(57)【要約】【課題】被測定液の流速の検出手段が不要で、検知極の定期的な保守が不要な酸化・還元物質濃度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】検出部１と濃度変換器２とから成り、検出部は、酸化または還元物質を含有する被測定液が流れる測定管１３と、測定管内壁面で対向して、一方の該測定管内壁面で、被測定液に接液して設けられる検知極及び対極からなる電極１１と、他方の測定管内壁面で、被測定液に接液して設けられる超音波振動子１２とを備え、濃度変換器２は、検知極及び対極間に予め設定された電圧を印加する電源部２１と、検知極と対極間との間に流れる拡散電流を検出する拡散電流検出部２２と、拡散電流に基づいて酸化または還元物質の含有濃度を算出する濃度演算部２３と、所定の周波数と電力とで超音波振動子を振動させる超音波発振部２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定液に含まれる酸化または還元物質による拡散電流を求める検出部と、検出された前記拡散電流から被測定液の酸化・還元物質の濃度を求める濃度変換器とから成り、
前記検出部は、酸化または還元物質を含有する被測定液を流す測定管と、前記測定管内壁面で対向して、一方の該測定管内壁面で、前記被測定液に接液して設けられる検知極及び対極からなる電極と、他方の前記測定管内壁面で、前記被測定液に接液して設けられる超音波振動子と
を備え、
前記濃度変換器は、前記検知極及び前記対極間に予め設定された電圧を印加する電源部と、前記検知極と前記対極間との間に流れる拡散電流を検出する拡散電流検出部と、前記拡散電流に基づいて酸化または還元物質の含有濃度を算出する濃度演算部と、前記超音波振動子を所定の超音波周波数で振動させるための発振信号を供給する超音波発振部と
を備えたことを特徴とする酸化・還元物質濃度測定装置。
【請求項２】
前記電極は、前記検知極の検知面と前記超音波振動子の振動放射面とを対面させ、前記振動放射面の面積を前記検知面の面積より大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の酸化・還元物質濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水等に含まれる酸化または還元物質の含有濃度を２つの電極付近で発生する酸化または還元反応による拡散電流を測定することで求める酸化・還元物質濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、酸化・還元物質濃度測定装置は、被測定液中に検知極と対極とからなる電極を被測定液に浸漬し、この電極間に電圧を印加することによって、電極付近で発生する酸化または還元反応による拡散電流を測定するものである。
【０００３】
この拡散電流の値と被測定液中の酸化または還元物質等の濃度とは下記式に示すような一定の関係をもつことが知られており、拡散電流の値を基にして、被測定液中の酸化または還元物質の濃度を算出している。  
拡散電流＝Ｋ×濃度
ここで、Ｋは反応物質の価数、ファラデー定数、拡散係数、検知する電極の面積、及び拡散層の厚さにより定まる定数である。
【０００４】
水道水等、連続して流れる水溶液から安定して拡散電流を測定するためには、電極表面積と拡散層の厚さを一定に維持する必要があるが、この拡散層の厚さは、被測定液の流量変化の影響を受ける。
【０００５】
そのためこれまでの酸化・還元物質濃度測定装置は、被測定液の流量を一定にすることが必要であるため、流量変化がある場合には、流量センサにより流量を計測し、流量変化による拡散電流の増減分を補正する手段がとられている。
【０００６】
この流量を一定に維持する酸化・還元物質濃度測定装置には、水量調整や定流量弁を用いる技術が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
また、流量を計測し補正する酸化・還元物質濃度測定装置には、流路の上流側に設けられた渦発生体によって発生したカルマン渦の振動数に基づいて、流速由来の電流を算出して、拡散電流から該電流を差し引いて、酸化・還元物質の濃度を測定する技術が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【０００８】
また、流量が少ない場合は、流量変化の影響を低減させるために検知極自体を一定の速度で回転または振動することや被測定液を一定の速度で攪拌することで、検知極先端に一定の強制対流を作り、拡散層の厚さを一定にする技術が知られている（例えば特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２０００−４６７９５（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−１７１４３２（第１頁、図１）
【特許文献３】特開平９−２８８０８３（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したような従来の各種の酸化・還元物質濃度測定装置においては、流量変化の影響があるため、流量を一定にしたり、検知極自体を一定の速度で回転または振動したり、または、被測定液を一定の速度で攪拌する必要があった。
【００１０】
