特許 6713997 熱特性に基づくサンプルの組成の検出

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6713997

(24)【登録日】2020年6月8日

(45)【発行日】2020年6月24日

(54)【発明の名称】熱特性に基づくサンプルの組成の検出

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20200615BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/18 A

【請求項の数】21

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-532652(P2017-532652)

(86)(22)【出願日】2015年12月16日

(65)【公表番号】特表2017-538128(P2017-538128A)

(43)【公表日】2017年12月21日

(86)【国際出願番号】GB2015054033

(87)【国際公開番号】WO2016097723

(87)【国際公開日】20160623

【審査請求日】2018年10月25日

(31)【優先権主張番号】1422370.5

(32)【優先日】2014年12月16日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】507226592

【氏名又は名称】オックスフォード ユニヴァーシティ イノヴェーション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】カマルジット シン チャナ

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン シャムス サリバン

【審査官】 野田 華代

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１７７６７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５９−０４２４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−００４２５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１４−１３００７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３１２８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−００３３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１０５５８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプルの組成を検出するための装置であって、
前記サンプルに直接接触する第１の表面と前記サンプルに直接接触しない第２の表面とを提供するように構成される第１のプローブ要素と、
前記第１の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される測定システムと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析するように構成される処理ユニットと、を備え、
前記第１のプローブ要素を加熱するための第１のプローブ要素ヒータとして機能し且つ前記第１の表面での第１の温度を測定するための第１の表面温度センサとして機能する抵抗要素と、
前記第２の表面での第２の温度を測定するように構成される第２の表面温度センサと、を備え、
前記測定システムは、当該測定された第１及び第２の温度を用いて前記第１の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される、装置。

【請求項2】

前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記第１のプローブ要素は、前記液体に直接接触する前記第１の表面と前記液体に直接接触しない前記第２の表面とを提供するように構成され、
前記処理ユニットは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記測定された熱伝達率を解析するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１のプローブ要素は前記サンプルが収容される容器壁を貫通する、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記第１のプローブ要素を加熱するように構成される第１のプローブ要素ヒータを更に備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。

【請求項5】

前記測定システムは、前記サンプルの温度を測定するように構成されるサンプル温度センサからの入力を受け取るように更に構成され、
前記処理ユニットは、前記サンプルの熱伝達特性の変化を検出する場合に前記サンプルの温度の測定値を用いるように構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。

【請求項6】

前記サンプル温度センサを更に備える請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記サンプルに直接接触する第３の表面と前記サンプルに直接接触しない第４の表面とを提供するように構成される第２のプローブ要素を更に備え、
前記測定システムは、前記第３の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成され、
前記処理ユニットは、前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、又は、前記サンプルが液体である場合には、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記第１及び第３の表面を通っての当該測定された熱伝達率を解析するように構成される、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。

【請求項8】

前記第１及び第３の表面は同じサイズ及び形状を有し、
前記第１及び第２のプローブ要素は、使用に際し、前記第１及び第３の表面に隣接する前記サンプルの温度が同じ場合に、前記第１の表面への熱伝達率が前記第３の表面への熱伝達率と異なるように構成される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１のプローブ要素は第１の材料から形成され、前記第２のプローブ要素は第２の材料から形成され、前記第１及び第２の材料は、使用に際し、前記第１及び第３の表面に隣接する前記サンプルの温度が同じ場合に、前記第１の表面への熱伝達率が前記第３の表面への熱伝達率と異なるように、異なる熱伝導率を有する、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記測定システムは、
前記第３の表面での第３の温度を測定するように構成される第３の表面温度センサと、
前記第４の表面での第４の温度を測定するように構成される第４の表面温度センサと、を更に備え、
前記測定システムは、当該測定された第３及び第４の温度を用いて前記第３の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される、請求項７〜９のいずれかに記載の装置。

【請求項11】

前記第２のプローブ要素は前記サンプルが収容される容器壁を貫通する、請求項７〜１０のいずれかに記載の装置。

【請求項12】

前記第１の表面及び前記第３の表面から選択された一方に隣接する領域に磁性粒子又は磁化可能粒子を優先的に引き付けるように構成される磁石を更に備える、請求項７〜１１のいずれかに記載の装置。

【請求項13】

前記第１のプローブ要素は、前記サンプルが前記第１のプローブ要素に押し付けられた場合に前記第１の表面が変形して前記サンプルの表面に一致することを可能にするようにされている、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。

【請求項14】

前記抵抗要素は薄膜抵抗要素からなり、前記薄膜抵抗要素は支持材内に密閉される、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。

【請求項15】

液体内の金属汚染物質を検出するように構成される渦電流センサを更に備える、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。

【請求項16】

前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記処理ユニットは、汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化が検出された場合に前記液体の汚染の検出を示す信号を出力するように構成される、請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。

【請求項17】

潤滑油のための油だめを備えるエンジン又はギアボックスであって、前記エンジン又はギアボックスは請求項１〜１６のいずれかに記載の装置を備え、前記サンプルは前記潤滑油を備える、エンジン又はギアボックス。

【請求項18】

燃料を貯蔵するための燃料容器であって、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置を備え、前記サンプルは前記燃料を備える、燃料容器。

【請求項19】

サンプルの組成を検出する方法であって、
前記サンプルに直接接触する第１の表面と前記サンプルに直接接触しない第２の表面とを有する第１のプローブ要素を提供することと、
前記第１の表面を通っての熱伝達率を測定することと、
前記サンプルの組成の指標となる前記サンプルの熱伝達特性を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析することと、を備え、
前記第１のプローブ要素を加熱するための第１のプローブ要素ヒータとして且つ前記第１の表面での第１の温度を測定するための第１の表面温度センサとして抵抗要素を使用することと、
前記第２の表面での第２の温度を測定するために第２の表面温度センサを使用することと、
当該測定された第１及び第２の温度を用いて前記第１の表面を通っての熱伝達率を測定することと、を備える方法。

【請求項20】

前記サンプルは液体であり、前記サンプルの組成の検出は、前記液体の汚染を検出することを含み、
前記第１の表面は前記液体に直接接触し、前記第２の表面は前記液体に直接接触せず、
前記解析することは、前記液体の汚染の指標となる前記液体の熱伝達特性の変化を検出するために、前記測定された熱伝達率を解析することを含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の表面を通っての熱伝達率は、所定の汚染物質の沸点よりも低い前記第１の表面での温度で及び前記所定の汚染物質の沸点よりも高い前記第１の表面での温度で測定され、
前記熱伝達特性の変化の検出は、前記所定の汚染物質の沸点よりも低い前記第１の表面での温度で測定された熱伝達率を前記所定の汚染物質の沸点よりも高い前記第１の表面での温度で測定された熱伝達率と比較することを含む、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サンプルの熱特性に基づきサンプルの組成を検出することに関する。本発明は、特に、液体の熱特性における対応する変化を検出することによる液体中の汚染の検出に関する。本発明は、特に、エンジン及びギアボックス等の装置における潤滑油、冷却油、油圧油、及び燃料中の汚染の程度及び種類を検出することに適用可能である。本発明は、食品製造施設で使用される洗浄液中の汚染を検出することにも適用可能である。本発明は、固体、ゲル、又は多相物質等の非液体であるサンプルの組成を検出することにも適用可能である。本発明は、化学組成及び構造組成の差異を検出することに適用可能である。

【背景技術】

【0002】

潤滑油、冷却油、油圧油、及び燃料等の液体は、それらが劣化し又は汚染されるので、そのような液体に頼る機械の不要な損傷を避けるために、定期的に交換／フィルタリングされる必要がある。劣化の原因としては、高温への暴露に起因する酸化、破片（金属又は非金属）若しくは他の流体の追加、及び／又は流体の経年劣化が挙げられる。

【0003】

切迫している機械損傷を予測して回避する方法として、機械の連続的油状態モニタリングや潤滑試験が早くから確立されている。油モニタリングは、原理的にはオフライン、オンライン、及びインラインで実施され得る。オフラインモニタリングにおいては、液体のサンプルが採取されて分析のために実験室に送られるであろう。オフラインでは高度な分析が可能であるが、結果を得るのが不可避的に遅れ、「リアルタイム」では利用不可能である。オンラインモニタリングシステムにおいては、サンプルが油系統から採取されて、モニタリングしている機械の一部を形成するデバイスにおいて即座に分析されるであろう。サンプルサイズが比較的大きい場合には、流量がサンプリング処理に影響され得るが、そのようなシステムは、リアルタイムモニタリングを可能にする。インラインモニタリングは、実装するのが難しい場合があり、またシステムに影響を及ぼし得るが、やはりリアルタイムモニタリングを可能にする。

【0004】

液体の誘電率のモニタリングに基づき動作するリアルタイムセンサが知られている。誘電率は、電界に抵抗する流体の能力の尺度である。このようなセンサは、油と水が大きく異なる誘電率値を有することから、水による汚染を検出する場合には正常に動作する。しかし、主な欠点は、センサが温度に依存することである。他の既知のセンサは、赤外分光や粒度測定等の種々の光学技術に基づき動作する。誘導コイル磁気測定システムも展開されており、鉄粒子及び非鉄粒子が識別され定量される。この手法は、破片汚染の進行を追跡するのを可能にする点で有利である。インラインＸ線蛍光分析がセンサにおける利用のために開発されつつある。容量センサも開発されており、この場合、水の飽和が検出され得る。

