(57)【要約】【課題】腐食センサは腐食環境で劣化しやすく、腐食環境にある腐食性物質の濃度等を長期間にわたってモニタリングすることが難しかった。【解決手段】腐食環境モニタリング装置が備える腐食センサ１は、複数のセンサユニットを有する。一のセンサユニットは、通路構造に侵入する腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜を有する。他のセンサユニットは、開口部の近傍に設けられ、腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有する。演算装置は、一のセンサユニット及び他のセンサユニットが有する第二の金属薄膜の両端に形成される引出電極に接続され、第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、腐食センサ１が設置される腐食環境における腐食性物質の濃度を算出する。【選択図】図２
2019113433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置される複数のセンサユニットを有する腐食センサと、演算装置と、を備え、
複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットは、
第一の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第一の通路構造と、
前記第一の通路構造の通路内に設けられ、前記第一の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
複数の前記センサユニットのうち、他の前記センサユニットは、
第二の開口部から侵入する前記腐食性物質の量を制限する第二の通路構造と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部の近傍に取付けられ、前記第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
一の前記センサユニットに設けられる前記第二の金属薄膜は、他の前記センサユニットに前記第二の金属薄膜が設けられる位置と同じだけ前記第一の開口部から離れた位置に設けられ、
前記演算装置は、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端と、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端とに形成される引出電極に接続され、前記第一及び第二の開口部から前記第一及び第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質による前記第二の金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する前記第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、前記腐食センサが設置される腐食環境における前記腐食性物質の濃度を算出する
腐食環境モニタリング装置。
【請求項２】
前記演算装置は、
前記第二の金属薄膜から引き出された前記引出電極に接続され、前記第二の金属薄膜の抵抗変化を計測する計測回路と、
前記第二の金属薄膜の抵抗変化を、前記第二の金属薄膜の腐食厚さに換算する第１換算回路と、
前記腐食厚さの時間変化に基づいて、前記第二の金属薄膜が腐食する腐食速度を算出する微分回路と、
前記腐食速度を前記腐食環境における前記腐食性物質の濃度に換算する第２換算回路と、を有する
請求項１に記載の腐食環境モニタリング装置。
【請求項３】
前記第１換算回路は、前記腐食センサが有する複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜を前記計測回路が計測して得た電気抵抗が、飽和値に近づいたタイミングで、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜を計測するように切替える
請求項２に記載の腐食環境モニタリング装置。
【請求項４】
複数個の前記第二の金属薄膜から引き出された各々の前記引出電極が直列に接続される
請求項３に記載の腐食環境モニタリング装置。
【請求項５】
前記第一の金属薄膜の膜厚は、前記第一の金属薄膜の体積と、前記第二の金属薄膜の体積とが略同一又は整数倍になるように設けられる
請求項１〜４のいずれか一項に記載の腐食環境モニタリング装置。
【請求項６】
並列に配置される複数のセンサユニットを有する腐食センサと、演算装置と、診断回路と、を備え、
複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットは、
第一の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第一の通路構造と、
前記第一の通路構造の通路内に設けられ、前記第一の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
複数の前記センサユニットのうち、他の前記センサユニットは、
第二の開口部から侵入する前記腐食性物質の量を制限する第二の通路構造と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部の近傍に取付けられ、前記第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
一の前記センサユニットに設けられる前記第二の金属薄膜は、他の前記センサユニットに前記第二の金属薄膜が設けられる位置と同じだけ前記第一の開口部から離れた位置に設けられ、
前記演算装置は、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端と、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端とに形成される引出電極に接続され、前記第一及び第二の開口部から前記第一及び第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質による前記第二の金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する前記第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、前記腐食センサが設置される腐食環境における前記腐食性物質の濃度を算出し、
前記診断回路は、前記演算装置により算出された前記腐食性物質の濃度に基づいて、前記腐食センサが設置される環境にある構造物の劣化深度を求める
腐食診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食環境モニタリング装置及び腐食診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道管渠の環境では、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン等の硫黄系ガスが発生する。下水道管渠の環境で発生する主要ガスである硫化水素は、下水道管渠を構成するコンクリートの表面で硫酸を生成して、コンクリートの腐食劣化を引き起こす。このため、下水道管渠内の硫化水素濃度を常時モニタリングすることにより、下水道管路設備の合理的な改修や改築時期、又は更新時期を予測する上で重要な情報を得られる。
【０００３】
しかし、下水道管渠等の硫化水素濃度が高い環境にて、硫化水素濃度を計測するセンサを設置すると、硫化水素により短期間でセンサが劣化する。したがって下水道管渠等の硫化水素濃度が高い環境で長期にわたり連続的に硫化水素濃度をモニタリングすることが望まれている。硫化水素のモニタリング方法としては、硫化水素濃度を直接測定する他に、金属、例えば銀の腐食量を測定して間接的に硫化水素濃度の濃度を推定する方法があった。
【０００４】
大都市の下水道管渠において、下水道設備間に下水道光ファイバが既に整備され、今後も下水道光ファイバの整備の拡充が予定されている。光ファイバ網は、処理場、ポンプ所間の運転状況の監視や設備維持管理、水位や流量を計測することによるポンプ運転の適正化等に役立てられている。光ファイバ網活用の一環として、下水道管渠のコンクリートの劣化検知のために、光ファイバ網を利用した硫化水素濃度の常時モニタリングが要求されている。下水道管渠内で硫化水素を測定するにあたり、一度設置した計測器は交換が困難である。このため、下水道管渠に設置される計測器には、長期にわたり連続的に硫化水素濃度のモニタリングが可能であることに加え、光ファイバから供給される電力の消費電力が少ないことが必要条件となっている。
