제2 부분(204)의 직경보다 크고, 그에 따라 제1 관통 보어는 두 부분 사이에 테이퍼(206)를 포함한다. pH 센서 유닛(160; 도 10)은 테이퍼(210)를 포함하고, 상기 테이퍼는 pH 센서가 제1 관통 보어에 삽입될 때 센서 바디의 테이퍼에 안착된다. 테이퍼의 말단에 있는 pH 센서 유닛 주위의 O링(212)은 액체 유동이 제1 관통 보어를 통과하는 것을 방지하기 위해 제1 관통 보어의 제1 부분을 밀폐한다. 필요한 경우, pH 센서를 센서 바디의 말단부로부터 밀어내고, O링이 부착된 교체 가능한 pH 센서를 테이퍼에 안착될 때까지 제1 관통 보어에 삽입함으로써, pH 센서를 교체할 수 있다.
도 16의 단면도에 도시된 바와 같이, 센서 바디(150)는 제2 관통 보어(220)를 포함한다. 제2 관통 보어는 말단면(156)에 인접한 제1 대직경부(222), 및 기단면(154)에 인접한 제2 소직경부(224)를 구비한다. 테이퍼(226)가 두 부분을 서로 연결한다. 염소 센서(170; 도 11)는 테이퍼(230)를 포함하고, 상기 테이퍼는 염소 센서가 제2 관통 보어에 삽입될 때 센서 바디의 테이퍼에 안착된다. 염소 센서의 테이퍼의 기단에 있는 O링(232)은 액체 유동이 제2 관통 보어를 통과하는 것을 방지하기 위해 제2 관통 보어를 밀폐한다. 필요한 경우, 염소 센서를 센서 바디의 말단부로부터 밀어내고, O링이 부착된 교체 가능한 염소 센서를 테이퍼에 안착될 때까지 제2 관통 보어에 삽입함으로써, 염소 센서를 교체할 수 있다.
도 15의 단면도에 도시된 바와 같이, 센서 바디(150)의 말단면(152)은 제1 선택 간격만큼 센서 바디 내로 연장되는 제1 말단 블라인드 보어(240)를 포함한다. 제1 말단 블라인드 보어의 저면에 있는 제2 말단 블라인드 보어(242)는 센서 바디 내로 제2 간격만큼 더 연장되는 더 작은 직경을 가진다. 제2 말단 블라인드 보어는 공통축(244)을 중심으로 제1 말단 블라인드 보어에 대해 동심을 가진다.
도 15의 단면도에 도시된 바와 같이, 센서 바디(150)는 온도 센서(180; 도 12)를 수용하도록 크기가 결정된 직경을 가진 제1 기단 블라인드 보어(250)를 더 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 온도 센서는 바람직하게는 원통형 열전도성 에폭시 플러그(188)에 내장되고, 상기 플러그는 제1 기단 블라인드 보어의 직경에 대응하는 외경을 가지므로, 온도 센서가 제1 기단 블라인드 보어에 편안하게 끼워맞춤된다. 따라서, 센서 바디의 온도가 플러그를 통해 온도 센서의 인쇄 회로 기판(186)으로 전달된다.
센서 바디(150)의 기단면(154)은 제2 기단 블라인드 보어(260)를 포함하고, 제2 기단 블라인드 보어는 기단면에서 더 큰 직경을 가진 제1 부분(262), 및 말단면(156)을 향하는 방향으로 더 작은 직경을 가진 제2 부분(264)을 구비한다. 제1 부분과 제2 부분 사이에 턱(266)이 형성된다. 제2 기단 블라인드 보어는 공통축(244)에 대해 동심을 가지며, 그로 인해 제1 말단 블라인드 보어(240) 및 제2 말단 블라인드 보어(242)와 정렬된다. 제2 기단 블라인드 보어의 제2 부분의 말단부(270)가 환상으로 형성되고, 그에 따라 쉘(272)이 제1 말단 블라인드 보어와 제2 말단 블라인드 보어 주위에 형성된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 쉘은 제1 말단 블라인드 보어와 제2 말단 블라인드 보어로부터 제1 기단 블라인드 보어로의 액체의 통과를 차단한다.
센서 바디(150)의 제2 기단 블라인드 보어(260)는 도 17의 분해 사시도에 도시된 모터 조립체(190)의 부품들을 수용한다. 모터 조립체는 전기구동식 모터(192)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 모터는 매사추세츠 브레인트리 소재의 Nidec America로부터 상업적으로 입수 가능한 Nidec-17S 브러시리스 DC(BLDC) 모터를 포함한다. 소정의 실시예들에서, 일체형 타코미터가 모터에 장착될 수 있다. 모터는 복수의 체결구(270; 예컨대, 3개의 나사)를 통해 모터 지지 브라켓(194)에 부착된다. 브라켓은 복수의 체결구(272; 예컨대, 2개의 나사)를 통해 센서 바디(도 13 내지 도 16)의 기단면(154)에 부착되고, 복수의 체결구는 센서 바디의 기단면의 대응하는 복수의 나사산 보어(274; 도 14)와 맞물린다. 브라켓은 한 쌍의 정렬 스터드(276)를 통해 센서 바디와 정렬되고, 한 쌍의 정렬 스터드는 센서 바디의 기단면의 대응하는 한 쌍의 정렬 보어(278; 도 14)에 끼워맞춤된다. 브라켓이 정렬 및 고정될 때, 브라켓의 위치는 모터의 회전축이 공통축(244)과 정렬되게 한다. 모터의 출력 샤프트(280)가 제2 기단 블라인드 보어의 제1 부분(242) 내로 연장된다. 결합구(282)가 출력 샤프트를 링 자석(284)에 결합시킨다. 바람직하게는, 링 자석은 네오디뮴 자석을 포함한다. 모터는 파워 케이블(196; 도 8 및 도 9에 도시됨)에 의해 공급되는 전력으로 구동된다.