【0005】

非液体であるサンプルの組成の検出は、高価で、時間がかかり及び／又は破壊を必要とする分析技術を必要とし得る。例えば、対象物の内部構造を解析するためにＸ線が使用され得る。しかし、Ｘ線機器は高価で且つかさばる可能性がある。内部構造を見るために対象物は粉砕されるであろうから、対象物は不可逆的に損傷を被ることになる。複合的化学構造を有する対象物を粉砕し、化学分析技術を用いて化学組成を決定することがある。しかし、粉砕は対象物に損傷を与えるであろうし、化学分析は非常に時間を要し、しかも実施するのに高額な費用がかかるであろう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

リアルタイムでサンプルの組成を検出し及び／又は液体品質をモニタリングする、代替的で、改善され、及び／又はより単純な方法が要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の範囲は添付の特許請求の範囲において画定される。

【0008】

本発明のある側面によると、サンプルの組成を検出するための装置であって、サンプルに直接接触する第１の表面とサンプルに直接接触しない第２の表面とを提供するように構成される第１のプローブ要素と、第１の表面を通っての熱伝達率(rate of heat transfer)を測定するように構成される測定システムと、サンプルの組成の指標となるサンプルの熱伝達特性(heat transfer characteristic)を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置が提供される。

【0009】

この装置は、随意的にはリアルタイムで且つ機械的に単純で信頼性のある構造を用いて、サンプルの組成の高感度な検出を可能にする。この手法は、本質的にはサンプルの温度の変動を取り扱う。そのような温度の変動は、他の原理に基づく従来の方法とは対照的に、測定精度に顕著な悪影響を及ぼす恐れはない。装置は、固体、液体、気体、ゲル、及びそれらの相の任意の混合、又は他の相を含む物質の任意の相の組成を検出することに適合させられてよい。ある実施形態においては、装置は、サンプルの化学組成を検出すること及び／又は１つのサンプルの化学組成を他のサンプルの化学組成と比較することが可能である。装置は、公称的には(nominally)同一の対象物の間での化学組成の差を検出することで、品質管理目的で使用されてよい。ある実施形態においては、装置は、サンプルの構造組成を検出すること及び／又は１つのサンプルの構造組成を他のサンプルの構造組成と比較することが可能である。例えば、装置は、鋳造物から形成された対象物等の製造物における望まれない欠陥、介在物、又は空隙を検出するように構成されてよい。装置は、公称的には同一の製造物の間での構造組成の差を検出することで、品質管理目的で使用されてよい。

【0010】

ある実施形態においては、液体の汚染を検出するための装置であって、液体に直接接触する第１の表面と液体に直接接触しない第２の表面とを提供するように構成される第１のプローブ要素と、第１の表面を通っての熱伝達率を測定するように構成される測定システムと、液体の汚染の指標となる液体の熱伝達特性の変化を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置が提供される。

【0011】

この装置は、機械的に単純で信頼性のある構造を用いて、液体中の汚染の高感度な検出を可能にする。この手法は、本質的には液体の温度の変動を取り扱う。そのような温度の変動は、他の原理に基づく従来の方法とは対照的に、測定精度に顕著な悪影響を及ぼす恐れはない。

【0012】

ある実施形態においては、第１のプローブ要素は、測定精度を高めるために加熱され得る。例えば、加熱によりサンプル（例えば液体）とプローブ要素の間での温度差を大きくすることができ、これにより精度を高めることができる。

【0013】

ある実施形態においては、複数の（例えば２つの）プローブ要素が設けられる。複数のプローブ要素を設けることで、サンプル（例えば液体）の熱伝達特性の複数の独立した測定値がもたらされ、それにより測定精度が向上し得る。代替的に又は追加的に、サンプル（例えば液体）からプローブ要素への熱伝達率が複数のプローブ要素毎に異なるようにするために、それぞれのプローブ要素は、異なる熱量分だけ加熱され若しくは冷却されてよく及び／又は異なる伝導率の材料から形成されてよい。この場合、異なるプローブ要素からの測定値を結合することで、サンプル（例えば液体）の温度を測定することなしに、サンプル（例えば液体）の熱特性を得ることが可能になる。これにより、動作及び／若しくは構造がより単純化され、信頼性及び／若しくは寿命が改善され、並びに／又は製造コストが低減され得る。

【0014】

他の側面によると、サンプルの組成を検出するための装置であって、各々がサンプルと熱接触するように構成される１つ以上の抵抗要素と、１）１つ以上の抵抗要素の各々に加熱を提供するために１つ以上の抵抗要素の各々に流れる電流を駆動し且つ２）１つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化を測定するように構成される測定システムと、サンプルの組成の指標となるサンプルの熱伝達特性を検出するために、１つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と１つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置が提供される。

【0015】

ある実施形態においては、液体の汚染を検出するための装置であって、液体と直接接触するように構成される抵抗要素と、１）抵抗要素に加熱を提供するために抵抗要素に流れる電流を駆動し且つ２）抵抗要素の抵抗の変化を測定するように構成される測定システムと、液体の汚染の指標となる液体の熱伝達特性の変化を検出するために、抵抗要素に供給された熱量と抵抗要素の抵抗の変化との間の関係を解析するように構成される処理ユニットと、を備える装置が提供される。

【0016】

この側面によると、サンプル（例えば液体）に接触する装置の部分が特に単純化され得るので、これにより低コスト化の面で及び高い信頼性の面で有利になる。

【0017】

ある実施形態においては、抵抗要素は、抵抗要素の表面積の少なくとも１０％が基板（例えば基板上に実装された薄膜要素としての基板）に接触するような方法で基板上に実装される。この配置の利点は、モニタリングされているサンプル（例えば液体）を損傷する可能性のある高温に抵抗要素が到達することなしに、顕著な加熱電力を抵抗要素に印加することができる点である。基板は、抵抗要素から熱を効果的に逃がすように機能する。

【0018】

代替的な実施形態においては、抵抗要素は、抵抗要素の表面積の９０％を超えてサンプル（例えば液体）に直接接触するように実装される。この構成の利点は、抵抗要素の温度を急速に変化させることができ、これにより、熱分解クリーニング及び／又は気相の急速形成（水等の特定の汚染を検出するのに利用可能である）が可能になる点である。

【0019】

他の側面によると、サンプルの組成を検出する方法であって、サンプルに直接接触する第１の表面とサンプルに直接接触しない第２の表面とを有する第１のプローブ要素を提供することと、第１の表面を通っての熱伝達率を測定することと、サンプルの組成の指標となるサンプルの熱伝達特性を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析することと、を備える方法が提供される。

【0020】

ある実施形態においては、液体の汚染を検出する方法であって、液体に直接接触する第１の表面と液体に直接接触しない第２の表面とを有する第１のプローブ要素を提供することと、第１の表面を通っての熱伝達率を測定することと、液体の汚染の指標となる液体の熱伝達特性の変化を検出するために、当該測定された熱伝達率を解析することと、を備える方法が提供される。

【0021】

ある実施形態においては、第１の表面を通っての熱伝達率は、所定の汚染物質の沸点よりも低い第１の表面での温度で及び所定の汚染物質の沸点よりも高い第１の表面での温度で測定され、熱伝達特性の変化の検出は、所定の汚染物質の沸点よりも低い第１の表面での温度で測定された熱伝達率を所定の汚染物質の沸点よりも高い第１の表面での温度で測定された熱伝達率と比較することを含む。サンプル（例えば液体）の熱伝達特性は、所定の汚染物質が存在するかどうかに敏感に依存するであろうことが予想される。所定の汚染物質の沸点を越えて第１の表面を加熱することによって、所定の汚染物質が第１の表面の近くに存在している場合に、その量を大きく減らすことができる。サンプル（例えば液体）中に所定の汚染物質が大量に存在している場合、所定の汚染物質の沸点を越える温度及びその沸点を下回る温度で実施された測定の間で、熱伝達特性の大きな差が期待できるはずである。従って、本方法により、所定の汚染物質の存在及び／又は量を高い感度で検出することができる。

【0022】

他の側面によると、サンプルの組成を検出する方法であって、各々がサンプルと熱接触する１つ以上の抵抗要素を提供することと、１つ以上の抵抗要素の各々に流れる電流を駆動することによってその抵抗要素を加熱することと、１つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化を測定することと、サンプルの組成の指標となるサンプルの熱伝達特性を検出するために、１つ以上の抵抗要素の各々に供給された熱量と１つ以上の抵抗要素の各々の抵抗の変化との間の関係を解析することと、を備える方法が提供される。

【0023】

ある実施形態においては、液体の汚染を検出する方法であって、液体と直接接触する抵抗要素を提供することと、抵抗要素に流れる電流を駆動することによって抵抗要素を加熱することと、加熱により生じる抵抗要素の抵抗の変化を測定することと、液体の汚染の指標となる液体の熱伝達特性の変化を検出するために、加熱に際して抵抗要素に供給された熱量と抵抗要素の抵抗の測定された変化との間の関係を解析することと、を備える方法が提供される。

【0024】

ある実施形態によると、この方法は、所定の汚染物質の沸点を含む温度範囲を経て抵抗要素が加熱されている間に抵抗要素の抵抗を測定することと、所定の汚染物質の蒸気の形成に特有な当該測定された抵抗の特徴を検出することによって、液体における所定の汚染物質の存在及び／又は量を検出することと、を備える。上述したように、所定の汚染物質の気化より前の液体の熱伝達特性は、所定の汚染物質の気化の後の液体の熱伝達特性とは大きく異なるであろう。この差は、抵抗要素が上記の沸点を経て加熱されているときに測定される抵抗の変動に現れるはずであるから、これにより、所定の汚染物質の存在及び／又は量を高い感度で測定することができる。

