温度依存性を補償する方法及び装置
【課題】 本発明の目的は、任意の液体に対して任意に選択される変数用のセンサの温度依存性を測定する新しい方法を提供することである。
【解決手段】 本発明による方法は、液温を経時的に変化させるステップと、それと同時にセンサ要素によって生成されたデータを収集するステップと、その後、センサ要素が異なる温度で生成したデータを用いてセンサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムのための係数を決定するステップと、この結果、温度の変化と他の測定変数との間に相関を求めるステップと、を含む。
【解決手段】 本発明による方法は、液温を経時的に変化させるステップと、それと同時にセンサ要素によって生成されたデータを収集するステップと、その後、センサ要素が異なる温度で生成したデータを用いてセンサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムのための係数を決定するステップと、この結果、温度の変化と他の測定変数との間に相関を求めるステップと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[発明の詳細な説明]
本発明は、計器の設置中にセンサの温度依存性の補償アルゴリズムの係数を決定する、請求項1に記載の方法に関する。
【背景技術】
【0002】
湿度測定及び較正においては、プローブ及び測定環境の温度が大きな役割を果たす。例を挙げると、環境及びプローブ間の小さな温度差さえ、例えば、センサ表面に凝縮する水に起因して、誤差を発生させ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
センサの温度依存性は、測定される液体に依存する。例えば、水溶液の挙動は、オイルベース液体の挙動と大きく異なる。本発明は、センサによって生成されたデータを収集し、任意の液体に対する任意の選択された変数用のセンサの温度依存性を測定する、新しい方法を提供する。
【0004】
例えば、相対湿度及び誘電定数の温度依存性は、油質測定の計算に必要とされるため、これらの用途に特化した係数を用いることができると、計算式を非常に向上させることができる。さらに、相対湿度の温度補償により、油質センサを用いて水分含量を決定することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、センサ要素によって生成されたデータを収集し、任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサの温度依存性を測定する方法に関する。本方法において、液温は経時的に変化する。
【0006】
本方法は、液温を経時的に変化させ、温度の変化と同時にセンサ要素によって生成されたデータを収集すると共に、センサ要素によって異なる温度で生成されたデータを用いてセンサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムのための係数を決定することで、温度変化と他の測定変数との間に相関を求めることを特徴とする。
【0007】
より正確には、本発明の方法は、請求項1の特徴部の記載内容により特徴付けられる。
【0008】
本発明の装置は、請求項14の特徴部の記載内容により特徴付けられる。
【0009】
センサの温度依存性は、測定される液体にも依存するため、本発明の方法により、特に、測定が組み込まれている用途に対しての個々の係数を正確に決定することが可能となる。
【0010】
本発明の効果には、水分含量を示し温度に依存しない値を、温度補償を用いて相対湿度(aw)から計算できることが含まれる。水分含量(ppm)が特定の時点で既知であれば、上述の値を水分含量に変換することができ、それによりppm計算を計器に含めることができる。
【0011】
本発明の方法は、該方法を用いて、センサの温度依存性の補償アルゴリズムの係数を計器の設置中に決定することができる方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
上記の方法に適した装置は、少なくとも以下の部品、測定プローブ1、液体用容器2、を有する(図1)。
【0013】
より正確には、装置は以下の部品、変数用のセンサ3、温度変化手段4、温度センサ5、データ収集手段6、必要な較正係数を計算する手段7、を有する。
【0014】
本発明の典型的な実施形態によると、装置は以下の詳細、コンデンサ8、aw−センサ9、プローブのベース10、較正用収容部11、ボールバルブ12、取付け構造部13、押下ハンドル14、ボールバルブハンドル15、溝16、クラスプナット(clasp nut)17、フィルタ18、をさらに有する(図5及び図6)。
【0015】
センサ及び装置の温度変化手段は、液体用容器2が取着される少なくとも1つの測定プローブ1に取付けられることが好ましい(図1)。
【0016】
相対湿度(aw)、誘電定数、又は任意の測定可能変数の温度依存性、並びに少なくとも1つのセンサ要素3に起因する上記の変数への温度依存性は、液体用容器2等のシステムから取得される液温を、任意の温度変化手段4を用いて変化させ、同時に、任意のデータ収集手段6を用いて少なくとも1つのセンサ要素3によって生成されたデータを収集することにより、測定することができる。この結果、温度変化と、他の測定変数との間の相関が、必要な較正係数を計算する任意の手段7を用いて計算することにより得られる。
【0017】
加熱を、測温抵抗体を用いて実行することができる。又は、加熱/冷却を、別個の加熱/冷却要素を用いて行うことができる。該別個の加熱/冷却要素は、測定プローブ1に取着するか又は液体用容器2のケーシング内に取着することができる。
【0018】
温度依存性は、図4におけるように、少なくとも1つの変数に対して初期測定を実行し、温度を変化させ、上記の少なくとも1つの変数に対してもう1度測定を実行し、最後に必要な計算/較正を実行することにより決定される。場合に応じて、さらに測定ステップを実行してもよい。
【0019】
本発明の一実施形態によれば、測定変数は、相対湿度(aw)である。これらの測定では、現場較正法が適用される。サンプルの相対湿度を温度依存性の変数として表すことができる。
【0020】
温度依存性は、任意の関数f(T)として以下のように表現することができる。
aw=f(T) (1)
【0021】
本実施形態では、以下の式が用いられる。
aw=exp(a/T+b) (2)
ここで、awは相対湿度であり、Tは温度である。一方、a及びbは定数である。液体の相対湿度の測定された温度依存性の例が、図3aに示される。定数a、bは、例えば、図3aにおけるようなグラフから導出することができ、aはグラフの勾配から計算され、bはT=0のときの相対湿度(aw)の値である。