제1 말단 블라인드 보어(240)는 도 17의 분해 사시도에 도시되며 도 18에도 도시된 임펠러 조립체(300)의 샤프트(302)를 수용한다. 임펠러 조립체는 말단면에 복수의 만곡된 임펠러 블레이드(306)가 부착된 임펠러 디스크(304)를 포함한다. 샤프트는 임펠러 디스크의 기단면으로부터 연장된다. 샤프트는 공동(312; 도 18)을 구비한 말단 샤프트부(310), 및 공동(316)을 구비한 기단 샤프트부(314)를 포함한다. 두 샤프트부의 공동들은 막대 자석(318)을 수용한다. 두 샤프트부는 이후 그 안에 막대 자석을 고정하기 위해 (예컨대, 접착제로) 부착된다. 임펠러 샤프트의 두 샤프트부는 제1 말단 블라인드 보어(240)의 내경보다 약간 작은 외경을 가진다. 임펠러 조립체는 임펠러 블레이드들의 중심으로부터 말단으로 연장되는 제1 축베어링(320)을 더 포함한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 기단 샤프트부는 그 중심으로부터 기단으로 연장되는 제2 축베어링(322)을 더 포함한다. 제2 축베어링은 제2 말단 블라인드 보어(242)에 끼워맞춤되도록 크기가 결정된다. 임펠러를 사출 성형하고, 자석을 임펠러 샤프트 내에 완전히 봉지되도록 인서트 성형함으로써, 임펠러를 이음매 없는(seamless) 하나의 부품으로 구성할 수 있다.
도 19의 단면도에 도시된 바와 같이, 모터 조립체(190)가 센서 바디(150)의 기단면(154)에 고정될 때, 링 자석(284)은 제1 말단 블라인드 보어(240)와 제2 말단 블라인드 보어(242) 주위에 형성된 쉘(272) 주위에 위치한다. 샤프트가 제1 말단 블라인드 보어에 완전히 삽입될 때, 막대 자석(314)은 링 자석(284)의 자기장 내에 위치한다(예컨대, 막대 자석은 링 자석과 동심을 가지며, 링 자석과 대략 측방향으로 정렬된다). 따라서, 링 자석이 모터(192)에 의해 회전될 때, 막대 자석은 링 자석과 동시에 회전하며, 임펠러 조립체(300)를 회전하게 한다. 그러므로, 모터는 센서 바디(150)를 관통하는 개구를 요구하는 연속적인 기계적 접촉을 요구하지 않으면서 임펠러를 회전시킨다. 따라서, 회전하는 샤프트 주위에서 유체 유동을 방지하기 위한 O링 또는 다른 밀봉재를 필요로 하지 않는다. 바람직하게는, 모터는 주지의 최대 토크를 가진다. 예시된 실시예에서, 링 자석과 막대 자석 사이의 자기 결합력은 모터의 최대 토크보다 크도록 선택된다. 그러므로, 임펠러 잠금 상태가 일어나야 한다면, 모터의 토크는 부동의 막대 자석에 대해 링 자석을 회전시키기에 부족할 것이다. 따라서, 링 자석과 막대 자석 중 어느 것도 두 자석 간의 상대 회전 이동에 의해 탈자화되지 않을 것이다.
센서 바디(150)와 센서 하우징(114)의 각각의 말단면들은 센서 하우징의 “습윤측”을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 센서 바디와 센서 하우징의 기단면들은 습윤측의 물로부터 격리되어, 센서 하우징의 “건조측”을 포함한다. 모터(192)는 센서 하우징의 건조측에 장착된다. 임펠러 조립체(300)는 센서 하우징의 습윤측에 장착된다. 임펠러 샤프트(302)를 둘러싸는 쉘(272)은 습윤측과 건조측을 격리한다. 하우징의 건조측의 모터의 회전이 하우징의 습윤측의 임펠러를 회전시키도록, 링 자석(284)과 막대 자석(318)은 쉘을 통해 자기적 결합을 제공한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예컨대, 센서 하우징(114)의 센서 바디(150)의 말단면(156)은 센서 커버(152)로 덮인다. 센서 커버는 pH 센서(160)의 노출된 말단부(166) 및 염소 센서(170)의 노출된 말단부(176) 상에서 유체 유동을 유도하도록 구성된다. 도 20 내지 도 24에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 센서 커버는 기단면(400)과 말단면(402)을 구비한다. 복수의 돌기(410; 예컨대, 3개의 돌기)가 센서 커버의 기단면으로부터 연장되며, 센서 바디(150)의 말단면의 대응하는 복수의 리세스(412; 도 9)와 맞물려서, 센서 커버를 센서 바디와 정렬시킨다. 접시머리 보어(414)가 센서 커버의 말단면으로부터 기단면으로 연장된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 접시머리 보어는 센서 바디(도 13 참조)의 말단면의 블라인드 보어(418)와 맞물리는 체결구(416; 예컨대, 나사)를 수용하여, 센서 커버를 센서 바디에 고정한다.
오목한 유체 채널(430)이 센서 커버(152)의 기단면에 형성된다. 오목한 유체 채널은 대략 원통형인 제1 부분(432), 테이퍼진 제2 부분(424), 및 대략 타원형(난형)인 제3 부분(436)을 구비한다. 제1 유체 채널부는 임펠러 조립체(300)의 블레이드들(306)과 디스크(304)가 제1 부분 내에서 자유롭게 회전할 수 있도록 이들을 수용하도록 구성된다. 임펠러와 제1 유체 채널부 사이의 관계가 도 24의 말단 도면에 도시되어 있는데, 센서 커버는 투명하게 도시되며, 유체 채널은 점선으로 도시된다. 제1 보어(450)가 제1 부분으로부터 말단으로 연장되며, 임펠러 조립체(도 17에 도시됨)의 축방향 연장부(320)를 수용하도록 위치 및 크기가 결정된다. 센서 커버의 제1 보어는 임펠러용 말단 베어링으로 작용한다. 복수의 관통 보어(452; 예컨대, 6개의 관통 보어)가 제1 보어 주위에 배치되며, 센서 커버의 말단면으로부터 유체 채널의 제1 부분으로 유체 액세스를 제공한다.
유체 채널(430)의 제1 부분(432)은 유체 채널의 테이퍼진 제2 부분(434)의 더 넓은 입구에 직접 결합된다. 유체 채널의 제2 부분은 제3 부분(436)의 입구에서 더 좁은 단면으로 테이퍼진다.
도 24에 도시된 바와 같이, 유체 채널(430)의 제3 부분(436)은 pH 센서(160)의 말단부(166)와 염소 센서(170)의 말단부(176)를 전반적으로 둘러싸도록 위치한다. 제3 부분으로 들어간 유체는 센서 커버(152)의 기단면에 형성된 반경방향 토출 채널(460)을 통해 빠져나간다. 반경방향 토출 채널의 위치는, 예컨대 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 시스템(100)이 수평으로 관 이음매에 삽입될 때, 포획된 공기가 작동 중에 퍼지될 수 있도록 반경방향 토출 채널이 도시된 바와 같이 상향 배향되기 때문에 유리하다.
유체 채널(430)의 제3 부분(436) 내의 유체는 또한 반경방향 토출 채널(460)의 맞은편에 입구가 있는 L자형 토출 채널(462)을 통해 빠져나간다. 도 23의 단면도에 도시된 바와 같이, L자형 채널은 유체 채널의 제3 부분으로부터 반경방향 내부로 빠져나가고, 이후 센서 커버의 말단면(402)으로부터 수직방향 외부로 빠져나간다.
