NO147891B

NO147891B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR DETECTION OF SUBSTANCE IN A WATER SURFACE.

Info

Publication number: NO147891B
Application number: NO802011A
Authority: NO
Inventors: John N Oliver; Louis M Sandler
Original assignee: Emhart Ind
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1983-03-21
Also published as: NO147891C; NO802011L

Abstract

remgangsmåte til og apparat for detektering av substans i en våt overflate ved hjelp av et enkelt halvlederelement med varmemotstand som star i forhold til varmeledningsevnen for omgivelsene. En logisk styrekrets som periodisk i tur og orden sampler og lagrer halvlederelementets om-givelsestemperatur, oppvarmer halvlederelementet, sampler og lagrer halvlederelementets topptemperatur etter oppvarmingen og utleder forskjellen mellom omgivelsestemperaturen og topptemperaturen for å detektere enhver endring av denne.belt method and apparatus for detecting substance in a wet surface by means of a single semiconductor element with heat resistance which is in proportion to the thermal conductivity of the surroundings. A logic control circuit which periodically in turn samples and stores the ambient temperature of the semiconductor element, heats the semiconductor element, samples and stores the peak temperature of the semiconductor element after heating and derives the difference between the ambient temperature and the peak temperature to detect any change thereof.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til detektering av substans i en våt overflate, hvor først den omgivende temperatur registreres ved hjelp av en temperatur-føler i den våte overflaten, og temperaturføleren oppvarmes så ved tilførsel av elektrisk effekt til den i forhåndsbestemt tid, samt en anordning for utførelse av fremgangsmåten med et halvlederelement som i det minste delvis er neddykket i den våte overflate, en strømkilde som er koplet med halvlederelementet for midlertidig oppvarming av dette, en måleinnretning som reagerer på halvlederelementets elektriske egenskaper. For eksempel tilstedeværelsen av olje eller hydro-karbonrester i en overflate for derved å registrere oljeforu-rensing av vann. The invention relates to a method for detecting substances in a wet surface, where the ambient temperature is first recorded using a temperature sensor in the wet surface, and the temperature sensor is then heated by supplying electrical power to it for a predetermined time, as well as a device for performing the method with a semiconductor element that is at least partially immersed in the wet surface, a current source that is connected to the semiconductor element for temporarily heating it, a measuring device that responds to the semiconductor element's electrical properties. For example, the presence of oil or hydrocarbon residues in a surface to thereby register oil pollution of water.

Fra U.S.-patentskrift nr. 3.576.472, 3.712.116 From U.S. Patent Nos. 3,576,472, 3,712,116

og 4.116.045 er det kjent forskjellige systemer for detektering av tilstedeværelsen av en væske eller andre substanser. Der anvendes minst to avfølingselementer som er anordnet i en brokopling hvor det ene element leverer en referanse og det andre element endrer sine elektriske egenskaper ved tilstedeværelsen av en substans eller manglende substans ved at det opptrer ubalanse i brokoplingen. De elektriske egenskaper som måles i disse systemer er temperaturavhengig elektrisk resistans i elementet, hvor denne resistans i avfølingselemen-tet øker når varmeledningsevnen for omgivelsene avtar. Ved disse kjente systemer anvendes en termistor eller et wolfram-element som avfølingselement. and 4,116,045, various systems are known for detecting the presence of a liquid or other substances. At least two sensing elements are used which are arranged in a bridge connection where one element delivers a reference and the other element changes its electrical properties in the presence of a substance or the absence of a substance when an imbalance occurs in the bridge connection. The electrical properties measured in these systems are temperature-dependent electrical resistance in the element, where this resistance in the sensing element increases when the thermal conductivity of the surroundings decreases. In these known systems, a thermistor or a tungsten element is used as sensing element.

I U.S.-patentskrift nr. 3.712.116 anvendes to varmefølere i en brokopling. Den ene føler befinner seg i en referansevæske og den andre befinner seg i en væske som skal<* >overvåkes. Når en endring i varmeledningsevnen opptrer i væsken som skal overvåkes, kommer brokoplingen i ubalanse og gir et utgangssignal som indikerer tilstedeværelsen av en fremmed substans eller en manglende fremmed substans. In U.S. Patent No. 3,712,116, two heat sensors are used in a bridge connection. One sensor is in a reference liquid and the other is in a liquid to be<* >monitored. When a change in thermal conductivity occurs in the fluid to be monitored, the bridge becomes unbalanced and provides an output signal indicating the presence of a foreign substance or a missing foreign substance.

I U.S.-patentskrift nr. 3.576.472 og 4.116.045 anvendes to varmefølere eller wolframelementer i brokoplingen og i det minste ett av avfølingselementene oppvarmes. I U.S.-patentskrift nr. 3.576.472 blir referanseelementet ikke oppvarmet og avføler omgivelsestemperaturen for sammenligning med de elektriske egenskaper i det oppvarmede element. En endring i de elektriske egenskaper i de to termistorer over eller under en fastlagt referanseverdi indikerer en økning eller minskning av varmeledningsevnen for omgivelsene for den oppvarmede termistor. Som det fremgår av disse patentskrifter blir oppvarmingen av termistoren gjort periodisk. I U.S.-patentskrift nr. 4.116.045 blir referanseelementet og avfø-lingselementet oppvarmet samtidig. Graden av endring av de elektriske egenskaper i elementene sammenlignes så for å detektere tilstedeværelsen av substans eller manglende substans. In U.S. Patent Nos. 3,576,472 and 4,116,045, two heat sensors or tungsten elements are used in the bridge connection and at least one of the sensing elements is heated. In U.S. Patent No. 3,576,472, the reference element is not heated and senses the ambient temperature for comparison with the electrical characteristics of the heated element. A change in the electrical characteristics of the two thermistors above or below a set reference value indicates an increase or decrease in the thermal conductivity of the surroundings of the heated thermistor. As appears from these patents, the heating of the thermistor is done periodically. In U.S. Patent No. 4,116,045, the reference element and the sensing element are heated simultaneously. The degree of change in the electrical properties of the elements is then compared to detect the presence of substance or lack of substance.

