Capacitive liquid detection printed circuit board assembly

Abstract

Methods and systems for employing a sensor to detect whether a liquid is present in a beverage machine or to identify a liquid in a beverage machine. A sensor may have a controller to facilitate charging of a capacitor that surrounds a tube carrying the liquid. The sensor may use the amount of the charge absorbed by the liquid from the capacitor to determine a presence of liquid or identify a type of liquid.

Description

CAPACITIVE LIQUID DETECTION PRINTED CIRCUIT BOARD ASSEMBLYFIELD

[0001] This disclosure relates to the determination or identification of liquid in a system like a beverage machine, such as a coffee brewer that use a liquid to form the beverage.BACKGROUND

[0002] Beverage machines generally require liquid to be supplied for beverage formation. As an example, some coffee brewers use a temperature sensor positioned to contact liquid in a heater tank to detect the temperature of liquid in the tank and to control a heater accordingly.SUMMARY

[0003] According to one aspect, a beverage machine is provided. The beverage machine may include a liquid supply tank to hold a liquid for forming a beverage and a supply conduit fluidly coupled to receive the liquid from the liquid supply tank. The beverage machine may also include a first capacitor and a second capacitor surrounding an external surface of at least a segment of the supply conduit. The second capacitor may be charged using the first capacitor such that, during use, a portion of an electric field emanating from the second capacitor is absorbed by the liquid in the supply conduit. A controller may detect a presence of the liquid in the supply conduit based on the portion of the electric field absorbed by the fluid.

[0004] According to another aspect, a system for liquid detection is provided. The system may include a first capacitor and a second capacitor formed with an opening configured to receive a conduit. The second capacitor may be charged using the first capacitor such that, during use, a portion of an electric field emanating from the second capacitor is absorbed by liquid in the conduit. A controller may detect a presence of the liquid in the conduit based on the portion of the electric field absorbed by the fluid.

[0005] These and other aspects of the disclosure will be apparent from the following description and claims. It should be appreciated that the foregoing concepts, and additional concepts discussed below, may be arranged in any suitable combination, as the present disclosure is not limited in this respect. Further, other advantages and novel features of the present disclosure will become apparent from the following detailed description of various non-limiting embodiments when considered in conjunction with the accompanying figures.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0006] In the drawings, each identical or nearly identical component that is illustrated in various figures may be represented by a like numeral. For purposes of clarity, not every component may be labeled in every drawing. In the drawings:

[0007] FIG. 1 is a perspective view of a beverage machine in an illustrative embodiment;

[0008] FIG. 2 is schematic diagram of selected components of the beverage machine including a liquid sensor according to some embodiments;

[0009] FIG. 3A is a circuit diagram of a liquid sensor indicating a phase of operation according to some embodiments;

[0010] FIG. 3B is the circuit diagram of FIG. 3A indicating another phase of operation according to some embodiments;

[0011] FIG. 3C is the circuit diagram of FIG. 3A indicating yet another phase of operation according to some embodiments;

[0012] FIG. 4 illustrates aspects of an exemplary sensor according to some embodiments;

[0013] FIG. 5A shows an exemplary embodiment of a capacitor of a liquid sensor;

[0014] FIG. 5B shows another exemplary embodiment of a capacitor of a liquid sensor;

[0015] FIG. 5C shows yet another exemplary embodiment of a capacitor of a liquid sensor;

[0016] FIG. 5D shows yet another exemplary embodiment of a capacitor of a liquid sensor; and

[0017] FIG. 6 illustrates aspects of an exemplary sensor according to some embodiments.DETAILED DESCRIPTION

[0018] It should be understood that aspects of the disclosure are described herein with reference to certain illustrative embodiments and the figures. The illustrative embodiments described herein are not necessarily intended to show all aspects of the disclosure, but rather are used to describe a few illustrative embodiments. Thus, aspects of the disclosure are not intended to be construed narrowly in view of the illustrative embodiments. In addition, aspects of the disclosure may be used alone or in any suitable combination with other aspects of the disclosure.

[0019] The detection of liquid can be useful in a number of systems. In a beverage machine, liquid may be used to prepare a beverage. Detection or identification of the liquid in the system may be necessary to ensure proper functioning of the beverage machine or optimal preparation of a requested beverage. In medical systems, the presence of liquid (e.g., blood, an intravenous fluid) can indicate proper functioning, as well. This is also true of systems used in a number of different applications. Thus, while a beverage machine is detailed for explanatory purposes  herein, the components and techniques discussed for liquid detection and identification are equally applicable to other applications.