【0025】

ある実施形態においては、所定の汚染物質は水である。水はありふれた汚染物質であり、多くの状況において有害であり得る。例えば、潤滑油に水が混ざると、潤滑油の潤滑性能を大きく損なうコロイドが形成され得る。

【図面の簡単な説明】

【0026】

以下、添付の図面を参照しつつ例示のみを目的として本発明の種々の実施形態を説明する。図面において対応する参照符号は対応する部分を示す。

【0027】

【図1】図１は液体の汚染を検出するための装置の実施形態の模式的な側面断面図であり、図中の下部は図中の上部の破線で囲まれた領域の拡大図である。

【図2】図２は第１のプローブ要素の第１の表面に位置する第１のプローブ要素ヒータを有する第１のプローブ要素を示す図である。

【図3】図３は第１のプローブ要素の第２の表面に位置する第１のプローブ要素ヒータを有する第１のプローブ要素を示す図である。

【図4】図４は液体中の汚染を検出するための装置の代替的な実施形態の一部分の模式的な側面断面図であり、図１の下部に対応しているが、２つのプローブ要素が設けられている。

【図5】図５は液体の汚染を検出するための装置の更に代替的な実施形態の模式的な側面断面図であり、この装置は抵抗要素を備えている。

【図6】図６は抵抗要素のための代替的な構成例を示す図である。

【図7】図７は抵抗要素を用いて液体中の汚染を検出するための測定システムの例を示す図である。

【図8】図８は単一コイル渦電流センサを更に備える実施形態における図４に示すタイプの模式的な側面断面図である。

【図9】図９は２コイル渦電流センサを更に備える実施形態における図４に示すタイプの模式的な側面断面図である。

【図10】図１０は３つの異なる液体と接触しているときの加熱パルスに対する白金薄膜抵抗要素の応答を示すグラフである。

【図11】図１１は異なる液体内での抵抗要素の加熱に際しての抵抗の経時変化を示すグラフである。

【図12】図１２は異なる量の汚染物質を含むディーゼル燃料内での抵抗要素の加熱に際しての抵抗の経時変化を示すグラフである。

【図13】図１３は２つの薄膜抵抗要素及び１つの磁石を備えるプラグの模式的な側面断面図である。

【図14】図１４は図１３のプラグの模式的な上面図である。

【図15】図１５は支持材内に密閉され基板と固体サンプルの間に挟まれた２つの薄膜抵抗要素の模式的な側面断面図である。

【図16】図１６は２つの抵抗要素アセンブリの模式的な上面図である。

【図17】図１７は支持材内に密閉されサンプルに接続された２つの薄膜抵抗要素の模式的な側面断面図である。

【図18】図１８はサンプルの曲面に取り付けられたフレキシブル抵抗要素アセンブリの模式的な側面断面図である。

【図19】図１９は異なる固体サンプルに接触する抵抗要素の加熱に際しての抵抗の経時変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

発明者は、材料の熱伝達特性（例えば熱伝導率κ、比熱容量ｃ、及びこれらの特性の１つ又は両方に依存する量）が材料の組成（例えば化学組成又は構造組成）に敏感に依存し得ることを認識した。例えば液体の場合、熱伝達特性は液体中の汚染のレベルに敏感に依存し得る。密度をρとすると、熱積√（ρｃκ）は、κ及びｃの両方を考慮にいれているので、多くの場合、組成（例えば汚染）に特に敏感な熱伝達特性である。κ及びｃの一方又は両方の変化は、典型的には、√（ρｃκ）の変化をもたらす。水、鉱油、及び絶縁油におけるそれらの量の代表的な値を下表に示す。水の√（ρｃκ）を両油のいずれの√（ρｃκ）と比べても大きな差があることから、熱伝達特性の変化を測定することによって、油中の水汚染の検出を高感度で行い得ることが示唆される。一方で、２種類の油の間にも√（ρｃκ）の大きな差がある。このことから分かるように、そのような差に基づき、水による汚染の他、種々の油（及び他の液体）の状態又は組成の変化を、それら液体の熱伝達特性の変化を測定することによって、検出することが可能である。

【0029】

【表1】

【0030】

水による汚染を上述した。油は金属や炭素（これらは可動部の摩耗により油に加えられる）によっても汚染されることがある。金属材料及び炭素は、油よりもかなり高い熱伝導率及び比熱容量を有する。例えば、典型的には、鋼の熱伝導率は約４６Ｗ／ｍＫ、炭素鋼の熱伝導率は約５４Ｗ／ｍＫ、炭素の熱伝導率は約２Ｗ／ｍＫ、ニッケルの熱伝導率は約９１Ｗ／ｍＫである。

【0031】

液体の熱伝達特性に対する汚染の影響は、その液体の成分の個々の熱伝達特性を合算するだけでは導出することはできないであろう。汚染により複合的熱特性を有する多相組成が形成されることがあるからである。しかし、多くの汚染物質にとって、全体的には、汚染に起因し得る熱伝達特性の独特な変化があるはずであるから、その変化に効果的に基づいて汚染を検出することができるはずである。

【0032】

発明者は、物質（例えば液体）の熱伝達特性の経時変化を検出することによって、物質の組成（例えば液体の汚染）の変化を検出するための単純で効果的且つ信頼性のある方法を提供し得ることを認識した。

【0033】

ある実施形態においては、液体１０の汚染等のサンプルの組成を検出するための装置２が提供される。液体の汚染を検出することに適合するそのような装置２の例が図１に示されている。この実施形態においては、装置２は第１のプローブ要素１４を備える。第１のプローブ要素１４は、例えば、熱伝達特性が既知である材料のブロックを備えていてよい。第１のプローブ要素１４は細長くてよい（しかし、このことは必須ではない）。この例においては、第１のプローブ要素１４は、液体１０が収容されている容器壁８を貫通している。第１のプローブ要素１４を容器壁８から熱的に絶縁するために、絶縁材料１６が設けられる。他の実施形態においては、容器壁８を貫通することに代えて、第１のプローブ要素１４は、単に容器壁８に接続され又は容器壁８内に埋め込まれていてよい（繰り返すが、第１のプローブ要素１４を容器壁８から熱的に絶縁するために設けられた適切な絶縁を伴う）。容器壁８（任意の実施形態のための容器壁８）は、例えば、エンジン又はギアボックス等の可動部を有する機械のための潤滑油を収容するための油だめの壁であってよい。代替的又は追加的に、容器壁８（任意の実施形態のための容器壁８）は、液体の流れのための導管の一部を形成していてよい。代替的又は追加的に、容器壁（任意の実施形態のための容器壁）は、ガソリン、ディーゼル油、又はケロシン等の燃料のための容器の一部を形成していてよい。第１のプローブ要素１４は、サンプル、この例では液体１０、と直接接触する第１の表面３１を提供するように構成される。例えば、第１の表面３１は、サンプル即ち液体１０に面している第１のプローブ要素の一端に形成されていてよく、この場合、「直接接触」は、温度センサ又は保護膜等の薄い要素を介して生じてよく、あるいは、もし設けられていれば薄い電気絶縁材料等の支持材の薄膜を介して生じてよい。第１のプローブ要素１４は、サンプル、この例では液体１０、と直接接触しない第２の表面３２を更に備える。例えば、第２の表面３２は、サンプル即ち液体１０と反対方向に向いている第１のプローブ要素の他端に形成されていてよく、及び／又は第１のプローブ要素の本体によってサンプル即ち液体１０から隔てられていてよい。第１の表面３１から第２の表面３２に伝わる熱は、第１のプローブ要素１４の実質的全長を通過する必要がある。

【0034】

第１の表面３１を通っての熱伝達率を測定するように構成される測定システムが設けられる。サンプルの組成の指標となる熱伝達特性を検出するために当該測定された熱伝達率を解析するように構成される処理ユニット４が設けられる。この特定の例においては、処理ユニット４は、液体１０の汚染の指標となる液体１０の熱伝達特性の変化を検出するように構成されてよい。サンプル（例えば液体１０）から第１のプローブ要素１４に熱が伝わる効率は、サンプル（例えば液体１０）の熱伝達特性に依存する。従って、汚染により生じる熱伝達特性の変化は、他の全ての要因が等しいとして液体が汚染されていないとした場合に予想されるものとの相対関係において、第１の表面を通っての当該測定された熱伝達率の変化をもたらすことになる。

【0035】

図１は、第１の表面での温度（以下、「第１の温度」と称するものとする）を測定するように構成される第１の表面温度センサ２１を測定システムが備えるタイプの実施形態の例である。このタイプの実施形態における測定システムは、第２の表面での温度（以下、「第２の温度」と称するものとする）を測定するように構成される第２の表面温度センサ２２を更に備える。このタイプの実施形態における測定システムは、測定された第１及び第２の温度を用いて第１の表面３１を通っての熱伝達率を測定するように構成される。

【0036】

図１の例では、熱伝達率は以下のようにして決定されてよい。

【0037】

第１のプローブ要素１４の寸法及び熱伝導率は既知である。従って、第１のプローブ要素１４を通っての熱伝達率は、標準的な式

【数1】

から計算することができ、ここでｑ´は熱伝達率（Ｗ／ｍ^２）、κは熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、ｄＴ／ｄｘは温度勾配（Ｋ／ｍ）である。第１及び第２の表面温度センサ２１及び２２を用いた測定によりｄＴ／ｄｘが求まり、κは既知であるから、ｑ´を容易に求めることができる。次いで、ｑ´は、式

