流動媒体の誘導導電率測定におけるエラーを検出する方法およびデバイス
本発明は、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定における開回路および短絡回路エラーを検出するための方法ならびにデバイスを開示する。液体の導電率の電磁的測定は、センサを液体に浸漬することによって行われ、センサは、一方が励起コイルを有し他方が誘導コイルを有する少なくとも２つの環状心を含む。ＡＣ励起電圧が励起コイルに印加されると、測定される液体の導電率に比例する誘導電流または電圧を誘導コイル内で測定することができる。本発明は、センサおよびケーブル配線上の開回路および短絡回路エラーを検出するための方法ならびにデバイスを開示する。その概念は、デバイスの開回路エラーを検出するため、励起コイルまたは誘導コイルの端子において非常に小さいＤＣ電流を付加し、また、デバイスの短絡回路エラーを検出するため、励起駆動回路の出力の揺れを監視するというものである。その目的は、測定結果の信頼性を改善することである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動媒体の、特に液体もしくは溶液の、導電率を電磁的または誘電的に測定するための測定デバイスにおけるエラーを検出する方法および回路、ならびにそれに対応する測定デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動媒体の導電率測定には、一般的には測定センサを備える、流動媒体に浸漬される測定デバイスと、測定回路と、測定センサを測定回路に接続するケーブル配線とを伴う。本発明は、この測定デバイスのエラー／非エラー状態、特に、測定センサ、ケーブル配線、または入力回路における開回路および／または短絡回路エラーを検出するための方法およびデバイスに関する。
【０００３】
液体の導電率は電気化学の重要な分析パラメータである。その測定は、化学工業、冶金学、生物学、医学、搗精試験（grain testing）、水の保全、エネルギー資源などの分野における広い用途を有する。導電率の測定方法は、接触式と非接触式の２つの群に分割することができる。
【０００４】
非接触式測定は、電磁誘導の原理を適用し、したがって、電磁導電率測定方法または誘電導電率測定方法とも称することができる。測定要素の導電部と測定される液体との間に接触はないため、このタイプのセンサは、固体性が良好であり、耐食性であり、極性がなく、耐用年数が長いという利点を有する。液体の導電率の電磁的測定の基本原理が発明され、実際に適用されて以降、開発の長い歴史がある。
【０００５】
例えば、M. J. Relisによる米国特許第２，５４２，０５７号は、１９５１年に基本理論を一般に対して公開した。この参考文献によるセンサは、防食性および絶縁性材料によって覆われた一対の同軸の環状心を用いる。２つの環状心の内孔によって、液体を通る電流経路が可能になる。電磁誘導の原理によれば、交流電流が励起コイルを通して送られると、励起環状心内に交流磁束が発生し、それによって次に、測定される液体中のループを通る誘導電流が発生する。ループ内で発生した誘導電流は、それ自体が、励起環状心およびピックアップ環状心の両方と交差する電流ループとして現れる。この電流ループは環状心内に交流磁束を発生させ、それによって誘導コイル内に誘導電流が発生し、それによって次に、誘導コイルにおいて誘導された電圧が生成される。
【０００６】
液体の誘導電流はその導電率に関連するので、誘導コイルの誘導電流および誘導電圧（開路電圧）は液体を通る電流に比例する。したがって、液体の導電率は、誘導電流または誘導電圧の測定から導き出すことができる。液体の導電率Ｇは、式Ｇ＝Ｃ／Ｒから計算される。式中、Ｃはセンサセル定数、Ｒは液体を通るループの等価抵抗である。代替案として、米国特許第５，４５５，５１３号Ａ１に紹介されている方法のように、液体の導電率は、誘導コイルの端子における誘導電圧がゼロのときの誘導コイルの電流から計算することができる。
【０００７】
導電率の測定では、測定プロセスの信頼性を改善することもますます重要になっている。慎重に調査しなければ、コイルもしくはケーブル配線の開回路エラーは導電率ゼロ（または非常に低い導電率）であると容易に誤解される可能性があり、したがって、液体の導電率として誤った値が不注意によって測定されることがある。
【０００８】
米国特許第６，４１４，４９３号Ｂ１は、追加のワイヤループを測定センサに導入して、励起コイルおよび誘導コイルを通る導電性ループを形成する方法を開示している。励起コイルは交流電流をこのワイヤループに誘導し、それが次に誘導コイルに追加の交流電流を誘導して、基本出力信号が供給される。開回路条件がコイルに生じた場合、それに対応する変化が基本出力信号に生じ、それを検出することができる。しかし、追加のループを環状心に付加することによってデバイスはより複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、従来技術の欠点を克服し、特に、導電率の誤った値を不注意によって測定するリスクを回避するため、誘電導電率測定におけるエラーを検出する、より単純な方法、より単純な検出回路、およびそれに対応する測定デバイスを提供するという目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
技術的解決は、独立請求項に記載される特徴を備える検出方法および検出回路によって提供される。本発明のさらなる実施形態は追加の従属請求項にて開示される。
【００１１】
本発明は、流動媒体に交流電流を印加する、または流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル、特に励起コイルもしくは誘導コイルを備えるセンサを用いて、流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する方法であって、
少なくとも１つのコイルに対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける派生信号を、コイルにおいて発生させるステップと、
派生信号を測定して測定値を得るステップと、
測定値を少なくとも１つの閾値と比較するステップと、
比較するステップの結果に応じて、測定デバイスの動作を始動させるステップとを含む、方法を開示する。
【００１２】
さらなる構成要素を測定センサに設置する必要がないため、この方法によって、単純な方法およびそれに対応する単純で低コストの検出回路が得られる。特に、コイル内における追加のループの複雑で高価な設置が回避される。したがって、本発明は、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定におけるエラーを検出するための、構造的概念が単純な方法およびデバイスを開示する。
【００１３】
本発明の第１の実施形態では、追加の印加信号は電流であり、特に直流電流であって、一般にＤＣ信号と名付けられる。
【００１４】
本発明の好ましい一実施形態では、追加の印加信号の強度は非常に低く、かつ／または、コイルを決して飽和させないほど低く、かつ／または数マイクロアンペア未満と低く、かつ／または励起電流の強度よりも大幅に低い。このように、導電率測定の確度は影響されない。
【００１５】
さらなる一実施形態では、派生信号は電圧であり、特に通常の動作条件下ではほぼ０ボルトの強度をもつ。電圧は直接的なやり方で測定することができ、ゼロ電圧は実際の導電率測定に影響しないか、またはほんのわずかしか影響しない。
【００１６】
さらなる好ましい一実施形態では、エラー特性は、センサもしくはその少なくとも１つのコイルの、またはコイルに接続された接続ケーブルの、またはコイルに接続された測定回路の開回路エラーもしくは短絡回路エラーである。
【００１７】
さらなる一実施形態では、直流信号は高抵抗の抵抗器を介して電源から励起コイルへと伝達される。
【００１８】
さらなる好ましい一実施形態では、方法は、交流電流を流体に印加し、測定値を得るために励起電流の揺れを測定し、測定値を少なくとも１つのさらなる閾値と比較し、比較するステップに応じて測定デバイスの動作を始動させるため、コイルを励起コイルとして使用する追加ステップを含む。
【００１９】
揺れは、励起電流の変動性を、一般にはピークトゥピーク振幅を特徴付ける。検出された電圧の揺れが正常値から逸脱している場合、短絡回路エラーが存在すると判断される。短絡回路エラーが励起側で生じると、励起駆動回路の出力の揺れはその正常値よりも低くなる。この偏差は演算増幅器によって直接または間接的に検出することができる。
【００２０】