【0022】
好ましくは、測定変数のセンサ3、それらを取り囲む液体及び温度センサ5は、測定点が選択された(chosen)とき、ほぼ同一温度である。
【0023】
上述の式(1)を用いて、比を求めることができ、この比を用いると、異なる温度で異なる水分含量を割当てることができる。それにより、特定温度における相対湿度の関数aw(Tconst)が得られる。関数は、水分含量のみに依存する。こうして、用いられる式は、
aw(T1)=f(T1)×[aw(T2)/f(T2)] (3)
であってもよく、すなわちより具体的には、
aw(T1)=exp(a/T1+b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)] (4)
である。ここで、awは相対湿度、T2はT1とは異なる所定の温度であり、T2に対しては相対湿度値が既知である。a及びbは、温度の関数として相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、aは、グラフの勾配から導出されるのに対して、bは、T=0のときのaw値である。式は、液体の水分含量のみに依存する。
【0024】
上述の現場較正法を用いて、液温の挙動を示す値を計算することができる。図3bでは、異なる水分含量における液体の相対湿度の温度依存性がグラフにより示されている。
【0025】
さらに、特定の相対湿度及び特定の温度における水分含量が分かっているとき、例3におけるように未知のサンプルの水分含量を計算することができる。液体の水分含量は、温度変化の間、大きく変化しないことが仮定されている。
【0026】
さらに、本発明の方法では、温度変化が測定装置の設置を考慮して理にかなった時間で生じるように、加熱/冷却能力、液体の体積及び熱伝導は最適化される。
【0027】
本発明の別の実施形態によると、本発明の方法は、液体の3センサ測定(triple sensor mesurements)に対して適用される。現場較正法がこれらの測定で適用される。測定変数は、上述の実施形態におけるような相対湿度、並びに誘電定数及び温度である。
【0028】
一定温度における相対湿度aw(Tconst)は、式(2)を用いて決定される一方、誘電率センサの温度依存性は、上記と同様な現場較正法を用いて決定される。
【0029】
上述のように、温度依存性は、以下のような任意の関数f(T)として表現することができる。
Ceps=f(T) (5)
【0030】
本実施形態では、以下の式が用いられる。
Ceps=a×T+Ceps0 (6)
ここで、Tは温度、Cepsは誘電定数、Ceps0はT=0における誘電定数の値、aは誘電定数を温度の関数として示したグラフの勾配から導出される定数である。図3cには、液体の測定された誘電定数の温度依存性の一例が示されている。
【0031】
図5に示すように、本実施形態の測定に用いられるプローブ1は、通常、電極により形成されて誘電定数を測定するコンデンサ8と、プローブ1のベース10に位置するawセンサ9を有する。プローブ1は、さらに温度変化手段4及び温度センサ5(図5には示されていない)を有していてもよい。
【0032】
式(6)は、以下の形で表現することもでき、この形では、所定温度Tconstにおける誘電定数が与えられる。
Ceps(Tconst)=Ceps(T)a×(TTconst) (7)
【0033】
本実施形態では、温度にも水分含量にも依存しないCepsの値が決定される。こうして、式(4)は、変数に関する相関関数F(aw(Tconst))を示す、以下の形に書換えられる。
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)F(aw(Tconst)) (8)
又は、より一般的には、
Ceps(Tconst,aw=0)=f(Tconst) (9)
である。
【0034】
相関が線形であるとき、比例係数(a)が得られる。比例係数は、図3cのグラフの勾配のような、線の勾配から計算することができる。こうして、式は以下の形を取る。
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)a×aw(Tconst) (10)
ここで、awは相対湿度、Cepsは誘電定数、Tconstは所定点における測定温度、aは誘電定数を温度の関数として示したグラフの勾配から導出される比例係数である。
【0035】
誘電定数の変化は、ゆっくりとした速度で生じるため、F(aw(Tconst))項は、装置の設置後の自己較正を用いるか又は2以上の水分含量において現場較正装置を用いて決定することができる。
【0036】
例えば、プローブ1は、図6a及び図6bに示すシステムを用いて較正することができる。これらの図は、通常は油である測定される液体を収容する、通常は管である液体用容器2等の物体に、プローブ1が取着される解決法を示す。較正用収容部11は、取付け構造部13内のボールバルブ12により形成され、プローブ1を、必要があればいつでも容易に較正することができるようにする。較正は、手動の押下ハンドル14を用いて、プローブ1を下側位置(図6a)からボールバルブ12を通過させて上側位置(図6b)まで持上げるだけで簡単に実行することができる。さらに、ボールバルブ12を、ボールバルブハンドル15を用いて操作することができる。センサ1の頭部における溝16は、センサ1の上側調整限界を示す。プローブ1を容易に摺動させ、且つ取付け構造部13を安定にするために、クラスプナット17を締着する必要がある。
【0037】
構造部13はさらに、センサ3、5、9を汚染から保護するように取付けられるフィルタ18を有する。
【0038】
センサ3の静電容量の変化は、誘電定数が既知のサンプルの静電容量を測定することにより誘電定数に変換することができる。この結果、以下の相関が得られる。
ε(Tconst)=F(Ceps(Tconst)) (11)
ε(Tconst,aw=0)=F(Ceps(Tconst,aw=0)) (12)
【0039】
静電容量の誘電定数への変換は、このεのデータを用いて、温度依存性が決定されるか又は誘電定数の温度依存性に関する上述の計算が行われる前に既に行うことができる。
【0040】
水分含量は、静電容量ε(Tconst,aw=0)及びε(Tconst)が既知である場合に、計算することができる。これらの間の相違は、水に起因するεの増加分に等しい。
ε(Tconst)ε(Tconst,aw=0)=dε(water) (13)
そしてさらに、
dε(water)/80×10exp6=water content (in ppm) (14)
である。
【0041】