I U.S.-patentskrift nr. 3.576.472 detekteres endring av de elektriske egenskaper i de to termistorer under oppvarmingsperioden, mens i U.S.-patentskrift nr. 4.116.045 blir endringen av de elektriske egenskaper for elementene sammenlignet etter oppvarmingen, dvs. under en avkjølingsperiode. In U.S. Patent No. 3,576,472, a change in the electrical properties of the two thermistors is detected during the heating period, while in U.S. Patent No. 4,116,045, the change in the electrical properties of the elements is compared after the heating, i.e. during a cooling period.

Ved de kjente systemer er det nødvendig med to eller flere avsøkningselementer og en brokopling for å detektere tilstedeværelsen av en substans eller en manglende substans i en våt overflate. Videre kan ikke referanseelementet innta nøyaktig samme posisjon som avfølingselementet og det detekterte resultat må derfor bli en tilnærmelse på grunn av at de to elementer ikke utsettes for nøyaktig de samme forhold. With the known systems, two or more scanning elements and a bridge connection are required to detect the presence of a substance or a missing substance in a wet surface. Furthermore, the reference element cannot occupy exactly the same position as the sensing element and the detected result must therefore be an approximation due to the fact that the two elements are not exposed to exactly the same conditions.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å unngå disse ulemper og tilveiebringe en vesentlig forenkling av de kjente systemer samtidig som det oppnås en vesentlig større måle-nøyaktighet. The purpose of the invention is therefore to avoid these disadvantages and to provide a significant simplification of the known systems while at the same time achieving a significantly greater measurement accuracy.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at tempera-turfølerens topptemperatur som følge av oppvarmingen registreres av en måleinnretning, at differensen mellom topptemperaturen og omgivelsestemperaturen deretter utledes i en logisk styrekrets, at differensen-så lagres i en hukommelse mens ny temperaturlikevekt mellom føler og omgivelser inntrer, at deretter ny oppvarmings-, registrerings- og utledningssyklus gjennomlø-pes, og sluttelig at endringen av differensen mellom topp- og omgivelsestemperaturene registreres av den logiske styrekrets. This is achieved according to the invention by the fact that the temperature sensor's peak temperature as a result of the heating is recorded by a measuring device, that the difference between the peak temperature and the ambient temperature is then derived in a logic control circuit, that the difference is then stored in a memory while a new temperature equilibrium between the sensor and surroundings occurs, that then a new heating, recording and discharge cycle is carried out, and finally that the change in the difference between the peak and ambient temperatures is recorded by the logic control circuit.

Et apparat for utførelse av denne fremgangsmåte er av den innledningsvis nevnte typen og er karakterisert ved at halvlederelementet har en varmeresistans som er tilpasset omgivelsene og at apparatet har en logisk styrekrets som i tur og orden sampler den avfølte omgivelsestemperaturen, midlertidig varmer opp halvlederelementet, sampler topptemperaturen etter oppvarming av halvlederelementet og utleder differensen mellom den målte omgivende temperatur og de målte topptemperaturer. An apparatus for carrying out this method is of the type mentioned at the outset and is characterized by the fact that the semiconductor element has a heat resistance that is adapted to the surroundings and that the apparatus has a logic control circuit which in turn samples the sensed ambient temperature, temporarily heats up the semiconductor element, samples the peak temperature after heating the semiconductor element and derives the difference between the measured ambient temperature and the measured peak temperatures.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå Further features of the invention will become apparent

av kravene 2-6 og 8-15. of requirements 2-6 and 8-15.

Et utførelseseksempel på et apparat ifølge oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvis-ning til tegningene. An embodiment of an apparatus according to the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 viser et blokkskjema for et apparat Fig. 1 shows a block diagram of an apparatus

ifølge oppfinnelsen. according to the invention.

Fig. 2 viser et koplingsskjerna for en del av apparatet på fig. 1. Fig. 2 shows a connection core for part of the device in fig. 1.

Fig. 3 viser bølgeformer i forskjellige punkter Fig. 3 shows waveforms at different points

i koplingsskjemaet på fig. 2. in the connection diagram in fig. 2.

Fig. 4 viser et blokkskjema for en annen del av apparatet på fig. 1. Fig. 5 viser et koplingsskjerna for en ytterligere del av apparatet på fig. 1. Fig. 4 shows a block diagram for another part of the apparatus of fig. 1. Fig. 5 shows a connection core for a further part of the apparatus in fig. 1.

Apparatet 10 på fig. 1 omfatter en logisk styrekrets 12 som periodisk i tur og orden sampler og lagrer den omgivende temperatur for en temperaturmålekrets 26 med tilnærmet samme temperatur som temperaturføleren 24, energiserer en strømkilde 22 som tilfører konstant strøm til temperatur-føleren 24 i en bestemt tid, sampler og lagrer topptemperaturen for temperaturføleren 24 etter oppvarmingen, hvilket igjen skjer ved måling av temperaturen ved hjelp av målekretsen 26, utleder forskjellen mellom de lagrede omgivende temperaturer og de lagrede topptemperaturer, og utleder middelverdier over tiden for slike temperaturforskjeller, slik at en vesentlig endring i differensen mellom de lagrede temperaturer detekteres som indikerende for tilstedeværelsen av en substans eller ikke tilstedeværelse av en substans. Temperaturmålekretsen 26 inneholder fortrinnsvis en kilde for forspenning av temperaturføleren 24, slik det skal forklares nærmere nedenfor. The apparatus 10 in fig. 1 comprises a logic control circuit 12 which periodically in turn samples and stores the ambient temperature for a temperature measuring circuit 26 with approximately the same temperature as the temperature sensor 24, energizes a current source 22 which supplies constant current to the temperature sensor 24 for a specific time, samples and stores the peak temperature for the temperature sensor 24 after the heating, which in turn occurs by measuring the temperature using the measuring circuit 26, derives the difference between the stored ambient temperatures and the stored peak temperatures, and derives mean values over time for such temperature differences, so that a significant change in the difference between the stored temperatures are detected as indicating the presence of a substance or the absence of a substance. The temperature measuring circuit 26 preferably contains a source for biasing the temperature sensor 24, as will be explained in more detail below.