本発明のさらなる好ましい一実施形態は、液体導電率を電磁的（誘電的）に測定するためのデバイスであって、液体に浸漬されたセンサによって液体の導電率を測定する測定デバイスにおける、開回路および短絡回路エラーを検出する方法を開示する。センサは、一方が励起コイルを有し他方が誘導コイルを有する少なくとも２つの環状心を含む。測定デバイスは、センサ内部の励起コイルにＡＣ励起電圧を供給する励起駆動回路を含み、それによって測定される液体の導電率に関連する電流または電圧が誘導コイルに誘導される。検出方法は、
デバイスの開回路エラーを検出できるように、コイルで発生するＤＣ電圧を監視するため、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給するステップと、
デバイスの短絡回路エラーを検出するため、励起駆動回路の出力の揺れを監視するステップとを含む。
【００２１】
上述の方法の好ましい一実施形態では、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給するステップは、大きな値の抵抗器を通して小さいＤＣ電流を正電源からコイル端子に伝達するステップを含む。検出されたＤＣ電圧が特定の閾値電圧を超過した場合、励起コイルまたは誘導コイル上に開回路エラーが存在する。
【００２２】
上述の方法の好ましい一実施形態では、励起駆動回路は演算増幅器を含み、励起駆動回路の出力の揺れを検出するステップは、限流抵抗器を通して演算増幅器の出力と励起駆動回路の出力とを接続するステップを含む。検出された電圧の揺れが正常値を超過した場合、短絡回路エラーが存在すると判断される。
【００２３】
本発明はさらに、流動媒体に交流電流を印加する、または流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル、特に励起コイルもしくは誘導コイルを備えるセンサを用いて、流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する検出回路に関する。前記デバイスは、
コイルに対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける対応する派生信号を発生させる手段と、
コイルに接続可能であり、測定値を得るために派生信号を測定するように構成された測定部と、
ａ）前記測定値を得るために測定部（８）に接続され、
ｂ）測定値を少なくとも１つの閾値と比較して比較結果を得るように構成され、また、
ｃ）比較結果に応じて、測定デバイスの動作を始動させる出力を含む、レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）とを備える。
【００２４】
それに関して、励起信号を印加する手段は、特に高抵抗の抵抗器を介して、少なくとも１つのコイルに接続された、追加の励起信号を少なくとも１つのコイルに印加するように動作可能な電源である。
【００２５】
好ましい一実施形態では、電源は、ほぼ連続した信号、特に直流電流（ＤＣ）をコイルに印加するように動作可能である。
【００２６】
さらなる一実施形態では、レベル検出器の出力は、表示装置、または測定デバイスの動作を始動させるために検出結果を送信する処理デバイスに接続可能である。
【００２７】
本発明の別の実施形態は、液体の導電率を電磁的（誘導的）に測定する開回路および短絡回路エラーを検出するためのデバイスに関する。デバイスは、
デバイスの開回路エラーを検出できるように、コイル上で発生するＤＣ電圧を検出するため、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給することによって動作する、開回路検出回路と、
デバイスの短絡回路エラーを検出するため、励起駆動回路の出力の揺れを監視することによって動作する、励起コイルの短絡回路検出回路とを含む。
【００２８】
上述の検出デバイスの好ましい一実施形態では、開回路検出回路は、大きな値の抵抗器を通して誘導コイルの１つの端子に接続されたＤＣ電源と、励起コイル側および／または誘導コイル側の端子に接続された電圧レベル検出器とを含む。検出されたＤＣレベルが閾値電圧を超過した場合、それぞれの側に開回路エラーがあることを示唆するものと判断される。
【００２９】
本発明はさらに、上述の検出回路、および励起駆動回路を有する測定デバイスであって、正入力が励起信号に接続された演算増幅器と、演算増幅器の負入力、およびやはり励起コイルに接続された励起駆動回路の出力を接続するフィードバック抵抗器と、励起駆動回路および励起コイルを接続する限流抵抗器とを備える、測定デバイスに関する。
【００３０】
さらなる一実施形態では、測定デバイスは、励起駆動回路の短絡回路エラーを検出するためのさらなる検出回路を備え、さらなる検出回路は、演算増幅器の出力に接続されたピックアップ回路と、ピックアップ回路の出力に接続され、検出に利用可能であるとともに演算増幅器の電圧の揺れに対応する電圧を発生させるピークトゥピーク測定回路と、検出に利用可能な前記電圧に接続された電圧レベル検出器とを含む。検出された電圧のレベルが閾値電圧を超過した場合、これは、励起コイルに短絡回路エラーがあることを示唆すると判断される。
【００３１】
好ましくは、ピークトゥピーク測定回路は、ピックアップ回路の出力と基準電圧との間で逆向きに接続された第１のダイオードと、ピックアップ回路の出力と検出のための電圧を出力する出力ノードとの間で前向きに接続された第２のダイオードと、特に、出力ノードと電圧レベル検出器との間に接続された分圧回路とを含む。
【００３２】
さらなる一実施形態では、測定デバイスは、測定部に動作可能に接続された誘電導電率センサを備え、センサは流動媒体に、特に液体もしくは溶液に浸漬され、かつ／またはセンサのコイルは環状心によって、特にフェライトリングもしくは磁気リングによって支持される。
【００３３】
既存の技術に比べて、本発明は、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定における開回路および短絡回路エラーを検出するための、以下の利点を有する方法およびデバイスを紹介する。導電率の誤った測定値を不注意によって回収するリスクを回避するため、測定システムの開回路エラーまたは短絡回路エラーを検出する、単純で低コストの回路を使用し、それによって測定結果は非常に信頼性が高いものとなる。
【００３４】
上述したような本発明の目的、特徴、および利点は、添付図面に示される実施形態の詳細な説明によってより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】液体の導電率の誘電的に測定するための方法の原理を示す概略図である。
【図２】開回路エラーを検出するための本発明による方法を、励起コイルの短絡回路エラーを検出するための方法と組み合わせて使用する、本明細書に記載される液体の導電率を誘電的に測定するための方法を実現する原理を示す概略図である。
【図３】誘導コイルの開回路エラーを検出するための本発明による方法を適用する、本明細書に記載される液体の導電率を誘電的に測定するための方法を実現する原理を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、液体の導電率を電磁的（誘電的）に測定するためのデバイスの原理を概略的に示す。図１を参照すると、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定は、センサを溶液に浸漬することによって行われる。センサは少なくとも２つの環状心Ｔ１およびＴ２を含む。心Ｔ１は励起コイルＬ１を有し、心Ｔ２は誘導コイルＬ２を有する。測定デバイスは、ＡＣ電流が液体を通るループ６に誘導されるように、駆動部２を用いるとともにＤＣ結合コンデンサＣ１を通して、センサ内部の励起コイルに特定の振幅のＡＣ励起電圧１を供給する励起駆動回路を含む。この電流は、第２の環状心Ｔ２の誘導コイルＬ２に結合され、その結果、誘導電流が誘導コイルＬ２内で発生する。測定部８はＡＣ誘導電流または電圧を誘導コイルＬ２に誘導する。
【００３７】
次に、液体の導電率は中央処理装置９によって計算される。最後に、液体の導電率に関する最終結果が表示装置１０上に示され、または４〜２０ｍＡの出力で利用可能になり、または警報装置に送られる。
【００３８】