本実施形態の式に対して補正関数を決定することもできる。その際、水分含量が既知のサンプルを用いて、各センサに対してこの関数の係数が計算される。このことは、既知の時間において、既知の少なくとも1点に対して水分含量が分かっているときには、工場較正により実行するか又は現場較正を用いて実行することができる。
【0042】
上述の実施形態の計算は、温度変化に起因して測定中に生じる可能性のある任意の誤差を修正するのに用いることができる。
【0043】
本発明は、さらに、任意の液体に対して、値が温度と共に変化する変数用のセンサ3の温度依存性を測定し、同時にセンサ3によって生成されたデータを収集する装置に関する。装置は、少なくとも1つの測定プローブ1及びそれに取着される液体用容器2から成る。
【0044】
好適な一実施形態によると、装置は、2つのプローブ1から成り、他方が測定のために用いられる間に、それらの一方は加熱のために用いられる。双方のプローブ1は、上述の液体用容器2により囲まれている。
【0045】
好適な別の実施形態によると、装置は、容器2内に位置する1つのプローブ1のみから成る。1つのプローブが加熱及び測定の両方を実行する。
【0046】
容器2は油で充填された後、所望の温度まで加熱され、冷却曲線から測定点が選択される。
【実施例1】
【0047】
測定セットアップ1
本発明の一の測定セットアップでは、2つのプローブが用いられ、他方が測定のために用いられる間に、それらの一方は加熱のために用いられる。該セットアップを、図1aに示す。図2aは、上述のセットアップを用いて得られた測定結果を示し、温度及び相対湿度が時間の関数として示されている。
【実施例2】
【0048】
測定セットアップ2
本発明の別の測定セットアップでは、1つのプローブが用いられ、プローブは油が充填された容器内に位置している。その後、容器がPt100を用いて加熱され、冷却曲線から測定点が取られる。該セットアップを図1bに示す。一方、図2b及び図2cは、上述のセットアップを用いて得られた測定結果を示し、温度の関数として、測定された相対湿度及び計算された相対湿度が、比較されている。図2bには、加熱が300秒間継続された状況を示す。一方、図2cには、加熱が600秒間継続された状況を示す。これらの測定における冷却率は、約1.5度/分である。
【実施例3】
【0049】
未知のサンプルの水分含量の計算
aw=0.5及びT=32℃が知られている場合、水分含量は200ppmである。この場合、式(2)、aw(T1)=exp(a/T1+b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)]を用いて、aw=0.22及びT=72℃の状態に対して以下の計算がなされる。
exp(a/(32+273.16)+ b) ×[aw(72)/exp(a /(72+273,16)+b]] = 0.657
そしてさらに、
0.657/0.5×200 ppm=262.8 ppmである。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1a】本発明で用いられる測定セットアップのパターンを示す。
【図1b】本発明で用いられる測定セットアップのパターンを示す。
【図2a】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2aのグラフは図1aのセットアップを用いた測定で得られる。図2aにおいて、温度(T)及び相対湿度(aw)は時間の関数として示されている。
【図2b】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2bのグラフは図1bのセットアップを用いた測定で得られる。図2bにおいて、測定された相対湿度及び計算された相対湿度は温度の関数として示されている。
【図2c】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2cのグラフは図1bのセットアップを用いた測定で得られる。図2cにおいて、測定された相対湿度及び計算された相対湿度は温度の関数として示されている。
【図3a】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、相対湿度が温度の関数として示されている。
【図3b】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、相対湿度が温度の関数として異なる水分含量に対して示されている。
【図3c】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、誘電定数が温度の関数として示されている。
【図4】本発明の方法で必要とされるステップ、すなわち1回目の測定ステップ、温度の変化ステップ、2回目の測定ステップ、及び計算/較正ステップを示すスキームである。
【図5】本発明の典型的な実施形態で用いられるプローブの図である。
【図6a】本発明の典型的な実施形態で用いられる測定法を示し、測定中のプローブ位置を示す図である。
【図6b】本発明の典型的な実施形態で用いられる較正法を示し、較正中のプローブ位置を示す図である。
【技術分野】
【0001】
[発明の詳細な説明]
本発明は、計器の設置中にセンサの温度依存性の補償アルゴリズムの係数を決定する、請求項1に記載の方法に関する。
【背景技術】
【0002】
湿度測定及び較正においては、プローブ及び測定環境の温度が大きな役割を果たす。例を挙げると、環境及びプローブ間の小さな温度差さえ、例えば、センサ表面に凝縮する水に起因して、誤差を発生させ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
センサの温度依存性は、測定される液体に依存する。例えば、水溶液の挙動は、オイルベース液体の挙動と大きく異なる。本発明は、センサによって生成されたデータを収集し、任意の液体に対する任意の選択された変数用のセンサの温度依存性を測定する、新しい方法を提供する。
【0004】
例えば、相対湿度及び誘電定数の温度依存性は、油質測定の計算に必要とされるため、これらの用途に特化した係数を用いることができると、計算式を非常に向上させることができる。さらに、相対湿度の温度補償により、油質センサを用いて水分含量を決定することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、センサ要素によって生成されたデータを収集し、任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサの温度依存性を測定する方法に関する。本方法において、液温は経時的に変化する。
【0006】