【０００５】
ここで、特許文献１には、腐食性物質の侵入を制御する少なくとも一つの通路構造と、通路構造内に形成した金属薄膜とを備える腐食環境モニタリング装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
下水道管渠の環境における硫化水素濃度は、年間平均１０ｐｐｍ程度であることが知られている。下水道管渠の環境で、銀は腐食して１年で５μｍ程度の厚さの硫化皮膜を形成すると推定される。このため、従来の膜厚０．１μｍ程度の銀薄膜を使用したセンサを下水道管渠に設置した場合、膜厚０．１μｍの銀薄膜は１か月以内で全て腐食してしまう。また、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍ程度のガス反応物質を薄膜として使用したセンサを下水道管渠に設置した場合においても、やはりガス反応物質が１ヶ月以内で全て腐食する。このため、従来のセンサは、長期にわたる測定に向かなかった。
【０００８】
特許文献１に開示された装置は、通路構造の開口部から侵入する腐食性物質による金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する金属薄膜の電気抵抗を測定するため、センサ薄膜を薄くしても比較的長い間、測定することが可能であると考えられていた。しかし、特許文献１に開示された装置を下水道管渠に設置した場合、腐食が進みやすいため、１か月程度で金属薄膜の電気抵抗を測定する機能が失われてしまい、例えば、１年以上の長期にわたって測定を続けることができなかった。また、センサ薄膜の膜厚を厚くしても、金属薄膜の腐食が進みやすいことは変わらなかった。
【０００９】
また、従来用いられていた定電位電解式の拡散式硫化水素測定器は、電解液中に溶解した硫化水素を定電位で還元させる際の電流値を測定することで、環境中の硫化水素を測定していた。しかし、拡散式硫化水素測定器の寿命は、電解液の劣化に依存し、１年未満に過ぎない。また、この測定器は、電流値を測定するために数１０ｍＡの電力を消費するため、光ファイバから測定器に電力を供給するのが難しかった。
【００１０】
また、還元性ガス中で電気抵抗が変化する性質を応用し硫化水素ガスを測定する硫化水素測定器が知られている。この硫化水素測定器は、酸化すず電極の電気抵抗変化により硫化水素濃度の変化を測定することが可能であり、小型で耐久性に優れている。しかし、酸化すず電極は、ヒータで４００℃程度に加熱する必要がある。このため、硫化水素測定器は、ヒータを加熱するために数１０ｍＡの電力を消費するため、光ファイバから常時、電力を供給するのが難しいという課題がある。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、長期間にわたって環境中の腐食性物質を測定可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る腐食環境モニタリング装置は、並列に配置される複数のセンサユニットを有する腐食センサと、演算装置と、を備える。複数のセンサユニットのうち、一のセンサユニットは、第一の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第一の通路構造と、第一の通路構造の通路内に設けられ、第一の通路構造に侵入する腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有する。複数のセンサユニットのうち、他のセンサユニットは、第二の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第二の通路構造と、第二の通路構造の通路内であって、第二の開口部の近傍に取付けられ、第二の通路構造に侵入する腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、第二の通路構造の通路内であって、第二の開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有する。一のセンサユニットに設けられる第二の金属薄膜は、他のセンサユニットに第二の金属薄膜が設けられる位置と同じだけ第一の開口部から離れた位置に設けられる。演算装置は、一のセンサユニットが有する第二の金属薄膜の両端と、他のセンサユニットが有する第二の金属薄膜の両端とに形成される引出電極に接続され、第一及び第二の開口部から第一及び第二の通路構造に侵入する腐食性物質による第二の金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、腐食センサが設置される腐食環境における腐食性物質の濃度を算出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、腐食センサが複数のセンサユニットを有しているため、従来の腐食センサよりも長期間にわたって腐食環境に設置することが可能である。このため、演算装置により算出された、腐食環境における腐食性物質の濃度を長期間にわたってモニタリングすることが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下側の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る下水道管渠のコンクリートが腐食される様子を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る腐食センサの構成例を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る腐食センサにおける第一の金属薄膜と第二の金属薄膜の腐食状況の例を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る第二の金属薄膜におけるセンシング金属薄膜の腐食状況と、第二の金属薄膜の電気抵抗の等価回路とを示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る経時的に変化する第二の金属薄膜の電気抵抗の例を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る腐食センサが備える、第二の金属薄膜の電気抵抗と、腐食センサを環境に暴露した際のセンシング金属薄膜の腐食厚さとの関係を求めたグラフを示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る腐食センサの第二の金属薄膜の電気抵抗を測定して、所定の処理を行う演算装置の内部構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る演算装置が備える各回路から求められる演算結果を示したグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る腐食診断装置の内部構成例を示す機能ブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る腐食センサの構成例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る腐食センサの構成例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る腐食センサの構成例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る腐食センサの構成例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る経時的に変化する第二の金属薄膜の電気抵抗の例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係るセンシング金属薄膜の腐食厚さと、電気抵抗との関係を示すグラフの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１６】
以下に、腐食センサ、腐食環境モニタリング装置及び腐食診断装置の例を説明する。腐食センサは、特に下水道管渠内の環境中の腐食性ガス濃度を測定するために用いられる。腐食環境モニタリング装置は、腐食センサを使って環境中の腐食性ガス濃度を測定する装置である。腐食診断装置は、当該環境中に設置されるコンクリート構造物の劣化度合いを診断する装置である。以下の説明では、環境中の腐食性ガスに含まれる硫化水素を腐食性物質の一例とする。このため、測定対象とする環境中の腐食性ガス濃度とは、硫化水素濃度である。
