(57)【要約】【課題】  液体温度や気泡の存在に関わらず鉛蓄電池の電解液の濃度を簡易に測定することができる濃度測定装置を実現すること。【解決手段】  本発明にかかる測定装置は、水の分光吸収特性を利用し、測定の対象である液体に光を発する発光ダイオード５と、水の吸収領域に属する波長の光を受光範囲に含み、液体を透過した光を受光し受光した光を光量に応じた電流値に変換する受光ダイオード６を備える。また、発光ダイオード５の入力端子電圧をもとに電解液４の溶液温度を検出する溶液温度検出部１０ａと溶液温度に対応した差分電圧を求め出力電圧の補正電圧を演算する補正部１０ｂとを備える。電解液４の濃度は、出力電圧の補正電圧と濃度との関係をもとに、演算部１０において演算を行うことにより求められる。【選択図】      図１
2005017261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、
前記水溶液の溶液温度を検出する溶液温度検出手段と、
前記水溶液の溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、
を備えることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項２】
発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、
定電流源から前記発光手段に供給される入力電圧値に対応する前記水溶液の溶液温度を求め、該溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、
を備えることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項３】
発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、
前記発光手段から発光された光の経路の少なくとも下方領域に位置し、前記光の経路への気泡の侵入を阻止する気泡侵入阻止手段と、
を備えることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項４】
発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、
前記水溶液の溶液温度を検出する溶液温度検出手段と、
前記水溶液の溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、
前記発光手段から発光された光の経路の少なくとも下方領域に位置し、前記光の経路への気泡の侵入を阻止する気泡侵入阻止手段と、
を備えることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項５】
前記発光手段は、少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を発光することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記受光手段は、少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を受光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記受光手段から出力された受光量に対応する電気信号値または電気信号値の補正値と前記水溶液の濃度との関係をもとに、前記水溶液の濃度を演算し、出力する演算出力手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記補正手段は、前記水溶液の溶液温度と前記受光手段から出力される電気信号値の差分値との関係をもとに、前記溶液温度に対応する前記差分値を求め、前記受光手段による受光量に対応する電気信号値に該差分値を加算して前記補正値を演算することを特徴とする請求項１、２、４〜７のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記溶液温度検出手段は、定電流源から前記発光手段に供給される入力電圧値と前記水溶液の溶液温度との関係をもとに、前記入力電圧値に対応する前記溶液温度を検出することを特徴とする請求項１、４〜８のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記気泡侵入阻止手段は、前記光の経路の全方域を囲むことを特徴とする請求項３〜９のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１１】
前記気泡侵入阻止手段は、網状体で形成されていることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１２】
前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記水の吸収領域の波長の光を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１３】
前記水の吸収領域に属する波長領域は、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１４】
前記発光手段および／または前記受光手段は、前記水溶液中に設けられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１５】
前記水溶液は、鉛蓄電池の電解液であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水の分光吸収特性を利用して水溶液の濃度を測定する濃度測定装置に関し、特に溶液温度や溶液中の気泡の存在に関わらず鉛蓄電池の電解液の濃度を精度よく測定することができる濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池の劣化は、電解液の硫酸濃度に関連する。従来から、この鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度を測定する装置には各種のものがあり、その一つとして、電解液の比重を測定するものがある。一般に、鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度は、放電反応が進むにつれて低くなり、結果的に電解液の比重が低くなる。一方、充電反応が進むにつれて電解液の硫酸濃度が高くなり、結果的に電解液の比重が高くなる。したがって、この電解液の比重を測定することによって電解液の硫酸濃度を測定することができる。