【数2】

を用いて、サンプル（例えば液体１０）から第１のプローブ要素１４への熱伝達と同等とみなすことができ、ここでｈは表面熱伝達係数（Ｗ／ｍ^２Ｋ）、Ｔ_Ｌはサンプル（例えば液体）の温度、Ｔ_１は第１の温度（第１の表面温度センサ２１により測定される）である。

【0038】

ある実施形態においては、測定システムは、サンプル（例えば液体）の温度Ｔ_Ｌを測定するように構成されるサンプル温度センサ２５を備え又はサンプル温度センサ２５からの入力を受け取るように構成される。次いで、［２］式を用いてｈの値を得ることができる。この計算は、例えば、処理ユニット４によって行われてよい。ある実施形態においては、得られたｈの値は、処理ユニット４によって、汚染されていないサンプル（例えば液体）に対して予測されるｈの値並びに／又は既知の量で及び／若しくは既知種の汚染物質で汚染されてしまっているサンプル（例えば液体）に対して予測されるｈの値と比較される。これらの予測値は、例えばルックアップテーブルを用いて、キャリブレーション測定の結果を参照することで得られてよい。代替的又は追加的に、得られたｈの値は、ｈの変化を検出するために、以前に得られたｈの１つ以上の値（又は１つ以上の平均値）と比較されてよい。比較結果は、サンプル（例えば液体）がどれほど汚染されているのか（例えば汚染物質の量及び／又は種類）を決定し及び／又は汚染のレベルの変化を検出するために用いられる。汚染が許容できない性質のもの（例えば過度の汚染及び／又は特定の問題が生じる可能性があることを示す種類の汚染）であると判断された場合、処理ユニット４は、予め定められた特定の処置を行ってよい。処理ユニット４は、サンプル（例えば液体）の汚染の検出を示す信号を出力してよく、この信号は他のデバイスによって種々の方法で使用され得る。予め定められた処置は、警報信号を出すこと又は当該サンプル（例えば液体）に依存し若しくはそれを用いる装置の運転停止を生じさせることを含んでいてよい。例えばエンジン又はギアボックス用の潤滑油との関連では、予め定められた処置は、潤滑油を交換するサービスが実施されるべきであることをユーザに示すことを含んでいてよい。

【0039】

ある実施形態においては、装置２は、第１のプローブ要素１４を加熱するように構成される第１のプローブ要素ヒータ２６を更に備える。構成例が図２及び３に示されている。ある実施形態においては、第１のプローブ要素ヒータ２６は、第１の表面３１にあり（図２のように）又は第２の表面３２にある（図３のように）。ある実施形態においては、第１のプローブ要素ヒータ２６は、第１の表面３１とサンプル（例えば液体１０）の間の温度差を修正することによりサンプル（例えば液体１０）から第１の表面３１への熱伝達率を変化させるために用いられる。これは、例えば、加熱が無い場合の温度差が比較的小さい例において有用であろう。これらの状況での温度差を大きくすることで、熱伝達率の決定の精度が高まり、従って汚染の検出の感度を改善することができる。後で説明するように、複数のプローブ要素を有するシステムにおいて使用される場合、第１のプローブ要素ヒータ２６は、ｈを得るためにサンプル（例えば液体）の温度を測定する必要性を排除し又は低減するためにも用いられてよい（プローブ要素の各々と接触しているサンプルが少なくとも概略同一であるとして）。

【0040】

ある実施形態においては、興味の対象となる１つ以上の汚染物質は、プローブ要素を加熱することで達成可能な温度の範囲内に沸点を有していることがある。そのような興味の対象となる汚染物質の一例は水である。例えば、水による潤滑油の汚染は、一般的に遭遇する問題である。水による汚染は、例えばコロイドを形成することにより、油の性能を著しく阻害し得る。そのような実施形態においては、随意的には上述したように第１のプローブ要素ヒータ２６を用いて加熱をもたらすために、以下の方法を行うことができる。第１のステップでは、所定の汚染物質（例えば水）の沸点よりも低い第１の表面３１での温度で、第１の表面３１を通っての熱伝達率が測定される。第２のステップでは、所定の汚染物質（例えば水）の沸点よりも高い第１の表面３１での温度で、第１の表面３１を通っての熱伝達率が測定される。この実施形態においては、サンプル（例えば液体）の熱伝達特性の変化の検出は、所定の汚染物質（例えば水）の沸点よりも低い第１の表面３１での温度で測定された熱伝達率を所定の汚染物質（例えば水）の沸点よりも高い第１の表面３１での温度で測定された熱伝達率と比較することを含んでいてよい。サンプル（例えば液体）の熱伝達特性は、所定の汚染物質が存在するかどうかに敏感に依存するであろうことが予想される。所定の汚染物質の沸点を越えて第１の表面３１を加熱することによって、所定の汚染物質が第１の表面３１の近くに存在している場合に、その量を大きく減らすことができる。サンプル（例えば液体）中に所定の汚染物質が大量に存在している場合、所定の汚染物質の沸点を越える温度及びその沸点を下回る温度で実施された測定の間で、熱伝達特性の大きな差が期待できるはずである。例えば、所定の汚染物質が水である場合、水蒸気の伝導率は水の伝導率に比べてかなり低い（３６倍程度低い）。従って、比較的低レベルの水であっても、検出のための比較的大きな出力を生成するはずである。また、水から水蒸気への遷移は比較的激しいであろうから、出力信号において比較的容易に特徴（例えばステップ又は時間的に変化する不安定度）を検出することができる。水汚染の影響を示すデータ例は、図１１及び１２に示す実験結果を参照して後で論じる。この手法により、水等の気化させられ得る所定の汚染物質による汚染を高い感度で検出する方法が提供される。また、この手法により、金属不純物のみに起因するサンプル（例えば液体）の熱伝達特性の変化と他の汚染物質（例えば水）に起因するサンプル（例えば液体）の熱伝達特性の変化との間での区別がより容易になる。

【0041】

代替的な実施形態においては、サンプル（例えば液体）と接触する面のサイズ及び形状が同じ複数のプローブ要素が設けられる。これらのプローブ要素は、同じ全体サイズ及び全体形状を有していてもよい。これらのプローブ要素は、使用に際して各プローブ要素に接触しているサンプル（例えば液体）が同じ温度になるように、互いに比較的接近して設けられる。このような配置においては、２つ以上のプローブ要素に対してｑ´を異ならせることによって、Ｔ_Ｌを測定することなしにｈを得ることが可能になる。これにより、動作及び／若しくは構造がより単純化され、信頼性及び／若しくは寿命が改善され、並びに／又は製造コストが低減され得る。図４はこのタイプの実施形態の例であり、２つのプローブ要素が設けられ、これらのプローブ要素の１つを加熱することによって、これらのプローブの各々に対してｑ´が異なるようにされている。

【0042】

図４は、第１のプローブ要素１４に加えて第２のプローブ要素２８を設けることを示している。第１及び第２のプローブ要素１４及び２８は、絶縁材料１６によって互いに及び容器壁８から熱的に絶縁されている。第２のプローブ要素２８は第３の表面３３を有する。第１のプローブ要素１４と同様、第２のプローブ要素２８は、容器壁８を貫通していてよく又は貫通していなくてもよい。第３の表面３３は、サンプル（例えば液体１０）と直接接触するように配置される。第２のプローブ要素２８は、サンプル（例えば液体１０）と直接接触しない第４の表面３４を有する。第３及び第４の表面は、第１のプローブ要素１４の第１及び第２の表面３１及び３２にそれぞれ対応しており、同じように構成されてよい。

【0043】

図示された実施形態においては、測定システムは、第３の表面３３の第３の温度を測定するように構成される第３の表面温度センサ２３と第４の表面３４の第４の温度を測定するように構成される第４の表面温度センサ２４とを備える。測定システムは、第３及び第４の表面温度センサ２３及び２４からの出力を用いて、第３の表面３３を通っての熱伝達率を測定することができる（上記［１］式を用いて）。処理ユニット４は、測定された第１及び第３の表面３１及び３３を通っての熱伝達率を解析して、サンプル（例えば液体１０）の組成の指標となるサンプル（例えば液体１０）の熱伝達特性を検出し又はサンプル（例えば液体１０）の汚染の指標となるサンプル（例えば液体１０）の熱伝達特性の変化を検出するように構成される。

【0044】

図示された実施形態では、第１のプローブ要素１４は第１のプローブ要素ヒータ２６を備える。他の実施形態においては、第２のプローブ要素２８もまたヒータ（「第２のプローブ要素ヒータ」と称することがある）を備える。第２のプローブ要素ヒータは、図２及び図３を参照して上述したような第１のプローブ要素ヒータ２６が構成され得る任意の方法で構成されてよい。

【0045】

例えば図４に示すように、第１及び第２のプローブ要素１４及び２８を有する種々の実施形態においては、サンプル（例えば液体１０）と２つのプローブ要素１４及び２８の各々との間のそれぞれの熱伝達率ｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２は、下記の［３］及び［４］式によって与えられてよい。

【数3】

【数4】

【0046】

第１のプローブ要素１４が加熱される図４の例においては、第３の表面温度Ｔ_３は第１の表面温度Ｔ_１よりも低くなるはずである。従って、ｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２は互いに異なることになる。両プローブ要素１４及び２８が同じ設計で且つそれらを通り過ぎる任意の流れ（例えば液体の流れ）が同じであるとすれば、熱伝達係数も同じである（即ちｈ_１＝ｈ_２＝ｈ）。これにより２つの等式の未知数はｈ及びＴ_Ｌの２つとなる。従って、ｈを決定することができる（Ｔ_Ｌの別途の測定を何ら伴わずに）。