特許文献１による装置では、流量を一定にするために、定流量弁を用いて流量を制御する方法や、検知極を浸漬した測定槽の上部に受水槽を設け、受水槽と測定槽の水面を一定に保ち、圧力差により流量を制御する方法の場合には、装置が大掛かりとなる問題がある。また、定流量弁を用いる場合には、さらに、目詰まりによる流量の変化が懸念されるため、定期的なメンテナンスが必要となる問題がある。
【００１１】
また、特許文献３による装置では、検知極自体を一定の速度で回転、または振動させる場合には、被測定液を一定速度で攪拌するためのモータによる駆動が必要となる。
【００１２】
この駆動モータが故障した場合、被測定液の回転、振動または攪拌が停止するため、定期的なメンテナンスが必要となる問題がある。
【００１３】
また、特許文献２による装置では、流量の変化に対する補正を行なう場合、上流でカルマン渦を発生させる対極と、圧電素子上に形成された薄膜の検知極とを備え、電極間で検出される直流成分の拡散電流と、交流成分の拡散電流とを別々に検出して、流速由来の交流成分を差し引いて酸化・還元物質の濃度を測定する。
【００１４】
この方法では測定サイクルごとに、検知極を強制的に超音波振動させるので、検知極上に析出した付着物を除去する効果があるとされている。
【００１５】
しかしながら、この方法では、流速を測定して流量変化による拡散電流の影響を補正する機能は有するものの、圧電素子上に形成される薄膜から成る検知極を測定サイクルごとに振動させるので、薄膜が振動によって機械的に劣化し易くなる問題がある。
【００１６】
また、カルマン渦による流量測定回路が必要となるので装置の構成が複雑になる問題がある。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被測定液の流速の検出手段が不要で、検知極の定期的な保守が不要な酸化・還元物質濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明による酸化・還元物質濃度測定装置は、被測定液に含まれる酸化または還元物質による拡散電流を求める検出部と、検出された前記拡散電流から被測定液の酸化・還元物質の濃度を求める濃度変換器とから成り、前記検出部は、酸化または還元物質を含有する被測定液を流す測定管と、前記測定管内壁面で対向して、一方の該測定管内壁面で、前記被測定液に接液して設けられる検知極及び対極からなる電極と、他方の前記測定管内壁面で、前記被測定液に接液して設けられる超音波振動子とを備え、前記濃度変換器は、前記検知極及び前記対極間に予め設定された電圧を印加する電源部と、前記検知極と前記対極間との間に流れる拡散電流を検出する拡散電流検出部と、前記拡散電流に基づいて酸化または還元物質の含有濃度を算出する濃度演算部と、前記超音波振動子を所定の超音波周波数で振動させるための発振信号を供給する超音波発振部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、被測定液の流速の検出手段が不要で、検知極の定期的な保守が不要な酸化・還元物質濃度測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による酸化・還元物質濃度測定装置の実施例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の酸化・還元物質濃度測定装置の構成図で、例えば、水道水に含まれる酸化・還元物質の濃度を測定する場合について説明する。
【００２１】
本発明の酸化・還元物質濃度測定装置は、被測定液を流し、その拡散電流を検出する検出部１と、この拡散電流から被測定液に含まれる酸化・還元部物質の濃度を求める濃度変換器２とから構成される。
【００２２】
検出部１は、被測定液を所定の矢印方向に流す測定管１３と、測定管１３の管壁に対向して設けられる電極１１と超音波振動子１２と備える。
【００２３】
濃度変換器２は、後述する検知極と対極とを備える電極１１に、予め設定される測定時の電圧を印加する電源部２１と、検知極と対極との間に流れる拡散電流を検出する拡散電流検出部２２と、拡散電流検出部２２の出力から被測定液に含まれる酸化または還元物質の濃度を求める濃度演算部２３と、超音波振動子１２を所定の超音波周波数で振動させるための発振信号を供給する超音波発信部２４とから成る。
【００２４】
次に、検出部１の各部の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、測定管１３の管壁に、管軸と直交する軸上で対向して設けられる電極１１及び超音波振動子１２の取り付け状態を示すもので、図２（ｂ）にその側断面図を、そして、図２(ａ)は電極１１の取り付け方向から、また、図２（ｃ）は超音波振動子１２の取り付け方向から見た側面図を示す。
【００２５】
測定管１３は、例えば、塩化ビニル等の絶縁物から成り、濃度測定のための所定範囲内の流量が流せる径の配管が予め選択される。電極１１及び超音波振動子１２は、測定管１３の管壁に夫々、所定の取り付け穴径を空けて、測定管１３の側面外側から挿入され、夫々の取り付け具１３ａ及び１３ｂで測定管１の管壁外側で固定される。
【００２６】
また、電極１１の構成は、図３に示すように、樹脂で成形される円柱形状の電極成形部１１ｃの底面に設けられる検知極１１ａと、電極成形部１１ｃの側面に設けられる対極１１ｂとから成る。そして、図２（ｂ）に示すように、測定管１３の内壁面に密着し、検知極１１ａの面が測定管１３の内壁面から突出し、接液するようにして固定される。