【０００３】
この電解液の比重を測定する方式としては、電解液の浮力を利用する方式と、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式とがある。電解液の浮力を利用する方式は、アルキメデスの原理を利用し、測定対象である液体の比重を測定する方法である（特許文献１および特許文献２参照）。一方、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式は、レーザ光の周波数が、液体を通過した後に変化する特性を利用する。この周波数の変化は、周波数が通過する液体の種類によって異なり、また、周波数が通過する液体の比重によっても異なるため、液体を通過した際の周波数の変化量を計測することによって、液体の比重を測定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４３６１５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した液体の浮力を利用する方式は、液体の温度が一定に保たれているのであれば比重と濃度とは比例するため簡易に濃度を測定することができる。しかしながら、実際には、鉛蓄電池は使用状態によって溶液温度が変化するため、液体温度により比重に差が生じ正確な濃度を求めることができないという問題点があった。
【０００６】
また、液体の浮力を利用する方式は、指標となる固形物として測定対象である液体よりも比重の小さな固形物を使用する。この固形物は軽い物品であるため、測定対象である液体内に発生した気泡や対流などによる影響を受けやすく精度の高い濃度測定が困難であるという問題点があった。
【０００７】
一方、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式は、レーザ光の発振器自体やレーザ光の周波数測定器など自体に高精度が要求され、さらに比重測定時にこれらの装置による計測を精度良く行うための設置場所を確保する必要があるとともに、これらの高精度の装置の保存場所も確保しなくてはならず、簡易に測定することができないという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、溶液の温度や気泡の存在によらず簡易に鉛蓄電池の電解液などの水溶液の濃度を精度よく測定することができる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】
【０００９】
請求項１にかかる濃度測定装置は、発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、前記水溶液の溶液温度を検出する溶液温度検出手段と、前記水溶液の溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる測定装置によれば、電解液に含まれる水の分光吸収スペクトルの吸収領域に属する波長の光を測定の対象である電解液に発し、電解液を透過した光の光量を検出し、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を簡易に測定することが可能である。さらに、電解液の溶液温度を検出し、電解液を通過した光の光量の溶液温度に対応した補正値を演算することによって、精度よく硫酸の濃度を測定することができる。
【００１１】
請求項２にかかる濃度測定装置は、発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、定電流源から前記発光手段に供給される入力電圧値に対応する前記水溶液の溶液温度を求め、該溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３にかかる濃度測定装置は、発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、前記発光手段から発光された光の経路の少なくとも下方領域に位置し、前記光の経路への気泡の侵入を阻止する気泡侵入阻止手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４にかかる濃度測定装置は、発光手段と、受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定する濃度測定装置において、前記水溶液の溶液温度を検出する溶液温度検出手段と、前記水溶液の溶液温度に応じた前記受光量の補正値を演算する補正手段と、前記発光手段から発光された光の経路の少なくとも下方領域に位置し、前記光の経路への気泡の侵入を阻止する気泡侵入阻止手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５にかかる濃度測定装置は、前記発光手段は、少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を発光することを特徴とする。
【００１５】
請求項６にかかる濃度測定装置は、前記受光手段は、少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を受光することを特徴とする。
【００１６】
請求項７にかかる濃度測定装置は、前記受光手段から出力された受光量に対応する電気信号値または電気信号値の補正値と前記水溶液の濃度との関係をもとに、前記水溶液の濃度を演算し、出力する演算出力手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８にかかる濃度測定装置は、前記補正手段は、前記水溶液の溶液温度と前記受光手段から出力される電気信号値の差分値との関係をもとに、前記溶液温度に対応する前記差分値を求め、前記受光手段による受光量に対応する電気信号値に該差分値を加算して前記補正値を演算することを特徴とする。
【００１８】