Den logiske styrekrets 12 reagerer på en vanlig matekilde og tjener til å styre driften av apparatet 10. Den logiske styrekrets 12 kan omfatte en enkelt integrert LSI-krets, slik som en mikroprosessor eller en mikrodatamaskin, som er programmert til å foreta de nødvendige funksjoner som ovenfor er beskrevet. Den logiske styrekrets 12 omfatter en tidsstyrekrets 20 med tre utganger for periodisk i tur og orden å aktivisere og inaktivisere de forskjellige funksjoner for apparatet 10, to toveis vendere 28 og 29 som overfører et analogsignal i form av spenninger som indikerer en temperaturmåling som foretas av målekretsen 26 asynkront i forhold til hverandre og i samsvar med forskjellige tilstander av de to utganger fra tidsstyrekretsen 20, en temperatur samplings- og lagringskrets 30 for sampling og lagring av de analoge signaler , som er en indikasjon på målingen av den omgivende temperatur for temperaturføleren 2 4 som følge av tilførsel gjennom venderen 28, en temperatur samplings- og lagringskrets 31 for sampling og lagring av analoge signaler V f i form av spenninger som indikerer målte toppverdier i temperaturføleren 24 etter oppvarming fra strømkilden 22 via venderen 29, en differensialforsterker 32 for sammenligning og differensiering av signalene og V- som avgir et dif f erenssignal V^, 0<3 en filtrerings- og tidsbestemt middel-verdiutledningskrets 34 for å sikre at en endring av signalet V2 ikke bare skyldes et sporadisk signal uten verdi når det gjelder tilstedeværelsen eller ikke av en substans i den våte overflate. Som følge herav vil et signal i form av spenninger leveres som utgangssignal fra den logiske styrekrets 12 som representerer differensen mellom de målte omgivende temperaturer for temperaturføleren 24,V^, og de målte topptemperaturer for temperaturføleren 24 etter oppvarming ved hjelp av kilden 22, Vf, idet en endring i det filtrerte og tidsmiddelverdidifferensutledede signal V"3 kan detekteres ved hjelp av en vanlig detekteringskrets. The logic control circuit 12 is responsive to a common power source and serves to control the operation of the apparatus 10. The logic control circuit 12 may comprise a single LSI integrated circuit, such as a microprocessor or a microcomputer, which is programmed to perform the necessary functions such as above is described. The logic control circuit 12 comprises a timing control circuit 20 with three outputs for periodically in turn activating and deactivating the various functions of the device 10, two bidirectional switches 28 and 29 which transmit an analog signal in the form of voltages indicating a temperature measurement carried out by the measuring circuit 26 asynchronously with respect to each other and in accordance with different states of the two outputs from the timing control circuit 20, a temperature sampling and storage circuit 30 for sampling and storing the analog signals, which are an indication of the measurement of the ambient temperature for the temperature sensor 2 4 as a result of supply through the inverter 28, a temperature sampling and storage circuit 31 for sampling and storing analog signals V f in the form of voltages indicating measured peak values in the temperature sensor 24 after heating from the current source 22 via the inverter 29, a differential amplifier 32 for comparison and differentiation of the signals and V- which emits a difference signal V ^, 0<3 a filtering and timed averaging derivation circuit 34 to ensure that a change in the signal V2 is not simply due to an occasional signal with no value as to the presence or absence of a substance in the wet surface. As a result, a signal in the form of voltages will be delivered as an output signal from the logic control circuit 12 which represents the difference between the measured ambient temperatures for the temperature sensor 24, V^, and the measured peak temperatures for the temperature sensor 24 after heating with the help of the source 22, Vf, in that a change in the filtered and time average value difference derived signal V"3 can be detected by means of a conventional detection circuit.

Strømkilden 22, temperaturføleren 24, venderne 28 og 29, temperatursamplings- og lagringskretsene 30 og 31 og differensforsterkeren 32 er vanlige.elektriske komponenter og trenger derfor bare en oversiktsmessig beskrivelse. The current source 22, the temperature sensor 24, the inverters 28 and 29, the temperature sampling and storage circuits 30 and 31 and the differential amplifier 32 are common electrical components and therefore need only an overview description.

Strømkilden 22 kan være en vilkårlig elektrisk strømkilde som i samsvar med et signal fra den logiske styrekrets 12 periodisk Leverer en konstant oppvarmingsstrøm til temperaturføleren 24. Temperaturføleren 24 kan fortrinnsvis være en zenerdiode som er forspent fra temperaturmålekretsen 26 for å arbeide i bakoverretningen under opphetningen og i foroverretningen under temperaturavføling. Ved bakoverfor-spenningen av zenerdioden under oppvarmingen, vil den høye spenning tillate vesentlig større oppvarmingsenergi og blir tilført slik at temperaturføleren 24 arbeider med høyere temperaturer og dermed større nøyaktighet. Det er klart at selv om det her er foretrukket en zenerdiode som temperatur-føler kan en vanlig diode også anvendes for å gi tilfreds-stillende resultater og forskjellige andre temperaturfølere med p-n-overgang, f.eks. en transistor erstatter zenerdioden uten å komme ut over oppfinnelsens ramme. The current source 22 can be an arbitrary electrical current source which, in accordance with a signal from the logic control circuit 12, periodically delivers a constant heating current to the temperature sensor 24. The temperature sensor 24 can preferably be a zener diode which is biased from the temperature measuring circuit 26 to work in the reverse direction during the heating and in the forward direction during temperature sensing. In the reverse biasing of the zener diode during the heating, the high voltage will allow significantly greater heating energy and is supplied so that the temperature sensor 24 works with higher temperatures and thus greater accuracy. It is clear that although a zener diode is preferred here as a temperature sensor, an ordinary diode can also be used to give satisfactory results and various other temperature sensors with a p-n transition, e.g. a transistor replaces the zener diode without going beyond the scope of the invention.