임펠러 조립체(300)가 모터(192)에 의해 회전하게 될 때, 측정되는 유체 시스템으로부터의 유체는 복수의 관통 보어(452)를 통해 유체 채널(430)의 제1 부분(432) 내로 인입되며, 임펠러 블레이드들(306)에 의해 외부로 추진된다. 유체는 테이퍼진 제2 부분(434)을 통해 제1 부분을 빠져나가고, 타원형인 제3 부분(436)으로 들어간다. 유체는 제3 부분을 통해 흐르고, 이후 2개의 토출 채널(460, 462)을 통해 빠져나가서, 측정되는 유체 시스템으로 되돌아간다. 따라서, pH 센서(160)의 말단부(166)와 염소 센서(170)의 말단부(176)는 측정되는 유체 시스템으로부터의 유체로 지속적으로 리프레쉬된다.
도 9 및 도 24에 추가로 도시된 바와 같이, 예컨대, 복수의 가동 물체(또는 입자)(470)가 유체 채널(430)의 제3 부분(436) 내에 위치한다. 예컨대, 예시된 실시예에서, 가동 물체들은 구형이며, 본원에서는 볼들로 지칭된다. 가동 물체들이 다른 형상을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예시된 실시예에서, 볼들은 유체 채널의 제1 부분(432)에서 임펠러 조립체(300)에 의해 발생된 유체에 응답하여 제3 부분을 통해 움직인다. 예시된 실시예에서 볼들은 유리하게는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; 예컨대, Teflon® 수지)볼들, 유리볼들, 또는 다른 적절한 물질로 이루어진 볼들을 포함한다. 몇몇 경우에는, 해수 산화제 센서에서 PEEK볼들을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 일 실시예에서, 볼들은 약 0.125인치의 직경을 가진다. 볼들은 움직이는 유체에 응답하여 움직여서, pH 센서(160)의 말단부(166) 및 염소 센서(170)의 말단부(176)에 있는 말단 전극들 모두로부터 산화물박편 및 다른 오염물을 동시에 세척한다.
가동 물체들(470)의 치수(예컨대, 예시된 실시예에서 볼들의 직경)는, 제2 부분(434) 및 토출 채널들(460, 462)과 관련하여, 가동 물체들(예컨대, 볼들)이 유체 채널의 제2 부분(434)의 좁은 단부로 들어가서 토출 채널들 중 어느 하나를 통해 빠져나가는 것을 방지할 정도로 충분히 크다. 도 23에 도시된 바와 같이, 예컨대, 유체 채널의 제3 부분은 유체 채널의 제2 부분의 유입구에 인접할 때 더 깊게 형성되어, 볼들이 유입구의 주변으로 되돌아가게 하고, pH 센서와 염소 센서의 말단부들 상의 유체 채널의 대략 타원형인 제3 부분(436) 내에서 재순환되게 한다. 대안적인 실시예(미도시)에서, 유체 채널의 제3 부분은 볼들이 pH 센서의 주변에서만 순환하도록 한정되어 pH 센서만이 볼들의 세척 작용에 의해 영향을 받도록 구성될 수 있다.
도 25는 전자기기 인클로져(110) 내의 표시 및 스위치 패널(500)과 인쇄 회로 기판(510)의 각각의 기단면들의 분해 사시도를 도시한다. 도 26은 표시 및 스위치 패널과 인쇄 회로 기판의 각각의 말단면들의 분해 사시도를 도시한다. 표시 및 스위치 패널의 기단면은 표시창(520) 및 (후술하는) 일 세트의 멤브레인 스위치(522)를 포함한다. 표시 및 스위치 패널의 말단면은 커넥터(526)에서 끝나는 일 세트의 멤브레인 스위치에 연결되는 가요성 케이블(524)을 포함한다. 인쇄 회로 기판의 기단면은 표시 및 스위치 패널의 표시창과 정렬되는 액정 표시기(LCD; 530)를 지지한다. 인쇄 회로 기판의 기단면은 일 세트의 멤브레인 스위치를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위해 표시 및 스위치 패널의 커넥터와 맞물리는 커넥터(532)를 더 포함한다.
인쇄 회로 기판(510)의 말단면은 pH 센서 케이블(162)의 커넥터(164)와 맞물리는 제1 커넥터(550)를 포함한다. 제2 커넥터(552)가 염소 센서 케이블(172)의 2개의 커넥터(174)와 맞물린다. 제3 커넥터(554)가 온도 센서 케이블(182)의 커넥터들(184)을 수용한다. 제4 커넥터(556)가 모터 파워 케이블(196)의 커넥터(198)와 맞물린다. 제5 커넥터(560)가 케이블(116; 도 1 내지 도 5)의 커넥터와 맞물린다. 예컨대, 일 실시예에서, 제5 커넥터는 파워 및 접지를 위한 2개의 접점, 및 데이터 통신 신호를 위한 2개의 접점을 포함한다.
인쇄 회로 기판(510)의 말단면 상의 프로세서(600)가 모터 파워 케이블(196)을 통해 모터(192)에 신호를 공급하여 모터를 제어한다. 프로세서는 pH 센서(160), 염소 센서(170) 및 온도 센서(180)로부터 신호를 수신하며, 케이블(116)을 통해 포맷된 출력 신호로서 신호를 공급한다. 예컨대, 출력 신호는 커넥터(560)를 통해 표준 2-와이어 RS-232 전류 루프를 통해 공급될 수 있다. 프로세서는 LCD(530)에 표시되는 정보를 추가로 제어한다. 프로세서는 표시 및 스위치 패널(500) 상의 일 세트의 멤브레인 스위치(522)로부터 수신된 신호에 응답한다. 예컨대, 프로세서는 유리하게는 LCD 상에 사용자 메뉴를 표시하고, 사용자는 스크롤 업 스위치, 스크롤 다운 스위치, 스크롤 레프트 스위치 및 스크롤 라이트 스위치를 사용하여 메뉴를 스크롤할 수 있다. 사용자는 스크롤 스위치들과 선택 스위치를 사용하여 메뉴 옵션을 선택할 수 있으며 값을 입력할 수 있다. 사용자는 메뉴 백 스위치를 사용하여 이전 메뉴 옵션으로 되돌아갈 수 있다.
센서 시스템(100)의 제어 및 측정의 감시가 케이블(116)을 통해 원격 시스템에 의해 전적으로 이행되는 대안적인 실시예에서는, LCD 패널과 멤브레인 스위치들을 생략할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전자기기 인클로져(110)의 기단면은 블랭크 패널(미도시)로 덮인다.
