(57)【要約】【課題】  測定対象溶液の電気伝導率を感度及び精度高く測定可能な電気伝導率測定装置を提供する。【解決手段】  電気伝導率測定装置１００は、導管内に測定対象溶液に時間差をもって接する２つのセンサ６１，６２の差電流を計測して、測定対象溶液の電気伝導率の変化を検出する。電源部１０の交流発振器１１の出力電圧及び出力周波数は、一方のセンサ６１の出力電流を計測した計測値が所望の値になるように調整される。校正回路５０は、溶液の電気伝導度が変化しないときに使用され、双方のセンサ６１，６２の差電流の計測値が零になるように、一方のセンサ６２の印加電圧を調整して電気伝導率計を校正する。【選択図】    図１
2005241404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象溶液に所定の時間差をもって接する一対の電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサのそれぞれに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力電流の差分値を計測し測定対象溶液の電気伝導率差分値として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置を制御する方法において、
前記一対のセンサの一方の出力電流を計測し、該計測された出力電流が所望の値になるように、前記電源部が出力する交流電源の電圧及び周波数を調整することを特徴とする電気伝導率測定装置の制御方法。
【請求項２】
更に、測定対象溶液の電気伝導率に時間的な変化がないときに、前記信号処理部から出力される電気伝導率差分値が零となるように、前記一対のセンサの少なくとも一方に印加される電圧を調整することを特徴とする、請求項１に記載の電気伝導率測定装置の制御方法。
【請求項３】
測定対象溶液に所定の時間差をもって接する一対の電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサのそれぞれに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力電流の差分値を計測し測定対象溶液の電気伝導率差分値として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置において、
前記電源部は、出力電圧及び出力周波数が可変に設定可能であることを特徴とする電気伝導率測定装置。
【請求項４】
測定対象溶液の電気伝導率に時間的な変化がないときに動作し、前記信号処理部から出力される電気伝導率差分値が零となるように、前記一対のセンサの少なくとも一方に印加される電圧を調整する校正回路を更に備えることを特徴とする、請求項３に記載の電気伝導率測定装置。
【請求項５】
測定対象溶液の電気伝導率を検出する電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力に基づいて測定対象溶液の電気伝導率として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置において、
前記電源部は、出力電圧及び出力周波数が可変に設定可能であることを特徴とする電気伝導率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気伝導率測定装置の制御方法に関し、更に詳しくは、水溶液中のイオン濃度等の測定に際して好適に利用される電気伝導率測定装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水溶液中のイオン濃度の測定に際して、電気伝導率測定装置が用いられている。電気伝導率測定装置は、一般に、交流電源と、測定対象の水溶液中に浸漬され、交流電源から交流電圧が印加される一対の電極（センサ）と、この一対の電極間に流れる電流値を検出する信号処理部とから構成されている。電気伝導率測定装置には、測定対象の電気伝導率を高感度且つ高精度に測定するための要求が益々増大しており、従来から様々な提案が成されている。
【０００３】