[0020] Generally speaking, a beverage machine may be used to form any suitable beverage, such as tea, coffee, other infusion-type beverages, beverages formed from a liquid or powdered concentrate, soups, juices or other beverages made from dried materials, carbonated or uncarbonated beverages. The beverage machine can form such beverages using a base liquid, such as water (e.g., demineralized water, tap water, bottled water) , stored in a liquid supply tank. A beverage machine can be capable of forming a variety of beverages, each requiring a different amount or type of the base liquid. Thus, it may be desirable for a beverage machine to include features that allow the beverage machine to detect one or more physical characteristics of the liquid, e.g., detect a liquid level in the liquid supply tank, detect that liquid is available for use and / or is being provided to the machine components, detect a type of the liquid, detect a temperature of the liquid, etc. As discussed in more detail below, in some embodiments, a beverage machine can include a sensor that performs a capacitive liquid detection process.

[0021] FIG. 1 shows a perspective view of a beverage machine 100 that incorporates features of this disclosure. In this illustrative embodiment, the machine 100 is arranged to form coffee or tea beverages. As is known in the art, a beverage cartridge 110 may be provided to the system 100 and used to form a beverage that is deposited into a user’s cup or other suitable container 120. The cartridge 110 may be manually or automatically placed in a brew chamber of a beverage dispensing station 115 that in some embodiments includes a cartridge holder 3 and cover 4 of the beverage machine 100. For example, the cartridge holder 3 may be or include a circular, cup-shaped or otherwise suitably shaped opening in which the cartridge 110 may be placed. With a cartridge 110 placed in the cartridge holder 3, a handle 5 may be moved by hand (e.g., downwardly) so as to move the cover 4 to a closed position (as shown in FIG. 1) . In the closed position, the cover 4 at least partially covers the cartridge 110, which is at least partially enclosed in a space in which the cartridge 110 is used to make a beverage. For example, with the cartridge 110 held by the cartridge holder 3 in the closed position, water or other liquid may be provided to the cartridge 110 (e.g., by injecting the liquid into the cartridge interior) to form a beverage that exits the cartridge 110 and is provided to a cup or other container 120.

[0022] Of course, aspects of the disclosure may be employed with any suitably arranged system 100, including drip-type coffee brewers, carbonated beverage machines, and other systems that deliver water or other liquid to form a beverage. Thus, a cartridge 110 need not necessarily be used, but instead the beverage dispensing station 115 can accept loose coffee grounds or other  beverage material to make a beverage. Also, the dispensing station 115 need not necessarily include a cartridge holder 3 and a cover 4. For example, dispensing station 115 can include a filter basket that is accessible to provide beverage material (such as loose coffee grounds) , and the filter basket itself may be movable, e.g., by sliding engagement with the beverage machine housing 10, and a cover 4 may be fixed in place. In other embodiments, the dispensing station 115 need not be user accessible but, instead, beverage material may be automatically provided to, and removed from, the dispensing station 115. Moreover, the system 100 need not have a brew chamber but, instead, other types of dispensing stations, e.g., that dispense hot and / or cold water (whether still or carbonated) at an outlet such as a dispensing nozzle without mixing with any beverage ingredient. Accordingly, a wide variety of different types and configurations for a dispensing station 115 may be employed with aspects of this disclosure.

[0023] In some embodiments, the beverage machine 100 uses liquid, such as water, that is provided via a liquid supply line 130 (e.g., tube) to form a beverage. In some embodiments, the supply line 130 can include a tank 135 arranged to hold water or other liquid. The tank 135 can be removably supported on a base 137, which fluidly couples to a port on a bottom of the tank 135 to receive and deliver liquid to other components of the machine 100, such as the dispensing station 115. A removable tank 135 can be convenient for a user because the user can remove the tank 135 from the base 137 by grasping a handle on the tank 135, for example, to fill and then replace the tank 135 on the base 137. This is just one example, however, and a machine 100 can receive and / or store liquid in other ways. For example, the machine 100 can have a connection to a mains water supply (e.g., so-called “city water” or a line that delivers water under pressure to the machine 100) , can have an internal or non-removable liquid supply tank or reservoir, or other suitable arrangement.

[0024] In some embodiments, the machine 100 has one or more sensors (e.g., sensor 200, FIG. 2) or sensor components, and some of those sensors or components may detect characteristics of liquid in the liquid supply line 130. As in an example illustrated in FIG. 2, the machine 100 can include a sensor 200 with a sensor component 205 arranged around the supply line 130 to characterize a liquid in the supply line 130. The sensor component 205 may be part of a sensor circuit that is electrically powered and used by a machine controller 240 to detect the physical characteristics of the liquid and control the machine 100 accordingly. As an example, a controller 240 can use a low water signal from a sensor circuit to provide an indication to a user that water needs to be added to the tank 135 and / or use a temperature signal from a sensor circuit to control a heater or other liquid conditioner (such as a chiller, carbonator, etc. ) . The controller  240 may be implemented as any known controller with memory and processor functionality, as well as inputs and outputs (e.g., control signals) . For example, the controller 240 may include a microcontroller, field programmable gate array (FPGA) , or other known implementation.