図２を参照すると、ブロック２は、図１に示される励起駆動回路の実装例を表す。Ｕ１は電圧フォロワーとして使用される演算増幅器、Ｃ２は回路を安定させる小さな値のコンデンサ、Ｒ１は負フィードバック抵抗器、Ｒ２は限流抵抗器であり、励起コイルの短絡回路エラー検出回路としての役割も果たす。ブロック１６は、励起コイルの短絡回路エラー検出回路を表す。短絡回路エラーが励起側で生じると、励起駆動回路２の出力の揺れはその正常値よりもはるかに低くなる。演算増幅器Ｕ１は電圧フォロワーとして接続され、常に励起駆動回路２の出力の揺れを正規化する傾向がある。限流抵抗器Ｒ２が存在しているため、演算増幅器Ｕ１の出力の揺れは常に、正または負の供給電力レベルに可能な限り近くなり、つまり、励起駆動回路における演算増幅器Ｕ１の出力の揺れは正常値よりもはるかに大きくなる。標準条件下では、例えば、励起コイルの励起電圧が±１Ｖ以下であると仮定すると、励起駆動回路２の出力の揺れは２Ｖ以下（例えば、２Ｖ／０Ｖ、＋１Ｖ／−１Ｖなど）である。Ｒ２がその固有値（例えば、２４０Ω）にある場合、標準条件下でのＵ１の揺れは励起駆動回路２の出力の揺れよりもわずかに大きく、例えば＋２．３Ｖ／−０．３Ｖまたは＋１．３Ｖ／−１．３Ｖである。しかし、短絡回路エラーが励起側で生じた場合、Ｕ１の出力の揺れは正および負の電源電圧、例えば＋３．１Ｖ／−３．１Ｖに近くなる。Ｒ３およびＣ３はＵ１の出力の揺れを検出するのに使用される。
【００３９】
Ｒ３およびＣ３は限流およびＤＣ結合に役立ち、Ｄ１およびＤ２は、演算増幅器Ｕ１の電圧の揺れとノード４での出力に対応する、検出のための電圧Ｖ４を発生させるピークトゥピーク測定回路を形成する。この回路には、ピックアップ回路の出力３と基準電圧との間で逆向きに接続された第１のダイオードＤ１と、ピックアップ回路の出力と出力ノード４との間で前向きに接続された第２のダイオードＤ２とがある。
【００４０】
Ｒ４、Ｒ５、およびＣ４も低域フィルタを形成する。Ｒ４およびＲ５は、入力を電圧検出器Ｕ２により適したものにする分圧回路を形成する。後者はゲート回路であることができる電圧レベル検出器である。好ましくは、直列に接続された２つの７４ＨＣ１４ゲートなど、シュミット回路のようなデバイスである。検出されたＤＣ電圧が特定の閾値電圧を超過し、Ｕ２が起動された場合、これは、励起コイルの短絡回路エラーを示唆するものと判断することができる。
【００４１】
端子３は、ピークトゥピーク検出器（Ｄ１、Ｄ２）の基準電位を規定する。それは、信頼性を最適にし、かつＲ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｃ３、およびＣ４に対する値の選択を単純化するため、接地または好ましくは−１．５Ｖなどの負電位に接続することができる。Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｃ３、およびＣ４に対する値を選択することによって、演算増幅器Ｕ１の正常な出力の揺れを励起側における短絡回路エラーと区別できるように、Ｕ２の閾値電圧を設定することができる。
【００４２】
それに加えて、短絡回路エラーが起こると、励起駆動回路２の出力の揺れはその正常値よりはるかに低くなるので、励起駆動回路２の出力の揺れを直接監視することによってもエラーを検出することができる。ただし、場合によっては、指定される正常な揺れは＋０．２Ｖ／−０．２Ｖなどと比較的小さく、したがって検出回路は多少複雑になる。
【００４３】
図２では、ブロック１７は励起側で開回路エラーを検出するための回路を表す。非常に小さなＤＣ電流が、励起コイルＬ１側に大きな値の抵抗器Ｒ６を有するＤＣ電源Ｖｃによって供給される。標準条件下では、励起コイルＬ１のＤＣ抵抗は非常に小さいので、端子５のＤＣ電圧はほぼゼロである。励起ＤＣ電流は、数マイクロアンペアなど非常に小さく、コイルを決して飽和させないので、測定の確度は影響されない。開回路エラーが励起コイルＬ１またはケーブル上に生じた場合、Ｖｃとほぼ同じ大きさのＤＣ電圧が端子５で発生し、それが、Ｒ７およびＣ５で構成された低域フィルタを経て電圧レベル検出器回路Ｕ３を起動させる。電圧レベル検出回路Ｕ３に対するＡＣ励起電圧の影響を排除するため、ＲＣフィルタ（Ｒ７、Ｃ５）は端子５とレベル検出器回路Ｕ３との間に配置される。回路Ｕ３はゲート回路であることができる。好ましくは、シュミット回路のようなデバイス、例えば直列の２つの７４ＨＣ１４ゲートである。Ｕ３の入力における電圧が（特定の閾値レベルよりも）低いということは、誘導コイルおよびケーブルが正常に働いていることを意味し、反対に、Ｕ３の入力における電圧が高いことは、励起コイルＬ１の側に開回路エラーがあることを意味する。したがって、Ｕ３の出力は、励起コイル側に開回路エラーが存在することを信頼性高く示すことができる。
【００４４】
図３では、ブロック１８は、誘導コイルＬ２の側の開回路エラーを検出するために使用することができる一種の回路を表す。この実装例では、誘導コイルの開回路エラーのための検出回路は図２のブロック１７に類似している。非常に小さなＤＣ電流が、誘導コイルＬ２側に大きな値の抵抗器Ｒ８を有するＤＣ電源Ｖｃによって供給される。標準条件下では、コイルＬ２のＤＣ抵抗は非常に小さいので、端子７のＤＣ電圧はほぼゼロである。開回路エラーが誘導コイルＬ２またはケーブルに生じた場合、Ｖｃにほぼ等しいＤＣ電圧が端子７に存在する。Ｒ９およびＣ７で構成された低域フィルタを経て、このＤＣ電圧は電圧レベル検出器回路Ｕ４を起動させる。電圧レベル検出回路Ｕ４に対するＡＣ誘導電圧の影響を排除するため、ＲＣフィルタ（Ｒ９、Ｃ７）は端子７とレベル検出器回路Ｕ４との間に配置される。回路Ｕ４はゲート回路であることができる。好ましくは、シュミット回路のようなデバイス、例えば直列の２つの７４ＨＣ１４ゲートである。Ｕ４の入力における電圧が（特定の閾値レベルよりも）低いということは、誘導コイルおよびケーブルが正常に働いていることを意味し、反対に、Ｕ４の入力における電圧が高いことは、誘導コイルＬ２の側に開回路エラーが存在することを意味する。したがって、Ｕ４の出力は、誘導コイル側に開回路エラーが存在することを信頼性高く示すことができる。
【００４５】
それに加えて、二重環状心センサ（double-toroidal sensor）および測定デバイスを、上述したようなケーブルを通して接続することができる。液体の導電率は通常、その温度に関連するので、温度センサ（ＰＴ１００、ＰＴ１０００、またはＮＴＣ）が液体導電率センサに通常含まれる。したがって、センサおよび測定デバイスを接続するケーブルの内部に追加のワイヤがある場合がある。それに加えて、測定デバイスの内部に配置された温度測定回路がある場合があり、温度補正はＣＰＵによって計算することができる。センサの内部に配置された、磁束漏れおよび静電荷の蓄積に対抗するデバイスがある場合がある。特定のパラメータは全システムに対して校正することができる。これらの方法およびデバイスの一般的原理は、本発明の方法およびデバイスにも適用可能である。
【００４６】
上述の説明に使用される用語、記号、表現、および例は、いかなる意味でも本発明の範囲を限定しようとするものではなく、単に本発明の特定の態様を例証する役割を果たす。
【００４７】
上述の実施形態は、単に本発明の好ましい実施形態を表す。当業者であれば、上述の説明に基づいて様々に等価の置換えおよび修正を行うことができる。しかしながら、これらの置換えおよび修正はすべて、本発明の趣旨、および添付の請求項にて規定される範囲内にある。
【符号の説明】
【００４８】
２ 励起駆動回路
３ 基準電圧
４ 出力ノード
５ 測定端子
６ 液体を通るループ
８ 入力回路、電流電圧変換回路
１０ 整流回路
１１、１２ サンプルホールド回路、サンプルホールドタイマー
Ｃ センサセル定数
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７ コンデンサ
Ｇ 導電率
Ｈ ホールド期間
Ｌ１ 励起コイル
Ｌ２ 誘導コイル
Ｒ 液体の抵抗
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗器
Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 抵抗器
ＲＬ１、ＲＬ２ 抵抗
Ｓ サンプル期間
Ｔ１、Ｔ２ 環状心、フェライトリング
Ｕ１ 演算増幅器
Ｕ３、Ｕ２ 電圧レベル検出器
Ｖｃ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動媒体の、特に液体もしくは溶液の、導電率を電磁的または誘電的に測定するための測定デバイスにおけるエラーを検出する方法および回路、ならびにそれに対応する測定デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動媒体の導電率測定には、一般的には測定センサを備える、流動媒体に浸漬される測定デバイスと、測定回路と、測定センサを測定回路に接続するケーブル配線とを伴う。本発明は、この測定デバイスのエラー／非エラー状態、特に、測定センサ、ケーブル配線、または入力回路における開回路および／または短絡回路エラーを検出するための方法およびデバイスに関する。
【０００３】
液体の導電率は電気化学の重要な分析パラメータである。その測定は、化学工業、冶金学、生物学、医学、搗精試験（grain testing）、水の保全、エネルギー資源などの分野における広い用途を有する。導電率の測定方法は、接触式と非接触式の２つの群に分割することができる。