本方法は、液温を経時的に変化させ、温度の変化と同時にセンサ要素によって生成されたデータを収集すると共に、センサ要素によって異なる温度で生成されたデータを用いてセンサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムのための係数を決定することで、温度変化と他の測定変数との間に相関を求めることを特徴とする。
【0007】
より正確には、本発明の方法は、請求項1の特徴部の記載内容により特徴付けられる。
【0008】
本発明の装置は、請求項14の特徴部の記載内容により特徴付けられる。
【0009】
センサの温度依存性は、測定される液体にも依存するため、本発明の方法により、特に、測定が組み込まれている用途に対しての個々の係数を正確に決定することが可能となる。
【0010】
本発明の効果には、水分含量を示し温度に依存しない値を、温度補償を用いて相対湿度(aw)から計算できることが含まれる。水分含量(ppm)が特定の時点で既知であれば、上述の値を水分含量に変換することができ、それによりppm計算を計器に含めることができる。
【0011】
本発明の方法は、該方法を用いて、センサの温度依存性の補償アルゴリズムの係数を計器の設置中に決定することができる方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
上記の方法に適した装置は、少なくとも以下の部品、測定プローブ1、液体用容器2、を有する(図1)。
【0013】
より正確には、装置は以下の部品、変数用のセンサ3、温度変化手段4、温度センサ5、データ収集手段6、必要な較正係数を計算する手段7、を有する。
【0014】
本発明の典型的な実施形態によると、装置は以下の詳細、コンデンサ8、aw−センサ9、プローブのベース10、較正用収容部11、ボールバルブ12、取付け構造部13、押下ハンドル14、ボールバルブハンドル15、溝16、クラスプナット(clasp nut)17、フィルタ18、をさらに有する(図5及び図6)。
【0015】
センサ及び装置の温度変化手段は、液体用容器2が取着される少なくとも1つの測定プローブ1に取付けられることが好ましい(図1)。
【0016】
相対湿度(aw)、誘電定数、又は任意の測定可能変数の温度依存性、並びに少なくとも1つのセンサ要素3に起因する上記の変数への温度依存性は、液体用容器2等のシステムから取得される液温を、任意の温度変化手段4を用いて変化させ、同時に、任意のデータ収集手段6を用いて少なくとも1つのセンサ要素3によって生成されたデータを収集することにより、測定することができる。この結果、温度変化と、他の測定変数との間の相関が、必要な較正係数を計算する任意の手段7を用いて計算することにより得られる。
【0017】
加熱を、測温抵抗体を用いて実行することができる。又は、加熱/冷却を、別個の加熱/冷却要素を用いて行うことができる。該別個の加熱/冷却要素は、測定プローブ1に取着するか又は液体用容器2のケーシング内に取着することができる。
【0018】
温度依存性は、図4におけるように、少なくとも1つの変数に対して初期測定を実行し、温度を変化させ、上記の少なくとも1つの変数に対してもう1度測定を実行し、最後に必要な計算/較正を実行することにより決定される。場合に応じて、さらに測定ステップを実行してもよい。
【0019】
本発明の一実施形態によれば、測定変数は、相対湿度(aw)である。これらの測定では、現場較正法が適用される。サンプルの相対湿度を温度依存性の変数として表すことができる。
【0020】
温度依存性は、任意の関数f(T)として以下のように表現することができる。
aw=f(T) (1)
【0021】
本実施形態では、以下の式が用いられる。
aw=exp(a/T+b) (2)
ここで、awは相対湿度であり、Tは温度である。一方、a及びbは定数である。液体の相対湿度の測定された温度依存性の例が、図3aに示される。定数a、bは、例えば、図3aにおけるようなグラフから導出することができ、aはグラフの勾配から計算され、bはT=0のときの相対湿度(aw)の値である。
【0022】
好ましくは、測定変数のセンサ3、それらを取り囲む液体及び温度センサ5は、測定点が選択された(chosen)とき、ほぼ同一温度である。
【0023】
上述の式(1)を用いて、比を求めることができ、この比を用いると、異なる温度で異なる水分含量を割当てることができる。それにより、特定温度における相対湿度の関数aw(Tconst)が得られる。関数は、水分含量のみに依存する。こうして、用いられる式は、
aw(T1)=f(T1)×[aw(T2)/f(T2)] (3)
であってもよく、すなわちより具体的には、
aw(T1)=exp(a/T1+b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)] (4)
である。ここで、awは相対湿度、T2はT1とは異なる所定の温度であり、T2に対しては相対湿度値が既知である。a及びbは、温度の関数として相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、aは、グラフの勾配から導出されるのに対して、bは、T=0のときのaw値である。式は、液体の水分含量のみに依存する。
【0024】
上述の現場較正法を用いて、液温の挙動を示す値を計算することができる。図3bでは、異なる水分含量における液体の相対湿度の温度依存性がグラフにより示されている。
【0025】
さらに、特定の相対湿度及び特定の温度における水分含量が分かっているとき、例3におけるように未知のサンプルの水分含量を計算することができる。液体の水分含量は、温度変化の間、大きく変化しないことが仮定されている。
【0026】
さらに、本発明の方法では、温度変化が測定装置の設置を考慮して理にかなった時間で生じるように、加熱/冷却能力、液体の体積及び熱伝導は最適化される。
【0027】
本発明の別の実施形態によると、本発明の方法は、液体の3センサ測定(triple sensor mesurements)に対して適用される。現場較正法がこれらの測定で適用される。測定変数は、上述の実施形態におけるような相対湿度、並びに誘電定数及び温度である。
【0028】
一定温度における相対湿度aw(Tconst)は、式(2)を用いて決定される一方、誘電率センサの温度依存性は、上記と同様な現場較正法を用いて決定される。
【0029】
上述のように、温度依存性は、以下のような任意の関数f(T)として表現することができる。
Ceps=f(T) (5)
【0030】
本実施形態では、以下の式が用いられる。
Ceps=a×T+Ceps0 (6)
ここで、Tは温度、Cepsは誘電定数、Ceps0はT=0における誘電定数の値、aは誘電定数を温度の関数として示したグラフの勾配から導出される定数である。図3cには、液体の測定された誘電定数の温度依存性の一例が示されている。