Selv om venderne 28 og 29 sammen med temperatur samplings- og middelverdikretsene 30 og 31 og differensialforsterkeren 32 kan inneholdes i en fullstendig integrert logisk styrekrets 12, som f.eks. en mikrocomputer, som vist på fig. 1, kan hver av disse være individuelle vanlige kretser. Venderne 28 og 29 er portkretser for styring av de logiske signaler. Når venderne er ledende, vil det analoge signal overføres mellom klemmene a og b som følge av et logisk signal "1" på inngangen c. Når det logiske signal som til-føres inngangen c er logisk "0", er venderen ikke ledende. Temperatur samplings- og lagringskretsene 30 og 31 kan være vanlige samplings- og holdekretser. Differensforsterkeren 32 utleder differensspenningen V» mellom spenningene V^ og V^ og indikerer differensen mellom den målte omgivende temperatur og den målte topptemperatur for temperaturføleren 24. Although the inverters 28 and 29 together with the temperature sampling and averaging circuits 30 and 31 and the differential amplifier 32 can be contained in a fully integrated logic control circuit 12, which e.g. a microcomputer, as shown in fig. 1, each of these may be individual common circuits. Inverters 28 and 29 are gate circuits for controlling the logic signals. When the inverters are conductive, the analog signal will be transmitted between terminals a and b as a result of a logic signal "1" on input c. When the logic signal supplied to input c is logic "0", the inverter is not conductive. The temperature sampling and storage circuits 30 and 31 can be ordinary sampling and holding circuits. The differential amplifier 32 derives the differential voltage V» between the voltages V^ and V^ and indicates the difference between the measured ambient temperature and the measured peak temperature for the temperature sensor 24.

Tidsstyrekretsen 20, målekretsen 26 og filtrerings- og middelverdikretsen 34 skal beskrives nærmere nedenfor, men arbeider i apparatet 10 på fig. 1 som følger. En likespenning tilføres den logiske styrekrets 12 og særlig tidsstyrekretsen 20 hvor likespenningen omformes til et antall pulsformer, som vist på fig. 3. Disse pulsformer leveres på tre utganger i tur og orden. Til å begynne med tilføres logisk "1" til inngangen c i venderen 28, mens de to andre utganger har logisk tilstand til å utkople strømkilden 22 og gi venderen 29 ikke ledende tilstand. Følgelig vil temperatur-føleren 24 bli forspent i foroverretningen av målekretsen 26 The time control circuit 20, the measuring circuit 26 and the filtering and averaging circuit 34 will be described in more detail below, but work in the apparatus 10 in fig. 1 as follows. A direct voltage is supplied to the logic control circuit 12 and in particular the time control circuit 20 where the direct voltage is transformed into a number of pulse forms, as shown in fig. 3. These pulse shapes are delivered on three outputs in turn. Initially, logic "1" is supplied to the input c of the inverter 28, while the other two outputs have the logic state to switch off the current source 22 and give the inverter 29 a non-conductive state. Consequently, the temperature sensor 24 will be biased in the forward direction by the measuring circuit 26

og den omgivende temperatur av temperaturføleren 24 måles, samples og lagres i temperaturmålekretsen 26 og temperatur samplings- og lagringskretsen 20. Som vist på fig. 1, vil spenningen fra kretsen 26 til å begynne med være spenningen som representerer den målte omgivende temperatur som samples og lagres i kretsen 30. Deretter blir begge venderne 28 og 29 ikke ledende som følge av logisk "0" fra kretsen 20, og et utgangssignal fra kretsen 20 vil da gi riktig logisk tilstand til strømkilden 22 og kretsen 26, slik at temperaturføleren 24 forspennes i bakoverretningen og strøm-kilden 22 energiseres for levering av oppvarmingsstrøm til temperaturføleren 24. Temperaturføleren 24 varmes opp i en forhåndsbestemt tid ved hjelp av tidsstyrekretsen 20, slik at temperaturføleren 24 når en topptemperatur. Denne topptemperatur som skyldes oppvarmingen er avhengig av varmeledningsevnen for omgivelsen av temperaturføleren. Følgelig vil når varmeledningsevnen for omgivelsene avtar, f.eks. ved tilstedeværelse av hydrokarbon, topptemperaturen for temperatur-føleren øke. and the ambient temperature of the temperature sensor 24 is measured, sampled and stored in the temperature measurement circuit 26 and the temperature sampling and storage circuit 20. As shown in fig. 1, the voltage from circuit 26 will initially be the voltage representing the measured ambient temperature sampled and stored in circuit 30. Thereafter, both inverters 28 and 29 become non-conductive as a result of logic "0" from circuit 20, and an output signal from the circuit 20 will then give the correct logic state to the current source 22 and the circuit 26, so that the temperature sensor 24 is biased in the reverse direction and the current source 22 is energized to supply heating current to the temperature sensor 24. The temperature sensor 24 is heated for a predetermined time with the help of the time control circuit 20 , so that the temperature sensor 24 reaches a peak temperature. This peak temperature, which is caused by the heating, depends on the thermal conductivity of the surroundings of the temperature sensor. Consequently, when the thermal conductivity of the surroundings decreases, e.g. in the presence of hydrocarbon, the peak temperature of the temperature sensor increases.

Når derimot varmeledningsevnen for omgivelsene øker, f.eks. når temperaturføleren 24 er fullstendig neddykket i væske, vil topptemperaturen for temperaturføleren 24 avta. Manglende substans på væskeoverflaten eller en annen tilstand, som f.eks. fullstendig neddykking av tempera-turføleren 24 i en væske, vil få som følge en endring av differensen mellom de målte omgivelsestemperaturer og de målte topptemperaturer, hvor endring kan enten være en økning eller minskning av topptemperaturen. When, on the other hand, the thermal conductivity of the surroundings increases, e.g. when the temperature sensor 24 is completely immersed in liquid, the peak temperature of the temperature sensor 24 will decrease. Missing substance on the liquid surface or another condition, such as complete immersion of the temperature sensor 24 in a liquid will result in a change in the difference between the measured ambient temperatures and the measured peak temperatures, which change can either be an increase or decrease in the peak temperature.

Strømkilden 22 koples ut som følge av et egnet logisk utgangssignal fra kretsen 20 og umiddelbart deretter vil et logisk signal "1" bli tilført venderen 29. Venderen 29 er ledende og temperaturføleren 24 forspennes igjen i foroverretningen for avføling av topptemperaturen etter oppvarmingen og før temperaturføleren er avkjølet, og den målte topptemperatur samples og lagres i kretsen 31. Spenningen V^ fra kretsen 26 er på dette tidspunkt ekvivalent med spenningen V f og representerer topptemperaturen i temperaturføleren 24 samplet og lagret av kretsen 31. The current source 22 is switched off as a result of a suitable logic output signal from the circuit 20 and immediately afterwards a logic signal "1" will be supplied to the inverter 29. The inverter 29 is conductive and the temperature sensor 24 is again biased in the forward direction for sensing the peak temperature after the heating and before the temperature sensor is cooled, and the measured peak temperature is sampled and stored in the circuit 31. The voltage V^ from the circuit 26 is at this time equivalent to the voltage V f and represents the peak temperature in the temperature sensor 24 sampled and stored by the circuit 31.