請求項９にかかる濃度測定装置は、前記溶液温度検出手段は、定電流源から前記発光手段に供給される入力電圧値と前記水溶液の溶液温度との関係をもとに、前記入力電圧値に対応する前記溶液温度を検出することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０にかかる濃度測定装置は、前記気泡侵入阻止手段は、前記光の経路の全方域を囲むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１にかかる濃度測定装置は、前記気泡侵入阻止手段は、網状体で形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２にかかる濃度測定装置は、前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記水の吸収領域の波長の光を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３にかかる濃度測定装置は、前記水の吸収領域に属する波長領域は、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１４にかかる濃度測定装置は、前記発光手段および／または前記受光手段は、前記水溶液中に設けられることを特徴とする。
【００２４】
請求項１５にかかる濃度測定装置は、前記水溶液は、鉛蓄電池の電解液であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明にかかる測定装置によれば、所定帯域の波長の光を測定の対象である電解液に発し電解液を透過した光の光量の溶液温度に対応する補正値を求めることによって、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を溶液温度に関わらず簡便に測定することが可能である。また、光の経路に侵入する気泡を阻止することによって、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を精度よく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】
【００２６】
以下に図面を参照して、この発明にかかる実施の形態である濃度測定装置について説明する。なお、この実施の形態では、測定対象の水溶液の一例として鉛蓄電池の電解液について説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１にかかる濃度測定装置は、電解液の溶液温度を検出し、溶液温度に応じた出力電圧の補正電圧に基づいて、電解液の濃度を測定する。
【００２８】
図１は、この発明の実施の形態１である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる濃度測定装置１は、定電流源２と、この定電流源２が供給する電流によって所定帯域の波長光を出力する発光ダイオード５とを備える。また、発光ダイオード５から発光され電解液４を透過した所定帯域の波長光を受光し、受光量に対応した電流値を出力する受光ダイオード６と、この受光ダイオード６から出力された電流値を電圧に変換する電流電圧変換部７と、電流電圧変換部７が変換した電圧を増幅する増幅器８とを備える。また、発光ダイオード５の入力端子電圧を検出する入力電圧検出部９を備える。また、溶液温度を検出する溶液温度検出部１０ａと溶液温度に対応した出力電圧の補正電圧を演算する補正部１０ｂとを有し、この補正電圧と電解液４の濃度との関係から電解液４の濃度を演算する演算部１０を備える。また、この演算部１０による演算結果を可視出力する出力部１１を備える。なお、鉛蓄電池の電解液４は、セル３内に注入されている。
【００２９】
発光ダイオード５および受光ダイオード６が発光あるいは受光する所定帯域とは、水の分光吸収スペクトルが局所的に小さくなる帯域であり、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの帯域である。発光ダイオード５および受光ダイオード６は、この所定帯域の波長光を少なくとも発光あるいは受光すればよい。この所定帯域の波長の光は水に吸収されやすいため、この波長帯域の光量を測定することによって電解液４内の水の増減を知ることができ、この結果、水を含む希硫酸の増減、すなわち、電解液４の濃度（硫酸濃度）を求めることができるためである。
【００３０】
電流電圧変換部７は、受光ダイオード６が出力する電流値を電圧に変換する。また、増幅器８は電流電圧変換部７が変換した電圧を増幅し、増幅した電圧を出力電圧として演算部１０に出力する。
【００３１】
また、入力電圧検出部９は、発光ダイオード５の入力端子部に接続し、発光ダイオード５の入力端子電圧を検出する。入力電圧検出部９は、検出した入力端子電圧を溶液温度検出部１０ａに出力する。なお、図１では、入力電圧検出部９は発光ダイオード５の近傍に接続しているが、接続部は発光ダイオード５の近傍である必要はなく、定電流源２と発光ダイオード５とを接続する接続線のいずれかの部分であればよい。
【００３２】
演算部１０に備わる溶液温度検出部１０ａは、入力電圧検出部９が検出した入力端子電圧をもとに溶液温度を検出する。図２は、発光ダイオード５の入力端子電圧と周囲温度との関係を示す図である。図２に示すように、発光ダイオード５の入力端子電圧は周囲温度とともに直線的に減少し、比例関係を有することがわかる。定電流源２が発光ダイオード５に所定の電流を供給するためには、発光ダイオード５の周囲温度に対して発光ダイオード５の入力端子電圧を変化させる必要があるからである。このため、発光ダイオード５の入力端子電圧を検出することによって、発光ダイオード５の周囲の溶液温度を検出することができる。たとえば、入力電圧検出部９が検出した入力端子電圧がＶ1であった場合には、図２に示す比例関係より、溶液温度はＴ1であると検出することができる。なお、図２に示した関係は、定電流源２としてＬＤＸ−３４１２を用いた結果である。
【００３３】
このような発光ダイオード５の入力端子電圧と溶液温度との関係は、予め求められ、溶液温度検出部１０ａ内に格納される。溶液温度検出部１０ａは、入力電圧検出部９が検出した入力端子電圧に対応する溶液温度を、格納した情報を参照して求め、補正部１０ｂに出力する。
【００３４】