特許文献１には、測定対象溶液に所定の時間差をもって接し、特性が揃った２つのセンサを用い、そのセンサの出力信号の差分値を求めることで、測定対象溶液の特性値（例えば電気伝導率）の変化を高感度且つ高精度に測定可能な測定装置が記載されている。図２は、該特許文献に記載された測定装置の原理を示している。測定対象溶液６４は、導管６３内を一定の流速で矢印方向に流れている。２つのセンサ（Ａセンサ、Ｂセンサ）６１，６２は、それそれが一対の電極で構成され、所定の離隔距離をおいてこの導管６３内を流れる溶液に接している。つまり、双方のセンサ６１，６２は、一定の時間差で測定対象溶液６４に接することとなる。センサ６１，６２には、それぞれ交流電圧が印加されており、その電圧によって流れるセンサ６１，６２の出力電流の差が、増幅器を含む信号処理装置７０によって検出される。
【０００４】
図３は、上記構成を有する電気伝導率測定装置の全体構成をブロック図で示している。交流電源装置として構成される交流発振器８０の出力電圧は、一方のＡセンサ６１にはその極性が反転して印加され、また、他方のＢセンサ６２には、そのままの極性で印加される。これによって、双方のセンサ６１，６２に流れる電流は、互いに逆方向となる。双方のセンサ６１，６２の出力電流の差分値が、信号処理装置７０の入力段増幅器７１に入力され増幅される。入力段増幅器７１の出力は、溶液の温度で電気伝導率を補正するための温度補償回路７２によって補正され、同期整流回路７３及び出力段の直流増幅器７４を経由して電気伝導率指示計７５に出力される。
【０００５】
上記公報に記載の電気伝導率測定装置では、双方のセンサ６１，６２の出力電流の差分値を、電気伝導率測定装置の出力信号として取り出すことにより、測定対象溶液の電気伝導率の大きさに依存することなく、双方のセンサの差分値の測定レンジが設定でき、差分値が精度高く検出できる。その結果、測定対象溶液の電気伝導率の変化が高感度且つ高精度に測定できる利点がある。
【特許文献１】特開平２００３−２７０１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記型式の電気伝導率測定装置は、上述の利点を有するものであるが、以下の点が問題となる。まず、双方のセンサ自体に特性の違いがあると、或いは、双方のセンサ間に配線抵抗や取付け構造に違いがあると、それらの違いが直接に測定結果に影響するという問題である。
【０００７】
また、広い範囲の電気伝導率の測定を行うためには、センサに印加する電圧を広範囲に変えて測定レンジを調節する必要があり、この場合、電圧を余り低くするとセンサの感度が低下するという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記型式の電気伝導率測定装置における問題に鑑み、該電気伝導率測定装置を利用して、更に精度及び感度高く測定対象溶液の電気伝導率が測定できるように、上記電気伝導率測定装置を制御する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、上記型式の従来の電気伝導率測定装置を改良し、もって、測定対象溶液の電気伝導率を、更に高感度且つ高精度で測定できる電気伝導率測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明は、上記形式の電気伝導率測定装置に限らず、測定対象溶液の電気伝導率が感度及び精度高く測定できる電気伝導率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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の電気伝導率測定装置の制御方法は、測定対象溶液に所定の時間差をもって接する一対の電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサのそれぞれに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力電流の差分値を計測し測定対象溶液の電気伝導率差分値として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置を制御する方法において、
前記一対のセンサの一方の出力電流を計測し、該計測された出力電流が所望の値になるように、前記電源部が出力する交流電源の電圧及び周波数を調整することを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の電気伝導率測定装置の制御方法の好適な態様では、測定対象溶液の電気伝導率に時間的な変化がないときに、前記信号処理部から出力される電気伝導率差分値が零となるように、前記一対のセンサの少なくとも一方に印加される電圧を調整する。