【0047】

代替的な手法においては、Ｔ_Ｌは測定されるが、第２及び第４の表面温度のうち一方のみが測定される（ｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２の一方のみが利用可能である）。この場合の２つの未知数はｈとｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２の一方とであり、やはりｈを求めることができる。この場合、第２及び第４の表面温度を測定するための装置を単純化することができる（２つの温度の一方が測定されることのみを必要とすることによって）。そのような実施形態においては、Ｔ_Ｌは測定されてよいし、あるいはキャリブレーション及びルックアップテーブルの定義から導出されてもよい。

【0048】

図４の実施形態においては、一方のプローブ要素を加熱すると共に他方のプローブ要素を加熱しないことによって、異なるｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２が得られる。このことは必須ではない。両プローブ要素を異なる量だけ加熱することによって、一方のプローブ要素を冷却すると共に他方のプローブ要素を加熱することによって、一方のプローブ要素を冷却すると共に他方のプローブ要素を冷却しないことによって、又は両プローブ要素を異なる量だけ冷却することによっても、異なるｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２を求めることができる。代替的又は追加的に、２つのプローブ要素を異なる材料（異なる熱伝導率を有する材料）から形成することができる。例えば、第１のプローブ要素１４を金属材料から形成し、第２のプローブ要素２８をセラミック材料から形成することができる。プローブ要素１４，２８を異なる材料から形成することによって、プローブ要素１４，２８のいずれもが加熱されない場合であっても、異なるｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２を達成することができる（但し、ｑ´_ｐ１及びｑ´_ｐ２の間の差の大きさを増大するために加熱を適用することはでき、この場合、精度が向上する）。

【0049】

複数のプローブを追加的又は代替的に用いる場合、ｈの独立した複数の測定をもたらすことにより、精度を向上することができる。この手法は、特に、複数の測定がブリッジ配置に組み込まれて差動出力を提供する場合に特に効果的であろう。

【0050】

ある実施形態においては、装置２は、第１の表面３１及び第３の表面３３から選択された一方に隣接する領域に磁性粒子又は磁化可能粒子を優先的に引き付けるように構成される磁石７２を更に備える。例えば、磁石７２は、第３の表面３３よりも第１の表面３１に近くに位置させられてよく及び／又は第３の表面３３の領域内よりも第１の表面３１の領域内に強い磁場を印加するように方位付けられていてよい（例えば、磁石７２から第１の表面３１に至る平均化された磁場の大きさは、磁石７２から第３の表面３３に至る平均化された磁場の大きさよりも大きい）。そのような配置の例が図４に示されている。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子が検出されることがある場合にその感度を高める。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子がその内部で移動可能なサンプル（例えば液体）におけるそのような粒子の存在を検出するために特に効果的である。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子を伴う液体の汚染を検出するために特に効果的である。ある実施形態においては、磁性粒子又は磁化可能粒子が優先的に引き付けられる表面（例えば第１の表面３１）を通っての熱伝達率の測定値と磁性粒子又は磁化可能粒子が優先的に引き付けられない表面（例えば第３の表面３３）を通っての熱伝達率とが比較される。大量の磁性粒子又は磁化可能粒子が存在する場合、それぞれの表面を通っての熱伝達の間で大きな差が期待される。

【0051】

ある実施形態においては、第１のプローブ要素１４は、サンプルが第１のプローブ要素１４に押し付けられた場合に第１の表面３１が変形してサンプルの表面（例えば非平面）に一致することを可能にするようにされている。この種の実施形態は、第１の表面３１に自然に一致する表面を有していない固体サンプルへの適用を容易にする。第１のプローブ要素１４をこのように構成することにより、例えば、第１の表面３１とサンプルの間に他の物質や空隙が存在することを回避できるので、第１の表面３１とサンプルの間の良好な熱接触が再現性よく達成される。

【0052】

図４を参照して上述した実施形態においては、第１のプローブ要素ヒータ２６と第１の表面温度センサ２１は別々の要素として示されている。このことは必須ではない。他の実施形態においては、単一の抵抗要素が第１のプローブ要素ヒータ２６及び第１の表面温度センサ２１として機能するように構成される。ある実施形態においては、この抵抗要素は薄膜抵抗要素からなり、薄膜抵抗要素は随意的に電気絶縁膜等の支持材内に密閉される。

【0053】

サンプルが液体１０である場合に対して図５にその例が示される実施形態においては、サンプルの組成を検出するための装置が提供される。図５の特定の例においては、この装置は液体１０の汚染を検出するように構成される。この装置は１つ以上の抵抗要素５０を備える。各抵抗要素５０は、サンプル（例えば液体１０）と熱接触するように構成される。抵抗要素５０は、例えば、直接接触しており、あるいは支持材、例えば保護膜又は電気絶縁膜等の薄い要素、を介して接触している。上述した実施形態におけるのと同様に、サンプル（例えば液体１０）は、容器壁８、例えば潤滑油のための油だめ、燃料容器、又は液体の流れのための導管等、に収容されていてよい。ある実施形態においては、１）１つ以上の抵抗要素５０の各々に加熱を提供するために１つ以上の抵抗要素５０の各々に流れる電流を駆動し且つ２）１つ以上の抵抗要素５０の各々の抵抗の変化を測定するように構成される測定システム５４が設けられる。１つ以上の抵抗要素５０は、例えば、抵抗要素５０の温度を抵抗要素の抵抗に正確に結び付ける所定のキャリブレーションを有する抵抗温度計であってよい。処理ユニット４は、サンプルの組成の指標となるサンプルの熱伝達特性を検出するために、１つ以上の抵抗要素５０の各々に供給された熱量と１つ以上の抵抗要素５０の各々の抵抗（及び従って温度）の変化との間の関係を解析する。汚染が検出されている図５の例においては、処理ユニット４は、液体の汚染の指標となる液体１０の熱伝達特性の変化を検出する。

【0054】

ある実施形態においては、加熱のパルスが印加されてよい。加熱のパルスに対する応答が、参照サンプル（例えば液体）（例えば前回モニタリングされたサンプルであってよい）に印加された同じパルスに対する応答と比較されてよい。応答の大きさ、時間の関数としての応答の変動、又は応答の他の種々の側面が考慮されてよい。参照サンプルに印加された同じパルスに対する応答からの任意の偏差は、サンプルの汚染を、あるいはサンプルの化学組成又は構造組成の予想される値又は望まれる値からの他の偏差を示すであろう。偏差のサイズ又は時間依存性は、偏差若しくは汚染の種類又は偏差の大きさ（例えば汚染の量）の指標となり得る。検出処理の感度を調整するために、加熱の性質が変化させられてよい。汚染が検出されている場合には、検出処理の感度は、全ての汚染物質に対して概してより高くなるように、あるいは他の汚染物質に対する感度を犠牲にして特定の選択された汚染物質に対する感度をより高めるように調整されてよい。加熱の性質は、例えば、加熱パルス又は一連のパルスの形状、サイズ、継続時間、又は繰返し速度を変えることによって変化させられてよい。

【0055】

ある実施形態においては、抵抗要素は、抵抗要素の表面積の少なくとも１０％が、随意的には３０％超の表面積が、随意的には約５０％が、随意的には抵抗要素を密閉する支持材（例えば電気絶縁材料の薄膜）を介して、基板に接触するような方法で基板上に実装される。ある実施形態においては、抵抗要素５０は薄膜抵抗要素（例えば薄膜抵抗温度計）である。ある実施形態においては、抵抗要素は、基板上に実装された白金の薄膜からなる。ある実施形態においては、基板は低熱膨張ホウケイ酸ガラスからなる。

【0056】

ある実施形態においては、１つ以上の抵抗要素５０は、サンプル（例えば液体１０）に対向する第１の表面５１と基板５２に対向する第２の表面５３とを有する薄膜抵抗要素である。尚、第１の表面５１及び第２の表面５３は、薄膜の広い面である（非常に薄いいずれの側面も含まない）。ある実施形態においては、第２の表面５３と基板５２の間にサンプルのいかなる部分も存在しない。第２の表面５３は、介在層なしで基板５２に接触しているか、あるいは薄い電気絶縁膜等の支持材を介して接触している。

【0057】

この種の実施形態においては、薄膜抵抗要素５０に直接隣接する基板の表面が第１のプローブ要素の第１の表面の一例である。第１の表面は、薄膜抵抗要素（及び薄膜抵抗要素５０を密閉し得る薄い電気絶縁膜等の任意の支持材）を介してサンプルに直接接触している。観察される抵抗の変化は第１の表面を通っての熱伝達率に直接依存することになるので、薄膜抵抗要素５０を通る電流の駆動、及び薄膜抵抗要素の抵抗の変化の測定により、第１の表面を通っての熱伝達率の測定値がもたらされる。