そして、演算部１０に備わる補正部１０ｂは、入力された溶液温度に対応する出力電圧の補正電圧を演算する。図３は、溶液温度と出力電圧の差分電圧との関係を示す図である。この差分電圧はそれぞれ、所定の溶液温度の希硫酸を透過した場合の出力電圧と各溶液温度の希硫酸を透過した場合の出力電圧との差分である。なお、希硫酸の濃度は一定とし出力電圧を測定している。図３に示すように、出力電圧の差分電圧は溶液温度とともに直線的に減少し、比例関係を有することがわかる。このため、たとえば、溶液温度がＴ1であった場合には、図３に示す比例関係より、出力電圧の差分電圧Ｖ2が求まる。
【００３５】
このような溶液温度と出力電圧の差分電圧との関係は、予め求められ、補正部１０ｂ内に格納される。補正部１０ｂは、溶液温度に対応した出力電圧の差分電圧を、格納した情報を参照して求める。そして、補正部１０ｂは、増幅器８が出力した出力電圧に差分電圧を加算して出力電圧の補正電圧を演算し、演算部１０に出力する。
【００３６】
図４は、電解液４を構成する希硫酸の濃度と出力電圧の補正電圧との関係を示す図である。図４に示すように、硫酸濃度の増大とともに、電流値がほぼ直線的に増大しており、比例関係を有することがわかる。すなわち、増幅器８から出力され補正部１０ｂが補正した補正電圧の値を知ることができれば、測定対象の電解液４内の硫酸濃度を一意に知ることができる。なお、図４に示した関係は、発光ダイオード５としてＬ９２０−０２（（株）ｅｐｉｔｅｘ社製）を用い、受光ダイオード６としてＭＩ−３３ＨＬＦ（（株）モリリカ社製）を用いた結果である。
【００３７】
このような硫酸濃度と出力電圧の補正電圧との関係は、予め求められ、演算部１０内に格納される。演算部１０は、補正部１０ｂから出力された補正電圧に対応する電解液の濃度を、図４に示すような硫酸濃度と補正電圧との関係を参照して演算する。この演算部１０内に格納される各情報は、各入力値の測定分解能に合わせた各出力値として格納してもよいし、各入力値と各出力値との近似関係式として格納してもよい。なお、上述した各情報は、演算部１０外に設けるようにしてもよい。
【００３８】
そして、出力部１１は演算部１０が演算した濃度値を出力する。出力部１１は、ディスプレイやプリンタなどの可視表示出力できるものによって実現される。なお、上述した各部のオンオフ制御は図示しない制御部あるいはスイッチによって実現される。
【００３９】
上述したように、この実施の形態１では、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光ダイオード５と、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を受光する受光ダイオード６とを設け、電解液４内の水の増減に対応した硫酸濃度の増減を求めるようにしているので、設置場所や保管場所の制限もなく、電解液の対流等の影響を受けず、簡易な構成で電解液４内の硫酸濃度を求めることができる。
【００４０】
また、発光ダイオード５の周囲の溶液温度を簡易な方法で検出し、溶液温度に対応して補正した出力電圧の補正電圧によって電解液４内の硫酸濃度を求めるため、溶液温度の変化に影響を受けることなく硫酸濃度を測定することができる。
【００４１】
また、発光ダイオード５および受光ダイオード６は、セル３内の電解液４内に設けており、発光ダイオード５と受光ダイオード６との間の距離が狭まるため、光の損失が小さくなり、精度の高い測定が可能になるとともに、濃度測定装置の小型化を実現することができる。
【００４２】
なお、図１に示した濃度測定装置１は、発光ダイオード５を受光ダイオード６の下部に設けた構造を有していたが、これに限らず、図５に示すように、発光ダイオード５を受光ダイオード６の上方に設けた構造としてもよい。
【００４３】
また、図１に示した発光ダイオード５および受光ダイオード６は、いずれも水の吸収領域の帯域で発光し、受光するものであったが、これに限らず、発光ダイオード５あるいは受光ダイオード６のいずれか一方が水の吸収領域で発光し、あるいは受光すればよい。たとえば、図６に示すように、受光ダイオード６に代えて、可視領域などの他の波長領域が受光可能な受光ダイオード２６としてもよい。また、図７に示すように、発光ダイオード５に代えて、水の吸収領域以外の波長領域が発光可能な発光ダイオード３５としてもよい。このように、発光ダイオード５あるいは受光ダイオード６の少なくとも一方が水の吸収領域を発光あるいは受光することによって、図１に示した濃度測定装置と同様に、最終的に受光ダイオード６から出力される受光量が水の吸収領域にのみに対応する値であるため、さらに簡易な構成で、測定精度を高くすることができるとともに、発光ダイオードあるいは受光ダイオードの選択範囲を広げることができる。なお、この場合、発光ダイオード３５あるいは受光ダイオード２６は、ダイオードに限らず、その他の代替可能な発光素子あるいは受光素子でもよい。さらに、上述した発光ダイオード５，３５および受光ダイオード６，２６は、水の吸収領域において高い発光効率あるいは受光効率を有すればよい。
【００４４】
また、上述したように、発光ダイオード５および受光ダイオード６の双方が少なくとも水の吸収領域において発光あるいは受光すればよいが、図６および図７に示した濃度測定装置と同じ測定精度を得ようとする場合、図８に示すように、フィルタ４２を、発光ダイオード４５と受光ダイオード４６との間に設けるようにする。フィルタ４２は、水の吸収領域の波長帯域の光のみを通過させる。また、発光ダイオード４５は、水の吸収領域以外の波長帯域も発光し、受光ダイオード４６は、水の吸収領域以外の波長帯域も受光する。これによって、水の吸収領域の波長光に対応した受光量のみが出力されることになる。なお、フィルタ４２を設ける位置は発光ダイオード４５と受光ダイオード４６との間であれば足りる。
【００４５】
また、図９に示すように、発光ダイオード５に代えて、水の吸収帯域に発振波長をもつレーザダイオード５５を設けてもよい。好ましくは、水の吸収波長スペクトルがピークに近い発振波長が好ましい。レーザダイオード５５から出力されるレーザ光の波長帯域は狭帯域であるため、一層精度の高い測定が可能になる。
【００４６】
また、図１では発光ダイオード５と受光ダイオード６とを垂直方向に配置するが、これに限らず、図１０に示すように、発光ダイオード５と受光ダイオード６とを水平方向に配置してもよい。
【００４７】
さらに、上述した発光ダイオード５，３５，４５または受光ダイオード６，２６，４６は、単体の発光ダイオードまたは受光ダイオードに限らず、たとえばアレイ状などに配列された発光ダイオード群または受光ダイオード群であってもよい。