도 27은 시스템(100)의 전기 회로의 간략화된 블록도를 도시한다. 일 세트의 멤브레인 스위치(522)와 LCD(530)는 전술한 바와 같이 프로세서(600)에 연결된다. 프로세서는 시스템 제어기(650)를 포함하고, 시스템 제어기는 유리하게는 종래의 입출력 포트를 통해 다른 장치들과 통신하는 프로그램 가능한 프로세서이다.
시스템 제어기(650)는 모터 제어기(660)에 결합되고, 모터 제어기는 3개의 모터 위상 신호(ΦA, ΦB, ΦC)를 발생하며, 모터(192)의 회전 제어를 위해 선택된 시퀀스로 모터 제어 케이블(196)을 통해 모터에 신호를 공급한다.
시스템 제어기(650)는 케이블(162)을 통해 pH 센서(160)를 감시하는 pH 센서 인터페이스(670)에 결합된다. 예컨대, pH 센서 인터페이스는 유리하게는 pH 센서로부터의 측정 전압을 측정 전압의 디지털 표현으로 변환하는 A/D 컨버터를 포함한다.
시스템 제어기(650)는 염소 센서 인터페이스(680)에 결합되고, 염소 센서 인터페이스는 염소 센서 케이블(172) 내의 보조 전극 와이어(AUX) 상의 염소 센서(170)에 전압을 인가하며, 염소 센서 케이블 내의 작동 전극 와이어(WRK)를 통해 염소 센서로부터 측정 가능한 전류를 수신한다. 염소 센서 인터페이스는 pH 센서 케이블(162)을 통해 pH 센서 인터페이스(670)와 기준 전극 와이어(REF)를 공유한다. 보조 전극에 전압을 인가하는 한편 기준 전압을 감시하며 작동 전극 상의 최종 전류를 측정하는 염소 센서의 작동은 당해 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있다.
시스템 제어기(650)는 온도 센서 와이어들(182)을 통해 온도 센서(180) 상의 온도 판독을 감시하는 온도 인터페이스(690)에 결합된다.
시스템 제어기(650)는 통신 인터페이스(700)에 결합된다. 통신 인터페이스는 케이블(116)과 커넥터(118; 도 1 내지 도 5)를 통해 신호를 송수신한다. 일 실시예에서, 통신 인터페이스는 종래의 RS-232 인터페이스로 구성된다. 다른 실시예에서, 통신 인터페이스는 종래의 USB 인터페이스로 구성된다.
예시된 실시예에서, 프로세서는 염소 센서 전극들을 연장된 기간 동안 작동 상태로 유지하기 위해 염소 센서 인터페이스(680)를 모터 제어기(650)와 동시에 작동시킨다. 예컨대, 도 28의 제1 타이밍도에 의해 도시된 바와 같이, 센서 시스템(100)이 해수를 측정하도록 또는 염소화된 수영장 물을 측정하도록 구성될 때, 작동 전극과 기준 전극 사이로 인가되는 차동 전압은 측정 사이클의 초기에 +0.25V로 시작된다. 차동 전압은 약 60초 동안 +0.25V로 유지된다. 이러한 60초 측정 간격의 마지막 2초 동안 전류를 측정 및 평균한다. 차동 전압은 이후 역전되고, 차동 전압의 크기는 차동 전압이 약 -0.6V가 되도록 증가한다. 이 차동 전압은 전극들을 안정화하기 위해 약 10초 동안 약 -0.6V로 유지된다. 이후 측정 사이클을 반복한다. 측정 사이클 동안, 모터 제어기는 측정 전극들을 가로질러 일정한 물 유동을 제공하기 위해, 그리고 산화물박편 및 다른 물질의 축적을 방지하도록 전극들의 표면들을 가로질러 볼들(470)을 움직이기 위해 모터(192)를 작동시킨다.
도 29는 식수 측정을 위한 대응하는 타이밍도를 도시한다. 해수와 염소화된 수영장 물에 대한 측정 사이클에서와 같이, 식수에 대한 측정 사이클은 측정 사이클의 초기에 +0.25V의 차동 전압으로 시작된다. 차동 전압은 약 5초 동안만 +0.25V로 유지된다. 이러한 5초 간격의 마지막 2초에 걸쳐 전류를 평균한다. 차동 전압은 이후 낮아지고, 차동 전압의 크기는 차동 전압이 약 -2.0V가 되도록 증가한다. 차동 전압은 전극들을 안정화하기 위해 약 1초 동안 약 -2.0V로 유지된다. 이후 측정 사이클을 반복한다. 측정값들 내의 노이즈를 “고르게(smooth)” 하기 위해 여러 후속 측정의 평균을 낼 수 있다. 이러한 특징은 소프트웨어 인터페이스로부터 인에이블 또는 디스에이블될 수 있다. 측정 사이클 동안, 모터 제어기(650)는 볼들(470)이 전극들의 표면을 세척하게 하기 위해 전술한 바와 같이 모터(192)를 작동시킨다.
첨부 도면과 관련하여 전술한 전류측정식 시스템은 낮은 관리 요건을 가진다. 시스템은 연장된 기간 동안 무인 작동할 수 있다. 시스템은 센서 교체 또는 다른 관리 없이 연장된 기간(예컨대, 최대 1년) 동안 작동한다. 염소 센서와 pH 센서는 작동 비용을 저감하기 위해 개별적으로 교체 가능하다. 센서는 시아누르산(CYA)의 분극 효과를 극복하기 위해 전술한 방법에 따라 작동한다. 센서는 광범위한 재조정을 요구하지 않고, 분리 또는 교체 시에 신속하게 안정화되며, 신뢰할 만한 판독을 보고한다.
도 30 내지 도 39는 시스템(800)의 다른 실시예를 도시한다. 특히, 도 30 내지 도 39에서, 전술한 구성요소들에 대응하는 구성요소들은 대응하는 도면부호들로 식별된다.
도 30은 센서 시스템(800)의 사시도로, 센서 시스템의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다. 도 31은 도 30의 센서 시스템의 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다. 도 32는 도 30의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 하우징의 기단부로부터 바라본 도면을 도시한다. 도 33은 도 30의 센서 시스템의 분해 사시도로, 센서 시스템의 말단부로부터 바라본 도면을 도시한다. 센서 시스템은 기단부에 전자기기 하우징(810), 말단부에 센서 하우징(820)을 포함한다. 분해도들에 도시된 바와 같이, 센서 하우징의 원통형 중앙 하우징부(824)의 원통형 기단부(822)가 전자기기 하우징 내의 말단 개구(830)에 삽입되며, 나사산 칼라(832)에 의해 그 안에 고정된다. 도 36 및 도 37과 관련하여 후술하는 바와 같이, 물이 말단 개구를 통해 전자기기 하우징으로 들어갈 수 없도록, 복수의 O링이 원통형 기단부를 밀폐한다.