【０００４】
非接触式測定は、電磁誘導の原理を適用し、したがって、電磁導電率測定方法または誘電導電率測定方法とも称することができる。測定要素の導電部と測定される液体との間に接触はないため、このタイプのセンサは、固体性が良好であり、耐食性であり、極性がなく、耐用年数が長いという利点を有する。液体の導電率の電磁的測定の基本原理が発明され、実際に適用されて以降、開発の長い歴史がある。
【０００５】
例えば、M. J. Relisによる米国特許第２，５４２，０５７号は、１９５１年に基本理論を一般に対して公開した。この参考文献によるセンサは、防食性および絶縁性材料によって覆われた一対の同軸の環状心を用いる。２つの環状心の内孔によって、液体を通る電流経路が可能になる。電磁誘導の原理によれば、交流電流が励起コイルを通して送られると、励起環状心内に交流磁束が発生し、それによって次に、測定される液体中のループを通る誘導電流が発生する。ループ内で発生した誘導電流は、それ自体が、励起環状心およびピックアップ環状心の両方と交差する電流ループとして現れる。この電流ループは環状心内に交流磁束を発生させ、それによって誘導コイル内に誘導電流が発生し、それによって次に、誘導コイルにおいて誘導された電圧が生成される。
【０００６】
液体の誘導電流はその導電率に関連するので、誘導コイルの誘導電流および誘導電圧（開路電圧）は液体を通る電流に比例する。したがって、液体の導電率は、誘導電流または誘導電圧の測定から導き出すことができる。液体の導電率Ｇは、式Ｇ＝Ｃ／Ｒから計算される。式中、Ｃはセンサセル定数、Ｒは液体を通るループの等価抵抗である。代替案として、米国特許第５，４５５，５１３号Ａ１に紹介されている方法のように、液体の導電率は、誘導コイルの端子における誘導電圧がゼロのときの誘導コイルの電流から計算することができる。
【０００７】
導電率の測定では、測定プロセスの信頼性を改善することもますます重要になっている。慎重に調査しなければ、コイルもしくはケーブル配線の開回路エラーは導電率ゼロ（または非常に低い導電率）であると容易に誤解される可能性があり、したがって、液体の導電率として誤った値が不注意によって測定されることがある。
【０００８】
米国特許第６，４１４，４９３号Ｂ１は、追加のワイヤループを測定センサに導入して、励起コイルおよび誘導コイルを通る導電性ループを形成する方法を開示している。励起コイルは交流電流をこのワイヤループに誘導し、それが次に誘導コイルに追加の交流電流を誘導して、基本出力信号が供給される。開回路条件がコイルに生じた場合、それに対応する変化が基本出力信号に生じ、それを検出することができる。しかし、追加のループを環状心に付加することによってデバイスはより複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、従来技術の欠点を克服し、特に、導電率の誤った値を不注意によって測定するリスクを回避するため、誘電導電率測定におけるエラーを検出する、より単純な方法、より単純な検出回路、およびそれに対応する測定デバイスを提供するという目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
技術的解決は、独立請求項に記載される特徴を備える検出方法および検出回路によって提供される。本発明のさらなる実施形態は追加の従属請求項にて開示される。
【００１１】
本発明は、流動媒体に交流電流を印加する、または流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル、特に励起コイルもしくは誘導コイルを備えるセンサを用いて、流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する方法であって、
少なくとも１つのコイルに対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける派生信号を、コイルにおいて発生させるステップと、
派生信号を測定して測定値を得るステップと、
測定値を少なくとも１つの閾値と比較するステップと、
比較するステップの結果に応じて、測定デバイスの動作を始動させるステップとを含む、方法を開示する。
【００１２】
さらなる構成要素を測定センサに設置する必要がないため、この方法によって、単純な方法およびそれに対応する単純で低コストの検出回路が得られる。特に、コイル内における追加のループの複雑で高価な設置が回避される。したがって、本発明は、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定におけるエラーを検出するための、構造的概念が単純な方法およびデバイスを開示する。
【００１３】
本発明の第１の実施形態では、追加の印加信号は電流であり、特に直流電流であって、一般にＤＣ信号と名付けられる。
【００１４】
本発明の好ましい一実施形態では、追加の印加信号の強度は非常に低く、かつ／または、コイルを決して飽和させないほど低く、かつ／または数マイクロアンペア未満と低く、かつ／または励起電流の強度よりも大幅に低い。このように、導電率測定の確度は影響されない。
【００１５】
さらなる一実施形態では、派生信号は電圧であり、特に通常の動作条件下ではほぼ０ボルトの強度をもつ。電圧は直接的なやり方で測定することができ、ゼロ電圧は実際の導電率測定に影響しないか、またはほんのわずかしか影響しない。
【００１６】
さらなる好ましい一実施形態では、エラー特性は、センサもしくはその少なくとも１つのコイルの、またはコイルに接続された接続ケーブルの、またはコイルに接続された測定回路の開回路エラーもしくは短絡回路エラーである。
【００１７】
さらなる一実施形態では、直流信号は高抵抗の抵抗器を介して電源から励起コイルへと伝達される。
【００１８】
さらなる好ましい一実施形態では、方法は、交流電流を流体に印加し、測定値を得るために励起電流の揺れを測定し、測定値を少なくとも１つのさらなる閾値と比較し、比較するステップに応じて測定デバイスの動作を始動させるため、コイルを励起コイルとして使用する追加ステップを含む。
【００１９】
揺れは、励起電流の変動性を、一般にはピークトゥピーク振幅を特徴付ける。検出された電圧の揺れが正常値から逸脱している場合、短絡回路エラーが存在すると判断される。短絡回路エラーが励起側で生じると、励起駆動回路の出力の揺れはその正常値よりも低くなる。この偏差は演算増幅器によって直接または間接的に検出することができる。
【００２０】
本発明のさらなる好ましい一実施形態は、液体導電率を電磁的（誘電的）に測定するためのデバイスであって、液体に浸漬されたセンサによって液体の導電率を測定する測定デバイスにおける、開回路および短絡回路エラーを検出する方法を開示する。センサは、一方が励起コイルを有し他方が誘導コイルを有する少なくとも２つの環状心を含む。測定デバイスは、センサ内部の励起コイルにＡＣ励起電圧を供給する励起駆動回路を含み、それによって測定される液体の導電率に関連する電流または電圧が誘導コイルに誘導される。検出方法は、
デバイスの開回路エラーを検出できるように、コイルで発生するＤＣ電圧を監視するため、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給するステップと、
デバイスの短絡回路エラーを検出するため、励起駆動回路の出力の揺れを監視するステップとを含む。
【００２１】
上述の方法の好ましい一実施形態では、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給するステップは、大きな値の抵抗器を通して小さいＤＣ電流を正電源からコイル端子に伝達するステップを含む。検出されたＤＣ電圧が特定の閾値電圧を超過した場合、励起コイルまたは誘導コイル上に開回路エラーが存在する。
【００２２】
上述の方法の好ましい一実施形態では、励起駆動回路は演算増幅器を含み、励起駆動回路の出力の揺れを検出するステップは、限流抵抗器を通して演算増幅器の出力と励起駆動回路の出力とを接続するステップを含む。検出された電圧の揺れが正常値を超過した場合、短絡回路エラーが存在すると判断される。
【００２３】
本発明はさらに、流動媒体に交流電流を印加する、または流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル、特に励起コイルもしくは誘導コイルを備えるセンサを用いて、流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する検出回路に関する。前記デバイスは、
コイルに対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける対応する派生信号を発生させる手段と、