[0025] FIG. 2 shows a schematic diagram of selected beverage machine 100 components in one embodiment that employs a sensor 200 that includes components to detect at least one physical characteristic of liquid in the liquid supply 130. The sensor 200 may include a sensor component 205 arranged around the supply line 130. In some embodiments, a sensor component 205 may be a capacitor. In some embodiments, a capacitor may be in the form of a helix, a tube, or other elongated structure surrounding a segment of the supply line 130.

[0026] In some embodiments, the supply line 130 is fluidly coupled to the tank 135 (e.g., via a port at a bottom of the tank 135) and arranged to deliver liquid to a pump 210. The pump 210 can have an inlet fluidly coupled to the supply line 130 to receive liquid from the tank 135, and can deliver the liquid via an outlet to a heater 220 (or other liquid conditioner such as a chiller, carbonator, etc. that is fluidly coupled to the pump outlet) , which heats (cools, carbonates, etc. ) the liquid that is subsequently delivered to the dispensing station 115. In FIG. 2, the sensor 200 is shown with the sensor component 205 arranged around the supply line 130 between the tank 135 and the pump 210. In alternate embodiments, the sensor component 205 may be arranged around the supply line 130 anywhere along the path from the tank 135 to the dispensing station 115.

[0027] In some embodiments, the sensor 200 can detect the presence or absence of liquid in the supply line 130 and / or a type of the liquid, as detailed with reference to FIG. 3. If the sensor 200 includes a temperature probe or a pressure sensor, detecting the presence of liquid may provide an indication that another physical characteristic detected by the sensor 200 (such as a temperature or pressure) is associated with the liquid rather than some other item. This can be useful, for example, where the sensor 200 is located in a part of the liquid supply where liquid is not always present, and / or where the sensor 200 detects another characteristic, such as temperature, that is used to control operation of a pump 210 and / or heater 220. In addition, the presence / absence of liquid determined and signaled by the sensor 200 can provide an indication that the tank 135 is disconnected from the machine 100, has an exhausted liquid supply and / or that a liquid level in the tank 135 is below a threshold level. In the arrangement of FIG. 2, the supply line 130 is fluidly coupled to the bottom of the tank 135 and extends upwardly, e.g., above a maximum liquid level ML of the tank 61.

[0028] In some embodiments, the supply line 130 can include a vent 230 arranged to vent the supply line 130 to atmospheric or other ambient pressure, e.g., the vent 230 can include an electrically-operated valve that a controller 240 can open to expose the supply line 130 to ambient pressure. In some cases, the vent 230 can be positioned above the maximum liquid level ML and / or above a position of the sensor 200. Venting of the supply line 130 can allow the liquid level in the supply line 130 to correspond to, or be the same as, the liquid level LL in the tank 135. Thus, if the supply line 130 is vented and the sensor 200 detects the presence of liquid, the controller 240 can determine that the liquid level LL in the tank 135 is above the position or height of the sensor component 205 (e.g., above a threshold level) , and if the sensor 200 does not detect the presence of liquid (i.e., detects the absence of liquid) , the controller 240 can determine that the liquid level LL in the tank 135 is below the position or height of the sensor component 205 or that the tank 135 is disconnected from the supply line 130 . In some embodiments, the beverage machine need not include a valve for the vent 230. For example, the vent 230 can have a permanently open orifice or other opening of suitable size to always vent the supply line 130 to atmosphere. The vent 230 opening sized can be arranged relative to the pump capacity such that the pump can deliver liquid for beverage formation even though air may be drawn into the vent 230.

[0029] In some embodiments, the pump 210 is located at or above the maximum liquid level ML of the tank 135 or at least downstream of the location of the sensor component 205 along the supply line 130. This arrangement can allow a determination whether liquid is being supplied to the pump 210 or not and can be useful to determine whether the tank 135 is disconnected from the machine 100 and / or a liquid supply in the tank 135 has been exhausted. For example, if the tank 135 is removed from the base 137 or runs out of liquid during operation of the pump 210 in drawing liquid from the tank 135, air will be drawn into the supply line 130 rather than liquid. When air reaches the sensor component 205, the sensor 200 can detect the absence of liquid and thus that the tank 135 has been removed or the liquid supply exhausted.