【００１３】
また、本発明の第１の視点に係る電気伝導率測定装置は、測定対象溶液に所定の時間差をもって接する一対の電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサのそれぞれに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力電流の差分値を計測し測定対象溶液の電気伝導率差分値として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置において、
前記電源部は、出力電圧及び出力周波数が可変に設定可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の視点に係る電気伝導率測定装置の好ましい態様では、測定対象溶液の電気伝導率に時間的な変化がないときに動作し、前記信号処理部から出力される電気伝導率差分値が零となるように、前記一対のセンサの少なくとも一方に印加される電圧を調整する校正回路を更に備える。
【００１５】
更に、本発明の第２の視点に係る電気伝導率測定装置は、測定対象溶液の電気伝導率を検出する電気伝導率センサと、前記電気伝導率センサに作動のための交流電源を印加する電源部と、前記電気伝導率センサの出力に基づいて測定対象溶液の電気伝導率として出力する信号処理部とを備える電気伝導率測定装置において、
前記電源部は、出力電圧及び出力周波数が可変に設定可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気伝導率測定装置及びその制御方法によると、電源部が出力する交流電源の電圧を調整することにより、１台の測定装置で広い範囲の電気伝導率の測定が可能となる。この場合、測定対象溶液の電気伝導率が高い場合には、交流電源の出力電圧を低くし、且つ、その出力周波数を高くすることにより、センサの感度が低下する事態を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例に係る電気伝導率測定装置の全体を回路図で示している。電気伝導率測定装置１００は、交流電源部１０と、それぞれが一対の電極から構成される一対のセンサ（Ａセンサ及びＢセンサ）６１，６２と、一対のセンサ６１，６２の各出力電流と、双方の出力電流の差分値との何れかを選択して増幅する交流増幅部２０と、交流電源部１０の出力波形に基づいて交流増幅部２０の出力を同期整流する同期整流部３０と、同期整流部３０を介して出力される交流増幅部２０の出力を増幅する直流増幅部４０と、直流増幅部４０の出力に基づいて電源部１０の電圧を制御する校正回路５０と、直流増幅部４０の出力を表示するパネルメータＰＭとから構成される。
【００１８】
一対のセンサ６１，６２は、図２に示した従来の電気伝導率測定装置と同様に、特性がよく揃ったセンサで構成され、測定対象溶液６４に所定の時間差をもって接している。
【００１９】
電源部１０は、出力電圧及び出力周波数が可変に設定される交流発振器１１と、交流発振器１１の２つの出力端子のうち一方の出力端子から出力される電圧を制御する電圧制御部１２と、電圧制御部１２の出力電圧と交流発振器１１の出力電圧とを加算する加算部１３と、加算部１３の出力電圧を受け取り、Ｂセンサ６２に入力される電圧の極性を反転する極性反転部１４と、交流発振器１１の出力電圧と所定電圧値とを比較して、交流発振器１１の出力電圧が所定値以上のときに出力が「１」となるコンパレータ１５とを有する。Ａセンサ６１には、交流発振器１１の２つの出力端子のうち他方の出力端子から出力される出力電圧がそのまま印加される。
【００２０】
交流増幅部２０は、電磁シールド及び静電シールド機能を有する容器内に、各センサ６１，６２と共に収容されるヘッドアンプ２１と、ヘッドアンプ２１の出力の温度補正を行う温度補償回路２５と、ヘッドアンプ２１の出力レンジを計測するレンジ計測回路２７とを備える。
【００２１】
ヘッドアンプ２１は、センサ６１，６２の出力電流の何れか又はその差分値を選択する選択スイッチ２２と、選択スイッチ２２を介してセンサからの出力電流を入力し、その出力電流の電流−電圧変換を行うｉ−ｖ変換器（増幅器）２３と、ｉ−ｖ変換器２３の出力側から入力側に信号をフィードバックする可変抵抗器からなるレンジ設定器２４とから構成される。ヘッドアンプ２１の内部、及び、ヘッドアンプ２１から温度補償回路２５までの間の配線には、外来ノイズの影響を軽減するために電磁及び静電シールドが可能なシールド線が使用される。