【0031】
図5に示すように、本実施形態の測定に用いられるプローブ1は、通常、電極により形成されて誘電定数を測定するコンデンサ8と、プローブ1のベース10に位置するawセンサ9を有する。プローブ1は、さらに温度変化手段4及び温度センサ5(図5には示されていない)を有していてもよい。
【0032】
式(6)は、以下の形で表現することもでき、この形では、所定温度Tconstにおける誘電定数が与えられる。
Ceps(Tconst)=Ceps(T)a×(TTconst) (7)
【0033】
本実施形態では、温度にも水分含量にも依存しないCepsの値が決定される。こうして、式(4)は、変数に関する相関関数F(aw(Tconst))を示す、以下の形に書換えられる。
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)F(aw(Tconst)) (8)
又は、より一般的には、
Ceps(Tconst,aw=0)=f(Tconst) (9)
である。
【0034】
相関が線形であるとき、比例係数(a)が得られる。比例係数は、図3cのグラフの勾配のような、線の勾配から計算することができる。こうして、式は以下の形を取る。
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)a×aw(Tconst) (10)
ここで、awは相対湿度、Cepsは誘電定数、Tconstは所定点における測定温度、aは誘電定数を温度の関数として示したグラフの勾配から導出される比例係数である。
【0035】
誘電定数の変化は、ゆっくりとした速度で生じるため、F(aw(Tconst))項は、装置の設置後の自己較正を用いるか又は2以上の水分含量において現場較正装置を用いて決定することができる。
【0036】
例えば、プローブ1は、図6a及び図6bに示すシステムを用いて較正することができる。これらの図は、通常は油である測定される液体を収容する、通常は管である液体用容器2等の物体に、プローブ1が取着される解決法を示す。較正用収容部11は、取付け構造部13内のボールバルブ12により形成され、プローブ1を、必要があればいつでも容易に較正することができるようにする。較正は、手動の押下ハンドル14を用いて、プローブ1を下側位置(図6a)からボールバルブ12を通過させて上側位置(図6b)まで持上げるだけで簡単に実行することができる。さらに、ボールバルブ12を、ボールバルブハンドル15を用いて操作することができる。センサ1の頭部における溝16は、センサ1の上側調整限界を示す。プローブ1を容易に摺動させ、且つ取付け構造部13を安定にするために、クラスプナット17を締着する必要がある。
【0037】
構造部13はさらに、センサ3、5、9を汚染から保護するように取付けられるフィルタ18を有する。
【0038】
センサ3の静電容量の変化は、誘電定数が既知のサンプルの静電容量を測定することにより誘電定数に変換することができる。この結果、以下の相関が得られる。
ε(Tconst)=F(Ceps(Tconst)) (11)
ε(Tconst,aw=0)=F(Ceps(Tconst,aw=0)) (12)
【0039】
静電容量の誘電定数への変換は、このεのデータを用いて、温度依存性が決定されるか又は誘電定数の温度依存性に関する上述の計算が行われる前に既に行うことができる。
【0040】
水分含量は、静電容量ε(Tconst,aw=0)及びε(Tconst)が既知である場合に、計算することができる。これらの間の相違は、水に起因するεの増加分に等しい。
ε(Tconst)ε(Tconst,aw=0)=dε(water) (13)
そしてさらに、
dε(water)/80×10exp6=water content (in ppm) (14)
である。
【0041】
本実施形態の式に対して補正関数を決定することもできる。その際、水分含量が既知のサンプルを用いて、各センサに対してこの関数の係数が計算される。このことは、既知の時間において、既知の少なくとも1点に対して水分含量が分かっているときには、工場較正により実行するか又は現場較正を用いて実行することができる。
【0042】
上述の実施形態の計算は、温度変化に起因して測定中に生じる可能性のある任意の誤差を修正するのに用いることができる。
【0043】
本発明は、さらに、任意の液体に対して、値が温度と共に変化する変数用のセンサ3の温度依存性を測定し、同時にセンサ3によって生成されたデータを収集する装置に関する。装置は、少なくとも1つの測定プローブ1及びそれに取着される液体用容器2から成る。
【0044】
好適な一実施形態によると、装置は、2つのプローブ1から成り、他方が測定のために用いられる間に、それらの一方は加熱のために用いられる。双方のプローブ1は、上述の液体用容器2により囲まれている。
【0045】
好適な別の実施形態によると、装置は、容器2内に位置する1つのプローブ1のみから成る。1つのプローブが加熱及び測定の両方を実行する。
【0046】
容器2は油で充填された後、所望の温度まで加熱され、冷却曲線から測定点が選択される。
【実施例1】
【0047】
測定セットアップ1
本発明の一の測定セットアップでは、2つのプローブが用いられ、他方が測定のために用いられる間に、それらの一方は加熱のために用いられる。該セットアップを、図1aに示す。図2aは、上述のセットアップを用いて得られた測定結果を示し、温度及び相対湿度が時間の関数として示されている。
【実施例2】
【0048】
測定セットアップ2
本発明の別の測定セットアップでは、1つのプローブが用いられ、プローブは油が充填された容器内に位置している。その後、容器がPt100を用いて加熱され、冷却曲線から測定点が取られる。該セットアップを図1bに示す。一方、図2b及び図2cは、上述のセットアップを用いて得られた測定結果を示し、温度の関数として、測定された相対湿度及び計算された相対湿度が、比較されている。図2bには、加熱が300秒間継続された状況を示す。一方、図2cには、加熱が600秒間継続された状況を示す。これらの測定における冷却率は、約1.5度/分である。
【実施例3】
【0049】
未知のサンプルの水分含量の計算
aw=0.5及びT=32℃が知られている場合、水分含量は200ppmである。この場合、式(2)、aw(T1)=exp(a/T1+b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)]を用いて、aw=0.22及びT=72℃の状態に対して以下の計算がなされる。
exp(a/(32+273.16)+ b) ×[aw(72)/exp(a /(72+273,16)+b]] = 0.657