[0030] As will be understood from the above, the sensor component 205 of the sensor 200 can be positioned in a location where liquid may not always be present. Thus, where the sensor 200 can detect the presence / absence of liquid and any other characteristics of the liquid such as temperature or pressure, the sensor 200 can provide the controller 240 with information regarding not only whether liquid is present or absent, but also whether the other detected characteristic is properly associated with the liquid or not. For example, if no liquid is detected by the sensor 200, then a detected temperature by the sensor 200 may not be of the liquid, but  rather of the supply line 130, air or other item. The controller 240 can use signals from the sensor 200 regarding detected characteristics to control at least a portion of the beverage machine 100. As an example, the controller 240 may normally use liquid temperature sensed by the sensor 200 to control a heater 220, such as an inline heater or flash heater. Such inline heaters may heat liquid relatively rapidly as the liquid passes through the heater 220, and so the incoming temperature of liquid can be useful to control a heating rate, output power or other characteristics of the heater 220 and / or to control a flow rate of liquid delivered by the pump 210 to the heater 220. As an example, colder incoming water may require use of a higher heating rate or power and / or a lower liquid flow rate than warmer incoming water.

[0031] Where the sensor component 205 is positioned upstream of the heater 220, the controller 240 can determine whether a sensed temperature is indicative of liquid delivered to the heater 220 or not, and this information can be used to control the heater 220, the pump 210 and / or other components. For example, in some embodiments, the controller 240 can be arranged to control the vent 230 and pump 210 to deliver air to the heater 220 so that the air can be heated and delivered to dispensing station 115 (e.g., to pre-heat the station 115 prior to dispensing a hot beverage by opening the vent 230 and operating the pump 210 so only air is pumped to the heater 220 and dispensing station 115) . Heating air may require a lower heating rate or output power than heating water and so the controller 240 may control the heater accordingly.

[0032] Subsequently, the controller 240 can control the vent 230 and pump 210 to deliver liquid from the tank 135 to the heater 220 for heating and delivery to the dispensing station 115 (e.g., by closing the vent 230 and operating the pump 210 to draw liquid from the tank 135 and deliver the liquid to the heater 220) . The sensor component 205, if positioned between the vent 230 and the pump 210 or between the pump 210 and heater 220 in alternate embodiments, can be used to detect temperature of air or water, as well as to determine, in conjunction with sensor component 205, whether and when liquid is being delivered to the heater 220.

[0033] The controller 240 can control various components of the beverage machine 100 in different ways based on signals from the sensor 200 regarding detected physical characteristics. In some embodiments, the controller 240 can provide an indication to the user to add liquid to the tank 135 as well as shut down or reduce a heating rate of the heater 220 if the sensor 200 detects the absence of liquid. The sensor 200 can also provide an indication that the tank 135 is removed from the machine 100 if the sensor 200 detects the absence of liquid while the pump 210 is drawing water from the tank 135. That is, if the tank 135 is removed as the pump 210 is pulling liquid from the supply line 130, liquid will no longer be provided to the inlet side of the  supply line 130 and the pump 210 will empty the supply line 130. Once liquid is drawn past the sensor component 205, the sensor component 205 will no longer detect liquid, indicating that the tank 135 has been removed. In this case, the controller 240 can provide an indication to the user to replace the tank 240, stop pump and heater operation, etc.

[0034] In some embodiments, such as the one detailed with reference to FIG. 3, the sensor 200 can include circuit elements and be electrically powered by a non-isolated power supply 250 that receives input electrical power via a mains power connection 255 (such as a plug arranged to connect with a wall outlet or other power source) and conditions the input power to provide output power to the sensor 200. The input electrical power to the power supply 255 can be arranged in various ways, but in general will be at a higher voltage than that used by the sensor 200 and other components of the machine 100. As an example, the input electrical power can be about 120 Volts AC as provided within some residences. The non-isolated power supply 250 can be arranged to reduce the voltage of the input electrical power, e.g., to 120 Volts AC, and to convert the input electrical power to direct current, e.g., 120 Volt AC can be converted to 12 Volt DC.

[0035] The non-isolated power supply 250 can use a plurality of impedances (e.g., resistors) to reduce the voltage of the input electrical power, and a voltage converter to convert the 120 Volt AC to 12 Volt DC. The non-isolated power supply 250 can also include a voltage regulator or other component to reduce the voltage of the converted DC power, e.g., to reduce the 12 Volt DC to 3.3 Volts DC. The 3.3 Volt DC output electrical power can be used to power the sensor 200 as well as other components of the machine 100, such as parts of the controller 240. Similarly, the 12 Volt DC power can be used to power other components, such as the pump 210 and / or parts of the controller 240. In some cases, some components such as the heater 220 can be powered by unmodified input power, e.g., the input electrical power can be selectively directly connected to the heater 220 using relay switches or other components controlled by the controller 240. These are only illustrative embodiments, however, and the non-isolated power supply 250 can be arranged to produce other voltage levels using any suitable components. Regardless, the non-isolated power supply 250 employs a common ground or circuit neutral for input and output power. Note as well that the machine 100 can employ other types of power supplies than a non-isolated power supply, such as isolated power supplies, to power beverage machine components including the sensor 200.