Differensialforsterkeren 32 utleder så differensen mellom V\ og og leverer en spenningsdifferens V_ som indikerer differensen mellom den målte omgivende temperatur og topptemperaturen for føleren 24 som følge av op<p>varmingen og i forhold til varmeledningsevnen for omgivelsene. En endring av dif f erensspenningen indikerer derfor tilstedeværelsen eller ikke av en substans med varmeledningsevne som avviker fra varmeledningsevnen i væske eller overgangen mellom luft og væske hvor temperaturføleren 24 befinner seg, eller om føleren er blitt fullstendig neddykket i væsken, The differential amplifier 32 then derives the difference between V\ and and supplies a voltage difference V_ which indicates the difference between the measured ambient temperature and the peak temperature of the sensor 24 as a result of the heating and in relation to the thermal conductivity of the surroundings. A change in the differential voltage therefore indicates the presence or not of a substance with thermal conductivity that deviates from the thermal conductivity in liquid or the transition between air and liquid where the temperature sensor 24 is located, or whether the sensor has been completely immersed in the liquid,

som har en varmeledningsevne som er mindre enn overgangen mellom luft og væske. which has a thermal conductivity that is less than the transition between air and liquid.

For å oppnå en nøyaktig indikering av enhver endring i differensen mellom spenningene V. og V^, blir differensspenningen filtrert og tatt middelverdien av over tid ved hjelp av kretsen 34 som da leverer utgangssignalet To obtain an accurate indication of any change in the difference between voltages V. and V.sub., the difference voltage is filtered and averaged over time by circuit 34 which then provides the output signal

V V

En utførelse av tidsstyrekretsen 20 er vist på fig. 2, og de forskjellige bølgeformer for denne er vist på fig. 3. An embodiment of the timing control circuit 20 is shown in fig. 2, and the different waveforms for this are shown in fig. 3.

En multivibrator 40 arbeider som en firkant-bølgeoscillator med en elektrisk puls hvert 60. sekund i punktet A og danner tidsbasis for de forskjellige funksjoner i apparatet. En vanlig spenningskomparator 41 i kombinasjon med forskjellige motstander 42,43,45,46 og 47 og en kondensator 44 danner firkantbølgeoscillatoren. Hvis frekvens i punktet A er bestemt av verdien av motstandene og konden-satoren. Pulsene i punktet A forsinkes i forholdsvis korte perioder og inverteres av en tidsforsinkelses- og inverter-ingskrets 50, slik at bølgeformen i punktet B er invertert og forsinket i forhold til bølgeformen i punktet A (se fig. 3) i samsvar med tidskonstanten i forbindelse med komparatoren 51. Komparatoren 58 i kombinasjon med motstandene 54,55 og 59 og kondensatorene 56 og 60 danner en andre firkantbølge-oscillator som igjen forsinker og inverterer inngangssignalet fra punktet B og leverer et signal i punktet C som vist på på fig. 3. Forsinkelsen i punktet B er bestemt av tidskonstanten i forbindelse med komparatoren 58. En rekkefølgekrets 62 inneholder tre portkretser 6 3,64 og 6 5 som reagerer på bølgeformene i punktene A, B og C i firkantgeneratorene og tilveiebringer en styre-strategi for inn- og utkopling av de forskjellige funksjoner i apparatet. Det skal bemerkes at portkretsene 63,64 og 65 kan være inverterende såvel som ikke inverterende avhengig av polariteten i de øvrige kretser. Portkretsen 6 3 er eh OG-portkrets med to innganger som reagerer på pulsene i punktene A og B. I den tid som pulsene i punktene A og B er logisk "1", vil utgangen T\ være logisk "1" som vist på - fig. 3. Til alle andre tider vil utgangen T^ fra portkretsen 63 være logisk "0". Signalet på utgangen T^ fra portkretsen 63 tilføres portkretsen 28 på fig. 1, slik at spenningen V. representerer den omgivende temperatur for temperaturføleren A multivibrator 40 works as a square-wave oscillator with an electrical pulse every 60 seconds at point A and forms a time base for the various functions of the apparatus. A common voltage comparator 41 in combination with various resistors 42,43,45,46 and 47 and a capacitor 44 forms the square wave oscillator. If the frequency at point A is determined by the value of the resistors and the capacitor. The pulses at point A are delayed for relatively short periods and inverted by a time delay and inverting circuit 50, so that the waveform at point B is inverted and delayed in relation to the waveform at point A (see Fig. 3) in accordance with the time constant in connection with the comparator 51. The comparator 58 in combination with the resistors 54,55 and 59 and the capacitors 56 and 60 form a second square wave oscillator which in turn delays and inverts the input signal from point B and delivers a signal at point C as shown in fig. 3. The delay at point B is determined by the time constant associated with comparator 58. A sequencer circuit 62 contains three gate circuits 6 3 , 64 and 6 5 which respond to the waveforms at points A, B and C of the square generators and provide a control strategy for in - and switching off the various functions in the device. It should be noted that gate circuits 63, 64 and 65 can be inverting as well as non-inverting depending on the polarity of the other circuits. The gate circuit 6 3 is a two-input AND gate circuit that responds to the pulses at points A and B. During the time that the pulses at points A and B are logic "1", the output T\ will be logic "1" as shown in - fig. 3. At all other times, the output T^ of gate circuit 63 will be logic "0". The signal at the output T^ from the gate circuit 63 is supplied to the gate circuit 28 in fig. 1, so that the voltage V. represents the ambient temperature for the temperature sensor

24 som samples og lagres som logisk "1". 24 which is sampled and stored as logical "1".