コイルに接続可能であり、測定値を得るために派生信号を測定するように構成された測定部と、
ａ）前記測定値を得るために測定部（８）に接続され、
ｂ）測定値を少なくとも１つの閾値と比較して比較結果を得るように構成され、また、
ｃ）比較結果に応じて、測定デバイスの動作を始動させる出力を含む、レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）とを備える。
【００２４】
それに関して、励起信号を印加する手段は、特に高抵抗の抵抗器を介して、少なくとも１つのコイルに接続された、追加の励起信号を少なくとも１つのコイルに印加するように動作可能な電源である。
【００２５】
好ましい一実施形態では、電源は、ほぼ連続した信号、特に直流電流（ＤＣ）をコイルに印加するように動作可能である。
【００２６】
さらなる一実施形態では、レベル検出器の出力は、表示装置、または測定デバイスの動作を始動させるために検出結果を送信する処理デバイスに接続可能である。
【００２７】
本発明の別の実施形態は、液体の導電率を電磁的（誘導的）に測定する開回路および短絡回路エラーを検出するためのデバイスに関する。デバイスは、
デバイスの開回路エラーを検出できるように、コイル上で発生するＤＣ電圧を検出するため、非常に小さいＤＣ電流を励起コイルまたは誘導コイルの端子に供給することによって動作する、開回路検出回路と、
デバイスの短絡回路エラーを検出するため、励起駆動回路の出力の揺れを監視することによって動作する、励起コイルの短絡回路検出回路とを含む。
【００２８】
上述の検出デバイスの好ましい一実施形態では、開回路検出回路は、大きな値の抵抗器を通して誘導コイルの１つの端子に接続されたＤＣ電源と、励起コイル側および／または誘導コイル側の端子に接続された電圧レベル検出器とを含む。検出されたＤＣレベルが閾値電圧を超過した場合、それぞれの側に開回路エラーがあることを示唆するものと判断される。
【００２９】
本発明はさらに、上述の検出回路、および励起駆動回路を有する測定デバイスであって、正入力が励起信号に接続された演算増幅器と、演算増幅器の負入力、およびやはり励起コイルに接続された励起駆動回路の出力を接続するフィードバック抵抗器と、励起駆動回路および励起コイルを接続する限流抵抗器とを備える、測定デバイスに関する。
【００３０】
さらなる一実施形態では、測定デバイスは、励起駆動回路の短絡回路エラーを検出するためのさらなる検出回路を備え、さらなる検出回路は、演算増幅器の出力に接続されたピックアップ回路と、ピックアップ回路の出力に接続され、検出に利用可能であるとともに演算増幅器の電圧の揺れに対応する電圧を発生させるピークトゥピーク測定回路と、検出に利用可能な前記電圧に接続された電圧レベル検出器とを含む。検出された電圧のレベルが閾値電圧を超過した場合、これは、励起コイルに短絡回路エラーがあることを示唆すると判断される。
【００３１】
好ましくは、ピークトゥピーク測定回路は、ピックアップ回路の出力と基準電圧との間で逆向きに接続された第１のダイオードと、ピックアップ回路の出力と検出のための電圧を出力する出力ノードとの間で前向きに接続された第２のダイオードと、特に、出力ノードと電圧レベル検出器との間に接続された分圧回路とを含む。
【００３２】
さらなる一実施形態では、測定デバイスは、測定部に動作可能に接続された誘電導電率センサを備え、センサは流動媒体に、特に液体もしくは溶液に浸漬され、かつ／またはセンサのコイルは環状心によって、特にフェライトリングもしくは磁気リングによって支持される。
【００３３】
既存の技術に比べて、本発明は、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定における開回路および短絡回路エラーを検出するための、以下の利点を有する方法およびデバイスを紹介する。導電率の誤った測定値を不注意によって回収するリスクを回避するため、測定システムの開回路エラーまたは短絡回路エラーを検出する、単純で低コストの回路を使用し、それによって測定結果は非常に信頼性が高いものとなる。
【００３４】
上述したような本発明の目的、特徴、および利点は、添付図面に示される実施形態の詳細な説明によってより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】液体の導電率の誘電的に測定するための方法の原理を示す概略図である。
【図２】開回路エラーを検出するための本発明による方法を、励起コイルの短絡回路エラーを検出するための方法と組み合わせて使用する、本明細書に記載される液体の導電率を誘電的に測定するための方法を実現する原理を示す概略図である。
【図３】誘導コイルの開回路エラーを検出するための本発明による方法を適用する、本明細書に記載される液体の導電率を誘電的に測定するための方法を実現する原理を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、液体の導電率を電磁的（誘電的）に測定するためのデバイスの原理を概略的に示す。図１を参照すると、液体の導電率の電磁的（誘電的）測定は、センサを溶液に浸漬することによって行われる。センサは少なくとも２つの環状心Ｔ１およびＴ２を含む。心Ｔ１は励起コイルＬ１を有し、心Ｔ２は誘導コイルＬ２を有する。測定デバイスは、ＡＣ電流が液体を通るループ６に誘導されるように、駆動部２を用いるとともにＤＣ結合コンデンサＣ１を通して、センサ内部の励起コイルに特定の振幅のＡＣ励起電圧１を供給する励起駆動回路を含む。この電流は、第２の環状心Ｔ２の誘導コイルＬ２に結合され、その結果、誘導電流が誘導コイルＬ２内で発生する。測定部８はＡＣ誘導電流または電圧を誘導コイルＬ２に誘導する。
【００３７】
次に、液体の導電率は中央処理装置９によって計算される。最後に、液体の導電率に関する最終結果が表示装置１０上に示され、または４〜２０ｍＡの出力で利用可能になり、または警報装置に送られる。
【００３８】
図２を参照すると、ブロック２は、図１に示される励起駆動回路の実装例を表す。Ｕ１は電圧フォロワーとして使用される演算増幅器、Ｃ２は回路を安定させる小さな値のコンデンサ、Ｒ１は負フィードバック抵抗器、Ｒ２は限流抵抗器であり、励起コイルの短絡回路エラー検出回路としての役割も果たす。ブロック１６は、励起コイルの短絡回路エラー検出回路を表す。短絡回路エラーが励起側で生じると、励起駆動回路２の出力の揺れはその正常値よりもはるかに低くなる。演算増幅器Ｕ１は電圧フォロワーとして接続され、常に励起駆動回路２の出力の揺れを正規化する傾向がある。限流抵抗器Ｒ２が存在しているため、演算増幅器Ｕ１の出力の揺れは常に、正または負の供給電力レベルに可能な限り近くなり、つまり、励起駆動回路における演算増幅器Ｕ１の出力の揺れは正常値よりもはるかに大きくなる。標準条件下では、例えば、励起コイルの励起電圧が±１Ｖ以下であると仮定すると、励起駆動回路２の出力の揺れは２Ｖ以下（例えば、２Ｖ／０Ｖ、＋１Ｖ／−１Ｖなど）である。Ｒ２がその固有値（例えば、２４０Ω）にある場合、標準条件下でのＵ１の揺れは励起駆動回路２の出力の揺れよりもわずかに大きく、例えば＋２．３Ｖ／−０．３Ｖまたは＋１．３Ｖ／−１．３Ｖである。しかし、短絡回路エラーが励起側で生じた場合、Ｕ１の出力の揺れは正および負の電源電圧、例えば＋３．１Ｖ／−３．１Ｖに近くなる。Ｒ３およびＣ３はＵ１の出力の揺れを検出するのに使用される。
【００３９】
Ｒ３およびＣ３は限流およびＤＣ結合に役立ち、Ｄ１およびＤ２は、演算増幅器Ｕ１の電圧の揺れとノード４での出力に対応する、検出のための電圧Ｖ４を発生させるピークトゥピーク測定回路を形成する。この回路には、ピックアップ回路の出力３と基準電圧との間で逆向きに接続された第１のダイオードＤ１と、ピックアップ回路の出力と出力ノード４との間で前向きに接続された第２のダイオードＤ２とがある。
【００４０】
Ｒ４、Ｒ５、およびＣ４も低域フィルタを形成する。Ｒ４およびＲ５は、入力を電圧検出器Ｕ２により適したものにする分圧回路を形成する。後者はゲート回路であることができる電圧レベル検出器である。好ましくは、直列に接続された２つの７４ＨＣ１４ゲートなど、シュミット回路のようなデバイスである。検出されたＤＣ電圧が特定の閾値電圧を超過し、Ｕ２が起動された場合、これは、励起コイルの短絡回路エラーを示唆するものと判断することができる。
【００４１】
端子３は、ピークトゥピーク検出器（Ｄ１、Ｄ２）の基準電位を規定する。それは、信頼性を最適にし、かつＲ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｃ３、およびＣ４に対する値の選択を単純化するため、接地または好ましくは−１．５Ｖなどの負電位に接続することができる。Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｃ３、およびＣ４に対する値を選択することによって、演算増幅器Ｕ１の正常な出力の揺れを励起側における短絡回路エラーと区別できるように、Ｕ２の閾値電圧を設定することができる。