[0036] FIGs. 3A-3C illustrate different phases of operation of the sensor 200 according to some embodiments. In some embodiments, the sensor 200 may comprise a printed circuit board  assembly (PCBA) . As indicated in FIG. 2, the sensor 200 may be arranged along the supply conduit 130 with a sensor component 205 surrounding at least a segment of the supply conduit 130. That is, the sensor component 205 may circumscribe at least a segment of the supply conduit 130 such that an exterior surface of the supply conduit segment is contained within an interior width (e.g. inner diameter) of the sensor component 205. As shown in FIGs. 3A-3C, in some embodiments, the sensor 200 may include a controller 350. The controller 350 may be a microcontroller that is part of the PCBA, for example. Although wires are not indicated, it should be understood that the controller 350 of the sensor 200 may communicate with the controller 240 of the beverage machine 100 and the sensor 200 may be supplied with power originating at the mains power connection 255 via the non-isolated power supply 250 for the reference voltage 330, indicated as Vref. In one or more embodiments, the controller 240 may control some or all aspects of the functionality discussed for the controller 350 of the sensor 200.

[0037] FIG. 3A is a circuit diagram of an exemplary sensor 200 during a phase (phase I) of operation according to some embodiments. As the circuit diagram indicates, there are three switches 320A, 320B, and 320C (indicated, respectively, as K1, K2, and K3 and generally referred to as switches 320) in the exemplary embodiment. The switches 320 represent different implementations of charge / discharge path control by the controller 350. Through control of the switches 320, the controller 350 may operate the sensor 200 in the different phases of operation detailed herein. Phase I, illustrated in FIG. 3A, involves charging of a reference capacitor 310, indicated as Cmod, by a consistent current charger 340 based on the reference voltage 330. In phase I, the switch 320A is closed, while the other switches 320 are open, such that current from the current charger Ig 340 flows to the reference capacitor 310 and charges the reference capacitor 310 to a reference charge level. Each time phase I is repeated, the current charger Ig 340 transfers enough charge to make the reference capacitor 310 the same reference charge level again.

[0038] FIG. 3B is a circuit diagram of the exemplary sensor 200 during another phase of operation (phase II) according to some embodiments. During phase II, switch 320B is closed, while the other switches 320 are open, such that current flows from the reference capacitor 310 to the capacitor 305. The capacitor 305 serves as the sensor element 205 that surrounds at least a segment of the supply conduit 130 and which is indicated as Cx. According to embodiments such as the one shown in FIG. 4, the capacitor 305 may be integrated with other components 430 of the sensor 200 (e.g., mounted on a PCBA) rather than being a separate sensor component 205 connected to other components of the sensor 200 through a wire, for example.

[0039] The charge transfer from the reference capacitor 310 to the capacitor 305 continues until the voltage at the reference capacitor 310 and the capacitor 305 are equal. That is, half the charge of the reference capacitor 310 may be transferred to the capacitor 305 during phase II.

[0040] As discussed for the sensor component 205 with reference to FIG. 2, the capacitor 305 circumscribes a segment of the supply conduit 130 such that the segment of the supply conduit 130 is positioned within an inner diameter of the capacitor 305. The capacitor 305 is not affected by the environment (external to its outer diameter) but is affected by the medium within its inner diameter. That is, the capacitor 305 transfers charge to the medium (e.g., air, water) in the segment of the supply conduit 130 within the inner diameter of the capacitor. The amount of charge transferred depends on the medium. For example, high alkalinity (HA) water (e.g., water with 420 ± 5 parts per million (ppm) of calcium carbonate (CaCO3) ) in the supply conduit 130 may absorb more charge from the capacitor 305 than reverse osmosis (RO) water, which is water that has passed through a reverse osmosis filter. The RO water may absorb more charge than air. Thus, the presence of liquid (i.e., not only air) in the supply conduit 130 may be determined by a charge transfer from the capacitor 305 that is greater than a predefined threshold value associated with air. According to some embodiments, a mapping may be used based on the amount of charge transferred from the capacitor 305 to identify the liquid in the supply conduit 130, as further detailed.