そしてさらに、
0.657/0.5×200 ppm=262.8 ppmである。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1a】本発明で用いられる測定セットアップのパターンを示す。
【図1b】本発明で用いられる測定セットアップのパターンを示す。
【図2a】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2aのグラフは図1aのセットアップを用いた測定で得られる。図2aにおいて、温度(T)及び相対湿度(aw)は時間の関数として示されている。
【図2b】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2bのグラフは図1bのセットアップを用いた測定で得られる。図2bにおいて、測定された相対湿度及び計算された相対湿度は温度の関数として示されている。
【図2c】上述の測定セットアップを用いて得られた測定結果を示し、図2cのグラフは図1bのセットアップを用いた測定で得られる。図2cにおいて、測定された相対湿度及び計算された相対湿度は温度の関数として示されている。
【図3a】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、相対湿度が温度の関数として示されている。
【図3b】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、相対湿度が温度の関数として異なる水分含量に対して示されている。
【図3c】相対湿度(aw)及び誘電定数(C)の温度依存性をグラフにより示し、誘電定数が温度の関数として示されている。
【図4】本発明の方法で必要とされるステップ、すなわち1回目の測定ステップ、温度の変化ステップ、2回目の測定ステップ、及び計算/較正ステップを示すスキームである。
【図5】本発明の典型的な実施形態で用いられるプローブの図である。
【図6a】本発明の典型的な実施形態で用いられる測定法を示し、測定中のプローブ位置を示す図である。
【図6b】本発明の典型的な実施形態で用いられる較正法を示し、較正中のプローブ位置を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサ要素の温度依存性を測定する方法であって、
前記液温は経時的に変化し、
前記センサ要素によって生成されたデータを、前記温度の変化と同時に収集し、
その後、前記センサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムの係数を決定するために、異なる温度において前記センサ要素によって生成されたデータを用いて、温度変化と他の測定変数との間に相関を求めることを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記測定変数は相対湿度であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
現場較正法が適用されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
以下の式を用いて、液体の前記相対湿度の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
aw=f(T) (1)
awは前記相対湿度、Tは前記温度である、請求項2又は3に記載の方法。
【請求項5】
以下の式を用いて、液体の前記相対湿度の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
aw=exp(a/T+b) (2)
awは前記相対湿度、Tは前記温度、a及びbは前記温度の関数として前記相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、定数aは該グラフの勾配から導出され、一方、定数bはT=0のときのawの値である、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
以下の式を用いて、或る温度T1における液体の前記相対湿度を示すことを特徴とし、
aw(T1)=f(T1)×[aw(T2)/f(T2)] (3)
awは前記相対湿度、T2はT1と異なる所定温度であり、T2に対して前記相対湿度の前記値が既知{きちすう}である、請求項2又は3に記載の方法。
【請求項7】
以下の式を用いて、或る温度T1における液体の前記相対湿度を示すことを特徴とし、
aw(T1)=exp(a/T1 + b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)] (4)
awは前記相対湿度、T2はT1と異なる所定温度であり、T2に対して前記相対湿度の前記値が既知であり、a及びbは前記温度の関数として前記相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、定数aは該グラフの勾配から導出され、一方、定数bはT=0のときのawの値であり、該式は前記液体の水分含量のみに依存する、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
液体の3センサ測定に適用されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記3センサ測定における3つの前記測定変数は、前記相対湿度、誘電定数、及び前記温度であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数の温度依存性を示すことを特徴とし、
Ceps=f(T) (5)
Cepsは前記誘電定数、Tは前記温度である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
Ceps=a×T+Ceps0 (6)
Cepsは前記誘電定数、Tは前記温度、Ceps0はT=0における前記誘電定数の値であり、aは前記温度の関数として前記誘電定数を示すグラフの勾配から導出される定数である、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
請求項6及び7の前記3センサ測定で以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数を示すことを特徴とし、
Ceps(Tconst,aw=0)=f(Tconst) (9)
awは前記相対湿度、Cepsは前記誘電定数、Tconstは所定点における測定温度である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