【００４２】
それに加えて、短絡回路エラーが起こると、励起駆動回路２の出力の揺れはその正常値よりはるかに低くなるので、励起駆動回路２の出力の揺れを直接監視することによってもエラーを検出することができる。ただし、場合によっては、指定される正常な揺れは＋０．２Ｖ／−０．２Ｖなどと比較的小さく、したがって検出回路は多少複雑になる。
【００４３】
図２では、ブロック１７は励起側で開回路エラーを検出するための回路を表す。非常に小さなＤＣ電流が、励起コイルＬ１側に大きな値の抵抗器Ｒ６を有するＤＣ電源Ｖｃによって供給される。標準条件下では、励起コイルＬ１のＤＣ抵抗は非常に小さいので、端子５のＤＣ電圧はほぼゼロである。励起ＤＣ電流は、数マイクロアンペアなど非常に小さく、コイルを決して飽和させないので、測定の確度は影響されない。開回路エラーが励起コイルＬ１またはケーブル上に生じた場合、Ｖｃとほぼ同じ大きさのＤＣ電圧が端子５で発生し、それが、Ｒ７およびＣ５で構成された低域フィルタを経て電圧レベル検出器回路Ｕ３を起動させる。電圧レベル検出回路Ｕ３に対するＡＣ励起電圧の影響を排除するため、ＲＣフィルタ（Ｒ７、Ｃ５）は端子５とレベル検出器回路Ｕ３との間に配置される。回路Ｕ３はゲート回路であることができる。好ましくは、シュミット回路のようなデバイス、例えば直列の２つの７４ＨＣ１４ゲートである。Ｕ３の入力における電圧が（特定の閾値レベルよりも）低いということは、誘導コイルおよびケーブルが正常に働いていることを意味し、反対に、Ｕ３の入力における電圧が高いことは、励起コイルＬ１の側に開回路エラーがあることを意味する。したがって、Ｕ３の出力は、励起コイル側に開回路エラーが存在することを信頼性高く示すことができる。
【００４４】
図３では、ブロック１８は、誘導コイルＬ２の側の開回路エラーを検出するために使用することができる一種の回路を表す。この実装例では、誘導コイルの開回路エラーのための検出回路は図２のブロック１７に類似している。非常に小さなＤＣ電流が、誘導コイルＬ２側に大きな値の抵抗器Ｒ８を有するＤＣ電源Ｖｃによって供給される。標準条件下では、コイルＬ２のＤＣ抵抗は非常に小さいので、端子７のＤＣ電圧はほぼゼロである。開回路エラーが誘導コイルＬ２またはケーブルに生じた場合、Ｖｃにほぼ等しいＤＣ電圧が端子７に存在する。Ｒ９およびＣ７で構成された低域フィルタを経て、このＤＣ電圧は電圧レベル検出器回路Ｕ４を起動させる。電圧レベル検出回路Ｕ４に対するＡＣ誘導電圧の影響を排除するため、ＲＣフィルタ（Ｒ９、Ｃ７）は端子７とレベル検出器回路Ｕ４との間に配置される。回路Ｕ４はゲート回路であることができる。好ましくは、シュミット回路のようなデバイス、例えば直列の２つの７４ＨＣ１４ゲートである。Ｕ４の入力における電圧が（特定の閾値レベルよりも）低いということは、誘導コイルおよびケーブルが正常に働いていることを意味し、反対に、Ｕ４の入力における電圧が高いことは、誘導コイルＬ２の側に開回路エラーが存在することを意味する。したがって、Ｕ４の出力は、誘導コイル側に開回路エラーが存在することを信頼性高く示すことができる。
【００４５】
それに加えて、二重環状心センサ（double-toroidal sensor）および測定デバイスを、上述したようなケーブルを通して接続することができる。液体の導電率は通常、その温度に関連するので、温度センサ（ＰＴ１００、ＰＴ１０００、またはＮＴＣ）が液体導電率センサに通常含まれる。したがって、センサおよび測定デバイスを接続するケーブルの内部に追加のワイヤがある場合がある。それに加えて、測定デバイスの内部に配置された温度測定回路がある場合があり、温度補正はＣＰＵによって計算することができる。センサの内部に配置された、磁束漏れおよび静電荷の蓄積に対抗するデバイスがある場合がある。特定のパラメータは全システムに対して校正することができる。これらの方法およびデバイスの一般的原理は、本発明の方法およびデバイスにも適用可能である。
【００４６】
上述の説明に使用される用語、記号、表現、および例は、いかなる意味でも本発明の範囲を限定しようとするものではなく、単に本発明の特定の態様を例証する役割を果たす。
【００４７】
上述の実施形態は、単に本発明の好ましい実施形態を表す。当業者であれば、上述の説明に基づいて様々に等価の置換えおよび修正を行うことができる。しかしながら、これらの置換えおよび修正はすべて、本発明の趣旨、および添付の請求項にて規定される範囲内にある。
【符号の説明】
【００４８】
２ 励起駆動回路
３ 基準電圧
４ 出力ノード
５ 測定端子
６ 液体を通るループ
８ 入力回路、電流電圧変換回路
１０ 整流回路
１１、１２ サンプルホールド回路、サンプルホールドタイマー
Ｃ センサセル定数
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７ コンデンサ
Ｇ 導電率
Ｈ ホールド期間
Ｌ１ 励起コイル
Ｌ２ 誘導コイル
Ｒ 液体の抵抗
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗器
Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 抵抗器
ＲＬ１、ＲＬ２ 抵抗
Ｓ サンプル期間
Ｔ１、Ｔ２ 環状心、フェライトリング
Ｕ１ 演算増幅器
Ｕ３、Ｕ２ 電圧レベル検出器
Ｖｃ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体に交流電流を印加する、または前記流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）、特に励起コイル（Ｌ１）もしくは誘導コイル（Ｌ２）を備えるセンサを用いて、前記流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する方法であって、
前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、前記測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける派生信号を、前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）において発生させるステップと、
前記派生信号を測定して測定値を得るステップと、
前記測定値を少なくとも１つの閾値と比較するステップと、
前記比較するステップの結果に応じて、前記測定デバイスの動作を始動させるステップとを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記追加の印加信号が電流であり、特に直流電流であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記追加の印加信号の強度が非常に低く、かつ／または、前記コイルを決して飽和させないほど低く、かつ／または数マイクロアンペア未満と低く、かつ／または前記交流励起電流の強度よりも大幅に低いことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記派生信号が電圧であり、特に通常の動作条件下ではほぼ０ボルトの強度をもつことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、エラー特性が、前記センサもしくはその少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）の、または前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された接続ケーブルの、または前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された測定回路の開回路エラーもしくは短絡回路エラーであることを特徴とする方法。
【請求項６】
前請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記直流信号が高抵抗の抵抗器を介して電源から前記励起コイル（Ｌ１、Ｌ２）へと伝達されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、追加ステップにおいて、交流電流を前記流体に印加し、測定値を得るために前記励起電流の揺れを測定し、前記測定値を少なくとも１つのさらなる閾値と比較し、前記比較するステップに応じて前記測定デバイスの動作を始動させるため、前記コイル（Ｌ１）を励起コイルとして使用することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記測定がセンサを液体に浸漬することによって行われ、前記センサが、一方が励起コイルを有し他方が誘導コイルを有する少なくとも２つの環状心を含み、前記センサが、前記センサ内部の前記励起コイルにＡＣ励起電圧を供給する励起駆動回路を含む測定デバイスに接続され、それによって測定される前記液体の導電率に関連する電流または電圧が前記誘導コイルに誘導され、前記検出方法が、