【００１７】
図１は、下水道管渠５０のコンクリートが腐食される様子を示す説明図である。下水道管渠５０は、円筒状にコンクリートで形成される構造物の一例である。下水道管渠５０は、下水道管渠５０の内部に溜まる汚水５１を下水処理場まで流下させる。ただし、下水道管渠５０の下部には、下水処理場まで流下しきれない汚泥５２が溜まる。
【００１８】
汚水５１、汚泥５２、及びコンクリート構造物壁などの下水管渠５０内には、硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細菌が生息する。硫黄は、汚水５１中に硫酸イオンとして存在する。嫌気性状態である汚水５１、汚泥５２中では、硫酸塩還元細菌の働きにより硫酸イオンが硫化水素（Ｈ２Ｓ）となって、下水道管渠５０の気相部に拡散する。また、下水道管渠５０の気相部と、下水道管渠５０の内部表面との温度差により、下水道管渠５０の表面に結露が生じる。結露した水は、下水道管渠５０の表面を伝って下に流れ落ちる。結露した水の中では、好気性の硫黄酸化細菌等により硫化水素から硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が生成される。この硫酸が、結露した水が接触するコンクリート中の成分と反応することで、コンクリートが腐食される。このようにコンクリートが腐食される、下水道管渠５０の上半分にあたる気相部を「管路腐食域」と呼ぶ。
【００１９】
本実施の形態に係る腐食環境モニタリング装置６０は、腐食センサ１、演算装置４０及び出力装置４５を備える。腐食センサ１は、下水道管渠５０内に設置される。腐食センサ１が設置される場所は、下水道管渠５０の気相部である。下水道管渠５０内に滞留する硫化水素により、腐食センサ１の内部に設けられた金属薄膜が腐食する。
【００２０】
そして、下水道管渠５０内には、演算装置４０が設けられている。このため、演算装置４０は、腐食センサ１の金属薄膜の電気抵抗を測定し、電気抵抗の変化に基づいて、腐食センサ１が設置される腐食環境における硫化水素濃度を測定する。これにより、演算装置４０は、コンクリートの腐食度合い、及び腐食センサ１が設置される腐食環境における硫化水素濃度を求めることが可能となる。演算装置４０の詳細な構成例及び処理例については後述する図７及び図８に示す。演算装置４０の解析結果は、光ファイバ５５を通じて、例えば、監視センタに設けられた出力装置４５に送信される。出力装置４５は、例えば、ディスプレイ装置であり、演算装置４０から受信した解析結果を画面表示等により出力する。
なお、演算装置４０は、後述する図７に示す計測回路４１と、その他の回路（第１換算回路４２、微分回路４３、第２換算回路４４）とに分けて配置してもよい。例えば、下水道管渠５０内に腐食センサ１と計測回路４１のみを設置する。その他の回路は、出力装置４５と共に監視センタに設置する。この構成では、計測回路４１を駆動すればよいため、光ファイバから給電される電力の消費を抑えることができる。
【００２１】
［第１の実施の形態］
始めに、第１の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図２は、腐食センサ１の構成例を示す説明図である。図２（ａ）は腐食センサ１の上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視認した腐食センサ１の側面図である。図２（ｃ）と図２（ｄ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って視認した腐食センサ１の正面図である。
【００２２】
腐食センサ１は、並列に配置される複数のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂを備える。そして、センサユニット毎に第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂ、絶縁基板４、筐体５、ガス選択透過膜６、通路構造７、７Ａ、７Ｂ及び引出電極８、８Ａ、８Ｂが設けられる。
【００２３】
絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが設けられる。第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、硫化水素により腐食することで、演算装置４０が環境中の硫化水素濃度を測定するために用いられる。また、絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを覆う筐体５が設けられる。
【００２４】
センサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ筐体５に設けられた通路構造７、７Ａ、７Ｂを備える。通路構造７、７Ａ、７Ｂは、図２（ｃ）と図２（ｄ）の正面図に示すように、左側に開口部を有している。通路構造７、７Ａ、７Ｂが有する開口部は、環境中の硫化水素が侵入する方向を、流れ９の方向に規定するために設けられる。そして、通路構造７、７Ａ、７Ｂの内部に硫化水素を収容可能な体積により、開口部から侵入する硫化水素の量を制限する。
【００２５】
通路構造７、７Ａ、７Ｂの開口部には、外部からの水の浸入を防ぐ防水膜、又はガス選択透過膜６、又は防水膜とガス選択透過膜６の両方が取付けられる。ガス選択透過膜６は、流れ９の方向に沿って通路構造７、７Ａ、７Ｂ内に侵入しようとする硫化水素以外のガスの透過を防止して、腐食性ガスに含まれる硫化水素のみを選択的に透過させる。
【００２６】
図２（ｃ）と図２（ｄ）の正面図に示すように、通路構造７Ａ、７Ｂの通路内であって、通路構造７Ａ、７Ｂの上下側の壁面であり、かつ、開口部の近傍に、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂが取付けられている。第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂは、いずれも矩形状に形成されている。第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂは、硫化水素に対して腐食し易い金属、例えば銀、銀合金、又は銅で構成されている。このため、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂは、それぞれ通路構造７Ａ、７Ｂに侵入する硫化水素により腐食する。
【００２７】
そして、図２（ａ）の上面図、図２（ｃ）と図２（ｄ）の正面図に示すように通路構造７、７Ａ、７Ｂの通路内であって、通路構造７、７Ａ、７Ｂの下側の壁面に第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが設けられる。第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、同じ形状かつ同じ膜厚である。また、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、後述する図３に示すように２層の金属薄膜で構成され、いずれもＵ字状に形成されているが、Ｉ字状など他の形状で形成されてもよい。第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、硫化水素に対して腐食し易い金属、例えば銀、銀合金、又は銅で構成されている。そして、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、それぞれ通路構造７、７Ａ、７Ｂに侵入する硫化水素により腐食する。
【００２８】
そして、第二の金属薄膜３Ａ、３Ｂは、通路構造７Ａ、７Ｂの開口部から第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂより離れた位置に設けられる。そして、センサユニット１０に設けられる第二の金属薄膜３の位置についても、センサユニット１０Ａ、１０Ｂにそれぞれ第二の金属薄膜３Ａ、３Ｂが設けられる位置と同じだけ、通路構造７の開口部から離れた位置となる。
【００２９】
１つの腐食センサ１に設けられるセンサユニットは、２種類以上であれば、個数を問わない。センサユニットの個数は、腐食センサ１を用いる測定期間に基づいて決定される。図２に示すように、センサユニットは、図２（ａ）の上から順に、（１）第一の金属薄膜がない、（２）薄い厚さｔ１とした第一の金属薄膜２Ａ、（３）厚い厚さｔ２とした第一の金属薄膜２Ｂで構成されている。