[0041] In some embodiments, in order to determine the amount of charge transferred from the capacitor 305 to the medium, a subsequent charge transfer from the reference capacitor 310 is used. That is, phase I is first repeated to return the reference capacitor 310 to the reference charge. Phase II is then repeated. The amount of charge transferred from the reference capacitor 310 to the capacitor 305 to again make the voltage across both capacitors 305, 310 the same in the subsequent phase II will be equal to the amount of charge lost by the capacitor 305 to the medium following the previous phase II. Thus, the amount of charge lost by the capacitor 305 to the medium may be determined, for example, by measuring the current flow from the reference capacitor 310 to the capacitor 305 during the subsequent phase II. A number of cycles of implementing phase I and phase II may be performed (e.g., 200 times per second) . The sensor 200 may be calibrated by flowing RO water through the supply conduit 130 or another tube 410 surrounded by the sensor element 205 (capacitor 305) . In actual use, a charge transfer of less than the charge transfer during calibration (for RO water) may be used as an indication that air is present (i.e., no liquid) .

[0042] FIG. 3C is a circuit diagram of the exemplary sensor 200 during another phase of operation (phase III) according to some embodiments. During phase III, the switch 320C is closed while the other switches 320 are open. This causes the capacitor 305 to discharge to ground, as shown. Implementing phase III facilitates a reset of the sensor 200 and may be performed between sets of detection cycles.

[0043] The mapping may include the controller 350 using a look-up table (LUT) or other indication of a range of charge transfer values associated with each type of liquid. That is, the controller 350 may match the amount of charge transferred to known charge transfer values associated with a set of known liquids. Thus, at 630, upon determining that liquid is present (e.g., based on a threshold value) , the controller 350 may use a LUT, for example, and determine the type of liquid in the supply conduit 130 or other tube by matching the value (e.g., a single recorded value, an average of one or more values) to a type of liquid type. As previously noted, the values associated with HA water may be greater than values associated with RO water, for example. As also previously noted, one or more values may be obtained during the flow of RO water through the supply conduit 130 or other tube in a calibration process. The values obtained during calibration may be used to adjust the mapping.

[0044] In some embodiments, in order to determine the amount of charge transferred from the capacitor 305 to the medium, a subsequent charge transfer from the reference capacitor 310 is used. That is, phase I is first repeated to return the reference capacitor 310 to the reference charge. Phase II is then repeated. The amount of charge transferred from the reference capacitor 310 to the capacitor 305 to again make the voltage across both capacitors 305, 310 the same in the subsequent phase II will be equal to the amount of charge lost by the capacitor 305 to the medium following the previous phase II. Thus, the amount of charge lost by the capacitor 305 to the medium may be determined, for example, by measuring the current flow from the reference capacitor 310 to the capacitor 305 during the subsequent phase II. A number of cycles of implementing phase I and phase II may be performed (e.g., 200 times per second) . The sensor 200 may be calibrated by flowing RO water through the supply line 130 or another tube 410 surrounded by the sensor element 205 (capacitor 305) . In actual use, a charge transfer of less than the charge transfer during calibration (for RO water) may be used as an indication that air is present (i.e., no liquid) .

[0045] FIG. 3 indicates yet another phase of operation (phase III) according to some embodiments. During phase III, the switch 320C is closed while the other switches 320 are  open. This causes the capacitor 305 to discharge to ground, as shown. Implementing phase III facilitates a reset of the sensor 200 and may be performed between sets of detection cycles.

[0046] FIG. 4 illustrates aspects of an exemplary sensor 200 according to some embodiments. The base 137 of the exemplary sensor 200 is a printed circuit board (PCB) such that the exemplary sensor 200 is implemented as a PCBA 420. Other components 430 of the sensor 200 may include the reference capacitor Cmod 310, switches 320, and current charger 340, for example. Although shown on one side of the PCBA 420 in FIG. 4, the other components 430 may be arranged on either surface of the PCBA 420. The sensor component 205 is in the form of a helix according to the exemplary embodiment of FIG. 4. As shown, the sensor component 205 is integrated with the other components 430 on the PCBA 420 rather than being connected (e.g., by a wire) to the PCBA 420 with the other sensor components 430. Avoiding the use of a wire may, in some embodiments, decrease noise produced by the wire. As also shown, a segment of the supply line 130 passes through the inner diameter of the sensor component 205 such that the sensor component 205 surrounds the segment of the supply line 130.

[0047] FIGs. 5A-5C illustrate exemplary embodiments of various capacitors that may serve as the sensor element 205 of FIG. 2. FIG. 5A shows an exemplary embodiment of a capacitor 305A that is a helix and more particularly, as shown, a helical spring. The inner diameter D, number of turns, and distance d between adjacent turns are all parameters that may be tuned. The helical sensor element 205 may be defined by a minimum of two turns with a distance d between them. The inner diameter D may be determined based on the outer diameter of a tube (e.g., supply line 130) that passes through the helix, as shown in FIG. 4. That is, the inner diameter D may be large enough to accommodate the tube without squeezing or distorting it.