【0058】

ある実施形態においては、１つ以上の抵抗要素は、電気絶縁膜等の支持材内に密閉される。

【0059】

図１３及び１４は、サンプル（例えば液体１０）の組成を検出するための装置であって、１つ以上の抵抗要素５０を備える装置の更なる例を示す。この特定の例においては、２つの抵抗要素５０、即ち第１の抵抗要素５０Ａ及び第２の抵抗要素５０Ｂが設けられる。この例においては、抵抗要素５０Ａ，５０Ｂの各々は薄膜抵抗要素である。抵抗要素５０Ａ，５０Ｂは、サンプル（この例では液体１０）が収容される容器壁８上又は容器壁８内への実装のために構成されるプラグ７０上に実装される。この実施形態では、プラグ７０は基板として機能する。プラグ内には凹部７６が設けられ、抵抗要素５０Ａ，５０Ｂを流れる電流を駆動すると共に抵抗要素５０Ａ，５０Ｂの抵抗の変化を測定するために、電気線路(electrical tracks)７４が容器壁８の外側の領域から抵抗要素５０Ａ，５０Ｂへと引き込まれることを可能にしている。凹部７６は、例えばプラグのシーリングを可能にするために、絶縁材料で充填されていてよい。第１の抵抗要素５０Ａ及び第２の抵抗要素５０Ｂから選択された一方（この特定の例では第１の抵抗要素５０Ａ）に隣接する領域に磁性粒子又は磁化可能粒子を優先的に引き付けるために、磁石７２が設けられる。例えば、磁石７２は、第２の抵抗要素５０Ｂよりも第１の抵抗要素５０Ａに近くに位置させられてよく及び／又は第２の抵抗要素５０Ｂの領域内よりも第１の抵抗要素５０Ａの領域内に強い磁場を印加するように方位付けられていてよい（例えば、磁石７２から第１の抵抗要素５０Ａに至る平均化された磁場の大きさは、磁石７２から第２の抵抗要素５０Ｂに至る平均化された磁場の大きさよりも大きい）。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子が検出される場合にその感度を高める。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子がその内部で移動可能なサンプル（例えば液体）におけるそのような粒子の存在を検出するために特に効果的である。磁石７２は、磁性粒子又は磁化可能粒子を伴う液体の汚染を検出するために特に効果的である。ある実施形態においては、第１の抵抗要素５０Ａが実装される表面を通っての熱伝達率の測定値と第２の抵抗要素５０Ｂが実装される表面を通っての熱伝達率とが比較される。大量の磁性粒子又は磁化可能粒子が存在する場合、大きな差が期待される。ある実施形態においては、第１の抵抗要素５０Ａに供給された熱量と第１の抵抗要素５０Ａの抵抗の変化の間の関係と第２の抵抗要素５０Ｂに供給された熱量と第２の抵抗要素５０Ｂの抵抗の変化の間の関係とが比較される。大量の磁性粒子又は磁化可能粒子が存在する場合、大きな差が期待される。

【0060】

図１５及び１６は、１つ以上の抵抗要素５０を備える更なる例を示す。この例においては、第１の抵抗要素アセンブリ８６が設けられ、第１の抵抗要素アセンブリ８６においては、第１の抵抗要素５０Ａは薄膜抵抗要素であり、導電性線路９０及び９２が第１の抵抗要素５０Ａへの電気的接続を提供している。第１の抵抗要素５０Ａ及び導電性線路は、フレキシブルな薄い絶縁膜の形態で設けられた支持材８４内に密閉されている。ある実施形態においては、第１の抵抗要素アセンブリ８６も全体としてフレキシブルである。また、第２の抵抗要素アセンブリ８８が設けられ、第２の抵抗要素アセンブリ８８においては、第２の抵抗要素５０Ｂは薄膜抵抗要素であり、導電性線路９０及び９２が第２の抵抗要素５０Ｂへの電気的接続を提供している。第２の抵抗要素５０Ｂ及び導電性線路は、フレキシブルな薄い絶縁膜の形態で設けられた支持材８４内に密閉されている。ある実施形態においては、第２の抵抗要素アセンブリ８８も全体としてフレキシブルである。

【0061】

第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８は基板５２上に実装され、従って第１及び第２の抵抗要素５０Ａ，５０Ｂは支持材８４を介して５２上へと実装されている。ある実施形態においては、第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８は、基板５２に接着されてよい。サンプル８２は、基板５２と反対側の第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８の表面上に設けられる。これにより、第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８はサンプル８２と基板５２の間に挟まれている。第１の抵抗要素５０Ａに直接隣接する基板５２の表面が、第１のプローブ要素の第１の表面３１の一例である。第１の表面３１は、第１の抵抗要素５０Ａ及び支持材８４を介してサンプル８２に直接接触する。観察される抵抗の変化は第１の表面３１を通っての熱伝達率に直接依存することになるので、第１の抵抗要素５０Ａを流れる電流の駆動、及び第１の抵抗要素５０Ａの抵抗の変化の測定により、第１の表面３１を通っての熱伝達率の測定値がもたらされる。同様に、第２の抵抗要素５０Ｂに直接隣接する基板５２の表面が、第２のプローブ要素の第３の表面３３の一例である。第３の表面３３は、第２の抵抗要素５０Ｂ及び支持材８４を介してサンプル８２に直接接触する。観察される抵抗の変化は第３の表面３３を通っての熱伝達率に直接依存することになるので、第２の抵抗要素５０Ｂを通る電流の駆動、及び第２の抵抗要素５０Ｂの抵抗の変化の測定により、第３の表面３３を通っての熱伝達率の測定値がもたらされる。

【0062】

ある実施形態においては、１つ以上の抵抗要素５０及び基板５２は、抵抗要素と基板の間の熱接触を維持しつつ、サンプル８２が抵抗要素５０に（随意的には支持材８４を介して）押し付けられた場合に第１の表面３１が変形してサンプル８２の表面に一致することを可能にするようにされている。

【0063】

図１７は代替的な実施形態を示しており、ここでは、第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８はサンプル８２に接続され（例えば接着により）、あるいはサンプル８２に押し付けられているが、基板５２は設けられていない。代わりに、第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８の面(sides)が大気中に開放されていてよい。この場合、大気が基板５２の役割を果たす。抵抗要素５０Ａ，５０Ｂ内で生じた熱は、基板５２内へではなく、大気中へと消散することになる。大気の熱特性がサンプル８２の熱特性とそれほど大きくは違わない限りにおいて、サンプルの熱特性の高感度測定が可能である。この配置は、サンプル８２が曲面を有している場合に特に有用である。第１及び第２の抵抗要素アセンブリ８６，８８は、その曲面に一致するようにされれば十分だからである。例えば、曲面に一致するように基板５２を配置する必要がない。また、この配置は、構造的に単純であり且つコンパクトである。

【0064】

図１５〜１７の実施形態は２つの抵抗要素５０Ａ，５０Ｂを備えているが、このことは必須ではない。他の実施形態においては、単一の抵抗要素又は３つ以上の抵抗要素が設けられる。

【0065】

図１８は、図１７を参照して上述したタイプの実施形態を、曲面を有するサンプル８２に適用した例を示す。この特定の例においては、単一の抵抗要素アセンブリ８６が示されているが、更なる抵抗要素アセンブリが設けられてもよい。

【0066】

図１０は、機械加工可能なガラスセラミック基板上に実装された白金からなる薄膜を抵抗要素５０が備える実施形態を用いて得られたデータ例を示す。縦軸は、抵抗要素への一定電流の加熱パルス（約５０オームの抵抗に対する５Ｖに対応）の印加に際しての抵抗要素５０からの出力電圧を示している。縦軸は抵抗要素５０の抵抗に比例し、抵抗値は、抵抗要素５０の温度の関数として所定の形で順次変化する。横軸は０〜５ｍｓの時間を測定しており、この時間はこの例では加熱パルスの継続時間に対応する。抵抗要素５０は、基板に密着して実装されたので、この特定の例においては、白金膜の表面積の約５０％がテスト中の液体に暴露された。図１０に示す３つの曲線は、それぞれ、抵抗要素５０が３つの異なる処方の液体に接触した場合に、抵抗要素５０の抵抗（及び従って温度）が、加熱パルスの印加に際して時間の関数としてどのように変化したのかを示している。曲線２０１は、液体が油のみからなる場合に対応する。曲線２０２は、液体が油と水の混合物からなる場合に対応する。曲線２０３は、液体が油と小さな銅粒子の混合物からなる場合に対応する。見て分かる通り、３つの曲線２０１〜２０３の高さは、各場合において同一の加熱パルスが印加されたという事実にもかかわらず、著しく異なる。３つの曲線２０１〜２０３の間の差は、各場合における液体の熱伝達特性が異なることにより生じている。要するに、水又は銅粒子（及び拡張的には他の汚染物質）による油の汚染の検出は、抵抗要素５０がテスト中の液体に暴露されている場合に同一の加熱パルスを抵抗要素５０に印加すると共に結果を図１０の曲線と比較することによって達成可能であるということである。例えば、この例における汚染は、加熱パルスの印加に際して抵抗要素５０の温度をより高くする傾向があるので、加熱パルスの印加に際しての所定の時点（又は平均値）での、純粋油参照曲線よりも高い所定のスレッショルド量を超える抵抗要素５０の温度の検出は、許容量を超える汚染を示しているものと解釈されてよい。