Portkretsen 6 4 er en NOG-portkrets med to innganger som reagerer på pulser i punktene A og C. Under den tid da pulsen i punktene A og C begge er logisk "1", har utgangen H logisk "0". Til alle andre tider er utgangen H logisk "1". Som vist med den inverterte kurveform på fig. The gate circuit 6 4 is a two-input NOG gate circuit that responds to pulses at points A and C. During the time when the pulses at points A and C are both logic "1", the output H has logic "0". At all other times, the output H is logic "1". As shown by the inverted waveform in fig.

3, kan en OG-portkrets anvendes i stedet for NOG-portkrets, hvis det signal som er nødvendig for å aktivisere strøm-kilden 22 må være logisk "1" i stedet for logisk "0". Signalet fra utgangen H bestemmer lengden av den tid som oppvarmingsstrøm skal tilføres temperaturføleren 24, og i den foretrukne utførelse kan f.eks. temperaturføleren 24 oppvarmes periodisk i tilnærmet 30 sekunder som følge av signalet fra utgangen H. 3, an AND gate circuit can be used instead of an AND gate circuit, if the signal required to activate the current source 22 must be logic "1" instead of logic "0". The signal from the output H determines the length of time that heating current is to be supplied to the temperature sensor 24, and in the preferred embodiment can e.g. the temperature sensor 24 is heated periodically for approximately 30 seconds as a result of the signal from output H.

Portkretsen 6 5 er en OG-portkrets med to innganger som reagerer på pulser i punktene B og C. Under den tid da pulsen i punktene B og C begge er logisk "1", vil utgangen T^ fra portkretsen 65 være logisk "1" som vist på fig. 3. Til alle andre tider vil signalet fra utgangen T^ være logisk "0". Signalet fra utgangen T^ fra portkretsen 65 tilføres portkretsen 29 på fig. 1, slik at spenningen V\ representerer den maksimale temperatur i temperaturføleren Gate circuit 65 is a two-input AND gate circuit that responds to pulses at points B and C. During the time that the pulses at points B and C are both logic "1", the output T^ of gate circuit 65 will be logic "1" as shown in fig. 3. At all other times, the signal from the output T^ will be logic "0". The signal from the output T^ from the gate circuit 65 is supplied to the gate circuit 29 in fig. 1, so that the voltage V\ represents the maximum temperature in the temperature sensor

24 etter oppvarmingen og dette signal samples og lagres. 24 after the warm-up and this signal is sampled and stored.

Ved å sammenligne bølgeformene på fig. 3, leverer tidsstyrekretsen 20 periodisk og i tur og orden signaler for sampling og lagring av omgivelsestemperaturen for temperaturføleren 24, oppvarmingen av temperaturføleren 24 og sampling og lagring av den maksimale temperatur i temperaturføleren 24 etter oppvarmingen i hver arbeidsperiode på 6 0 sekunder for apparatet 10. By comparing the waveforms of Fig. 3, the timing control circuit 20 periodically and in turn delivers signals for sampling and storing the ambient temperature for the temperature sensor 24, the heating of the temperature sensor 24 and sampling and storing the maximum temperature in the temperature sensor 24 after the heating in each working period of 60 seconds for the device 10.

Fig. 4 viser en foretrukket utførelsesform av temperaturmålekretsen 26 som omfatter en kilde 70 for forover forspenning av temperaturføleren 24 under temperaturavsøkning og i bakoverretningen under oppvarmingsperioden, og en krets 90 for detektering og måling av temperaturer i temperatur-føleren 24. Det skal bemerkes at hvis det anvendes en annen temperaturføler enn den nevnte zenerdiode, f.eks. en vanlig diode eller en termistor, er forspenningskilden 70 unødvendig. Forspenningskilden 70 reagerer på utgangssignalet fra NOG-portkretsen 64 i rekkefølgekretsen 62 og omfatter en operasjonsforsterker 71 med positiv inngang som reagerer på tilstanden i de to portkretser 72 og 73. Ledende og sperret tilstand i portkretsen 7 2 bestemmes av tilstanden i NOG-portkretsen 74. Hver inngang i NOG-portkretsen 74 er elektrisk forbundet med utgangen H i NOG-portkretsen 64, slik at når signalet på utgangen H i NOG-portkretsen 64 er logisk "0", er portkretsen 7 2 sperret og når utgangssignalet fra utgangen H i portkretsen 64 er logisk "1", er portkretsen 72 ledende. Ledende og sperret tilstand i portkretsen 73 bestemmes av signalet på utgangen H i NOG-portkretsen 64, slik at når dette signal er logisk "0", er portkretsen 6 3 ledende og når signalet er logisk "1", er portkretsen 73 sperret. Som tidligere nevnt aktiviseres strømkilden 72 av logisk "0" på utgangen H og inaktiviseres ved logisk "1" på utgangen H. Følgelig vil portkretsen 72 være sperret under oppvarmingen og ledende under temperaturavfølingen, mens portkretsen 7 3 er sperret under temperaturavfølingen og ledende under oppvarmingen . Fig. 4 shows a preferred embodiment of the temperature measuring circuit 26 which comprises a source 70 for forward biasing of the temperature sensor 24 during temperature scanning and in the backward direction during the heating period, and a circuit 90 for detecting and measuring temperatures in the temperature sensor 24. It should be noted that if a different temperature sensor than the aforementioned zener diode is used, e.g. a conventional diode or a thermistor, the bias source 70 is unnecessary. The bias source 70 responds to the output signal from the NOG gate circuit 64 in the sequence circuit 62 and comprises an operational amplifier 71 with a positive input that responds to the state of the two gate circuits 72 and 73. Conductive and off state in the gate circuit 7 2 is determined by the state of the NOG gate circuit 74. Each input of the NOG gate circuit 74 is electrically connected to the output H of the NOG gate circuit 64, so that when the signal at the output H of the NOG gate circuit 64 is logical "0", the gate circuit 7 2 is blocked and when the output signal from the output H of the gate circuit 64 is logic "1", gate circuit 72 is conducting. Conductive and blocked state in the gate circuit 73 is determined by the signal on the output H in the NOG gate circuit 64, so that when this signal is logical "0", the gate circuit 6 3 is conducting and when the signal is logical "1", the gate circuit 73 is blocked. As previously mentioned, the current source 72 is activated by logic "0" on the output H and deactivated by a logic "1" on the output H. Accordingly, the gate circuit 72 will be blocked during the heating and conducting during the temperature sensing, while the gate circuit 7 3 is blocked during the temperature sensing and conducting during the heating .