【００４８】
また、濃度測定装置１では、入力電圧検出部９が発光ダイオード５の入力端子電圧を検出することによって溶液温度検出部１０ａが発光ダイオード５の周囲の溶液温度を求めていたが、図１１に示すように、発光ダイオード５の発光部以外の箇所に温度センサー６９を設けて、溶液温度を検出するとしてもよい。温度センサー６９として、たとえば、熱電対を用いることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、発光ダイオード５から発光され受光ダイオード６に受光される光の経路への気泡の侵入を阻止する気泡侵入阻止部を設け、気泡の影響を受けることなく電解液濃度を測定する。
【００５０】
図１２は、実施の形態２にかかる濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。この濃度測定装置７１は、発光ダイオード５、受光ダイオード６、電流電圧変換部７、増幅器８、演算部１０、出力部１１を備え、さらに、発光ダイオード５と発光ダイオード５から発光され受光ダイオード６に受光される光の経路と受光ダイオード６の一部とを囲む気泡侵入阻止部７２０を備えた構造を有する。気泡侵入阻止部７２０の底面部と側面部とは網状体で構成されている。この網状体の各穴の大きさは、たとえば０．５ｍｍ径であり、電解液４中で発生する気泡の大きさと比較し、小さい。このため、下方向から気泡が上昇してきた場合、網状体の各穴よりも大きい気泡は上昇を阻まれ気泡侵入阻止部７２０内に侵入することはない。一方、電解液４は網状体の穴を通過し気泡侵入阻止部７２０の内部に流入することができる。
【００５１】
また、図１２に示すように、気泡侵入阻止部７２０の垂直方向の断面は台形であり、受光ダイオード６に固定される上部面積と比較し、発光ダイオード５に固定される底面部の面積の方が大きい。このため、電解液４の測定の際に濃度測定装置７１の発光ダイオード５と受光ダイオード６とが傾斜した場合でも、下方向から上昇する気泡を底面部で阻止することができる。
【００５２】
また、図１３は、気泡侵入阻止部７２０のＡ−Ａ断面図である。図１３に示すように、気泡侵入阻止部７２０は、発光ダイオード５が発光する光の経路の周囲を円状に囲む構造を有する。このため、横方向からの気泡の侵入も阻止することができる。
【００５３】
また、図１４は、気泡侵入阻止部７２０のＢ−Ｂ断面図である。図１４に示すように、気泡侵入阻止部７２０は、ｄの間隔で固定部７３によって受光ダイオード６に固定されており、上面部は網状体で覆われていない。このため、気泡侵入阻止部７２０の上部の一部は開放されており、気泡侵入阻止部７２０の内部に気泡が侵入した場合であっても、侵入した気泡は上方に排出され気泡侵入阻止部７２０内に留まらない。なお、発光ダイオード５と気泡侵入阻止部７２０は、図１４に示すような固定部７３によって固定するとしてもよく、また、接着剤を用いて固定するとしてもよい。
【００５４】
濃度測定装置７１は、以下に説明する動作を行い電解液４の濃度を測定する。発光ダイオード５から所定帯域の波長光が発光され、所定帯域の波長光を受光する受光ダイオード６は受光量に対応した電流値を出力し、この電流値は電流電圧変換部７によって電圧に変換される。そして、増幅器８は、変換された電圧を増幅し、増幅した電圧を演算部１０に出力する。演算部１０は、出力電圧と電解液の濃度との比例関係をもとに、出力電圧に応じた電解液の濃度を演算し、出力部１１から濃度値を出力する。
【００５５】
つぎに、本実施の形態２では、気泡侵入阻止部７２０を備えることにより、受光量の変動を抑制することができることについて説明する。図１５は、気泡侵入阻止部７２０を備える濃度測定装置７１の出力電圧の変化を測定した結果を示すグラフである。また、気泡侵入阻止部７２０を備えていない濃度測定装置についても測定を行っている。曲線ｌ1は所定濃度の硫酸の溶液温度の変化特性を示し、曲線ｌ2はこの硫酸を透過した場合の気泡侵入阻止部７２０を備えた濃度測定装置７１の増幅器８から出力される出力電圧の特性を示し、曲線ｌ3は気泡侵入阻止部７２０を備えていない濃度測定装置の増幅器８から出力される出力電圧の特性を示す。曲線ｌ1に示すように、溶液温度は一定時間安定後、上昇する。
【００５６】
図１５に示すように、気泡侵入阻止部７２０を備えていない濃度測定装置の出力電圧は、温度が一定時間安定している期間ａでは出力電圧値が変動する。この結果、測定する硫酸の濃度は一定値であるにもかかわらず、測定ごとに濃度が変動し、正確な濃度を測定することができない。これは、光の経路への気泡の侵入によって発生する光の経路の屈折、光の遮断、光の経路の短縮化といった現象に起因するものと考えられる。すなわち、気泡が光の経路に侵入することによって、図１６に示すように、気泡７４に光が衝突することによる光の経路７５の屈折や、また、図１７に示すように、受光ダイオード６の受光部表面に付着した気泡７４によって光の遮断や光の経路の短縮化が発生すると推定できる。この結果、受光ダイオード６が受光する受光量が、本来受光すべき受光量と比較し増減するため、曲線ｌ3に示すように出力電圧も変動する。
【００５７】
一方、濃度測定装置７１の期間ａでの出力電圧は一定値である。このため、濃度測定装置７１が演算する硫酸濃度は変動せず一定値である。これは、気泡侵入阻止部７２０を備えることにより、光の経路への気泡の侵入や発光ダイオード５の発光部と受光ダイオード６の受光部とへの気泡の付着が抑制されるためである。したがって、光の経路の屈折、光の遮断、光の経路の短縮化といった現象が起こらず、受光ダイオード６が受光する受光量の増減が生じない。この結果、濃度測定装置７１は正確に電解液の濃度を測定することができる。
【００５８】
上述したように、本実施の形態２にかかる濃度測定装置は、気泡侵入阻止部７２０を備え気泡の侵入を阻止するようにしているので、簡易な構成で電解液４内の硫酸濃度を精度よく測定することができる。また、気泡侵入阻止部７２０は発光ダイオード５と受光ダイオード６の一部を囲む程度の大きさに留まるため、濃度測定装置の小型化も可能である。
【００５９】