【0067】

代替的な実施形態においては、抵抗要素５０は要素６０を備え、要素６０は、要素６０の表面積の大部分を越えて、随意的には表面積の９０％を越えて、随意的には表面積の９５％を越えて、随意的には表面積の９９％を越えてサンプル（例えば液体１０）に直接接触するように実装される。そのような要素６０の一例が図６に示されている。要素６０はワイヤ（例えば約１００ミクロン直径）又は他の細長い要素を備えていてよい。要素６０は、その幅（例えば円形ワイヤの場合の直径）よりも実質的に大きな長さを有していてよい。例えば、長さは、要素６０の幅又は直径の１００倍よりも大きくてよい。要素６０は例えば支柱６２間に懸架されていてよく、これら支柱６２は、電極として機能してよく又は電極を支持してよい。支柱／電極６２は、要素６０よりも何倍も大きくてよく（従って何倍も大きな熱容量を有していてよい）。支柱６２が電極として機能する場合には、サンプル（例えば液体１０）が収容される容器壁８からこれらの電極を絶縁するために、電気絶縁材料６４が設けられてよい。この種の配置においては、要素６０への及び要素６０からの熱流の大部分又は実質的に全部が、サンプル（例えば液体１０）を通過する必要がある。要素６０内で極めて鋭い温度遷移を達成することができ及び／又は蒸気相を急速に生成することができる。

【0068】

ある実施形態においては、装置は、要素６０の表面をクリーニングするために、極めて高い温度（例えば７００〜８００Ｋ）まで加熱するように構成される。例えば、要素６０を極めて高い温度で熱分解クリーニングすることによって、油性ワニス等の堆積物を除去することができる。そのような堆積物が除去されないとすると、熱伝達測定に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0069】

ある実施形態においては、要素６０は、所定の汚染物質（例えば水）の沸点を含む温度範囲を経て加熱される。上述したように、所定の汚染物質の気化より前の液体１０の熱伝達特性は、所定の汚染物質の気化の後の液体１０の熱伝達特性とは大きく異なるであろう。従って、所定の汚染物質の沸点を含む温度範囲を経て要素６０の温度が駆動されるときの時間に対する要素６０の抵抗の曲線は、関与している特定の所定の汚染物質に特有な特徴を示すはずである。例えば、所定の汚染物質が水である場合、その曲線は、要素６０に隣接する水の沸騰を生じさせる点まで要素６０の温度が上昇するにつれて特徴（ステップ又は不安定性等）を示すはずであるから、これにより、水の存在の識別が可能である。また、特徴の大きさは、存在している汚染物質の量に関する情報を提供するであろう。

【0070】

上述したように、測定システム５４は、要素６０の抵抗（及び従ってキャリブレーションが利用可能である場合に温度）を測定するのと同時に、要素６０に流れる電流を駆動することによって、抵抗要素（例えば要素６０）へ電力を供給するように構成されてよい。例えば要素６０が白金からなる場合、温度と抵抗の間の極めて線形的な関係が知られている。

【0071】

要素６０に供給される電力Ｐは、それに流れる電流Ｉ及び要素６０の抵抗Ｒを用いて

【数5】

と表すことができ、ここでＲは温度Ｔの関数であり下記に従う。

【数6】

【0072】

例えば、要素６０が一定の電圧パルスで駆動されるとすると、温度ＴはＩを測定してＲを決定することによって導出することができる。ｆ（Ｔ）は、事前のキャリブレーション測定から求めることができる。

【0073】

要素６０が真空中で加熱（電流によって）されたとすると、昇温速度は下記の［Ｃ］式

【数7】

で与えられ、ここでＣ_ｐは要素６０を形成している材料の比熱容量、ｍは要素６０の質量、Ｊは要素６０に投入された総エネルギ、ｔは時間、Ｔ_０は要素６０の初期温度、Ｔは要素６０の最終的な温度である。

【0074】

抵抗加熱からの投入エネルギは下記によって与えられる。

【数8】

【0075】

真空がサンプル（例えば液体）で置き換わるとすると、

【数9】

で与えられるサンプルへのエネルギの移動もあり、ここでｑ´はサンプル（例えば液体）への熱伝達率である。

【0076】

熱伝達周期が比較的短い場合、

【数10】

で与えられるヌセルト数(Nusselt number)Ｎｕ_Ｌはゼロになる傾向があり、ここでκは液体の熱伝導率、Ｌは代表長さ(characteristic length)、ｈは対流熱伝達係数である。これは、ギアボックス内又は油管内等での動的液体における熱伝達を測定する場合に重要である。Ｎｕ_Ｌの結果がゼロになる傾向があるということは、熱伝達の実質的に全てが液体の熱伝達係数に起因するとほぼ推定し得るということである。また、良好な液体及び良好でない液体の特性が、意図的な欠陥（１％水添加等）を与えて、あるいは既知の使用後／欠陥サンプルをテストすることによって、実験的にテストされてよい。

【0077】

加熱により生じる抵抗要素の抵抗／温度の変化は、サンプル（例えば液体）が熱を逃がす能力に依存し、従ってサンプル（例えば液体）の熱伝達特性に依存するはずである。サンプル（例えば液体）の熱伝達特性が例えば汚染により参照サンプルとの対比において異なる場合、このことは、供給された熱量と結果として得られた抵抗要素の抵抗／温度の変化との間の関係の、参照サンプル（例えば汚染されていない液体）に対して予想される関係からの偏差として検出可能であるはずである。

【0078】

図５及び６に示すタイプの実施形態によれば、液体１０のための容器壁８に接続される装置の一部を簡略化することが可能である（例えばそれよりも前の図面に示すタイプの実施形態との比較において）。その一方で、必要な精度を得るために、より高度な電子的測定及び／又はキャリブレーション測定が必要な場合がある。

【0079】

他の実施形態においては、熱伝達の二次導関数ｑ´´が求められてよい。ｑ´´は下記の通り定義されてよい。

【数11】

【0080】

二次微分ｑ´´はサンプル（例えば液体）の他の有用な特性を明らかにするであろう。二次導関数ｑ´´は要素６０に大きなパルス電力を印加することによって得られてよい。

【0081】

そのような測定を行うように構成される測定システム５４の回路例が図７に示されている。

【0082】

以下の要素が図７に示される。
１０１ 電力増幅器（例えば定格約１０Ａ）
１０２ 蓄電器（例えば約４０，０００μＦ）
１０３ 電源（例えばＤＣ約３０Ｖ）
１０４ Ｉのための差動増幅器
１０５ Ｖのための緩衝増幅器
Ｒ１＋Ｒ２ ブリッジバランス
Ｒ３＋Ｒ_Ｇ アクティブブリッジハーフ
Ｑ１ 電力スイッチ（例えば高速低抵抗ＭＯＳＦＥＴ）
Ｃ 電流Ｉ出力
Ｄ 電圧Ｖ出力
Ｅ ブリッジの高側
Ｆ ブリッジの低側
Ｇ パルス制御信号
Ｒ４ 電流センスシャント（抵抗）（例えば２０ｍΩ）
Ａ＋Ｂ 開発のための診断用差動信号出力
１０６ ダイオード整流器
１０７ 参照電圧

【0083】

電圧源１０３によって生じた電圧は、整流器ダイオード１０６を介して高電荷蓄電器１０２を充電する。蓄電器１０２は、電力増幅器１０１への高電流電力源を提供する。参照電圧１０７は、Ｅにおいて高側電圧を設定する。

【0084】

Ａ、Ｅ、Ｂ、及びＦ点の間にブリッジが作られる。一例として、Ｒ３及びＲ_Ｇは約１．０オーム、Ｒ１及びＲ２は約４７０オームである。Ｇでの信号パルスの下でＦ点を急速に接地するために電力スイッチデバイスＱ１が設けられている。この回路は、電力増幅器１０１からの高利得帯域を必要とせずにブリッジ定常電圧が維持されることを可能にする。電力増幅器１０１は、あるＤＣレベルを維持しさえすればよい。ブリッジの低側で高速ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチＱ１を用いて、正確なタイミングで高エネルギパルスを生じさせることが可能である。

【0085】

ブリッジへの電圧印加により、差動電圧点（Ａ及びＢ）間には、ゲージ要素Ｒ_Ｇ（例えば図６の要素６０）のオーム抵抗変化に対応する電位差がもたらされる。ブリッジ内の他の抵抗としては、温度による抵抗変化が極めて小さい（ｐｐｍ）ものが選択される。従って、観測されるブリッジ電圧は、ゲージＲ_Ｇのみの関数となる。

【0086】

要素６０への熱伝達及び要素６０からサンプル（例えば液体）への熱伝達の正確な測定のために、［Ｃ］、［Ｄ］、及び［Ｅ］式は、要素６０に関する電圧Ｖ及び電流Ｉの測定を必要とする。電流は、Ｃでの回路出力から決定される。電圧は、Ｄでの回路出力から決定される。このように、投入エネルギ及び対応する温度上昇を決定することができ、サンプル（例えば液体）への熱伝達関数を計算することができる。

【0087】

総エネルギ及びエネルギ率は、参照電圧１０７及びＧでのパルス継続時間を変化させることによって制御され得る。典型的な実施形態においては、１つのパルスは数ミリ秒続き、数百ミリ秒の間パルス印加が繰り返されることはない。

【0088】

この回路は、貧弱な電源がエネルギを蓄えて極めて高いエネルギ密度のパルスを供給することを可能にする。電子制御により、Ｃ及びＤでの電圧信号を読み取りつつ、電力レベル及びパルス継続が駆動される。電子制御は、測定システム５４又は処理ユニット４（あるいは両方）によってもたらされてよい。

【0089】

ある実施形態においては、熱伝達データを計算する時間を残すために、コンピュータメモリ内の記憶装置への高速ＡＤＣが採用され、この熱伝達データから、定量的測定を行ってこれをキャリブレーションされたルックアップテーブルと比較することでテスト中のサンプル（例えば液体）の汚染特性の定性的評価をもたらすことができる。この機能は、例えば処理ユニット４内において実行されてよい。