En klemme a i portkretsen 73 er elektrisk forbundet med en matekilde på 15 volt og denne spenning er minsket til en referansespenning på 1,2 volt ved kombina-sjonen av en motstand 75, en zenerdiode 76 og en spenningsdeler 77,78. En annen klemme b i portkretsen 73 er elektrisk forbundet med den positive inngang i forsterkeren 71. A terminal a in the gate circuit 73 is electrically connected to a supply source of 15 volts and this voltage is reduced to a reference voltage of 1.2 volts by the combination of a resistor 75, a zener diode 76 and a voltage divider 77,78. Another terminal b in the gate circuit 73 is electrically connected to the positive input of the amplifier 71.

En inngang b i portkretsen 72 er elektrisk forbundet med en spenningsdeler 79,84 som leverer 4 volt referansespenning fra strømkilden 22 når denne er innkoplet. En annen inngang a i portkretsen 72 er også forbundet med den positive inngang i forsterkeren 71 . An input b in the gate circuit 72 is electrically connected to a voltage divider 79,84 which supplies 4 volts reference voltage from the current source 22 when this is switched on. Another input a in the gate circuit 72 is also connected to the positive input in the amplifier 71 .

Den negative inngang i forsterkeren 71 er elektrisk forbundet med og reagerer på spenningen i en spenningsdeler 82,83, som leverer 4 volt referansespenning fra strømkilden 22 når denne er innkoplet, til den negative inngang i forsterkeren 71. The negative input in the amplifier 71 is electrically connected to and responds to the voltage in a voltage divider 82,83, which supplies 4 volts reference voltage from the current source 22 when this is switched on, to the negative input in the amplifier 71.

Utgangen fra forsterkeren 71 er elektrisk forbundet via en zenerdiode 81 og en motstand 80 med temperatur-føleren 24. Ved å forspenne temperaturføleren 24 via motstanden 80, vil strømmen som passerer temperaturføleren 24 praktisk talt ikke oppvarme denne. The output from the amplifier 71 is electrically connected via a zener diode 81 and a resistor 80 to the temperature sensor 24. By biasing the temperature sensor 24 via the resistor 80, the current passing the temperature sensor 24 will practically not heat it.

I utførelseseksempelet anvendes en temperatur-føler 24 i form av en 20 volt zenerdiode som er forspent i foroverretningen med 1,2 volt. Under temperaturavfølingen er portkretsen 7 3 ledende og leverer nødvendige 1,2 volt referansespenning til foroverspenning av temperaturføleren. Når et signal tilføres fra utgangen H i portkretsen 64 i rekkefølgekretsen 62 til temperaturføleren 24, er portkretsen 72 ledende slik at 4 volt opptrer både på den positive og den negative inngang i forsterkeren 71. Følgelig vil temperaturføleren 24 bli forspent i bakoverretningen og motstanden 80 bli tilført spenning på 20 volt i begge ender, fordi en zenerdiode som forspennes i bakoverretningen har et konstant spenningsfall. Følgelig vil ingen strøm flyte gjennom motstanden 80. Zenerdioden 81 tjener til å gi et tilstrekkelig spenningsfall i de 20 volt over temperatur-føleren 24, slik at denne arbeider innenfor spenningsområdet for forsterkeren 71. In the design example, a temperature sensor 24 is used in the form of a 20 volt zener diode which is biased in the forward direction by 1.2 volts. During the temperature sensing, the gate circuit 7 3 is conductive and supplies the necessary 1.2 volt reference voltage for forward voltage of the temperature sensor. When a signal is supplied from the output H in the gate circuit 64 in the sequence circuit 62 to the temperature sensor 24, the gate circuit 72 is conductive so that 4 volts appear on both the positive and the negative input of the amplifier 71. Consequently, the temperature sensor 24 will be biased in the reverse direction and the resistance 80 will be applied voltage of 20 volts at both ends, because a zener diode that is biased in the reverse direction has a constant voltage drop. Consequently, no current will flow through the resistor 80. The zener diode 81 serves to provide a sufficient voltage drop in the 20 volts across the temperature sensor 24, so that it works within the voltage range of the amplifier 71.

Kretsen 90 for måling og detektering av temperaturen i temperaturføleren 24 overvåker spenningen over temperaturføleren 24. Spenningen over temperaturføleren 24 avtar lineært når strøm eller temperatur øker. Kretsen 90 inneholder en operasjonsforsterker 91, motstander 92,93,95, 96 og 100 og en kondensator 94, som på vanlig måte i kombinasjon med forsterkeren 91 gir en utgangsspenning V^ som er proporsjonal med endringen i spenningen over temperatur-føleren 24 og dermed med dennes temperatur. Utgangsspenningen ligger i området + 4 volt. Det skal bemerkes at motstandene 92 og 93 er variable for kalibreringsformål. Det er imidlertid klart at motstandene kan ha fast verdi uten at dette i vesentlig grad påvirker virkemåten. Motstanden 97, zenerdioden 98 og dioden 99 ligger mellom den positive inngang i operasjonsforsterkeren 91 og temperaturføleren 24 for å kunne arbeide med fulle 20 volt for føleren 24 på den positive inngang i forsterkeren 91 under oppvarmingen av temperatur-føleren 24. The circuit 90 for measuring and detecting the temperature in the temperature sensor 24 monitors the voltage across the temperature sensor 24. The voltage across the temperature sensor 24 decreases linearly when current or temperature increases. The circuit 90 contains an operational amplifier 91, resistors 92,93,95, 96 and 100 and a capacitor 94, which in the usual way in combination with the amplifier 91 gives an output voltage V^ which is proportional to the change in the voltage across the temperature sensor 24 and thus with its temperature. The output voltage is in the range + 4 volts. It should be noted that resistors 92 and 93 are variable for calibration purposes. However, it is clear that the resistors can have a fixed value without this significantly affecting the way it works. The resistor 97, the zener diode 98 and the diode 99 are located between the positive input in the operational amplifier 91 and the temperature sensor 24 in order to be able to work with a full 20 volts for the sensor 24 on the positive input in the amplifier 91 during the heating of the temperature sensor 24.