なお、気泡侵入阻止部７２０は、網状体で構成するほか、液体のみを透過するフィルタで構成してもよい。また、気泡侵入阻止部７２０は、図１２では垂直方向の断面図が台形であるが、これに限らず、矩形であってもよい。また、気泡侵入阻止部７２０は、図１３ではＡ−Ａ断面図が円形であるが、これに限らず、図１８に示すように、Ａ−Ａ断面図が四角形である気泡侵入阻止部７２１としてもよい。また、気泡の侵入を光の経路の全方域に渡って阻止するために、図１９に示すように、気泡侵入阻止部７２０に代えて、受光ダイオード６の上部も網状体が覆う構造である気泡侵入阻止部７２２としてもよい。また、上述した濃度測定装置７１では発光ダイオード５と受光ダイオード６とを垂直方向に配置し濃度を測定しているが、図２０に示すように、発光ダイオード５と受光ダイオード６とを傾斜させた状態で電解液４の濃度を測定することも可能である。傾斜させた場合であっても、気泡侵入阻止部７２０の底面部と側面部に備わる網状体が気泡の侵入を阻止するためである。
【００６０】
また、発光ダイオード５と受光ダイオード６とを垂直方向に配置する構造のほか、図２１に示すように、水平方向に配置することも可能である。この場合、濃度測定装置は気泡侵入阻止部７２０に代えて、発光ダイオード５の発光部と光の経路と受光ダイオード６の受光部との下方領域と側面とに位置する気泡侵入阻止部７２３を備える。図２２の気泡侵入阻止部７２３のＡ−Ａ断面図に示すように、気泡侵入阻止部７２３の断面は発光ダイオード５から発光される光の経路の左右部と下部を囲む円弧状である。また、気泡侵入阻止部７２３は、発光ダイオード５と受光ダイオード６とに、たとえば接着剤で隙間なく固定されている。気泡侵入阻止部７２３は、上述した構造を有することによって、下方向から上昇する気泡の侵入を阻止する。また、気泡侵入阻止部７２３は光の経路の上方領域を覆っていないため、侵入した気泡を上部から排出することも可能である。また、気泡侵入阻止部７２３は、網状体で構成するほか、穴を備えないシート状の材料で構成するとしてもよい。気泡侵入阻止部７２３が穴を有していない場合であっても、光の経路の上部から電解液４が随時流入するため、電解液４が気泡侵入阻止部７２３内に留まることはない。
【００６１】
また、気泡侵入阻止部７２３に代えて、図２３に示すように、Ａ−Ａ断面図が円弧状ではなく角を有する構造である気泡侵入阻止部７２４を備えてもよい。また、気泡侵入阻止部７２３に代えて、図２４に示すように受光ダイオード６の受光部以外の部分も囲む構造である気泡侵入阻止部７２５を備えてもよく、また、図２５に示すように発光ダイオード５の発光部以外の部分も囲む構造である気泡侵入阻止部７２６を備えてもよい。また、図２６に示すように、発光ダイオード５の発光部以外の部分や受光ダイオード６の受光部以外の部分をも囲む構造である気泡侵入阻止部７２７であってもよい。
【００６２】
また、図２７に示すように、全方域に渡って気泡の侵入を阻止するために、気泡侵入阻止部７２３に代えて、光の経路の上方領域をも覆う構造である気泡侵入阻止部７２８を備えてもよい。この場合、気泡侵入阻止部７２８は、電解液４を気泡侵入阻止部７２８内に流し込むために網状体で形成される。また、気泡侵入阻止部７２３に代えて、図２８に示すように受光ダイオード６の全体を覆う構造である気泡侵入阻止部７２９を備えてもよく、図２９に示すように発光ダイオード５と受光ダイオード６との全体を覆う構造である気泡侵入阻止部７３０であってもよい。
【００６３】
また、発光ダイオード５と受光ダイオード６とに設けられた気泡侵入阻止部７２０〜７２０を備えた濃度測定装置について説明したが、これに限らず、図３０に示すようにセル３に固定した気泡侵入阻止部７３２を備えた濃度測定装置７３１としてもよい。気泡侵入阻止部７３２は、発光ダイオード５と受光ダイオード６とが気泡侵入阻止部７３２の内部に配置された場合に、発光ダイオード５と受光ダイオード６との側面と下方とを囲む構造を有する。気泡侵入阻止部７３２の底面部と側面部とは網状体で構成されており、気泡侵入阻止部７２０と同様に網状体の穴は、電解液４中で発生する気泡の大きさと比較し小さい。このため、下方向から上昇する気泡を底面部で阻止することができる。また、気泡侵入阻止部７３２の上面部は網状体で覆われていないため、内部に侵入した気泡の排出や電解液４の流入が可能である。
【００６４】
そして、図３１に気泡侵入阻止部７３２のＣ−Ｃ断面図を示す。図３１に示すように、気泡侵入阻止部７３２は、発光ダイオード５が発光する光の経路を半円状に囲む構造であり、気泡侵入阻止部７３２の両端はセル３に固定されている。このため、横方向からの気泡の侵入も阻止することができる。
【００６５】
この濃度測定装置７３１は、発光ダイオード５と受光ダイオード６とを気泡侵入阻止部７３２内部に配置することによって、電解液４の硫酸濃度を測定することができる。この濃度測定装置７３１は、セル３に気泡侵入阻止部７３２を固定する加工を行うため、発光ダイオード５および受光ダイオード６を加工する必要がなく、簡易な構成とすることができる。
【００６６】
また、気泡侵入阻止部７３２の断面を半円状の構造として説明したが、これに限らず、図３２に示すように、角を備えた断面構造である気泡侵入阻止部７３３としてもよい。このように、発光ダイオード５と受光ダイオード６との周囲を囲み、両端がセル３に固定されている構造であれば、側面からの気泡の侵入を阻止できるためである。また、気泡侵入阻止部７３２を網状体であると説明したが、これに限らず、液体のみを透過するフィルタで構成してもよい。また、穴を備えないシート状の材料で構成するとしてもよい。気泡侵入阻止部７３２が穴を備えない場合であっても、気泡侵入阻止部７３２の上部から電解液４が随時流入するためである。なお、気泡侵入阻止部７２０〜７３０，７３２，７３３は、測定装置の長寿命化のため、たとえばテフロン（Ｒ）材のような電解液４を構成する硫酸に対する耐性を備えた材質で構成することが好ましい。
【００６７】
また、気泡侵入阻止部７２０〜７３０，７３２，７３３を備えた濃度測定装置について説明したが、これに限らず、図３３に示すように鉛蓄電池７４３内部の負極板７４４の下方に発光ダイオード５と受光ダイオード６とを配置する濃度測定装置７４１としてもよい。鉛蓄電池７４３は充放電の際に、海綿状鉛で形成される負極板７４４と電解液４を構成する硫酸との間で化学反応を行い、水素気体を発生する。そして、この水素気体は、気泡７４となって上昇する。一方、負極板７４４の下方は、負極板７４４を構成する海綿状鉛が存在しないため、硫酸と負極板７４４との間で化学反応が行われず水素気体は発生することがない。濃度測定装置７４１は、負極板７４４の下方に発光ダイオード５と受光ダイオード６とを配置するため、発光ダイオード５から発光され受光ダイオード６が受光する光の経路中に気泡７４が侵入することはない。このように、気泡７４が発生しない場所に発光ダイオード５と受光ダイオード６とを配置して電解液４の濃度を測定することによって、気泡侵入阻止部７２０〜７３０，７３２，７３３を省略することが可能である。