【0090】

図１１及び１２は、種々の異なる液体に暴露された場合に、図６に示すタイプの抵抗要素５０に加熱パルスを印加した結果を示す代表的データを示す。この特定の例においては、抵抗要素５０は以下の特性を有していた。即ち、組成＝９９．９％Ｐｔ、直径＝１００ミクロン、長さ＝１０ｍｍであった。抵抗要素５０の環境抵抗(ambient resistance)Ｒは、Ｒ≒０．１４オームであった。抵抗要素５０を約８０℃だけ加熱することにより、抵抗は０．１７２２オームまで上昇することになる。１０倍増幅のブリッジ上では、これにより２．０５ボルトが生じる。電力を管理し、電力不安定性又はスパイクにより生じ得る抵抗要素５０の損傷を回避するために、制御電子回路が設けられる。縦軸は、加熱パルスの印加に際しての抵抗要素５０からの出力電圧を示す。縦軸は抵抗要素５０の抵抗に比例し、抵抗値は、抵抗要素５０の温度の関数として所定の形で順次変化する。横軸は、加熱パルスの印加に渡る時間間隔を測定している。

【0091】

図１１に示す７つの曲線は、それぞれ、抵抗要素５０が７つの異なる処方の液体に接触した場合に、抵抗要素５０の抵抗（及び従って温度）が、加熱パルスの印加に際して時間の関数としてどのように変化したのかを示している。曲線３０１は、液体が比較的硬度の低い水のみからなる場合に対応する。曲線３０２は、液体が１０Ｗ４０油のみからなる場合に対応する。曲線３０３は、液体が１０Ｗ４０油＋１０％水の混合物からなる場合に対応する。曲線３０４は、液体が古いエンジン油からなる場合に対応する。曲線３０５は、液体がＩＰＡ（イソプロパノールアルコール）クリーナからなる場合に対応する。曲線３０６は、液体がＩＰＡクリーナ及び水の５０／５０混合物からなる場合に対応する。曲線３０７は、液体が比較的硬度の高い水からなる場合に対応する。

【0092】

図１２に示す６つの曲線は、それぞれ、抵抗要素５０がディーゼル燃料に基づく６つの異なる処方の液体に接触した場合に、抵抗要素５０の抵抗（及び従って温度）が、加熱パルスの印加に際して時間の関数としてどのように変化したのかを示している。曲線４０１は、液体がディーゼル燃料のみからなる場合に対応する。曲線４０２は、液体が１％の水を有するディーゼル燃料からなる場合に対応する。曲線４０３は、液体が２％の水を有するディーゼル燃料からなる場合に対応する。曲線４０４は、液体が５％の水を有するディーゼル燃料からなる場合に対応する。曲線４０５は、液体が１０％の水を有するディーゼル燃料からなる場合に対応する。曲線４０６は、液体が非常に汚れた「スラッジ」組成からなる場合に対応する。

【0093】

図１１及び１２の曲線において、関与した液体の組成の変更は、特定の時点での抵抗要素５０の抵抗の絶対値においてのみならず、抵抗が時間の関数としてどのように変化したか（即ち曲線の形状）においても、顕著な変化をもたらしていたことが明らかに分かる。従って、曲線の絶対値及び形状のいずれか一方又は両方を用いて、液体の組成の変化を検出することができる。曲線の形状は、例えば、時間に関する抵抗（又は温度）の導関数（例えば一次導関数、二次導関数等）に注目することによってパラメータ化されてよい。液体の組成の変化は、例えば、所定のスレッショルドより大きい抵抗の導関数の変化を探すことによって検出されてよい。既に述べたように、感度を最適化するために、入力パルスの性質が変化させられてもよい（それにより、例えば、投入エネルギの量、エネルギ投入速度、投入エネルギの変化の速度等が変化する）。

【0094】

図１１及び１２の曲線は、液体の成分の相変化（例えば水の気化）が曲線における区別可能な（及び従って検出可能な）特徴をどのようにもたらすのかも示している。例えば、図１１及び１２の実験設定において、８０℃の温度上昇（水の沸点に到達するのに概ね必要であろう温度上昇）が、結果として抵抗要素５０の抵抗の２３％の変化をもたらしている。電圧単位に変換すると、これは２．０５ボルトである。水の気化の最も単純な効果は、図１１の曲線３０１及び３０７において見ることができ、これらの曲線は、それぞれ、影響のある他の成分を伴わない比較的硬度が低い水及び比較的硬度が高い水を表している。温度が１００℃あたりに達すると（約２．０５ボルトの電圧上昇）、それぞれの曲線は不安定になり始め、一連の温度の下降及び上昇を示すことが分かる。温度の下降は、水蒸気のポケットが形成され次いで冷水で満たされる（これにより温度低下がもたらされる）ときに生じる。水は次いで、水蒸気の次のポケットが生成されるまで再び加熱される（これにより温度上昇がもたらされる）。そのような挙動の識別を用いて、液体（又は液体内の成分）の沸点を識別することができ、それにより、液体の組成又は液体内の成分の組成に関する情報が提供され得る。

【0095】

図１２の曲線４０２〜４０６において、ディーゼル燃料が比較的汚染されていない場合（曲線４０１）と比べて、抵抗要素５０から熱がどれほど効率的に持ち出されるのかに水の存在が大きく影響していることが分かる。尚、最初の１００℃は出力電圧の２．０５ボルトの上昇に対応し、それに続く各１００℃は出力電圧の２．７３ボルトの上昇に対応する。従って、ディーゼル燃料のこのテスト例においては、温度が３５０℃程度まで上昇していることが分かるはずである。１４ｍｓあたりで曲線４０１に見られる僅かな傾斜の変化は、比較的純粋なディーゼル燃料でさえも実際には微量の水を含んでいる（０．１％のオーダと推定される）のが理由である。微量の水でさえも水の熱伝達特性にこのように大きな影響を与えるという事実からも、汚染を検出する本手法の感度が強調される。

【0096】

図１１に示す油と水の混合物に対する曲線と図１２に示す燃料と水の混合物に対する曲線は、形状が大きく異なる。これは、各場合に含まれる成分の異なる相対的混和性、及び結果として得られる２相混合物の特性に影響する他の要因に起因しているものと思われる。

【0097】

ある実施形態においては、装置２は、液体内の金属汚染物質を検出するように構成される渦電流センサ３６を更に備える。構成例が図４に示すタイプの配置に関連して図８及び９に模式的に示されている。しかし、渦電流センサ３６のための多くの他の構成を想定することができ、本発明の任意の実施形態との組み合わせにおいてそれらを用いることができる。渦電流センサは、１つのコイル（図８のような）、２つのコイル（図９のような）、又は更なるコイルを備えていてよい。コイルは、第１及び／又は第２の表面３１，３２や抵抗要素５０に隣接する液体１０の一部分において優先的に金属不純物の存在を検出するように構成されてよい。渦電流センサ３６は、汚染のレベル及び／又は液体の汚染の種類に関する更なる情報を提供することができる。

【0098】

本発明の実施形態は、多種多様な状況において液体の汚染を検出するために適用することができる。例えば、液体は、エンジン及びギアボックスを含む、可動部を有する任意の機械における潤滑液又は冷却液であってよい。液体は、油圧油又は燃料を備えていてよい。液体は、洗浄液、例えば食品製造施設で使用する洗浄液であってもよい。

【0099】

図１９は、サンプルが種々の異なる個体対象物を備える場合に、図５又は図１３〜１８のいずれかを参照して上述したタイプの抵抗要素５０に加熱パルスを印加した結果を示す代表的データを示している。抵抗要素５０は、薄い導電性膜を備える支持材内に密閉された。参照固体対象物に対する曲線には「Ｄａｔｕｍ」と表示されている。同一の公称組成の他の個体対象物に対する曲線はＭ１〜Ｍ７で表されている。この特定の例においては、固体対象物はそれぞれ微粒子化された岩石のサンプルである。縦軸は、加熱パルスの印加に際しての抵抗要素５０からの出力電圧を示す。縦軸は抵抗要素５０の抵抗に比例し、抵抗値は、抵抗要素５０の温度の関数として所定の形で順次変化する。横軸は、加熱パルスの印加に渡る時間間隔を測定している。図１９は、同一の公称組成の固体サンプルにおいてさえも、実際の組成の小さな変化が、加熱パルスに対する抵抗要素５０の応答において検出可能な差をもたらし、それにより、サンプルの参照サンプル（「Ｄａｔｕｍ」）からの偏差の検出が可能であることを実証するものである。

【0100】

抵抗要素５０が支持材又は他の材料によってサンプル８２から隔てられている実施形態においては、発生した熱がサンプル８２内に有意に移行するのに十分長い時間（パルス長）電流が印加されるべきである。もしパルス長が短すぎると、加熱に際して支持材又は他の材料のみについてサンプリングがなされ、支持材又は他の材料の熱特性に関する情報が提供されてしまい、これは興味の対象ではないであろう。これが、図１９の例（抵抗要素は支持材により密閉されている）におけるパルス長（０．１ｓ）が図１０〜１２の例において用いられたパルス長よりもだいぶ長い理由である。抵抗要素５０で生じた熱により種々の層が順次サンプリングされるという事実は、一回の測定で１つのサンプルの種々の層に関する情報を得るために用いることができる。異なる時間窓における抵抗要素の抵抗の差異は、異なる層に起因している可能性がある（より早い時間窓はより深い時間窓よりも浅い層に対応している）。これにより、１つのサンプルの熱特性に関する情報をそのサンプル内の異なる深さで選択的に得る便利な方法が提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】