請求項6及び7の前記3センサ測定で以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数を示すことを特徴とし、
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)a×aw(Tconst) (10)
awは前記相対湿度、Cepsは前記誘電定数、Tconstは所定点における測定温度であり、定数aは前記温度の関数として前記誘電定数を示すグラフの勾配から導出される比例係数である、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記温度変化を生じさせる加熱又は冷却は、測温抵抗体を用いて実行することができるか、又は別個の加熱/冷却要素を用いて行うことができることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
【請求項15】
前記別個の加熱/冷却要素は、測定プローブに取着されるか又は前記液体の容器のケーシング内に取着されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記測定変数用のセンサ、該センサを取り囲む前記液体、及び温度センサは、測定点が選択されるときにほぼ同一温度であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
【請求項17】
前記温度変化に起因する測定値の誤差の補償のために用いる、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法の使用法。
【請求項18】
前記センサ要素の静電容量の変化と、前記誘電定数との間に以下の相関を得ることができることを特徴とし、
ε(Tconst)=F(Ceps(Tconst)) (11)
Fは相関関数を示し、εは前記静電容量、Cepsは前記誘電定数、及びTconstは所定点における測定温度である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
前記センサ要素の前記静電容量の変化と、前記誘電定数との間に以下の相関を得ることができることを特徴とし、
ε(Tconst,aw=0)=F(Ceps(Tconst,aw=0)) (12)
Fは相関関数を示し、εは前記静電容量、Cepsは前記誘電定数、awは前記相対湿度、及びTconstは所定点における前記測定温度である、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記静電容量ε(Tconst,aw=0)及びε(Tconst)が既知である場合、水分含量を計算することができ、これらの式の相違は、水に起因するεの増加分に等しく、
ε(Tconst)ε(Tconst,aw=0)= dε(water) (13)
さらに、
dε(water)/80×10exp6=water content(in ppm)(14)
であることを特徴とする、請求項18又は19に記載の方法。
【請求項21】
任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサの温度依存性を測定し、同時に前記センサによって生成されたデータを収集する装置であって、
変数用のセンサ(3)と、
液体用容器(2)と、を備え、
温度変化手段(4)と、
温度センサ(5)と、
データ収集手段(6)と、
必要な較正係数の計算手段(7)と、をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項22】
少なくとも1つのプローブ(1)と、該プローブに取着される液体用容器(2)とを備えることを特徴とする、請求項21に記載の装置。
【請求項23】
2つのプローブ(1)を備え、他方が測定に用いられる間に該プローブの一方は加熱に用いられ、該プローブ(1)には、前記液体用容器(2)が取着されることを特徴とする、請求項21又は22に記載の装置。
【請求項24】
1つのプローブ(1)を備え、該プローブは油が充填される前記液体用容器(2)内に位置し、
その後、前記容器(2)は加熱され、測定点が冷却曲線から収集されることを特徴とする、請求項21又は22に記載の装置。
【請求項1】
任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサ要素の温度依存性を測定する方法であって、
前記液温は経時的に変化し、
前記センサ要素によって生成されたデータを、前記温度の変化と同時に収集し、
その後、前記センサ要素の温度依存性の補償アルゴリズムの係数を決定するために、異なる温度において前記センサ要素によって生成されたデータを用いて、温度変化と他の測定変数との間に相関を求めることを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記測定変数は相対湿度であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
現場較正法が適用されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
以下の式を用いて、液体の前記相対湿度の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
aw=f(T) (1)
awは前記相対湿度、Tは前記温度である、請求項2又は3に記載の方法。
【請求項5】
以下の式を用いて、液体の前記相対湿度の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
aw=exp(a/T+b) (2)
awは前記相対湿度、Tは前記温度、a及びbは前記温度の関数として前記相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、定数aは該グラフの勾配から導出され、一方、定数bはT=0のときのawの値である、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
以下の式を用いて、或る温度T1における液体の前記相対湿度を示すことを特徴とし、
aw(T1)=f(T1)×[aw(T2)/f(T2)] (3)
awは前記相対湿度、T2はT1と異なる所定温度であり、T2に対して前記相対湿度の前記値が既知{きちすう}である、請求項2又は3に記載の方法。
【請求項7】
以下の式を用いて、或る温度T1における液体の前記相対湿度を示すことを特徴とし、
aw(T1)=exp(a/T1 + b)×[aw(T2)/exp(a/T2+b)] (4)