【００３０】
第一の金属薄膜２Ａの膜厚は、第一の金属薄膜２Ａの体積と、第二の金属薄膜３Ａの体積とが略同一になるように設けられる。このため、最も膜厚の薄い第一の金属薄膜２Ａの体積と、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの体積は、略同一体積である。
また、第一の金属薄膜２Ｂの膜厚は、第一の金属薄膜２Ｂの体積と、第二の金属薄膜の体積とが、整数倍になるように設けられる。このため、最も膜厚の厚い第一の金属薄膜２Ｂの体積は、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの体積の概ね２倍である。このように第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂは、他の寸法は同一であっても、膜厚又は体積が整数倍で異なる構成が好ましい。このため、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂの形状は異なってもよい。
【００３１】
第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの両端には、それぞれの電極間にある第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を測定するための引出電極８、８Ａ、８Ｂが設けられる。ただし、後述する図３に示すように、引出電極８、８Ａ、８Ｂの取付け位置は、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを構成する下地金属薄膜３２の端部であるが、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂとしてもよい。腐食センサ１の使用開始前に引出電極８により測定される第二の金属薄膜３の抵抗はＲ１である。引出電極８Ａにより測定される第二の金属薄膜３Ａの抵抗はＲ２である。引出電極８Ｂにより測定される第二の金属薄膜３Ｂの抵抗はＲ３である。センサユニット毎に設けられた引出電極８、８Ａ、８Ｂは、それぞれ演算装置４０（図７を参照）に接続される。
【００３２】
そして、図１に示した演算装置４０は、通路構造７、７Ａ、７Ｂの開口部から通路構造７、７Ａ、７Ｂに侵入する硫化水素による第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの腐食領域の拡大に応じて変化する金属薄膜の電気抵抗を測定することで、腐食環境における硫化水素の濃度を算出する。
【００３３】
図３は、腐食センサ１における第一の金属薄膜２Ａと第二の金属薄膜３Ａの腐食状況の例を示す説明図である。第一の金属薄膜２Ｂと第二の金属薄膜３Ｂについても同様に腐食するものとする。
【００３４】
第二の金属薄膜３Ａは、絶縁基板４の上に形成された下地金属薄膜３２と、下地金属薄膜３２の上に形成されたセンシング金属薄膜３１により構成される。センシング金属薄膜３１は、第一の金属薄膜２、２Ａ、２Ｂと同様に、硫化水素に対して腐食し易い金属、例えば銀、銀合金、銅で構成される。また、下地金属薄膜３２は、安定して電気抵抗を測定するために温度変化に対して抵抗変化の小さいチタン、クロム、ニッケル、ステンレス鋼、金、又はパラジウム等で構成されている。図２に示したような３種類のセンサユニットが、通路構造７、７Ａ、７Ｂ毎に設けられている。なお、第二の金属薄膜３、３Ｂについても、第二の金属薄膜３Ａと同様に、センシング金属薄膜３１と下地金属薄膜３２とで構成されている。
【００３５】
図３（ａ）は、初期の状態であり、通路構造７Ａの上下側の壁面に取付けた第一の金属薄膜２Ａは腐食していない。また、通路構造７Ａの下側の壁面に取付けた第二の金属薄膜３Ａのセンシング金属薄膜３１も腐食していない。
【００３６】
図３（ｂ）は、腐食環境に腐食センサ１を暴露した後の時刻Ａにおける状態である。このとき、通路構造７Ａの上下側の壁面に取付けた第一の金属薄膜２Ａの一部が腐食して腐食生成物２３が形成されている。通路構造７Ａの開口部から流れ９の方向に侵入した腐食性物質である硫化水素は、第一の金属薄膜２Ａの腐食で全て消費されている。しかし、硫化水素は第二の金属薄膜３Ａのセンシング金属薄膜３１まで到達していない。このため、通路構造７Ａの下側の壁面に取付けた第二の金属薄膜３Ａのセンシング金属薄膜３１は腐食していない。
【００３７】
図３（ｃ）は、腐食環境に腐食センサ１を暴露した後の時刻Ｂ（時刻Ａより後の時刻）における状態である。このとき、通路構造７Ａの上下側の壁面に取付けた第一の金属薄膜２Ａは、全て腐食して腐食生成物２３が形成されている。第一の金属薄膜２Ａは全て腐食したため、硫化水素は第一の金属薄膜２Ａで消費されない。そして、第二の金属薄膜３Ａまで達した硫化水素が、センシング金属薄膜３１を腐食させる。
【００３８】
ここで、図２に示したように、センサユニット毎に第一の金属薄膜の厚さは０、ｔ１、ｔ２と段階的に異なる。このため、第二の金属薄膜３Ａのセンシング金属薄膜３１が腐食し始める時期は、第一の金属薄膜２Ａが厚いほど遅くなる。
【００３９】
この結果、通路構造７に第一の金属薄膜がない第二の金属薄膜３の腐食が先に進行する。次に、第一の金属薄膜２Ａの下流にある第二の金属薄膜３Ａの腐食が進行する。その後、第一の金属薄膜２Ｂの下流にある第二の金属薄膜３Ｂの腐食が進行する。これより図２に示す３種類のセンサユニットを有する腐食センサ１は、１種類のセンサユニットしか有していない従来の腐食センサと比較して３倍程度の期間にわたってモニタリングが可能となる。
【００４０】
図４は、第二の金属薄膜３Ａにおけるセンシング金属薄膜３１の腐食状況と、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗の等価回路とを示す説明図である。
図４（ａ）に示すように、初期状態において、第二の金属薄膜３Ａのセンシング金属薄膜３１の電気抵抗をＲＡｇとし、下地金属薄膜３２の電気抵抗をＲＣｒとする。このとき、第二の金属薄膜３Ａの等価回路は、センシング金属薄膜３１の電気抵抗と、下地金属薄膜３２の電気抵抗とを並列接続した回路となる。このため、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗Ｒは、Ｒ＝ＲＡｇ×ＲＣｒ／（ＲＡｇ＋ＲＣｒ）で表される。
【００４１】
図４（ｂ）に示すように、経時的に第二の金属薄膜３Ａが腐食した暴露後時刻Ｂにおいて、第二の金属薄膜３Ａの腐食生成物３３の電気抵抗をＲＡｇ２Ｓとする。このとき、第二の金属薄膜３Ａの等価回路は、以下に説明する第１〜第３の回路を直接接続した回路となる。第１の回路は、腐食生成物３３の電気抵抗と、下地金属薄膜３２の電気抵抗とを並列接続した回路である。第２の回路は、センシング金属薄膜３１の電気抵抗と、腐食生成物３３の電気抵抗と、下地金属薄膜３２の電気抵抗とを並列接続した回路である。第３の回路は、センシング金属薄膜３１の電気抵抗と、下地金属薄膜３２の電気抵抗とを並列接続した回路である。
【００４２】
このため、暴露後時刻Ｂにおける第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗Ｒ’は、Ｒ’＝ＲＡｇ２Ｓ×ＲＣｒ’／（ＲＡｇ２Ｓ＋ＲＣｒ’）＋（ＲＡｇ×ＲＣｒ’’＋ＲＡｇ’’×ＲＡｇ２Ｓ＋ＲＣｒ’’×ＲＡｇ２Ｓ）／（ＲＡｇ’’＋ＲＣｒ’’＋ＲＡｇ２Ｓ）＋ＲＡｇ’’’×ＲＣｒ’’’／（ＲＡｇ’’’＋ＲＣｒ’’’）と表される。
【００４３】
腐食センサ１を環境に暴露したことに伴う銀等の金属の腐食量は、第二の金属薄膜３Ａの初期の電気抵抗Ｒと、暴露後時刻Ｂの電気抵抗Ｒ’の差分ΔＲに対応して求められる。したがって腐食センサ１に設けられた第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗を測定することで、銀の腐食量を推定できる。
【００４４】
図５は、経時的に変化する第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗の例を示す説明図である。
図５（ａ）は、腐食センサ１のセンサユニット１０における第一の金属薄膜の厚さが０、すなわち第一の金属薄膜がない場合の、第二の金属薄膜３の電気抵抗の経時的変化の例を示す。センサユニット１０には、第一の金属薄膜がないため、第二の金属薄膜３の電気抵抗は、腐食センサ１を環境に暴露した初期から変化している。そして、第二の金属薄膜３は時刻Ｔ１で全て腐食するため、時刻Ｔ１以降、第二の金属薄膜３の電気抵抗は上昇しない。このように電気抵抗が変化しなくなる値を飽和値と呼ぶ。そして、電気抵抗が飽和値になる直前、例えば、時刻Ｔ１’は、電気抵抗が、例えば飽和値の９０％に達した時点の時刻である。