前記デバイスの開回路エラーを検出するため、非常に小さいＤＣ電流を前記励起コイルまたは前記誘導コイルの端子に供給し、前記コイルで発生するＤＣ電圧を監視するステップと、
前記デバイスの短絡回路エラーを検出するため、前記励起駆動回路の出力の揺れを監視するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
流動媒体に交流電流を印加する、または前記流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）、特に励起コイル（Ｌ１）もしくは誘導コイル（Ｌ２）を備えるセンサを用いて、前記流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する検出回路（１７）であって、
前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、前記測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける対応する派生信号を発生させる手段と、
前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続可能であり、測定値を得るために前記派生信号を測定するように構成された測定部（８）と、
ａ）前記測定値を得るために前記測定部（８）に接続され、
ｂ）前記測定値を少なくとも１つの閾値と比較して比較結果を得るように構成され、また、
ｃ）前記比較結果に応じて、前記測定デバイスの動作を始動させる出力を含む、レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）とを備える検出回路（１７）において、
励起信号を印加する前記手段が、特に高抵抗の抵抗器（Ｒ６）を介して、前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された、前記追加の励起信号を前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に印加するように動作可能な電源（Ｖｃ）であることを特徴とする、検出回路（１７）。
【請求項１０】
請求項９に記載の検出回路（１７）において、前記電源（Ｖｃ）が、ほぼ連続した信号、特に直流電流を前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に印加するように動作可能であることを特徴とする検出回路（１７）。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の検出回路（１７）において、前記レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）の前記出力が、表示装置、または前記測定デバイスの動作を始動させるために検出結果を送信する処理デバイスに接続可能であることを特徴とする検出回路（１７）。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の検出回路（１７）、および励起駆動回路（２）を有する測定デバイスであって、
正入力が励起信号に接続された演算増幅器（Ｕ１）と、
前記演算増幅器（Ｕ１）の負入力、およびやはり前記励起コイル（Ｌ１）に接続された前記励起駆動回路の出力を接続する負フィードバック抵抗器（Ｒ１）と、
前記励起駆動回路および前記励起コイル（Ｌ１）を接続する限流抵抗器（Ｒ２）とを備える、測定デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の測定デバイスにおいて、前記励起駆動回路（２）の短絡回路エラーを検出するためのさらなる検出回路（１６）を備え、前記さらなる検出回路（１６）が、
前記演算増幅器（Ｕ１）の出力に接続されたピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）と、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の出力に接続され、前記演算増幅器（Ｕ１）の電圧の揺れを表すとともに検出に利用可能な電圧を発生させるピークトゥピーク測定回路（Ｒ４、Ｒ５、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２）と、
検出に利用可能な前記電圧に接続され、前記電圧のレベルが閾値電圧を超過した場合に前記励起コイル（Ｌ１）上の短絡回路エラーを診断するように動作可能な電圧レベル検出器（Ｕ２）とを含むことを特徴とする測定デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の測定デバイスにおいて、前記ピークトゥピーク測定回路（Ｒ４、Ｒ５、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２）が、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の前記出力と基準電圧（３）との間で逆向きに接続された第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の前記出力と検出に利用可能な前記電圧を出力する出力ノード（４）との間で前向きに接続された第２のダイオード（Ｄ２）と、
特に、前記出力ノード（４）と前記電圧レベル検出器（Ｕ２）との間に接続された分圧回路（Ｒ４、Ｒ５）とを含むことを特徴とする測定デバイス。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の測定デバイスにおいて、前記測定部（８）に動作可能に接続された誘電導電率センサを備え、前記センサが前記流動媒体に、特に液体もしくは溶液に浸漬され、かつ／または前記センサの前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）が環状心によって、特にフェライトリングもしくは磁気リングによって支持される測定デバイス。
【請求項１】
流動媒体に交流電流を印加する、または前記流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）、特に励起コイル（Ｌ１）もしくは誘導コイル（Ｌ２）を備えるセンサを用いて、前記流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する方法であって、
前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、前記測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける派生信号を、前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）において発生させるステップと、
前記派生信号を測定して測定値を得るステップと、
前記測定値を少なくとも１つの閾値と比較するステップと、
前記比較するステップの結果に応じて、前記測定デバイスの動作を始動させるステップとを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記追加の印加信号が電流であり、特に直流電流であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記追加の印加信号の強度が非常に低く、かつ／または、前記コイルを決して飽和させないほど低く、かつ／または数マイクロアンペア未満と低く、かつ／または前記交流励起電流の強度よりも大幅に低いことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記派生信号が電圧であり、特に通常の動作条件下ではほぼ０ボルトの強度をもつことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、エラー特性が、前記センサもしくはその少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）の、または前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された接続ケーブルの、または前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された測定回路の開回路エラーもしくは短絡回路エラーであることを特徴とする方法。