[0048] FIG. 5B shows an exemplary embodiment of a capacitor 305B that is an elongated tubular structure. The inner diameter D and length L may be tuned based on the application of the sensor 200 and expected media in the tube (e.g., supply line 130) surrounded by the capacitor 305B.

[0049] FIG. 5C shows an exemplary embodiment of a capacitor 305C that is a variation of the elongated tubular structure shown in FIG. 5B. The capacitor 305C is an elongated tubular structure with cut-out portions 510. Other variations in which an elongated tubular structure does not have a completely solid perimeter may be used. Like the solid elongated tubular structure shown in FIG. 5B, the capacitor 305C shown in FIG. 5C may be tuned, based on an application, to determine a particular inner diameter D and length L.

[0050] FIG. 5D shows an exemplary embodiment of a capacitor 305D that is a ring. The capacitor 305D is similar to the capacitor 305B shown in FIG. 5B but may have a length that is comparable to the thickness of a PCB, for example. As shown in FIG. 6, in some embodiments, the capacitor 305D, which may be shaped as a ring, may be positioned within a circular cutout of the base 137 of a PCBA 420.

[0051] While aspects of the disclosure may be used with any suitable cartridge, or no cartridge at all, some cartridges may include features that enhance the operation of a beverage machine 100. As is known in the art, the cartridge 110 may take any suitable form such as those commonly known as a sachet, pod, capsule, container, tablet, or other. For example, the cartridge 110 may include an impermeable outer covering within which is housed a beverage medium, such as roasted and ground coffee or other. The cartridge 110 may also include a filter so that a beverage formed by interaction of the liquid with the beverage medium passes through the filter before being dispensed into a container 120. As will be understood by those of skill in the art, cartridges in the form of a pod having opposed layers of permeable filter paper encapsulating a beverage material may use the outer portion of the cartridge 110 to filter the beverage formed. The cartridge 110 in this example may be used in a beverage machine 100 to form any suitable beverage such as tea, coffee, other infusion-type beverages, beverages formed from a liquid or powdered concentrate, etc. Thus, the cartridge 110 may contain any suitable beverage material, e.g., ground coffee, tea leaves, dry herbal tea, powdered beverage concentrate, dried fruit extract or powder, powdered or liquid concentrated bouillon or other soup, powdered or liquid medicinal materials (such as powdered vitamins, drugs or other pharmaceuticals, nutriaceuticals, etc. ) , and / or other beverage-making material (such as powdered milk or other creamers, sweeteners, thickeners, flavorings, and so on) . In one illustrative embodiment, the cartridge 110 contains a beverage material that is configured for use with a machine that forms coffee and / or tea beverages, however, aspects of the disclosure are not limited in this respect.

[0052] In some embodiments, a cartridge may be provided in the form of a beverage tablet. In some embodiments, the beverage ingredients of the tablet have been compacted to form the tablet. The tablet may be able to hold its own shape, and thus may not require individual packaging to prevent dispersing of the beverage ingredients prior to use in forming a beverage. In some embodiments, the tablet may be coated. In some embodiments, the beverage tablet may directly contact a beverage machine without intervening packaging containing the beverage tablet. For example, in some embodiments, the coating of the beverage tablet, or the compacted  ingredients (e.g. coffee grounds) of the tablet, may directly contact a beverage machine without intervening packaging.

[0053] Also, the disclosure may be embodied as a method, of which an example has been provided. The acts performed as part of the method may be ordered in any suitable way. Accordingly, embodiments may be constructed in which acts are performed in an order different than illustrated, which may include performing some acts simultaneously, even though shown as sequential acts in illustrative embodiments.

[0054] As used herein, “beverage” refers to a liquid substance intended for drinking that is formed when a liquid interacts with a beverage material, or a liquid that is dispensed without interacting with a beverage material. Thus, beverage refers to a liquid that is ready for consumption, e.g., is dispensed into a cup and ready for drinking, as well as a liquid that will undergo other processes or treatments, such as filtering or the addition of flavorings, creamer, sweeteners, another beverage, etc., before being consumed.

[0055] Use of ordinal terms such as “first, ” “second, ” “third, ” etc., in the claims to modify a claim element does not by itself connote any priority, precedence, or order of one claim element over another or the temporal order in which acts of a method are performed, but are used merely as labels to distinguish one claim element having a certain name from another element having a same name (but for use of the ordinal term) to distinguish the claim elements.

[0056] Also, the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. The use of “including, ” “comprising, ” or “having, ” “containing, ” “involving, ” and variations thereof herein, is meant to encompass the items listed thereafter and equivalents thereof as well as additional items.

