(57)【要約】【課題】少量の液体サンプルから高精度に測定対象物の濃度を測定することのできる濃度測定装置を提供する。【解決手段】液体中の塩分濃度を測定する濃度測定装置において、液体中に挿入される第１の電極８と、該第１の電極８の周囲部に設けられる第２の電極７との間に所定レベルの交流電圧を供給し、且つ第２の電極７の周囲部に設けられるガード電極１１ａを第２の電極７と同一電位とし、第１の電極８と第２の電極７との間に流れる電流を測定し、測定された電流と、前記所定レベルの交流電圧に基づいて、液体の電気導電率を求める。そして、この電気導電率から塩分濃度を算出する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に溶解している測定対象物の濃度を測定する濃度測定装置において、
前記液体中に挿入される第１の電極と、該第１の電極の周囲部に設けられる第２の電極との間に所定の電力を供給し、且つ前記第２の電極の周囲部に設けられる周囲電極を前記第２の電極と同一電位とし、前記第１の電極と第２の電極との間に流れる電流、或いは前記第１の電極と第２の電極との間に生じる電圧を測定し、測定された電流、或いは電圧と、前記所定の電力に基づいて、前記液体中の測定対象物の濃度を求めることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項２】
液体中に溶解している測定対象物の濃度を測定する濃度測定装置において、
前記液体中に挿入される第１の電極と、
前記第１の電極の周囲部に設けられる第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極との間に電力を供給する電源手段と、
前記第２の電極の周囲部に設けられ、第２の電極と同一電位とされた周囲電極と、
前記第１の電極と第２の電極との間の電圧または第１の電極と第２の電極との間に流れる電流のうちの少なくとも一方を測定する検出手段と、
前記検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、前記測定対象物の濃度を求める濃度測定手段と、
前記求められた濃度を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする濃度測定装置。
【請求項３】
前記第２の電極は、前記第１の電極の周囲をほぼ囲むように配置されることを特徴とする請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記第２の電極と前記周囲電極との間に、バッファアンプを設けることにより、前記第２の電極と前記周囲電極とを同一電位とすることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記電源手段は、一定の交流電圧を出力する電圧源であり、前記検出手段は、前記第１の電極と第２の電極との間に流れる電流を検出し、前記濃度測定手段は、前記電源手段の出力電圧と、前記検出手段で検出された電流から電気導電率を求め、該電気導電率に基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記電源手段は、一定の交流電圧を出力する電圧源であり、
前記検出手段は、前記電源手段と前記第１または第２の電極との間に設けられるシャント抵抗と、該シャント抵抗の両端に生じる電圧に基づいて第１の電極と第２の電極との間に流れる電流を求める電流検出手段と、前記第１の電極と第２の電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、
前記濃度測定手段は、前記電流検出手段で検出された電流と前記電圧検出手段で検出された電圧から電気導電率を求め、該電気導電率に基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記濃度測定手段は、前記電気導電率と前記測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、前記電気導電率が求められた際には、この特性曲線データに基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記液体は食塩水であり、前記測定対象物の濃度は塩分濃度であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば食塩水の塩分濃度を測定する濃度測定装置に係り、特に、測定精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩分濃度を測定するために用いられる塩分濃度計として、例えば、特開２００２−５８６２号公報（特許文献１）に記載されているように、液体中に２つの電極を挿入し、これらの電極間に交流電圧を印加し、このときに流れる電流値を測定し、この電流値に基づいて塩分濃度を測定する方式のものが知られている。
【０００３】
図７は、従来における塩分濃度測定装置の測定原理を模式的に示す説明図であり、同図に示すように、食塩水１０２が充填された容器１０１中に２つの電極１０３，１０４を挿入し、２つの電極１０３，１０４間に電源１０５より交流電圧を印加する。すると、図中の矢印Ｙ１，Ｙ２に示すような経路で食塩水１０２中に電流が流れ、流れた電流が電流計１０６にて測定される。
【０００４】
そして、（測定電流）／（印加電圧）を演算することにより、食塩水１０２の電気導電率ｇを求め、電気導電率と塩分濃度との対応関係に基づいて、求められた電気導電率ｇに対応する塩分濃度を求め、求められた塩分濃度を表示手段に表示する。