【請求項６】
前請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記直流信号が高抵抗の抵抗器を介して電源から前記励起コイル（Ｌ１、Ｌ２）へと伝達されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、追加ステップにおいて、交流電流を前記流体に印加し、測定値を得るために前記励起電流の揺れを測定し、前記測定値を少なくとも１つのさらなる閾値と比較し、前記比較するステップに応じて前記測定デバイスの動作を始動させるため、前記コイル（Ｌ１）を励起コイルとして使用することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記測定がセンサを液体に浸漬することによって行われ、前記センサが、一方が励起コイルを有し他方が誘導コイルを有する少なくとも２つの環状心を含み、前記センサが、前記センサ内部の前記励起コイルにＡＣ励起電圧を供給する励起駆動回路を含む測定デバイスに接続され、それによって測定される前記液体の導電率に関連する電流または電圧が前記誘導コイルに誘導され、前記検出方法が、
前記デバイスの開回路エラーを検出するため、非常に小さいＤＣ電流を前記励起コイルまたは前記誘導コイルの端子に供給し、前記コイルで発生するＤＣ電圧を監視するステップと、
前記デバイスの短絡回路エラーを検出するため、前記励起駆動回路の出力の揺れを監視するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
流動媒体に交流電流を印加する、または前記流動媒体から交流電流を受け取るための少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）、特に励起コイル（Ｌ１）もしくは誘導コイル（Ｌ２）を備えるセンサを用いて、前記流動媒体の導電率を誘電的に測定するための測定デバイスのエラーを検出する検出回路（１７）であって、
前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に対して追加の励起信号を印加して、それに対応する、前記測定デバイスのエラー／非エラー状態を特徴付ける対応する派生信号を発生させる手段と、
前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続可能であり、測定値を得るために前記派生信号を測定するように構成された測定部（８）と、
ａ）前記測定値を得るために前記測定部（８）に接続され、
ｂ）前記測定値を少なくとも１つの閾値と比較して比較結果を得るように構成され、また、
ｃ）前記比較結果に応じて、前記測定デバイスの動作を始動させる出力を含む、レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）とを備える検出回路（１７）において、
励起信号を印加する前記手段が、特に高抵抗の抵抗器（Ｒ６）を介して、前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に接続された、前記追加の励起信号を前記少なくとも１つのコイル（Ｌ１、Ｌ２）に印加するように動作可能な電源（Ｖｃ）であることを特徴とする、検出回路（１７）。
【請求項１０】
請求項９に記載の検出回路（１７）において、前記電源（Ｖｃ）が、ほぼ連続した信号、特に直流電流を前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）に印加するように動作可能であることを特徴とする検出回路（１７）。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の検出回路（１７）において、前記レベル検出器（Ｕ３、Ｒ７、Ｃ５）の前記出力が、表示装置、または前記測定デバイスの動作を始動させるために検出結果を送信する処理デバイスに接続可能であることを特徴とする検出回路（１７）。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の検出回路（１７）、および励起駆動回路（２）を有する測定デバイスであって、
正入力が励起信号に接続された演算増幅器（Ｕ１）と、
前記演算増幅器（Ｕ１）の負入力、およびやはり前記励起コイル（Ｌ１）に接続された前記励起駆動回路の出力を接続する負フィードバック抵抗器（Ｒ１）と、
前記励起駆動回路および前記励起コイル（Ｌ１）を接続する限流抵抗器（Ｒ２）とを備える、測定デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の測定デバイスにおいて、前記励起駆動回路（２）の短絡回路エラーを検出するためのさらなる検出回路（１６）を備え、前記さらなる検出回路（１６）が、
前記演算増幅器（Ｕ１）の出力に接続されたピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）と、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の出力に接続され、前記演算増幅器（Ｕ１）の電圧の揺れを表すとともに検出に利用可能な電圧を発生させるピークトゥピーク測定回路（Ｒ４、Ｒ５、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２）と、
検出に利用可能な前記電圧に接続され、前記電圧のレベルが閾値電圧を超過した場合に前記励起コイル（Ｌ１）上の短絡回路エラーを診断するように動作可能な電圧レベル検出器（Ｕ２）とを含むことを特徴とする測定デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の測定デバイスにおいて、前記ピークトゥピーク測定回路（Ｒ４、Ｒ５、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２）が、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の前記出力と基準電圧（３）との間で逆向きに接続された第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記ピックアップ回路（Ｒ３、Ｃ３）の前記出力と検出に利用可能な前記電圧を出力する出力ノード（４）との間で前向きに接続された第２のダイオード（Ｄ２）と、
特に、前記出力ノード（４）と前記電圧レベル検出器（Ｕ２）との間に接続された分圧回路（Ｒ４、Ｒ５）とを含むことを特徴とする測定デバイス。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の測定デバイスにおいて、前記測定部（８）に動作可能に接続された誘電導電率センサを備え、前記センサが前記流動媒体に、特に液体もしくは溶液に浸漬され、かつ／または前記センサの前記コイル（Ｌ１、Ｌ２）が環状心によって、特にフェライトリングもしくは磁気リングによって支持される測定デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１１−５２８１０８（Ｐ２０１１−５２８１０８Ａ）
【公表日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１７７９２（Ｐ２０１１−５１７７９２）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００５０７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００６７４９
【国際公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５９９０８２２１８）メトラー−トレド アクチェンゲゼルシャフト (130)
【住所又は居所原語表記】Ｉｍ Ｌａｎｇａｃｈｅｒ， ８６０６ Ｇｒｅｉｆｅｎｓｅｅ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００５０７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００６７４９
【国際公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５９９０８２２１８）メトラー−トレド アクチェンゲゼルシャフト (130)
【住所又は居所原語表記】Ｉｍ Ｌａｎｇａｃｈｅｒ， ８６０６ Ｇｒｅｉｆｅｎｓｅｅ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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