【００４５】
図５（ｂ）は、腐食センサ１のセンサユニット１０Ａにおける第一の金属薄膜２Ａが厚さｔ１である場合の、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗の経時的変化の例を示す。時刻Ｔ１’で第一の金属薄膜２Ａが全て腐食するように、第一の金属薄膜２Ａの厚さｔ１が設定されている。ただし、硫化水素が全て消費されて、第一の金属薄膜２Ａを腐食するわけではない。このため、時刻Ｔ１’までは、第一の金属薄膜２Ａで消費されない一部の硫化水素が第二の金属薄膜３Ａに到達する。この結果、図５（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１’までの間においても第二の金属薄膜３Ａは腐食してわずかに電気抵抗が増大する。そして、第一の金属薄膜２Ａが全て腐食した時刻Ｔ１’以降は、硫化水素が第二の金属薄膜３Ａのみで消費されて腐食するため、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗の変化は、図５（ａ）と同じ傾きを示す。
【００４６】
さらに図５（ｃ）は、腐食センサ１のセンサユニット１０Ｂにおける第一の金属薄膜２Ｂが厚さｔ２（＞ｔ１）である場合の、第二の金属薄膜３Ｂの電気抵抗の経時的変化の例を示す。時刻Ｔ２’で第一の金属薄膜２Ｂが全て腐食するように、第一の金属薄膜２Ｂの厚さｔ２が設定されている。ただし、硫化水素が全て消費されて、第一の金属薄膜２Ｂを腐食するわけではない。このため、時刻Ｔ２’までは、第一の金属薄膜２Ｂで消費されない一部の硫化水素が第二の金属薄膜３Ｂに到達する。この結果、図５（c）に示すように、時刻Ｔ２’までの間においても第二の金属薄膜３Ｂは腐食してわずかに電気抵抗が増大する。そして、第一の金属薄膜２Ｂが全て腐食した時刻Ｔ２’以降は、硫化水素が第二の金属薄膜３Ｂのみで消費されて腐食するため、第二の金属薄膜３Ｂの電気抵抗の変化は、図５（ａ）と同じ傾きを示す。
【００４７】
図５（ｄ）は、本実施の形態に係る腐食センサ１に設けられる３種類のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂにおける第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を組合せた、電気抵抗の経時的変化の例を示す。
すなわち時刻０〜Ｔ１までは図５（ａ）に示す第一の金属薄膜の厚さが０の場合の電気抵抗、時刻Ｔ１’〜Ｔ２までは図５（ｂ）に示す第一の金属薄膜２Ａが厚さｔ１である場合の電気抵抗、時刻Ｔ２’〜Ｔ３までは図５（ｃ）に示す第一の金属薄膜２Ｂが厚さｔ２である場合の電気抵抗を重ね合わせた結果である。なお、時刻Ｔ１’において、厚さがｔ１である第一の金属薄膜２Ａを用いて測定された電気抵抗が、第一の金属薄膜がない場合に測定された電気抵抗と同じになるようにオフセットを加える。同様に、時刻Ｔ２’において、厚さがｔ２である第一の金属薄膜２Ｂを用いて測定された電気抵抗が、厚さがｔ１である第一の金属薄膜２Ａを用いて測定された電気抵抗と同じになるようにオフセットを加える。
【００４８】
このように３種類のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂを有する腐食センサ１を用いることで、腐食環境モニタリング装置６０は、１種類のセンサユニットしか有さない従来の腐食センサが測定できる時刻Ｔ１より長い時刻Ｔ３まで、硫化水素濃度をモニタリング可能である。なお、演算装置４０は、各センサユニットが測定した電気抵抗が、飽和値に近づいたタイミングで、電気抵抗を測定するための各センサユニットを切替える。例えば、後述する図７に示す第１換算回路４２は、飽和値の９０％に達した時刻Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’のタイミングで、電気抵抗を測定するセンサユニットを切替える。これにより、演算装置４０は、センサユニットの切り替えに伴う電気抵抗の欠落を防止できる。
【００４９】
図６は、腐食センサ１が備える、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗と、腐食センサ１を環境に暴露した際のセンシング金属薄膜３１の腐食厚さとの関係を求めたグラフを示す説明図である。
【００５０】
このグラフにより、センシング金属薄膜３１の腐食厚さが増すほど、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの重ね合わせた電気抵抗が増加することが示される。腐食センサ１が備えるセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂにおいて同種の金属によりセンシング金属薄膜３１を構成する。図６では、グラフが線形に変化するが、グラフが非線形に変化する場合もある。そして、センサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂに設けられた第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を組み合わせて得られる電気抵抗の経時的変化を、センシング金属薄膜３１の腐食厚さの経時的変化に変換することが可能となる。
【００５１】
次に、演算装置４０により行われる測定データの処理について、図７と図８を参照して説明する。
図７は、腐食センサ１の第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を測定して、所定の処理を行う演算装置４０の内部構成例を示す機能ブロック図である。
図８は、演算装置４０が備える各回路から求められる演算結果を示したグラフである。
【００５２】
図１に示したように腐食環境モニタリング装置６０は、腐食センサ１、演算装置４０及び出力装置４５を備える。腐食環境モニタリング装置６０は、腐食センサ１が設置される下水道管渠５０内の環境中の硫化水素濃度を測定する。
【００５３】
図１に示したように、演算装置４０は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）により構成される。ＭＰＵがＲＯＭ（Read Only Memory）から読み出したプログラムを実行することで、演算装置４０内の各機能ブロックの動作を実現可能である。この演算装置４０は、腐食センサ１の第二の金属薄膜３の電気抵抗を測定して解析した解析結果を、光ファイバ５５を通じて出力装置４５に送信する。この演算装置４０は、計測回路４１、第１換算回路４２、微分回路４３及び第２換算回路４４を備える。
【００５４】
計測回路４１は、腐食センサ１から引き出された引出電極８、８Ａ、８Ｂからセンサユニット毎に第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を測定し、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗変化を計測する。このため、図８（ａ）に示す、経時的な電気抵抗の変化を表すグラフが得られる。引出電極８、８Ａ、８Ｂは、センサユニット毎に引き出されるので、計測回路４１は、センサユニット毎に設けられる。本実施の形態では、センサユニット毎に引き出された引出電極８、８Ａ、８Ｂに接続される３チャンネルの計測回路４１が必要である。そして、計測回路４１は、測定した第二の金属薄膜３の電気抵抗を第１換算回路４２に出力する。
【００５５】
第１換算回路４２は、計測回路４１から入力した第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗変化を、腐食センサ１の設置環境に暴露したセンシング金属薄膜３１（第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂ）の腐食厚さに換算する。このため、図８（ｂ）に示す、経時的なセンシング金属薄膜３１の腐食厚さの変化を表すグラフが得られる。第１換算回路４２以降は、センサユニット毎に３チャンネルの構成としてもよいし、１チャンネルの構成により、演算を行ってもよい。そして、第１換算回路４２は、換算したセンシング金属薄膜３１の腐食厚さの値を微分回路４３に出力する。
【００５６】