【００６８】
また、実施の形態１と同様に、発光ダイオード５は、これに限らず、発光ダイオード３５，４５またはレーザダイオード５５であってもよく、また、受光ダイオード６は、受光ダイオード２６，４６であってもよい。また、発光ダイオード４５と受光ダイオード４６とを備える場合にはフィルタ４２を発光ダイオード４５と受光ダイオード４６との間に設ける必要がある。
【００６９】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３は、溶液温度検出部と気泡侵入阻止部とを有し、溶液温度や気泡の存在に関わらず電解液の濃度を演算する。
【００７０】
図３４は、この発明の実施の形態３である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。濃度測定装置８１は、入力電圧検出部９と、溶液温度検出部１０ａと補正部１０ｂとを備える演算部１０とを有するほか、気泡侵入阻止部７２０を有する。また、実施の形態１，２と同様に、発光ダイオード５、受光ダイオード６、電流電圧変換部７、増幅器８、出力部１１を備える。
【００７１】
このため、実施の形態１にかかる濃度測定装置１と同様に、演算部１０は、溶液温度を検出し、溶液温度に対応した差分電圧を演算したうえで、増幅器８から出力される出力電圧の補正電圧を求める。演算部１０は、この補正電圧に対応した電解液４の硫酸濃度を求め出力するため、濃度測定装置８１は、溶液温度によらず濃度を測定することが可能となる。
【００７２】
さらに、気泡侵入阻止部７２０を備えるため、発光ダイオード５から発光し受光ダイオード６に受光される光の経路への気泡の侵入を阻止し、受光ダイオード６が受光する受光量の光量の減少が生じず、濃度測定装置８１は精度よく電解液の濃度を測定することができる。
【００７３】
上述したように、実施の形態３では、入力電圧検出部９と、溶液温度検出部１０ａと補正部１０ｂとを有する演算部１０と、気泡侵入阻止部７２０とを設け、溶液温度や気泡の存在の影響を受けることなく、濃度測定の精度を高めることができる。
【００７４】
なお、濃度測定装置８１に限らず、図３５に示すように、セル３に固定された気泡侵入阻止部７３２を備えた濃度測定装置８２１としてもよい。また、図36に示すように、負極板７４４の下方に発光ダイオード５と受光ダイオード６とを配置して気泡侵入阻止部７２０を省略した濃度測定装置８３１としてもよい。この濃度測定装置８２１，８３１も、濃度測定装置８１と同様に溶液温度や気泡の存在の影響を受けることなく、濃度測定の精度を高めることができる。
【００７５】
また、実施の形態１，２と同様に、発光ダイオード５は、これに限らず、発光ダイオード３５，４５またはレーザダイオード５５であってもよく、また、受光ダイオード６は、受光ダイオード２６，４６であってもよい。また、発光ダイオード４５と受光ダイオード４６とを備える場合にはフィルタ４２を発光ダイオード４５と受光ダイオード４６との間に設ける必要がある。また、実施の形態２と同様に、気泡侵入阻止部７２０は、これに限らず、気泡侵入阻止部７２１〜７３０のいずれか一つであってもよい。また、気泡侵入阻止部７３２は、気泡侵入阻止部７３３であってもよい。
【００７６】
また、実施の形態１〜３では、発光ダイオード５と受光ダイオード６との間に電解液４を介在させ、発光ダイオード５から発光され受光ダイオードが受光する受光量に対応する電解液４の硫酸濃度を測定していたが、これに限らず、電解液４を透過した光の屈折率の変化を求め、屈折率の変化から硫酸濃度を測定するとしてもよい。この場合においても、電解液を透過した光の光量の溶液温度に対応する補正値を求めることによって、溶液温度に関わらず硫酸濃度を簡便に測定することが可能である。また、気泡の侵入を防止できるため、気泡に衝突して光路を変動することもなく、正確な屈折率を測定することができる。したがって、屈折率の変化から硫酸濃度を測定する装置においても、精度の高い濃度測定が可能となる。
【００７７】
また、実施の形態１〜３では、電解液４の硫酸の濃度を出力するとして説明したが、これに限らず、演算方法によって電解液４の硫酸の比重値を出力するとしてもよい。また、実施の形態１〜３では、電流電圧変換部７を設けて受光ダイオード６が出力した電流値を電圧値に変換し、この電圧値を用いて電解液４の硫酸濃度を出力しているが、これに限らず、電流値、電力値などの電気信号を用いてもよい。この場合、濃度を演算するため、演算部１０に格納する関係を硫酸濃度と電気信号との関係に変更すればよい。または、電気信号を電圧値に変換すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる濃度測定装置は、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を溶液温度の変動や気泡の存在に関わらず簡便に測定することが可能であるため、特に鉛蓄電池の充放電中に即時に硫酸濃度を測定する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施の形態１である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図２】発光ダイオードの入力端子電圧と周囲温度との関係を示す図である。
【図３】溶液温度と出力電圧の差分電圧との関係を示す図である。
【図４】希硫酸の濃度と出力電圧の補正電圧との関係を示す図である。