【特許文献１】特開２００２−５８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来における塩分濃度計では、電流が２つの電極１０３，１０４間のみを流れるわけではなく、図７の矢印Ｙ２に示すように、電極の裏側や周囲にも電流が流れるので、測定対象となる食塩水１０２の量や、容器１０１の大きさにより、電流値が大きく変化してしまい、高精度な濃度検出ができなくなるという欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、少量の液体サンプルから高精度に測定対象物の濃度を測定することのできる濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、液体中に溶解している測定対象物の濃度を測定する濃度測定装置において、前記液体中に挿入される第１の電極と、該第１の電極の周囲部に設けられる第２の電極との間に所定の電力を供給し、且つ前記第２の電極の周囲部に設けられる周囲電極を前記第２の電極と同一電位とし、前記第１の電極と第２の電極との間に流れる電流、或いは前記第１の電極と第２の電極との間に生じる電圧を測定し、測定された電流、或いは電圧と、前記所定の電力に基づいて、前記液体中の測定対象物の濃度を求めることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、液体中に溶解している測定対象物の濃度を測定する濃度測定装置において、前記液体中に挿入される第１の電極と、前記第１の電極の周囲部に設けられる第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に電力を供給する電源手段と、前記第２の電極の周囲部に設けられ、第２の電極と同一電位とされた周囲電極と、前記第１の電極と第２の電極との間の電圧または第１の電極と第２の電極との間に流れる電流のうちの少なくとも一方を測定する検出手段と、前記検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、前記測定対象物の濃度を求める濃度測定手段と、前記求められた濃度を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第２の電極は、前記第１の電極の周囲をほぼ囲むように配置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記第２の電極と前記周囲電極との間に、バッファアンプを設けることにより、前記第２の電極と前記周囲電極とを同一電位とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記電源手段は、一定の交流電圧を出力する電圧源であり、前記検出手段は、前記第１の電極と第２の電極との間に流れる電流を検出し、前記濃度測定手段は、前記電源手段の出力電圧と、前記検出手段で検出された電流から電気導電率を求め、該電気導電率に基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記電源手段は、一定の交流電圧を出力する電圧源であり、前記検出手段は、前記電源手段と前記第１または第２の電極との間に設けられるシャント抵抗と、該シャント抵抗の両端に生じる電圧に基づいて第１の電極と第２の電極との間に流れる電流を求める電流検出手段と、前記第１の電極と第２の電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記濃度測定手段は、前記電流検出手段で検出された電流と前記電圧検出手段で検出された電圧から電気導電率を求め、該電気導電率に基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記濃度測定手段は、前記電気導電率と前記測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、前記電気導電率が求められた際には、この特性曲線データに基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記液体は食塩水であり、前記測定対象物の濃度は塩分濃度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１，２の発明では、第２の電極の周囲部に、該第２の電極と同一電位となる周囲電極が設けられるので、第１，第２の電極間に流れる電流が第２の電極の周囲に漏れ出すことを防止することができる。従って、第２の電極の周囲部となる溶液注入領域の形状に影響されず、且つサンプルとなる液体の量が少量であっても高精度な濃度測定が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明では、第２の電極が第１の電極の周囲をほぼ囲むように配置されるので、２つの電極間に安定した電流を流すことができ、測定精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項４の発明では、第２の電極と周囲電極との間にバッファアンプを設けるので、第２の電極と周囲電極とを容易に同一電位とすることができる。また、第２の電極から周囲電極へは電流が流れないので、高精度な濃度測定が可能となる。
【００１８】
請求項５の発明では、電源手段として交流電圧源を用い、この電圧値と、検出手段で検出された電流から電気導電率を算出し、算出された電気導電率から測定対象物の濃度を求めるので、高精度な濃度測定が可能となる。