도 34는 기단부로부터 바라본 도 30 내지 도 33의 전자기기 하우징(810)의 분해도를 도시하고, 도 35는 말단부로부터 바라본 전자기기 하우징의 분해도를 도시한다. 전자기기 하우징은 복수의 나사(844)에 의해 서로 고정되는 기단부 부분(840)과 말단부 부분(842)을 포함한다. 나사들이 맞물릴 때 전자기기 하우징의 두 부분을 밀폐하기 위해, O링(846)이 두 부분 사이에 개재된다. 하우징의 두 부분이 맞물리기 전에 전자기기 시스템 인쇄 회로 기판(PCB; 850)이 복수의 나사(852)에 의해 기단부 부분에 고정된다. 전자기기 시스템 PCB의 기단측은 일 세트의 멤브레인 스위치(522)와 표시창(520)을 구비한 표시 및 스위치 패널(500)을 포함한다. 전자기기 PCB 상의 표시기(530; 도 30 및 도 32에 도시됨)는 전술한 바와 같이 표시창과 정렬된다. 전자기기 시스템 PCB는 일 세트의 멤브레인 스위치에 대한 연결부(미도시)를 더 포함한다. 전자기기 시스템 PCB의 말단측은 복수의 부품 및 커넥터를 포함한다. 특히, 후술하는 바와 같이, 커넥터(860)가 센서 하우징(820)과 연결되도록 구비된다.
도 36은 기단부로부터 바라본 센서 하우징(820)의 분해 사시도를 도시한다. 도 37은 말단부로부터 바라본 센서 하우징의 사시도를 도시한다. 센서 하우징의 말단부는 전술한 센서 바디(150)와 유사한 센서 바디(870)를 지지한다. 센서 하우징의 원통형 중앙 하우징부(824)는 센서 바디로부터 기단 센서 단부캡(874)으로 연장되고, 상기 단부캡은 원통형 중앙 하우징의 기단부 부분에 장착된다.
전술한 센서 바디(150)와 달리, 도 36 및 도 37의 센서 바디(870)는 도 38 및 도 39에 보다 상세히 도시되는 수정된 pH/기준 프로브(880)를 지지한다. 특히, 도 39에 도시된 바와 같이, pH/기준 프로브의 말단부에 있는 전극 지지부(882)는 동심의 환형 외부 전극(886)에 의해 둘러싸인 원통형 내부 전극(884)을 포함한다. 내부 전극은 편평한 노출 단부 및 내부 전기적 연결부를 구비한 유리 전극으로 형성된다. 내부 전극과 외부 전극은 선택된 간격(예컨대, 약 0.03인치)만큼 이격되어 있다. 종래의 펠론(pelon) 스트립(888)이 두 전극의 일부분들 사이에 위치한다. 내부 전극 내의 전기적 연결부는 측정 전극이다. 외부 전극은 기준 전극이다. 내부 전극에 대한 전기적 연결부는 측정 전극에 대한 연결부를 제공하기 위해 플러그(890)의 중앙 접점(892)으로 연장된다. 외부 전극에 대한 전기적 연결부가 플러그의 외부 쉘(894)로 연장된다. 예시된 실시예에서, 플러그는 종래의 RCA 포노 플로그이다. pH/기준 프로브는 플러그를 내외부 전극에 대해 고정되도록 유지하는 경질 원통형 외부 쉘(896)을 구비한다.
도 34 및 도 35에 추가로 도시된 바와 같이, 센서 하우징(820)은 센서 하우징 인쇄 회로 기판(PCB; 900)을 지지한다. 센서 하우징 PCB는 기단면(902; 도 37)과 말단면(904; 도 36)을 구비한다. 말단면은 제1 커넥터(910)를 지지하고, 제1 커넥터는 플러그(890)가 잭과 맞물림 가능하도록 플러그에 대한 결합 잭으로 구성된다. 말단면은 또한 전술한 실시예에서 염소 센서(176)에 대응하는 염소 센서(미도시)로부터의 한 쌍의 라인(916; 도 36) 상의 한 쌍의 접점(914)을 수용하는 커넥터(912)를 지지한다. 말단면은 또한 전술한 임펠러 모터 조립체(190)에 대응하는 임펠러 모터 조립체(926)에 대한 일 세트의 와이어(924) 상의 커넥터(922)를 수용한다. 말단면은 또한 일 세트의 온도 센서 와이어(932; 도 37)를 수용하는 커넥터(930)를 지지한다.
센서 하우징 PCB(900)의 기단면(902)은 PCB의 말단면 상의 4개의 커넥터(910, 912, 920, 930)에 전기적으로 연결되는 커넥터(940)를 지지한다. 인쇄 회로 기판의 기단면 상의 커넥터는 센서 하우징의 원통형 중앙 하우징(824)의 기단부에 고정되는 기단 단부캡(874)의 개구(942)를 통해 연장된다. 단부캡은 와셔(950)와 육각 너트(952)에 의해 원통형 부분의 기단부에 고정된다. 육각 너트는 단부캡의 보어(956)를 통해 센서 바디(870)로부터 연장되는 로드(954) 상에 나사결합된다. 육각 너트가 조여질 때, 센서 하우징은 말단부로부터 기단부로 견고한 구조를 형성하여, pH/기준 센서(880)의 유리 내부 전극(884) 상의 응력을 방지한다. 센서 바디의 홈(962) 내의 O링(960)이 주변 원통형 중앙 하우징에 대해 수밀 밀폐를 제공한다.