微分回路４３は、第１換算回路４２から入力したセンシング金属薄膜３１の腐食厚さの時間変化に基づいて第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが腐食する腐食速度を算出する。このため、微分回路４３は、腐食厚さの時間変化を微分することで単位時間当たりの腐食速度を求める。このため、図８（ｃ）に示す、経時的な腐食速度の変化を表すグラフが得られる。そして、微分回路４３は、腐食速度の値を第２換算回路４４に出力する。
【００５７】
第２換算回路４４は、微分回路４３から入力した腐食速度の値を硫化水素濃度に換算する。ここで、第２換算回路４４は、温度、相対湿度、硫化水素濃度から銀の腐食速度を求めるための公知の関係式から逆関数を作成し、温度、相対湿度の値を代入することにより、腐食速度から硫化水素濃度を求める。このため、図８（ｄ）に示す、経時的な硫化水素濃度の変化を表すグラフが得られる。そして、第２換算回路４４は、硫化水素濃度の値を光ファイバ５５を介して、出力装置４５に出力する。
【００５８】
なお、演算装置４０は、光ファイバ５５から給電される電力で動作する。第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を測定する計測回路４１等の電力消費が非常に小さい。このため、演算装置４０全体の電力消費も抑えることができる。
【００５９】
図９は、腐食診断装置７０の内部構成例を示す機能ブロック図である。
本実施の形態に係る腐食診断装置７０は、図７に示した腐食環境モニタリング装置６０が備える腐食センサ１、演算装置４０及び出力装置４５に対して、さらに下水道管渠５０内のコンクリートの劣化深度を診断する診断回路４６を追加した構成としている。
【００６０】
下水道管渠５０の内部は、場所により硫化水素濃度が異なり、硫化水素濃度に対応してコンクリートが劣化することが知られている。そこで、演算装置４０は、下水道管渠５０内に設置した複数個（Ｎ個）の腐食センサ１（図中では、腐食センサ１−１〜１−Ｎと表す）から第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を求め、下水道管渠５０内の各場所における硫化水素濃度を測定する。演算装置４０により行われる一連の処理は、図７及び図８を参照して説明したとおりである。そして、演算装置４０が測定した硫化水素濃度の測定結果が診断回路４６に出力される。診断回路４６は、演算装置４０に追加される回路である。このため、演算装置４０が診断回路４６を備えてもよい。
【００６１】
診断回路４６は、演算装置４０により求められた硫化水素濃度に基づいて、平均硫化水素濃度（ｐｐｍ）を算出し、腐食センサ１が設置される環境にある構造物、すなわちコンクリートの劣化深度を求める。コンクリートの劣化深度は、吉本・北川の予測式（吉本国春、北川三夫、日本下水道事業団技術開発部報、１９９０年）に基づき、次式（１）にて求められる。式（１）にて、ｄは劣化深度（ｍｍ）、Ｃは環境中の平均硫化水素濃度（ｐｐｍ）、Ｔはコンクリートの共用年数（年）を表す。
【００６２】
ｄ＝１．３３・（Ｃ×Ｔ）０．５  ・・・（１）
【００６３】
診断回路４６により算出されたコンクリートの劣化深度の情報は、光ファイバ５５を介して、出力装置４５に出力される。そして、コンクリートの劣化深度の情報を出力装置４５を通じて確認することができる。
【００６４】
なお、演算装置４０と、診断回路４６とを分けて配置してもよい。例えば、演算装置４０と診断回路４６とを光ファイバ５５で接続することにより、診断回路４６を監視センタに配置してもよい。この場合、監視センタに配置された診断回路４６は、演算装置４０から光ファイバ５５を通じて出力される硫化水素濃度の値に基づいて、コンクリートの劣化深度を求めることができる。
【００６５】
以上説明した第１の実施の形態に係る腐食環境モニタリング装置６０では、下水道管渠５０内に設けられた腐食センサ１の通路構造７、７Ａ、７Ｂの開口部から流入する硫化水素によりセンシング金属薄膜３１が腐食する量の変化を電気抵抗変化として測定する。このため、下水道管渠５０内の環境中における硫化水素濃度、又は硫化水素濃度に対応するセンシング金属薄膜３１の腐食量を長期にわたって、連続的にモニタリングすることが可能である。
【００６６】
また、腐食センサ１は、筐体５が第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを覆ってあり、通路構造７、７Ａ、７Ｂの開口部には防水膜、又はガス選択透過膜６、又は防水膜とガス選択透過膜６の両方が取付けられている。このため、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、通路構造７、７Ａ、７Ｂに侵入した硫化水素によってのみ腐食する。このため、強腐食性環境における空気の流れにより、短時間で多量の硫化水素が通路構造７、７Ａ、７Ｂ内に侵入しないようにすることができる。また、腐食センサ１に、例えば塵埃や塩類が付着することで発生する、付着部周辺の局所的な腐食、腐食生成物の膜厚に依存して変化する意図しない腐食を抑制できる。
【００６７】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図１０は、腐食センサ１Ａの構成例を示す説明図である。図１０（ａ）は腐食センサ１Ａの上面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視認した腐食センサ１Ａの側面図である。図１０（ｃ）と図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って視認した腐食センサ１Ａの正面図である。
【００６８】
腐食センサ１Ａは、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂ、絶縁基板４、筐体５、ガス選択透過膜６、通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ及び引出電極８、８Ａ、８Ｂを備える。絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが設けられる。また、絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを覆う筐体５が設けられる。
【００６９】
センサユニット１０、１０Ｃ、１０Ｄは、それぞれ筐体５に設けられた通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅを備える。第２の実施の形態に係る通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの高さは、いずれも図２に示した第１の実施の形態に係る通路構造７、７Ａ、７Ｂの高さの半分程度である。このように通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの内部体積が小さいため、図１０（ｃ）と図１０（ｄ）の正面図に示すように、通路構造７Ｃ、７Ｄの下側の壁面だけに、矩形状に形成された第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂが取付けられている。同様に、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂについても、通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ内の一部の壁面に取付けられている。
【００７０】
以上説明した第２の実施の形態に係る腐食センサ１Ａでは、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、いずれも絶縁基板４に取付けられている。このため、第１の実施の形態に係る腐食センサ１の構造（図２を参照）に比べて構造を簡単にすることができる。
【００７１】
また、通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの内部が狭いため、通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの開口部から侵入した腐食性物質である硫化水素が少なくなり、第１の実施の形態に係る腐食センサ１の構造に比べて第一の金属薄膜２により消費されにくい。このように通路構造７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの高さを低くすることで、第１の実施の形態に係る腐食センサ１と同様の効果を、簡単な構造で実現することができる。