【００１９】
請求項６の発明では、電源手段と電極とを結ぶ電線に設けられたシャント抵抗を用いて電流を測定し、更に、電圧検出手段により、第１，第２の電極間の電圧を測定するので、高精度な電流、電圧の測定が可能となり、ひいては高精度な電気導電率の算出が可能となる。
【００２０】
請求項７の発明では、電気導電率と測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、電気導電率が求められた際には、この電気導電率を特性曲線データに代入することにより、測定対象物の濃度を求めることができるので、演算負荷を軽減することができる。
【００２１】
請求項８の発明では、測定対象物濃度として塩分濃度を測定するので、塩分濃度の測定を高精度且つ簡単な操作で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る濃度測定装置としての、塩分濃度測定装置の構成を示す外観図、図２は塩分濃度測定装置の分解斜視図である。図示のように、この塩分濃度測定装置１は、上ケース２と下ケース３により全体が覆われる筐体構造を成しており、内部には各種の電子部品を実装する基板４と、測定対象となる食塩水が注入される領域を形成するサンプルステージ１１と、測定結果となる塩分濃度を表示する液晶表示器等の表示部（表示手段）９と、処理の開始、ゼロ調整などの操作を行う操作スイッチ１０ａ，１０ｂと、を備えている。また、サンプルステージ１１の下部には電極基板５が設けられている。
【００２３】
図３は、サンプルステージ１１の一部破断斜視図であり、同図に示すようにサンプルステージ１１は、上部拡開円筒形状をなしており、該サンプルステージ１１の下側開口部には、液体封密用のＯリング１２（図２参照）を介して電極基板５が配置され、サンプルステージ１１及び電極基板５で囲まれた部分が測定対象となる食塩水の注入領域となる。
【００２４】
電極基板５には、サンプルステージ１１の円形状の開口部の中心部に形成された第１の電極８と、該第１の電極８を中心とし、該第１の電極８の周囲部をほぼ覆うように設けられた第２の電極７が設けられている。更に、サンプルステージ１１の下部円周面は、導体で構成されたガード電極（周囲電極）１１ａとされている。
【００２５】
図４は、本実施形態に係る塩分濃度測定装置１の制御部を示すブロック図である。同図に示すように、制御部は、所定の周波数の交流電圧信号を発生する信号発生器（電源手段）２２と、該信号発生器２２より出力される交流信号を増幅する出力増幅回路２３とを備え、該出力増幅回路２３の出力端子はシャント抵抗２１を介して第２の電極７に接続されている。また、第１の電極８は、グランドに接地されている。
【００２６】
更に、第２の電極７は、バッファアンプ２６を介してガード電極１１ａに接続され、且つ第２の電極７に印加される電圧を検出する電圧検出回路（検出手段）２５に接続されている。また、シャント抵抗２１の両端は、電流検出回路（検出手段）２４に接続されており、シャント抵抗２１に発生する電圧に基づいて、該シャント抵抗２１に流れる電流を求める。
【００２７】
電流検出回路２４、及び電圧検出回路２５の各出力端は、各検出回路２４，２５で検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するためのＡＤ変換回路２７に接続され、更に、該ＡＤ変換回路２７の出力端はＣＰＵ（濃度測定手段）２８に接続されている。ＣＰＵ２８は、電流検出回路２４で検出された電流、及び電圧検出回路２５で検出された電圧に基づき、第２の電極７と第１の電極８の間に注入された食塩水の電気導電率ｇを求める処理を行う。更に、図６に示す如くの電気導電率と塩分濃度との関係を示す特性データを備えており、この特性データに、求められた電気導電率ｇを代入することにより、注入された食塩水の塩分濃度を求める。
【００２８】
表示部９は、ＣＰＵ２８で求められた塩分濃度を表示する。
【００２９】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る塩分濃度測定装置の処理動作について説明する。図１〜図３に示したサンプルステージ１１内に測定対象となる食塩水を注入した状態で、ＣＰＵ２８から信号発生器２２に起動信号が送られると、信号発生器２２より所定周波数の交流の電圧信号が出力される。
【００３０】
そして、出力された電圧信号は、出力増幅回路２３にて増幅された後、シャント抵抗２１を介して第２の電極７に印加される。また、サンプルステージ１１の中央部に形成された第１の電極８はグランドに接地されているので、食塩水中にて第２の電極７から第１の電極８に向けて電流が流れる。
【００３１】
この際、第２の電極７とガード電極１１ａはバッファアンプ２６を介して接続されているので、第２の電極７とガード電極１１ａは、同一の電位となる。また、第２の電極７からガード電極１１ａを見たときのインピーダンスは無限大となるため、第２の電極７からガード電極１１ａ側へは電流は流れない。
【００３２】
また、サンプルステージ１１内に注入された食塩水中においても、第２の電極７とガード電極１１ａが同一電位となることにより、この間には電流は流れない。これを、図５に示す模式図を参照して説明すると、第１の電極８を中心とした円弧状に第２の電極７が設けられ、更に、該第２の電極７の周囲を覆うようにガード電極１１ａが設けられ、且つ、第２の電極７とガード電極１１ａは同一の電位であるので、第２の電極７から第１の電極８へ流れる電流は、全て円弧状を成す第２の電極７の内側を流れることになる。従って、サンプルとして注入される食塩水の量や周囲の形状に影響されることなく、食塩水の濃度に応じた電流が２つの電極７，８間を流れることになる。