센서 하우징(820)의 원통형 부분(824)의 기단부(822)가 전자기기 하우징(810)의 말단 개구(830)에 삽입될 때, 센서 하우징 PCB(910)의 기단면(904) 상의 커넥터(930)는 전자기기 하우징 내의 전자기기 시스템 PCB 상(850)의 커넥터(860)와 맞물린다. 단부캡(874)은 편평부(980)를 포함하고, 편평부는 단부캡을 말단 개구에 완전히 삽입하기 위해 전자기기 하우징의 말단 개구 내의 대응하는 편평부(미도시)와 정렬된다. 두 편평부의 정렬은 센서 하우징 내의 회로 기판의 기단면 상의 커넥터가 전자기기 하우징 내의 결합 커넥터와 적절하게 정렬되도록 보장한다. 또한, 두 커넥터의 정렬을 추가적으로 보장하기 위해, 한 쌍의 멈춤못(982)이 단부캡의 한 쌍의 구멍(984)에 끼워맞춤되고, 전자기기 시스템 PCB의 대응하는 한 쌍의 구멍에 끼워맞춤된다. 센서 바디(830)와 전자 PCB 사이의 전기적 상호연결부들은 모두 한번의 커넥터 맞물림 단계로 완성된다. 커넥터들을 맞물린 후에, 센서 하우징과 전자기기 인클로져 사이에 기계적으로 견고하며 수밀한 연결을 제공하기 위해, 나사산 칼라(832)가 전자기기 인클로져의 말단 개구 내의 나사산과 맞물린다. 수밀 밀폐를 완성하기 위해, 기단부의 제1 홈(992)의 O링(990)이 전자기기 인클로져의 말단 개구의 내면과 맞물리고, 제2 홈(996)의 O링(994)이 나사산 칼라의 내면과 맞물린다.
전술한 바와 같이, 센서 시스템(800)은 센서 하우징(820)이 전자기기 하우징(810)으로부터 쉽게 분리될 수 있도록, 그리고 상이한 응용을 위해 구성된 부품들을 구비한 센서 하우징으로 교체될 수 있도록 모듈식이다.
본원은 수영장 또는 스파용 센서와 관련하여 설명되었지만, 센서(800)가 다른 응용들에서 염소 레벨을 측정하기 위해 유리하게 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 센서를 사용하여 선박의 밸러스트 탱크 내의 염소 레벨을 분석할 수 있고, 그에 따라 선박이 화물로 채워져서 밸러스트가 선박 위로 펌핑될 때, 염소 레벨이 환경적으로 용인 가능한 범위 내에 존재한다. 다른 예로, 본원에 개시된 센서를 사용하여 식수의 염소 레벨을 감시할 수 있다.
본 명세서는 염소 측정을 위해 사용되는 센서를 설명하였지만, 브롬 또는 TRO(총 잔류 산화제-브롬 또는 염소와 브롬 모두를 함유할 수 있는 염소화된 해수)의 측정을 위해서도 사용될 수 있다. 작은 변화에 의해, 본 발명의 센서는 과초산, 과산화수소 및 용존 산소를 측정하도록 수정될 수도 있다.
본원에 개시된 센서 시스템을 사용하여 도 41의 흐름도(1000)에 의해 도시된 바와 같은 수중의 두 종을 정량화하는 방법을 구현할 수 있다. 작업 블록(1010)에서, 시스템은 적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로 제1 차동 측정 전위를 인가한다. 다음으로, 작업 블록(1012)에서, 시스템은 측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 제1 차동 측정 전위에 응답하여 제1 출력 신호를 측정한다. 시스템은 이후 작업 블록(1014)에서 적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로 제2 차동 측정 전위를 인가한다. 제2 차동 측정 전위는 제1 차동 측정 전위와 상이하다. 작업 블록(1016)에서, 시스템은 측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 제2 차동 측정 전위에 응답하여 제2 출력 신호를 측정한다. 작업 블록(2020)에서, 시스템은 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율을 결정한다. 작업 블록(1022)에서, 시스템은 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 근거하여 두 종 중 어느 종이 존재하는지 판단한다. 작업 블록(1024)에서, 시스템은 존재하는 것으로 판단된 종을 산출 및 정량화한다.
임의적 실시예(도 41에 파선으로 도시됨)에서, 시스템은 결정 블록(1030)에서 두 종이 존재하는지 판단한다. 다음으로, 두 종이 존재하는 경우, 작업 블록(1032)에서, 시스템은 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 따라 각각의 종을 정량화한다. 두 종이 존재하지 않는 경우, 시스템은 작업 블록(1032)을 실행하지 않고 상기 방법을 종료한다. 상기 방법의 소정의 양상들에서, 제1 종은 잔류 염소를 포함하며, 제2 종은 클로라민을 포함하고; 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율은 수중의 종이 잔류 염소를 포함할 때 제1 범위 내의 값을 가지며, 수중의 종이 클로라민을 포함할 때 제2 범위 내의 값을 가진다.
본 발명은 감도 손실을 겪지 않으면서 반복된 실험 진행에 걸쳐 해수 내의 500ppm 이상의 TRO를 측정할 수 있다.
본 발명의 범주를 벗어남 없이 전술한 구성들에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 전술한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 내용은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 해석되도록 의도된다.

Claims (45)

  1. 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 센서 시스템에 있어서,
    전자기기 서브시스템; 및
    상기 전자기기 서브시스템에 전기적 및 기계적으로 결합되는 센서 하우징으로, 적어도 하나의 유입구를 통해 물을 수용하며 적어도 하나의 배출구를 통해 물을 방출하는 챔버; 상기 챔버 내의 물에 노출된 적어도 하나의 전극을 구비한 적어도 하나의 센서; 및 물이 상기 챔버를 통해 흐르게 하는 유동 발생기를 구비한 센서 하우징을 포함하는 센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 하우징은 파라미터가 측정되어야 하는 물을 운반하는 관에 삽입되도록 구성되는 센서 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유동 발생기는 모터와 임펠러를 포함하는 펌프이며;
    상기 센서 하우징은 물에 노출된 습윤측과 물로부터 격리된 건조측을 포함하고;
    상기 모터는 상기 센서 하우징의 건조측에 장착되며;
    상기 임펠러는 상기 센서 하우징의 습윤측에 장착되고;
    상기 하우징의 건조측의 모터의 회전이 상기 하우징의 습윤측의 임펠러를 회전시키도록, 상기 임펠러는 상기 모터에 자기적으로 결합되는 센서 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모터는 브러시리스 DC 모터를 포함하는 센서 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서 시스템은 전류측정식 센서 시스템인 센서 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 센서 시스템은, 상기 챔버 내에 한정되며, 상기 적어도 하나의 전극의 표면에 부딪쳐 이를 세척하도록 상기 챔버 내의 유수에 의해 움직일 수 있는 복수의 가동 물체를 더 포함하는 센서 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가동 물체들은 유리구들을 포함하는 센서 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 가동 물체들은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)구들을 포함하는 센서 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 가동 물체들은 상기 챔버에 한정되도록 상기 적어도 하나의 유입구와 상기 적어도 하나의 토출구보다 충분히 더 큰 치수를 가진 센서 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 적어도 3개의 전극을 포함하고, 상기 적어도 3개의 전극은 동시에 세척되는 센서 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 3개의 전극은 물이 상기 챔버를 통해 흐를 때 상기 챔버 내에서 움직이는 복수의 가동 물체에 의해 동시에 세척되는 센서 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 염소 센서 내의 전극들과 pH 센서 내의 전극들을 포함하고, 상기 염소 센서 내의 전극들과 상기 pH 센서 내의 전극들은 동시에 세척되는 센서 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 3개의 전극은 물이 상기 챔버를 통해 흐를 때 상기 챔버 내에서 복수의 가동 물체에 의해 동시에 세척되는 센서 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 적어도 하나의 토출구는 상기 챔버 내의 모든 공기가 상기 적어도 하나의 토출구를 통해 빠져나가도록 위치하는 센서 시스템.