[0057] Having thus described several aspects of at least one embodiment of this disclosure, it is to be appreciated various alterations, modifications, and improvements will readily occur to those skilled in the art. Such alterations, modifications, and improvements are intended to be part of this disclosure, and are intended to be within the spirit and scope of the disclosure. Accordingly, the foregoing description and drawings are by way of example only.

Claims

1.A beverage machine comprising:a liquid supply tank configured to hold a liquid for forming a beverage;a supply conduit fluidly coupled to receive the liquid from the liquid supply tank;a first capacitor;a second capacitor surrounding an external surface of at least a segment of the supply conduit, the second capacitor being configured to be charged using the first capacitor, wherein, during use, a portion of an electric field emanating from the second capacitor is absorbed by the liquid in the supply conduit; anda controller configured to detect a presence of the liquid in the supply conduit based on the portion of the electric field absorbed by the fluid.2.The beverage machine according to claim 1, further comprising a first switch arranged between the first capacitor and a reference voltage.3.The beverage machine according to claim 2, wherein the controller is configured to close the first switch to facilitate charging of the first capacitor based on the reference voltage.4.The beverage machine according to claim 3, further comprising a second switch arranged between the first capacitor and the second capacitor.5.The beverage machine according to claim 4, wherein the controller is further configured to open the first switch and close the second switch to facilitate charging of the second capacitor by the first capacitor.6.The beverage machine according to claim 5, wherein the controller is configured to repeat control of the first switch and the second switch to facilitate charging of the second capacitor in a next iteration and to determine the portion of the electric field absorbed by the fluid based on an amount of the charge transferred to the second capacitor in the next iteration.7.The beverage machine according to claim 6, wherein the controller is configured to identify the liquid based on the amount of the charge transferred.8.The beverage machine according to claim 7, wherein the controller is configured to identify a type of the liquid based on matching the amount of charge transferred to known charge transfer values associated with a set of known liquids.9.The beverage machine according to claim 8, wherein the set of known liquids includes reverse osmosis water and highly alkaline water.10.The beverage machine according to claim 6, wherein the controller is configured to iteratively control the first switch and the second switch to charge the second capacitor for a number of iterations and determine the portion of the electric field absorbed by the liquid based on the amount of the charge transferred during each of the iterations.11.The beverage machine according to claim 10, wherein the controller is configured to identify the type of the liquid based on the amount of the charge transferred during one or more of the iterations.12.The beverage machine according to claim 1, wherein the second capacitor is a ring.13.The beverage machine according to claim 1, wherein the second capacitor is a helix surrounding the external surface of the at least a segment of the supply conduit.14.The beverage machine according to claim 1, wherein the second capacitor is a cylindrical structure surrounding the external surface of the at least a segment of the supply conduit.15.A system for liquid detection comprising:a first capacitor;a second capacitor formed with an opening configured to receive a conduit, the second capacitor being configured to be charged using the first capacitor, wherein, during use, a portion of an electric field emanating from the second capacitor is absorbed by liquid in the conduit; anda controller configured to detect a presence of the liquid in the conduit based on the portion of the electric field absorbed by the fluid.16.The system according to claim 15, wherein the system is assembled on a circuit board.17.The system according to claim 15, further comprising a first switch arranged between the first capacitor and a reference voltage and a second switch arranged between the first capacitor and the second capacitor.18.The system according to claim 17, wherein the controller is configured to close the first switch to facilitate charging of the first capacitor based on the reference voltage and to open the first switch and close the second switch to facilitate charging of the second capacitor by the first capacitor.19.The system according to claim 18, wherein the controller is configured to control the first switch and the second switch to facilitate charging the second capacitor in a next iteration and to determine the portion of the electric field absorbed by the fluid based on an amount of the charge transferred to the second capacitor during the next iteration.20.The system according to claim 19, wherein the controller is configured to identify a type of the liquid based on the amount of the charge transferred during the next iteration.21.The system according to claim 20, wherein the controller is configured to identify the type of the liquid by matching the amount of the charge transferred to known charge transfer values associated with a set of known liquids.22.The system according to claim 18, wherein the controller is configured to iteratively control the first switch and the second switch to charge the second capacitor for a number of iterations and determine the portion of the electric field absorbed by the liquid based on the amount of the charge transferred during each of the iterations.23.The system according to claim 22, wherein the controller is configured to identify the type of the liquid based on the amount of the charge transferred during one or more of the iterations to one of a set of liquids.24.The system according to claim 15, wherein the second capacitor is a ring, a helix, or a cylindrical structure with an inner diameter configured to receive the conduit.25.The system according to claim 24, wherein the conduit is a liquid supply conduit in a beverage machine, or a fluid conduit in a medical device.

Images