【００３３】
他方、２つの電極７，８間を流れる電流がシャント抵抗２１に流れることにより、該シャント抵抗２１の両端には、電流に比例した大きさの電圧が発生するので、電流検出回路２４では、シャント抵抗２１に生じる電圧、及びこのシャント抵抗２１の抵抗値に基づいてシャント抵抗２１に流れる電流を求め、求めた電流データをＡＤ変換回路２７に出力する。そして、ＡＤ変換回路２７では、電流データをディジタル化して、ＣＰＵ２８に出力する。
【００３４】
また、第２の電極７に生じる電圧は、電圧検出回路２５で検出され、検出された電圧はＡＤ変換回路２７でディジタル化され、ＣＰＵ２８に出力される。
【００３５】
その後、ＣＰＵ２８では、求められた電圧（Ｖ）と、電流（Ｉ）から、ｇ＝Ｉ／Ｖの関係式を用いて電気導電率ｇを求める。更に、この電気導電率ｇを図６に示した特性データに代入することにより、塩分濃度を求め、求められた塩分濃度データを表示部９に出力する。こうして、表示部９に塩分濃度が表示され、操作者はサンプルとして注入した食塩水の塩分濃度を知ることができるのである。
【００３６】
このようにして、本実施形態に係る塩分濃度測定装置では、第１の電極８の周囲部に第２の電極７を設け、且つ、該第２の電極７の周囲を覆うようにガード電極１１ａを設け、更に、第２の電極７とガード電極１１ａとが同一電位となるようにしたので、第２の電極７に交流電圧を印加した際に、第２の電極７の外側に電流が漏れ出すことを回避することができる。従って、第２の電極７から第１の電極８へ流れる電流が、第２の電極７の内部に限定されるので、食塩水の注入量や周囲部の形状に影響されない高精度な塩分濃度測定が可能となる。
【００３７】
また、第２の電極７と第１の電極８との間に充填される程度の少量のサンプルで塩分濃度の測定が可能となるので、測定作業を簡素化することができる。
【００３８】
更に、電圧検出回路２５は、第２の電極７と直接接続して電圧を検出するので、高精度な電圧検出が可能となり、電気導電率ｇを高精度に求めることができ、ひいては、塩分濃度の測定精度を向上させることができる。
【００３９】
また、ＣＰＵ２８は、予め設定された電気導電率ｇと塩分濃度との関係を示す特性データ（図６）を備え、求められた電気導電率ｇをこの特性データに代入することにより塩分濃度を求めるようにしているので、高精度に且つ容易に電気導電率ｇを塩分濃度に変換することができる。
【００４０】
以上、本発明の濃度測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００４１】
例えば、上記した実施形態では、電圧検出回路２５を用いて２つの電極７，８間の電圧を測定する構成としたが、出力増幅回路２３より出力される電圧を、２つの電極７，８間の電圧であるものとして電気導電率ｇを測定することも可能である。このような構成とすれば、電圧検出回路２５を省略できるので、回路構成を簡素化することができる。
【００４２】
また、上記した実施形態では、信号発生器２２より一定レベルの交流電圧信号を出力し、このときに流れる電流に基づいて電気導電率ｇを求めるようにしたが、信号発生器２２より一定レベルの交流電流信号を出力し、このときに２つの電極７，８間に生じる電圧を測定することにより、電気導電率ｇを求めるようにしても良い。
【００４３】
更に、上記した実施形態では、食塩水中に含まれる塩分濃度を測定する塩分濃度測定装置を例に挙げて説明したが、本発明に係る濃度測定装置は、これに限定されるものではなく、液体中に溶解した物質でその濃度に応じて電気導電率が変化する他の測定対象物についても採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
食塩水中の塩分濃度を簡単且つ正確に測定する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の分解斜視図である。
【図３】サンプルステージ部分の構成を示す一部破断斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の、制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の電極、第２の電極、及びガード電極の位置関係と、電流経路を模式的に示す説明図である。
【図６】塩分濃度と電気導電率との関係を示す特性図である。
【図７】従来における塩分濃度測定装置の測定原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  塩分濃度測定装置（濃度測定装置）
２  上ケース
３  下ケース
４  基板
５  電極基板
７  第２の電極
８  第１の電極
９  表示部（表示手段）
１０ａ，１０ｂ  操作スイッチ
１１  サンプルステージ
１１ａ  ガード電極（周囲電極）
１２  Ｏリング
２１  シャント抵抗
２２  信号発生器
２３  出力増幅回路
２４  電流検出回路（電流検出手段）
２５  電圧検出回路（電圧検出手段）
２６  バッファアンプ
２７  ＡＤ変換回路
２８  ＣＰＵ（濃度測定手段）
【図１】
2006349450.tif 000003
【図２】
2006349450.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006349450.tif 000009