Utgangsspenningen V"2 fra differensforsterkeren kan uttrykkes: The output voltage V"2 from the differential amplifier can be expressed:

K er en konstant som representerer det proporsjonale forhold mellom utgangsspenningen V, fra kretsen 90 og temperaturen T for temperaturføleren 24. K is a constant that represents the proportional relationship between the output voltage V, from the circuit 90 and the temperature T of the temperature sensor 24.

For å sikre at uriktig indikering av tilstedeværelse eller ikke av materiale i væskeoverflaten ikke blir detektert, blir spenningen fra differensialforsterkeren 32 filtrert og tatt middelverdi av over tid for å kompensere sporadisk økning eller minskning av spenningen V,,. En krets 34 i apparatet leverer et utgangssignal V., = (V^ (t)) To ensure that false indication of the presence or absence of material in the liquid surface is not detected, the voltage from the differential amplifier 32 is filtered and averaged over time to compensate for occasional increases or decreases in the voltage V,,. A circuit 34 in the apparatus supplies an output signal V., = (V^ (t))

og inneholder to vanlige lavpassfiltre 102 og 104 i forbindelse med en portkrets 103 resp. 104 som når logisk "1" tilføres inngangen c, gjør at filtrene 102 og 104 sampler spenningen V£ og holder spenningen i en viss tid. Det skal bemerkes at hvis portkretsene 103 og 105 var ledende hele tiden, ville kretsen 34 tjene som lavpassfilter og utlede middelverdien av spenningen V_ i et visst tidsrom. En pulsgenerator 106 gir periodisk signal for midlertidig sperring av portkretsene 103 og 105, slik at filterne 102 og 104 tar middelverdi over en and contains two common low-pass filters 102 and 104 in connection with a gate circuit 103 resp. 104 which when logic "1" is applied to the input c, causes the filters 102 and 104 to sample the voltage V£ and hold the voltage for a certain time. It should be noted that if the gate circuits 103 and 105 were conducting all the time, the circuit 34 would serve as a low-pass filter and derive the average value of the voltage V_ over a period of time. A pulse generator 106 provides a periodic signal for temporarily blocking the gate circuits 103 and 105, so that the filters 102 and 104 take an average value over a

lengre periode og filtrerer spenningen . Pulsgeneratoren 106 kan være en vanlig firkantbølgeoscillator som periodisk leverer pulser for å sperre portkretsene 103 og 105. longer period and filters the voltage. The pulse generator 106 may be a conventional square wave oscillator which periodically supplies pulses to disable gate circuits 103 and 105.

Den resulterende utgangsspenning V, fra apparatet 10 kan sammenlignes med forhåndsinnstilte terskelverdier i en vanlig detekteringskrets (ikke vist) slik at når en økning eller minskning av utgangsspenningen V., opptrer, kan detekteringskretsen indikere visuelt eller med lyd tilstedeværelse eller ikke av et materiale i væskeoverflaten eller en fullstendig neddykning av temperaturføleren 24 i væsken. The resulting output voltage V, from the apparatus 10 can be compared to preset threshold values in a conventional detection circuit (not shown) so that when an increase or decrease in the output voltage V, occurs, the detection circuit can indicate visually or audibly the presence or absence of a material in the liquid surface or a complete immersion of the temperature sensor 24 in the liquid.

Claims

1. Method for detecting substance in a wet surface, where first the ambient temperature is recorded using a temperature sensor in the wet surface, and the temperature sensor is then heated by supplying electrical power to it for a predetermined time, characterized in that the temperature sensor's peak temperature as a result of the heating is recorded by a measuring device, that the difference between the peak temperature and the ambient temperature is then derived in a logic control circuit, that the difference is then stored in a memory while a new temperature equilibrium between sensor and surroundings occurs, that then a new heating, recording and discharge cycle is completed, and finally that the change in the difference between the peak and ambient temperatures is registered by the logic control circuit.

2. Method according to claim 1, characterized in that the sensing of the ambient temperature and peak temperature takes place by measuring electrical properties in the temperature sensor.

3. Method according to claim 2, characterized in that the sensing of the ambient temperature and peak temperature occurs periodically.

4. Method according to claim 3, characterized in that the heating takes place by a constant electric current passing the temperature sensor for the predetermined time.

5. Method according to claim 4, characterized in that the temperature sensor is biased in one direction for sensing and in the opposite direction for heating.

6. Method according to claim 1, characterized in that periodic mean values are taken from the difference values in order to reduce incorrect indications as a result of occasional changes in the registrations.

7. Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims, for detecting substance in a wet surface with a semiconductor element (24) which is at least partially immersed in the wet surface, a current source (22) which is connected to the semiconductor element for temporary heating thereof, a measuring device (26) which reacts to the semiconductor element's electrical properties, characterized in that the semiconductor element (24) has a heat resistance that is adapted to the environment and that the device has a logic control circuit (12) which in turn and order samples the sensed ambient temperature, temporarily heats the semiconductor element, samples the peak temperature after heating the semiconductor element and derives the difference between the measured ambient temperature and the measured peak temperatures.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the semiconductor element (24) is a diode.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the semiconductor element (24) is a zener diode which is biased in the forward direction for temperature sensing and in the opposite direction for heating.

10. Apparatus according to claim 7, characterized by measuring equipment (12) for the ambient temperature and the peak temperature which reacts to the semiconductor element current, which is dependent on the temperature of the element (24).

11. Apparatus according to claim 7, characterized by a source (26) for biasing the semiconductor element (24).

12. Apparatus according to claim 7, characterized in that the logic control circuit (12) comprises a device (20) for continuous time control of the switching on and off of the current source.

13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the logic control circuit (12) comprises a device (30) for sampling and storing measured ambient temperature before switching on the power source.

14. Apparatus according to claim 13, characterized in that the logic control circuit (12) comprises a device (31) for sampling and storing the measured peak temperature in the semiconductor element (24) as a result of the supply of a constant heating current.

15. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the logic control circuit (12) comprises a device (32) for deriving the difference between the stored ambient temperature and the stored peak temperature.