awは前記相対湿度、T2はT1と異なる所定温度であり、T2に対して前記相対湿度の前記値が既知であり、a及びbは前記温度の関数として前記相対湿度を示すグラフから導出される定数であり、定数aは該グラフの勾配から導出され、一方、定数bはT=0のときのawの値であり、該式は前記液体の水分含量のみに依存する、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
液体の3センサ測定に適用されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記3センサ測定における3つの前記測定変数は、前記相対湿度、誘電定数、及び前記温度であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数の温度依存性を示すことを特徴とし、
Ceps=f(T) (5)
Cepsは前記誘電定数、Tは前記温度である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数の前記温度依存性を示すことを特徴とし、
Ceps=a×T+Ceps0 (6)
Cepsは前記誘電定数、Tは前記温度、Ceps0はT=0における前記誘電定数の値であり、aは前記温度の関数として前記誘電定数を示すグラフの勾配から導出される定数である、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
請求項6及び7の前記3センサ測定で以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数を示すことを特徴とし、
Ceps(Tconst,aw=0)=f(Tconst) (9)
awは前記相対湿度、Cepsは前記誘電定数、Tconstは所定点における測定温度である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
請求項6及び7の前記3センサ測定で以下の式を用いて前記液体の前記誘電定数を示すことを特徴とし、
Ceps(Tconst,aw=0)=Ceps(Tconst)a×aw(Tconst) (10)
awは前記相対湿度、Cepsは前記誘電定数、Tconstは所定点における測定温度であり、定数aは前記温度の関数として前記誘電定数を示すグラフの勾配から導出される比例係数である、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記温度変化を生じさせる加熱又は冷却は、測温抵抗体を用いて実行することができるか、又は別個の加熱/冷却要素を用いて行うことができることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
【請求項15】
前記別個の加熱/冷却要素は、測定プローブに取着されるか又は前記液体の容器のケーシング内に取着されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記測定変数用のセンサ、該センサを取り囲む前記液体、及び温度センサは、測定点が選択されるときにほぼ同一温度であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
【請求項17】
前記温度変化に起因する測定値の誤差の補償のために用いる、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法の使用法。
【請求項18】
前記センサ要素の静電容量の変化と、前記誘電定数との間に以下の相関を得ることができることを特徴とし、
ε(Tconst)=F(Ceps(Tconst)) (11)
Fは相関関数を示し、εは前記静電容量、Cepsは前記誘電定数、及びTconstは所定点における測定温度である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
前記センサ要素の前記静電容量の変化と、前記誘電定数との間に以下の相関を得ることができることを特徴とし、
ε(Tconst,aw=0)=F(Ceps(Tconst,aw=0)) (12)
Fは相関関数を示し、εは前記静電容量、Cepsは前記誘電定数、awは前記相対湿度、及びTconstは所定点における前記測定温度である、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記静電容量ε(Tconst,aw=0)及びε(Tconst)が既知である場合、水分含量を計算することができ、これらの式の相違は、水に起因するεの増加分に等しく、
ε(Tconst)ε(Tconst,aw=0)= dε(water) (13)
さらに、
dε(water)/80×10exp6=water content(in ppm)(14)
であることを特徴とする、請求項18又は19に記載の方法。
【請求項21】
任意の液体に対して値が温度と共に変化する変数用のセンサの温度依存性を測定し、同時に前記センサによって生成されたデータを収集する装置であって、
変数用のセンサ(3)と、
液体用容器(2)と、を備え、
温度変化手段(4)と、
温度センサ(5)と、
データ収集手段(6)と、
必要な較正係数の計算手段(7)と、をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項22】
少なくとも1つのプローブ(1)と、該プローブに取着される液体用容器(2)とを備えることを特徴とする、請求項21に記載の装置。
【請求項23】
2つのプローブ(1)を備え、他方が測定に用いられる間に該プローブの一方は加熱に用いられ、該プローブ(1)には、前記液体用容器(2)が取着されることを特徴とする、請求項21又は22に記載の装置。
【請求項24】
1つのプローブ(1)を備え、該プローブは油が充填される前記液体用容器(2)内に位置し、
その後、前記容器(2)は加熱され、測定点が冷却曲線から収集されることを特徴とする、請求項21又は22に記載の装置。
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【公開番号】特開2008−249689(P2008−249689A)
【公開日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2008−30733(P2008−30733)
【出願日】平成20年2月12日(2008.2.12)
【出願人】(508043187)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−30733(P2008−30733)
【出願日】平成20年2月12日(2008.2.12)
【出願人】(508043187)
【Fターム(参考)】
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