【００７２】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図１１は、腐食センサ１Ｂの構成例を示す説明図である。図１１（ａ）は腐食センサ１Ｂの上面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視認した腐食センサ１Ｂの側面図である。図１１（ｃ）と図１１（ｄ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って視認した腐食センサ１Ｂの正面図である。
【００７３】
腐食センサ１Ｂは、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂ、絶縁基板４、筐体５、ガス選択透過膜６、通路構造７、７Ａ、７Ｂ及び引出電極８、８Ａ、８Ｂを備える。絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが設けられる。また、絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを覆う筐体５が設けられる。
【００７４】
センサユニット１０、１０Ｅ、１０Ｆは、それぞれ筐体５に設けられた通路構造７、７Ａ、７Ｂを備える。図１１（ｃ）と図１１（ｄ）の正面図に示すように、通路構造７Ａ、７Ｂの下側の壁面だけに、矩形状に形成された第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄが取付けられている。同様に、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂについても、通路構造７、７Ａ、７Ｂ内の一部の壁面に取付けられている。
【００７５】
ここで、センサユニット１０は、第一の金属薄膜がない構成であるが、センサユニット１０Ｅは、狭い幅ｗ１である第一の金属薄膜２Ｃを備え、センサユニット１０Ｆは、広い幅ｗ２である第一の金属薄膜２Ｄを備える。このように第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄの硫化水素の流入方向に沿った幅を異ならせてもよい。ただし、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄの他の部分の寸法は同じとする。また、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄの幅ｗ１、ｗ２は、整数倍で異なることが望ましい。
【００７６】
以上説明した第３の実施の形態に係る腐食センサ１Ｂでは、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、いずれも絶縁基板４に取付けられている。そして、第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、同じ膜厚であり、同じ金属で構成されるため、第１の実施の形態に係る腐食センサ１の構造（図２を参照）に比べて構造が簡単であり、製造時の人為的ミスの発生を防ぎやすい。
【００７７】
なお、図１１では、幅が異なる第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄが、通路構造７Ａ、７Ｂの下側の壁面だけに取付けられている。しかし、幅が異なる第一の金属薄膜２Ｃ、２Ｄを、通路構造７Ａ、７Ｂの他の側の壁面に取付けてもよい。
【００７８】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図１２は、腐食センサ１Ｃの構成例を示す説明図である。図１２（ａ）は腐食センサ１Ｃの上面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視認した腐食センサ１Ｃの側面図である。
【００７９】
腐食センサ１Ｃは、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂ、絶縁基板４、筐体５、ガス選択透過膜６、通路構造７、７Ａ、７Ｂ及び引出電極８、８Ａ、８Ｂを備える。絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが設けられる。また、絶縁基板４上には、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂと、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを覆う筐体５が設けられる。
【００８０】
センサユニット１０、１０Ｇ、１０Ｈは、それぞれ筐体５に設けられた通路構造７、７Ａ、７Ｂを備える。図１０（ｃ）と図１０（ｄ）の正面図に示すように、通路構造７Ａ、７Ｂの下側の壁面だけに、矩形状に形成された第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂが取付けられている。同様に、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂについても、通路構造７、７Ａ、７Ｂ内の一部の壁面に取付けられている。
【００８１】
センサユニット１０は、第一の金属薄膜がない構成であるが、センサユニット１０Ｇは、薄い厚さｔ１である第一の金属薄膜２Ａを備え、センサユニット１０Ｈは、厚い厚さｔ２である第一の金属薄膜２Ｂを備える。また、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂは、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂに比べて耐食性に優れた材料、例えばＡｇ−Ｐｄ合金で構成されている。
【００８２】
以上説明した第４の実施の形態に係る腐食センサ１Ｃでは、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを、第１の実施の形態に係る第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂを構成する銀よりも腐食しにくい材料、例えばＡｇ−Ｐｄ合金で構成した。このため、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが腐食しにくくなり、第１の実施の形態に係る腐食センサ１よりも長期間の測定が可能となる。
【００８３】
また、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂに腐食しにくい材料を用いることで、第１の実施の形態に係る腐食センサ１に比べて、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを薄く形成することができる。ここで、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが厚く形成されていると、腐食したことで腐食形成物が形成されると第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂが剥離する可能性がある。従って、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを薄く形成することで、剥離の可能性を低くすることができる。
【００８４】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態に係る腐食センサについて、図１３と図１４を参照して説明する。
図１３は、第５の実施の形態に係る腐食センサ１Ｄの構成例を示す説明図である。
【００８５】
上述した各実施の形態では、各センサユニットに設けられた複数個の第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂからそれぞれ引き出される引出電極８、８Ａ、８Ｂ間の電気抵抗を測定する必要がある。このため、演算装置４０には、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗を測定するための３チャンネル分の計測回路４１が必要であった。しかし、図１に示すような下水道管渠５０内の腐食性物質を測定する腐食センサには低消費電力であることが望まれる。このため、腐食センサに多チャンネル分の計測回路４１を設ける構成とすることは、消費電力の観点から好ましくない。
【００８６】