【００２２】
温度補償回路２５は、一方の入力がグランドＧＮＤに接続され他方の入力がｉ−ｖ変換器２３の出力に接続される温度補償用の差動増幅器２６と、センサ６１，６２付近に配置されて測定対象溶液の温度を計測し、差動増幅器２６の出力をその他方の入力側にフィードバックするサーミスタＴｈとから構成される。レンジ計測回路２７は、ｉ−ｖ変換器２３の出力を半波整流する整流回路２８と、一方の入力が所定の電源に接続され他方の入力に整流回路２７の出力が接続される比較器２９と、比較器２９の出力結果に応答して光出力を発生する発光ダイオードＬＤとから構成される。
【００２３】
同期整流回路３０は、直流カットコンデンサ３１を介して温度補償回路２５の出力に接続される入力を有する。同期整流回路３０は、電源部１０のコンパレータ１４の出力が「１」のときに、交流増幅部２０の出力を通過させる機能を有する。
【００２４】
直流増幅部４０は、同期整流回路３０の出力からリップルを除去する平滑回路４１と、ゲイン設定のためのフィードバック抵抗４２を有し平滑回路４１の出力を増幅して電気伝導率測定装置の出力信号として出力する直流増幅器４３と、直流増幅器４３の出力からドリフトを除去するドリフト除去回路４４とから構成される。校正回路５０は、直流増幅器４３の出力と零電圧とを比較するコンパレータ５１と、コンパレータ５１の比較結果に基づいて電源部１０の電圧制御部１２に出力する制御信号を選択する零点調整回路５２とから構成される。
【００２５】
本測定装置１００の作動にあたり、ヘッドアンプ２１の選択スイッチ２２は、Ａセンサ６１の出力電流単独、Ｂセンサ６２の出力電流単独、又は、双方のセンサ６１、６２の出力電流の差出力の何れかを選択する。測定対象溶液の静的な電気伝導率の測定を行う場合には、Ａセンサ６１の出力電流単独が選択される。また、測定対象溶液の差分値を求める際にも、測定対象溶液が導管内に始めて導入され、従って、溶液の電気伝導率の大きさが予め予測できない場合にも、まず、Ａセンサ６１の出力電流の単独測定が選択される。Ａセンサ６１の出力電流単独測定の場合には、交流発振器１１が、デフォルトで指定された所定の電圧及び周波数の交流電圧を発生し、これをＡセンサ６１に供給する。Ａセンサ６１の出力である信号電流は、ｉ−ｖ変換器２３によって交流の信号電圧に変換される。
【００２６】
ｉ−ｖ変換器２３の出力電圧は、温度補償回路２５によって温度補正が行われ、その後、同期整流回路３０によって直流電圧信号に変換される。この直流電圧信号は、平滑回路４１を経由して出力段の直流増幅器４２によって増幅され、測定対象溶液の電気伝導率の指示値としてパネルメータＰＭに指示され、また、測定結果の電気伝導率信号として外部に出力される。レンジ測定回路２７の発光ダイオードＬＤの出力を監視し、発光ダイオードＬＤの発光の有無によって、ｉ−ｖ変換器２３の感度が調整される。また、このｉ−ｖ変換器２３の感度調節によっても、電気伝導率の指示値がパネルメータＰＭのレンジに納まらない場合には、交流発振器１１の出力電圧及び出力周波数の設定が変更される。
【００２７】
測定対象溶液の電気伝導率が高すぎる場合には、交流発振器１１の出力電圧を下げて、センサ６１に流れる電流を低下させる。この場合、必要に応じ、センサ６１の感度低下を補償するために、交流発振器１１の出力周波数を高くする。また、測定対象溶液の電気伝導率が低すぎる場合には、交流発振器１１の出力電圧を上げて、センサ６１に流れる電流を増大させる。パネルメータＰＭの指示値が適正範囲に納まれば、Ａセンサ６１単独の測定によるレンジ設定及び電源設定を終了する。引き続き、本測定装置１００を用いて、同種の測定対象溶液、或いは、同程度の電気伝導率を有する測定対象溶液の電気伝導率を測定するには、Ａセンサ６１の出力電流を選択して、その測定を行う。なお、レンジ設定等に際して、Ａセンサ６１の出力電流に代えてＢセンサ６２の出力電流を選択し、電源制御部１２の出力電圧を零として行ってもよい。
【００２８】