  15. 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 전류측정식 센서 시스템에 있어서,
    측정될 파라미터를 가진 물과 유체 소통되도록 위치하는 적어도 하나의 센서 프로브로, 상기 프로브는 복수의 전극을 포함하고, 상기 센서는 측정될 파라미터의 농도에 응답하여 출력 신호를 발생하는 적어도 하나의 센서 프로브; 및
    상기 센서 프로브에 전기적으로 결합되며, 적어도 상기 복수의 전극 중 제1 전극과 상기 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가하는 제어 시스템으로, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 -0.2V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하도록, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서, 상기 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가되는, 0V 내지 -5V의 제2 차동 측정 전압을 발생하도록 구성된 제어 시스템을 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 각각 백금을 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 비전도성 기판 상에 증착되는 평면 전극들인 전류측정식 센서 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 물은 시아누르산을 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 금을 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 상기 물은 해수를 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  21. 제15항에 있어서, 상기 물은 1000ppm을 초과하는 염화나트륨을 포함하는 전류측정식 센서 시스템.
  22. 수중의 두 종을 정량화하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로 제1 차동 측정 전위를 인가하는 단계;
    측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 상기 제1 차동 측정 전위에 응답하여 제1 출력 신호를 측정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 센서 프로브의 적어도 제1 및 제2 전극 사이로, 상기 제1 차동 측정 전위와 상이한 제2 차동 측정 전위를 인가하는 단계;
    상기 측정될 물의 파라미터의 농도에 응답하여 그리고 상기 제2 차동 측정 전위에 응답하여 제2 출력 신호를 측정하는 단계;
    제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율을 결정하는 단계;
    상기 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 근거하여 두 종 중 어느 종이 존재하는지 판단하는 단계; 및
    상기 존재하는 종을 산출 및 정량화하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 두 종이 모두 존재하며;
    상기 두 종 각각은 상기 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율에 따라 정량화되는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제1 종은 잔류 염소를 포함하며, 상기 제2 종은 클로라민을 포함하고;
    상기 제1 출력 신호 대 제2 출력 신호의 비율은 수중의 종이 잔류 염소를 포함할 때 제1 범위 내의 값을 가지며, 수중의 종이 클로라민을 포함할 때 제2 범위 내의 값을 가지는 방법.
  25. 수중의 pH를 감지하는 다용도 센서 시스템에 있어서,
    복수의 센서 응용에 공통적인 전자 회로를 수용하는 전자기기 베이스 유닛; 및
    적어도 하나의 교체 가능한 pH 센서를 수용하는 탈착 가능한 센서 카트리지로, 상기 탈착 가능한 센서 카트리지 내의 상기 교체 가능한 pH 센서는: 차동 pH 센서; pH 센서와 기준 전극의 조합; 및 단독 기준 센서 중 하나로 구성되는 탈착 가능한 센서 카트리지를 포함하는 다용도 센서 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 교체 가능한 pH 센서는 플레어형 바디부를 구비한 제1 감지 단부, 및 센서 커넥터가 고정된 제2 연결 단부를 포함하고, 상기 플레어형 바디부와 상기 센서 커넥터 사이에 고정된 길이를 가지며;
    상기 탈착 가능한 센서 카트리지는 상기 교체 가능한 pH 센서의 플레어형 바디부를 수용하도록 구성된 플레어형 공동을 포함하고, 상기 센서 커넥터와 결합되도록 구성되며, 상기 교체 가능한 pH 센서의 플레어형 바디부가 상기 플레어형 공동 내에 위치할 때 상기 센서 커넥터와 전기적 및 기계적으로 맞물리도록 위치하는 결합 커넥터를 구비하는 다용도 센서 시스템.
  27. 전극들을 사용하여 산화 환원 전위(ORP)를 측정할 때 전극들의 분극을 방지하는 방법에 있어서,
    제1 소정 시간 동안 센서의 두 전극 사이로 전압 전위를 인가하는 단계;
    제2 소정 시간 동안 상기 센서의 두 전극 사이에서 상기 전압 전위를 제거하고 ORP를 측정하는 단계; 및
    각각의 제1 소정 시간 및 제2 소정 시간 동안 인가 및 제거 동작을 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 전위를 인가하는 단계와 상기 전압 전위를 제거하는 단계는 상기 전극들의 분극을 방지하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 소정 시간과 그에 이은 상기 제2 소정 시간의 총 시간은 1분 미만인 방법.
  29. 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위해 제1 및 제2 전극을 구비한 재구성 가능한 전류측정식 센서로, 파라미터가 측정되는 물의 일 유형은 식수, 해수 및 수영장 물 중 하나일 수 있는 전류측정식 센서에 있어서,
    물의 적어도 하나의 파라미터가 측정되어야 하는 물의 유형을 선택하는 셀렉터; 및
    각각의 물의 유형에 대한 일 세트의 기설정된 작동 파라미터에 따라 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경하도록 선택된 물의 유형을 따라 전류측정식 센서를 구성하도록 상기 셀렉터에 응답하는 수단으로, 상기 작동 파라미터들은: 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위해 제1 전압 전위를 상기 제1 및 제2 전극 사이로 인가하는 측정 시간; 및 상기 제1 전압 전위에 의해 야기되는 분극을 방지하기 위해 비측정 시간 동안 상기 센서에 의해 인가되는 제2 전압 전위의 크기를 포함하는 수단을 포함하는 전류측정식 센서.
  30. 센서 바디면에 위치하는 복수의 전극을 구비한 전류측정식 센서를 세척하는 방법으로, 상기 복수의 전극 각각은 상기 복수의 전극에 의해 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물에 노출된 표면을 구비하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 전극의 표면에 노출된 물의 체적을 포함하는 공동 내에 복수의 가동 물체를 한정하는 단계;
    물이 상기 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르게 하기 위해, 물을 상기 공동 내로, 공동을 통해, 공동 외부로 흐르게 하는 단계; 및
    물이 상기 공동을 통해 흐를 때, 상기 복수의 가동 물체가 상기 복수의 전극의 표면에 부딪치게 하기 위해, 상기 복수의 가동 물체를 상기 공동 내에서 순환시키는 단계로, 상기 복수의 가동 물체는 상기 복수의 전극의 표면을 연마하여 상기 전극을 세척하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 가동 물체들은 구형인 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 가동 물체들은 유리를 포함하는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 가동 물체들은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 상기 센서 프로브에 전기적으로 결합된 제어 시스템이 적어도 상기 복수의 전극 중 제1 전극과 상기 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 -0.2V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하며;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서, 상기 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가되는, 0V 내지 -5.0V의 제2 차동 전압을 발생하는 방법.