【００２７】
また、検知極１１ａの材質は、水道水に含まれる酸化または還元物質の濃度を測定する場合においては、検知極１１ａは金、対極１１ｂは銀または塩化銀とすることが望ましい。
【００２８】
次に、超音波振動子１２について、図２を参照して説明する。超音波振動子１２の超音波の振動放射面Ｂは、接液する検知極１１ａの検知面Ａと対面する状態で、接液して管壁に固定される。
【００２９】
超音波振動子１２は、圧電振動子または磁歪振動子のいずれでも良いが、水道水に含まれるカルシウムやマグネシウムがスケールとして検知極１１ａに付着することを防止する上では、その振動周波数は４０ｋＨｚ程度の低周波が望ましい。
【００３０】
また、接液する振動放射面Ｂの形状は、対向する検知極１１ａの検知面Ａの形状よりも大きな形状とし、被測定液中を伝播する超音波が検知面Ａに一様に照射されるようにしておく。
【００３１】
超音波エネルギーは、流速と伝播距離とから、スケール付着を防止する上に必要な出力が選定されるが、装置が連続して使用されない場合には、超音波発信器２４から発振する出力と周波とを、測定時と洗浄時とで夫々に最適な値を選択し切替える様にしても良い。
【００３２】
次に、濃度変換器２の各部の詳細について説明する。電源部２１は、±５００ｍＶ程度の直流電圧を発生する安定化電源で、拡散電流と濃度とが比例する範囲の電圧が予め設定される。そして、この電圧を印加したときに検知極１１ａと対極１１ｂとの間に流れる拡散電流を測定する拡散電流検出部２２は、数μＡレベルの電流が検出できる回路構成としておく。
【００３３】
また、濃度演算部２３は、記憶、演算機能を備えるマイクロコンピュータで構成され、被測定液の濃度と拡散電流との関係をテーブル化して記憶しておき、検出された拡散電流に対応する濃度をこのテーブルを参照して求める。
【００３４】
次に、このように構成された酸化・還元物質濃度測定装置の流速の変化に対する拡散電流の出力特性について図４を参照して説明する。図４は、予め測定された濃度の被測定液を、測定管１３内で流速を変えて循環させ、一定の濃度を供給した時の、流速と拡散電流との関係を測定したものである。
【００３５】
この時の測定条件は、検知極１１ａの検知面Ａの形状は１０φｍｍ、振動放射面Ｂの形状は、４０φｍｍ、検知面Ａと振動放射面Ｂとの間の距離は、５０ｍｍとした。また、照射する超音波は４０ｋＨｚとした。
【００３６】
図４の破線は、超音波振動子１２から超音波を照射しない場合、実線は、超音波を照射した場合の特性を示す。
【００３７】
図４に示されるように、同一濃度の被測定液の流量を４（Ｌ／ｍｉｎ）から１０（Ｌ／ｍｉｎ）の範囲で変化させた場合、超音波を照射しない場合は、拡散電流が０．２５〜０．４２（μＡ）と、ほぼ、流速に比例した値を示すが、超音波を照射した場合には、拡散電流が０．７５〜０．７（μＡ）の範囲で、照射しない場合に比べて、出力が１．６〜３倍に増大し、ほぼ、一定の範囲に収まることが確認された。
【００３８】
即ち、このように構成された検知極１１ａと対抗する面から超音波を放射する酸化・還元物質濃度測定装置は、流速が速くなると電極周辺の拡散層が薄くなる。
【００３９】
一方、酸化または還元物質の入れ替えが早くなると、拡散反応が促進され、拡散電流が増すことが知られている。
【００４０】
即ち、超音波を放射すると、超音波振動子１２の振動放射面Ｂの周辺がキャビテーション効果で振動し、放射される超音波によって検知極１１ａと対極１１ｂとの間の拡散層が薄くなり、流速が速くなるのと同等な効果が得られるものと考えられる。
【００４１】
したがって、流速が一定の速さ以下の状態では、超音波を照射する効果（拡散層を薄くし、拡散電流が増大する効果）が流れによる効果より大きくなり、流速の影響を受けないと考えられる。
【００４２】
本実施例によれば、流速の影響を軽減し、拡散電流の出力が増大するだけでなく、検知極へのスケールの付着物の防止及び除去も出来る。したがって、被測定液の流速の検出手段が不要で、検知極の定期的な保守が不要な酸化・還元物質濃度測定装置を提供することができる。
【００４３】
本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、対向する検知極と超音波振動子との対抗面の形状及び対向姿勢は、測定管の形状により種々変形してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の酸化・還元物質濃度測定装置の構成図。
【図２】本発明の電極及び超音波振動子の構造を説明する図。
【図３】本発明の電極の詳細構造を説明する図。
【図４】本発明の流速と拡散電流の関係を説明する図。
【符号の説明】
【００４５】
１  検出部
２  濃度変換器
１１  電極
１１ａ  検知極
１１ｂ  対極
１１ｃ  電極成形部
１２  超音波振動子
１３  測定管
１３ａ、１３ｂ  取り付け具
２１  電源部
２２  拡散電流検出部
２３  濃度演算部
２４  超音波発振部
【図１】
2008286741.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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