【図５】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図６】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図７】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図８】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図９】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図１０】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図１１】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１２】本実施の形態２である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】実施の形態２である濃度測定装置の出力電圧の変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１６】気泡が侵入した場合の発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図１７】気泡が侵入した場合の発光ダイオードと受光ダイオードとの要部を示す図である。
【図１８】図１２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１９】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２０】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２１】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２２】図２１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２３】図２１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２４】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２５】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２６】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２７】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２８】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図２９】濃度測定装置に備わる発光ダイオードと受光ダイオードと気泡侵入阻止部との要部を示す図である。
【図３０】本実施の形態２である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図３１】図３０におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図３２】図３０におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図３３】本実施の形態２である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図３４】本実施の形態３である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図３５】本実施の形態３である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図３６】本実施の形態３である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、６１、７１、７３１、７４１、８１、８２１、８３１  濃度測定装置
２  定電流源
３  セル
４  電解液
５、３５、４５  発光ダイオード
６、２６、４６  受光ダイオード
７  電流電圧変換部
８  増幅器
９  入力電圧検出部
１０  演算部
１０ａ  溶液温度検出部
１０ｂ  補正部
１１  出力部
４２  フィルタ
５５  レーザダイオード
６９  温度センサー
７２０〜７３０、７３２、７３３  気泡侵入阻止部
７３  固定部
７４  気泡
７５  光の経路
７４３  鉛蓄電池
７４４  負極板
７４５ａ、７４５ｂ  電極
【図１】
2005017261.tif 000003
【図２】
2005017261.tif 000004
【図３】
2005017261.tif 000005
【図４】
2005017261.tif 000006
【図５】
2005017261.tif 000007
【図６】
2005017261.tif 000008
【図７】
2005017261.tif 000009
【図８】
2005017261.tif 000010
【図９】
2005017261.tif 000011
【図１０】
2005017261.tif 000012
【図１１】
2005017261.tif 000013
【図１２】
2005017261.tif 000014
【図１３】
2005017261.tif 000015
【図１４】
2005017261.tif 000016
【図１５】
2005017261.tif 000017
【図１６】
2005017261.tif 000018
【図１７】
2005017261.tif 000019
【図１８】
2005017261.tif 000020
【図１９】
2005017261.tif 000021
【図２０】
2005017261.tif 000022
【図２１】
2005017261.tif 000023
【図２２】
2005017261.tif 000024
【図２３】
2005017261.tif 000025
【図２４】
2005017261.tif 000026
【図２５】
2005017261.tif 000027
【図２６】
2005017261.tif 000028
【図２７】
2005017261.tif 000029
【図２８】
2005017261.tif 000030
【図２９】
2005017261.tif 000031
【図３０】
2005017261.tif 000032
【図３１】
2005017261.tif 000033
【図３２】
2005017261.tif 000034
【図３３】
2005017261.tif 000035
【図３４】
2005017261.tif 000036
【図３５】
2005017261.tif 000037
【図３６】
2005017261.tif 000038