そこで、図１３に示す腐食センサ１Ｄでは、センサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ備える第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを、引出電極８、８Ａ、８Ｂを介して直列に接続した構成とした。このため、演算装置４０に設けた１チャンネルの計測回路４１だけで、３種類の第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を測定することが可能となる。第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの全体の抵抗を、ＲTOTALと呼ぶ。なお、腐食センサ１Ｄの第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを直列に接続した以外の構成は、図２に示した腐食センサ１と同じである。
【００８７】
図１４は、経時的に変化する第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗の例を示す説明図である。図１４に示すグラフは、図５に示したグラフと同様であるため、簡単に内容を説明する。
【００８８】
図１４（ａ）は、腐食センサ１Ｄにおいて第一の金属薄膜２の厚さが０、すなわち第一の金属薄膜２がない場合の、第二の金属薄膜３の電気抵抗の経時的変化の例を示す。第二の金属薄膜３は時刻Ｔ１で全て腐食するため、時刻Ｔ１以降、電気抵抗は上昇しない。
【００８９】
図１４（ｂ）は、腐食センサ１Ｄにおいて第一の金属薄膜２Ａが厚さｔ１である場合の、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗の経時的変化の例を示す。時刻Ｔ１’で第一の金属薄膜２Ａが全て腐食するように、第一の金属薄膜２Ａの厚さｔ１が設定されている。
図１４（ｃ）は、腐食センサ１Ｄにおいて第一の金属薄膜２Ｂが厚さｔ２である場合の、第二の金属薄膜３Ｂの電気抵抗の経時的変化の例を示す。時刻Ｔ２’で第一の金属薄膜２Ｂが全て腐食するように、第一の金属薄膜２Ｂの厚さｔ２が設定されている。
【００９０】
図１４（ｄ）は、腐食センサ１Ｄにおいて、３種類のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂが備えるそれぞれの第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗を組み合わせた電気抵抗の経時的変化の例を示す。腐食センサ１Ｄでは、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂから引き出された引出電極８、８Ａ、８Ｂが直列に接続される。このため、１チャンネルの計測回路４１が、１チャンネルの電気抵抗を測定するだけで、引出電極８、８Ａ、８Ｂからの出力を切替えることなく時刻Ｔ３までモニタリングが可能となる。
【００９１】
図１５は、センシング金属薄膜３１の腐食厚さと、電気抵抗との関係を示すグラフの例である。ここでは、図７に示した腐食環境モニタリング装置６０により、腐食センサ１Ｄに設けられた３種類の第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗の経時的変化の解析結果を一例として示す。
【００９２】
例えば、図２（ｃ）と図２（ｄ）の正面図に示したように、通路構造７Ａ、７Ｂの上下側の壁面に取付けられる第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂの厚さは、例えば、５００ｎｍ、１０００ｎｍであるとする。また、通路構造７Ａ、７Ｂの下側の壁面に取付けられる下の第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの厚さは、例えば、１５０ｎｍであるとする。
【００９３】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）を参照して説明したように、第一の金属薄膜２Ａ、２Ｂで消費されなかった硫化水素は、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを腐食させて電気抵抗を上昇させる。ここで、図１５（ａ）の実線のグラフが、第一の金属薄膜の厚さが０である、第二の金属薄膜３の電気抵抗の変化を表す。図１５（ａ）の破線のグラフが、第一の金属薄膜２Ａが厚さｔ１である場合の、第二の金属薄膜３Ａの電気抵抗の変化を表す。図１５（ａ）の一点鎖線のグラフが、第一の金属薄膜２Ｂが厚さｔ２である場合の、第二の金属薄膜３Ｂの電気抵抗の変化を表す。
【００９４】
図１５（ｂ）は、腐食解析で求めた３種類のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂの第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを直接接続した場合におけるセンシング金属薄膜３１の腐食厚さと電気抵抗の変化の関係を示す。このグラフにより、演算装置４０の第１換算回路４２は、直列接続した第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの電気抵抗の経時的変化を腐食厚さの経時的変化に換算することが可能となる。そして、演算装置４０は、微分回路４３、第２換算回路４４により、環境中の硫化水素濃度を求める。
【００９５】
以上説明した第５の実施の形態に係る腐食センサ１Ｄでは、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂを直列接続したことにより、１チャンネルの計測回路４１だけで第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗変化を計測することができる。このため、他の実施の形態に示したような３チャンネルの計測回路４１を用いて、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗変化を計測する場合に比べて、省電力化を図ることができる。また、計測回路４１が１チャンネルだけであるため、引出電極８、８Ａ、８Ｂの切替なしに、第二の金属薄膜３、３Ａ、３Ｂの抵抗変化を計測することができる。
【００９６】
また、腐食センサ１Ｄは、３種類のセンサユニット１０、１０Ａ、１０Ｂを備えるため、１種類のセンサユニットしか有していない従来の腐食センサと比較して３倍程度の期間にわたってモニタリングが可能となる。
【００９７】
［変形例］
なお、腐食センサが検知可能な腐食性物質は、硫化水素だけに限らない。そして、上述した各実施の形態に係る腐食センサは、下水道だけでなく、地熱、火山地帯、製紙工場、製油工場、製糖工場等に発生する腐食性ガスを検知するために用いてもよい。
【００９８】
また、第一の金属薄膜、第二の金属薄膜は、通路構造の一つ以上の壁面に取付けられてもよい。また、第一の金属薄膜、第二の金属薄膜は、通路構造の上面、又は下面だけでなく、側面に取付けられてもよい。
【００９９】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１…腐食センサ、２，２Ａ，２Ｂ…金属薄膜、３，３Ａ，３Ｂ…金属薄膜、４…絶縁基板、５…筐体、６…ガス選択透過膜、７，７Ａ，７Ｂ…通路構造、８，８Ａ，８Ｂ…引出電極、１０，１０Ａ，１０Ｂ…センサユニット、３１…センシング金属薄膜、３２…下地金属薄膜、４０…演算装置、４１…計測回路、４２…第１換算回路、４３…微分回路、４４…第２換算回路、４５…出力装置、４６…診断回路、６０…腐食環境モニタリング装置、７０…腐食診断装置
【図１】
2019113433.tif 000003
【図２】
2019113433.tif 000004
【図３】
2019113433.tif 000005
【図４】
2019113433.tif 000006
【図５】
2019113433.tif 000007
【図６】
2019113433.tif 000008
【図７】
2019113433.tif 000009
【図８】
2019113433.tif 000010
【図９】
2019113433.tif 000011
【図１０】
2019113433.tif 000012
【図１１】
2019113433.tif 000013
【図１２】
2019113433.tif 000014
【図１３】
2019113433.tif 000015
【図１４】
2019113433.tif 000016
【図１５】
2019113433.tif 000017