本測定装置１００によって、測定対象溶液の電気伝導率の変化を測定する際には、まず、その測定に先行して、上記Ａセンサ６１の出力電流単独の選択による測定が行われ、次いで、双方のセンサ間の零点調整が行われる。零点調整は、測定対象溶液が滞留しているとき、或いは、測定対象溶液の電気伝導率に時間的な変動が見られないときに行われる。まず、選択スイッチ２２が、Ａセンサ６１及びＢセンサ６２の出力の差電流を選択する。交流発振器１１は、Ａセンサ６１単独の測定で設定された電圧及び周波数の出力を発生する。その結果、双方のセンサ６１，６２には、同じ電圧値で極性が異なる交流電圧がそれぞれ印加される。双方のセンサ６１，６２の出力の差信号は、交流増幅部２０、同期整流部３０、及び、直流増幅部４０を経由して、その値がパネルメータＰＭに指示される。校正回路５０では、出力段の直流増幅器４３の出力が零にならない場合には、コンパレータ５１及び零点調整回路５２の作用によって、電源部１０の電圧制御部１２に入力される制御信号を変化させる。例えば、双方の出力の差信号が零以上の場合には、Ｂセンサ６２に供給される電圧を上げて、Ｂセンサ６２の出力電流を大きくする。これによって、双方のセンサ６１，６２の差電流を低下させる。双方のセンサ６１，６２の差電流の指示値が零になった時点で、零点調整を終了する。電圧制御部１２は、例えば乗算機能を有するＤ／Ａ変換器として構成され、零点調整回路５２が出力するデジタル電圧信号と交流発振器１１の出力電圧とを乗算する。
【００２９】
本測定装置１００では、測定対象溶液の電気伝導率が時間的に変化している場合に、Ａセンサ６１の出力とＢセンサ６１の出力の差信号を測定することで、電気伝導率の変動を測定する。選択スイッチ２２は、Ａセンサ６１及びＢセンサ６２の出力電流の差信号を選択する。交流発振器１１は、零点調整が行われた際と同じ電圧値及び周波数の交流電源を出力し、電圧制御部１２の出力は、零点調整の終了時点と同じ出力電圧を発生する。パネルメータＰＭの指示値を監視しながら、ヘッドアンプ２１のレンジ設定器２４による設定が行われる。この場合、Ａセンサ６１単独での測定で設定されたレンジよりも１〜２桁程度低いレンジが設定できる。このため、高い感度による差電流の計測が可能となる。また、Ａセンサ６１とＢセンサ６２の特性の違い等による影響が予め零点調整によって除去されているため、高い精度によって差信号の計測が可能となる。
【００３０】
なお、上記実施形態例では、一対の電気伝導率センサの差分値を計測する電気導電率測定装置を例として説明したが、交流電源の出力電圧及び出力周波数を設定可能な電源部は、センサを単独で有する電気伝導率測定装置にも適用可能である。この場合にも高感度且つ高精度に広い範囲で測定対象溶液の電気伝導率の測定が可能になる。
【００３１】
また、上記実施形態例の電気伝導率測定装置は、ＣＰＵを利用して全体の制御を行うことも出来る。例えば、ＣＰＵは、プログラムに従って、レンジ設定及び電源設定を行う第１モード、双方のセンサの出力電流の差分値を零調整する第２モード、及び、実際の溶液の電気伝導率の変化を測定する第３モードを順次に選択する。ＣＰＵは、各モードを実行するプログラム部分によって、電源部１０、交流増幅部２０、直流増幅部４０等の動作を各モード内で制御する。測定対象溶液を本測定装置に導入した後は、これらモードを順次に選択して実行することにより、電気伝導率の絶対値、及び、電気伝導率の時間的な変化が自動的に測定される。
【００３２】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の電気伝導率測定装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態例に係る電気伝導率測定装置の全体を示すブロック図。
【図２】従来の電気伝導率測定装置におけるセンサの配置を示す模式的ブロック図。
【図３】従来の電気伝導率測定装置の全体を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３４】
１００：電気伝導率測定装置
１０：電源部
１１：交流発振器
１２：電圧制御部
１３：加算部
１４：極性反転部
２０：交流増幅部
２１：ヘッドアンプ
２２：選択スイッチ
２３：ｉ−ｖ変換器
２４：レンジ設定抵抗
２５：温度補償回路
２６：差動増幅器
２７：レンジ計測回路
２８：半波整流回路
２９：コンパレータ
３０：同期整流回路
３１：直流バイパスコンデンサ
４０：直流増幅部
４１：平滑回路
４２：フィードバック抵抗
４３：直流増幅器
４４：ドリフト除去回路
５０：校正回路
５１：コンパレータ
５２：零点調整回路
６１，６２：センサ
６３：導管
６４：測定対象溶液
Ｔｈ：サーミスタ
ＬＤ：発光ダイオード
ＰＭ：パネルメータ
【図１】
2005241404.tif 000003
【図２】
2005241404.tif 000004
【図３】
2005241404.tif 000005