  35. 제30항에 있어서, 상기 물은 해수이며, 측정되는 산화제 레벨은 1ppm 내지 500ppm인 방법.
  36. 전류측정식 센서 시스템에서 부동태화를 방지하는 방법에 있어서,
    측정될 파라미터를 가진 물과 유체 소통되도록 적어도 하나의 센서 프로브를 위치지정하는 단계로, 상기 프로브는 복수의 전극을 포함하며, 상기 센서는 측정될 파라미터의 농도에 응답하여 출력 신호를 발생하는 단계; 및
    적어도 상기 복수의 전극 중 제1 전극과 상기 복수의 전극 중 제2 전극 사이로 차동 전압을 인가하기 위해 상기 센서 프로브에 제어 시스템을 전기적으로 결합시키는 단계로, 상기 제어 시스템은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 -1.0V 내지 +0.5V 범위 내의 제1 차동 측정 전압을 발생하도록, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서, 상기 제1 차동 측정 전위에 이어 적어도 0.1초의 지속시간 동안 인가되는, 0V 내지 -5.0V의 제2 차동 전압을 발생하도록 구성되는 단계를 포함하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 물은 시누아르산을 포함하는 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 물은 해수이며;
    상기 측정될 파라미터는 해수 내의 산화제이고;
    상기 복수의 전극은 고체-상태 기준 전극을 포함하며, 상기 전극들 중 적어도 하나의 전극의 표면은 백금으로 코팅되는 방법.
  39. 센서 바디면에 위치하는 복수의 전극을 구비한 전류측정식 센서를 작동시키는 방법으로, 상기 복수의 전극 각각은 상기 복수의 전극에 의해 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물에 노출된 표면을 구비하는 방법에 있어서,
    물의 체적을 포함하는 공동 내에 상기 복수의 전극의 표면을 위치지정하는 단계;
    상기 측정될 적어도 하나의 파라미터를 가진 물이 실질적으로 일정한 속도로 상기 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르게 하기 위해, 물을 상기 공동 내로, 공동을 통해, 공동 외부로 흐르게 하도록 유동 발생기를 작동시키는 단계; 및
    물이 복수의 전극의 표면을 가로질러 흐르는 동안, 상기 물의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 유동 발생기는 임펠러, 및 상기 임펠러에 회전을 가하는 모터를 포함하고, 상기 방법은:
    상기 임펠러가 상기 공동 내의 물에 노출되도록 상기 임펠러를 상기 공동 내에 위치지정하는 단계;
    상기 모터를 물로부터 격리된 위치의 상기 공동 외부에 위치지정하는 단계로, 상기 모터를 상기 공동 외부의 제1 회전 가능한 결합 장치에 기계적으로 결합시키는 단계;
    상기 제1 회전 가능한 결합 장치를 회전시키기 위해 상기 모터에 에너지를 인가하는 단계; 및
    상기 임펠러를 상기 공동 내에서 회전하게 하기 위해, 상기 제1 회전 가능한 결합 장치를 상기 공동 내에서 상기 임펠러에 자기적으로 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 모터는 모터 토크를 가지며;
    상기 제1 회전 가능한 결합 장치는 적어도 최소 결합력으로 상기 임펠러에 결합되고, 상기 최소 결합력은 상기 임펠러가 회전할 수 없는 경우 상기 모터가 상기 제1 결합 장치를 회전시키지 않도록 상기 모터 토크보다 크게 선택되는 방법.
  42. 센서 상의 오염의 축적을 감소시키는 방법에 있어서,
    인클로져 내에 센서의 표면을 위치지정하는 단계로, 상기 인클로져는 물이 상기 인클로져로 들어갈 수 있게 하는 적어도 하나의 유입구, 및 물이 상기 인클로져를 빠져나갈 수 있게 하는 적어도 2개의 토출구를 구비하고, 상기 인클로져는 상기 토출구들을 통해 상기 인클로져 외부로 빠져나가지 않도록 선택된 치수를 가진 복수의 가동 입자를 수용하는 단계; 및
    물이 상기 센서의 표면 상에서 흐르게 하기 위해, 물을 상기 인클로져 내에서 상기 유입구로부터 상기 토출구들로 흐르게 하는 단계로, 상기 물의 유동은 상기 센서의 표면으로부터 오염을 제거하기 위해 상기 가동 입자들 중 적어도 일부가 상기 센서의 표면에 부딪치게 하고, 상기 토출구들은 상기 가동 입자들이 상기 적어도 2개의 토출구를 차단하는 것을 방지하기 위해 물의 유동 방향에 대해 배향되는 단계를 포함하는 방법.
  43. 물의 특성을 측정하도록 구성된 센서의 표면을 수용하는 인클로져로, 물이 상기 인클로져로 들어갈 수 있게 하는 적어도 하나의 유입구, 및 물이 상기 인클로져를 빠져나갈 수 있게 하는 적어도 2개의 토출구를 구비하고, 상기 토출구들을 통해 상기 인클로져 외부로 빠져나가지 않도록 선택된 치수를 가진 복수의 가동 입자를 수용하는 인클로져; 및
    물이 상기 센서의 표면 상에서 흐르게 하기 위해 상기 인클로져 내에서 상기 유입구로부터 상기 토출구들로 물의 유동을 발생하는 유동 발생기로, 상기 물의 유동은 상기 센서의 표면 상의 오염물의 축적을 방지하기 위해 상기 가동 입자들 중 적어도 일부가 상기 센서의 표면에 부딪치게 하고, 상기 토출구들은 상기 가동 입자들이 상기 토출구들을 차단하는 것을 방지하기 위해 물의 유동에 대해 배향되는 유동 발생기를 포함하는 장치.
  44. 제43항에 있어서, 상기 인클로져는 상기 센서의 표면에 인접한 체적 내에 상기 가동 입자들을 한정하도록 구성된 내부 공동을 포함하고, 상기 내부 공동은 상기 가동 입자들이 그 안에서 순환 패턴으로 움직이게 하도록 선택된 형상을 가지는 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 내부 공동의 형상은 대략 난형인 장치.
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