(57)【要約】【課題】電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することが可能な水中電位測定用電極装置を提供する。【解決手段】この水中電位測定用電極装置１は、電極１２と、電極１２を覆うとともに、外部と連通する開口１１１を有する筐体１１と、筐体１１に接続され、筐体１１の開口１１１に連通する空間１３１を有する筒状体１３とを備える。そして、水中電位測定用電極装置１は、外部の水の電位差を測定するとともに、電極１２に通電することにより、筒状体１３に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている。【選択図】図２
2016138769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、
前記電極を覆うとともに、外部と連通する開口を有する筐体と、
前記筐体に接続され、前記筐体の前記開口に連通する空間を有する筒状体とを備え、
外部の水の電位差を測定するとともに、前記電極に通電することにより、前記筒状体に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている、水中電位測定用電極装置。
【請求項２】
前記筒状体は、軸方向の長さが前記筐体の前記開口と前記電極の端部との距離よりも長くなるように形成されている、請求項１に記載の水中電位測定用電極装置。
【請求項３】
前記筒状体は、軸方向に沿って略均一の断面積を有するように形成されている、請求項１または２に記載の水中電位測定用電極装置。
【請求項４】
前記筒状体は、前記筐体に対して着脱可能に構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中電位測定用電極装置。
【請求項５】
前記筒状体は、絶縁性の部材により形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水中電位測定用電極装置
【請求項６】
電極と、前記電極を覆うとともに、外部と連通する開口を有する筐体とを含む一対の水中電位測定用電極装置を備え、
一対の前記水中電位測定用電極装置の少なくとも一方には、前記筐体の前記開口に連通する空間を有する筒状体が前記筐体に接続されており、
外部の水の電位差を測定するとともに、前記電極に通電することにより、前記筒状体に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている、水中電位測定装置。
【請求項７】
測定した外部の水の電位差と、電気抵抗率または電気伝導率とを用いて水中の電流密度を算出することが可能に構成されている、請求項６に記載の水中電位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中電位測定用電極装置および水中電位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中電位測定用電極装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、電極と、電極を覆うとともに、外部と連通する開口を有する筐体とを備える液中微小電位測定用電極装置（水中電位測定用電極装置）が開示されている。また、上記特許文献１の液中微小電位測定用電極装置は、水中の電位を測定するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１９８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水中電位測定用電極装置を間隔Ｌに一対水中に配置した場合において、水中の電位差Ｖを測定するとき、水中を流れる電流密度Jが一定であるならば、式（１）に示すように、水中の電気抵抗率ρまたは電気伝導率１／ρにより電位差Ｖが変化する。
【数１】
2016138769.tif 000003
【０００６】
ここで、基準の電気抵抗率または電気伝導率（たとえば、４．０Ｓ／ｍ）における水中の電位差を精度よく求めるためには、式（２）に示すように、水中の電気抵抗率または電気伝導率を測定し、基準の電気抵抗率ρｓｔｄまたは電気伝導率１／ρｓｔｄ（たとえば、４．０Ｓ／ｍ）における基準の水中の電位差Ｖｓｔｄに換算する必要がある。
【数２】
2016138769.tif 000004
【０００７】
従来では、水中の電気抵抗率または電気伝導率を別途専用の装置を用いて測定し、換算していたが、水中に複数の水中電位測定用電極装置を設置する場合、水中に設置する器材の数量が、電気抵抗率または電気伝導率の測定装置の分だけ増加し、設置および保守の手間が増大する課題があった。このため、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく求めることが可能な水中電位測定用電極装置が望まれていた。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することが可能な水中電位測定用電極装置および水中電位測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における水中電位測定用電極装置は、電極と、電極を覆うとともに、外部と連通する開口を有する筐体と、筐体に接続され、筐体の開口に連通する空間を有する筒状体とを備え、外部の水の電位差を測定するとともに、電極に通電することにより、筒状体に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている。
【００１０】
この発明の第１の局面による水中電位測定用電極装置では、上記のように、筐体に接続され、筐体の開口に連通する空間を有する筒状体を設けることによって、筒状体の空間は有限の断面積及び長さを有するので、筒状体に流入する外部の水に電気抵抗を発生させることができる。つまり、電気抵抗＝電気抵抗率×長さ／断面積（＝長さ／（電気伝導率×断面積））で表されるため、筒状体外部のように断面積が無限大である場合と異なり、筒状体に流入する外部の水の電気抵抗は０とはならない。これにより、電極に通電して、電流および電位差を測定することにより水中の電気抵抗を算出することができるので、水中の電気抵抗率または電気伝導率を算出することができる。そして、算出した電気抵抗率または電気伝導率を用いて、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することができる。
【００１１】
上記第１の局面による水中電位測定用電極装置において、好ましくは、筒状体は、軸方向の長さが筐体の開口と電極の端部との距離よりも長くなるように形成されている。このように構成すれば、電極の端部と筐体の開口との間の筐体内部の水の電気抵抗よりも筒状体に流入した外部の水の電気抵抗を大きくすることができるので、外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を精度よく測定することができる。
【００１２】
上記第１の局面による水中電位測定用電極装置において、好ましくは、筒状体は、軸方向に沿って略均一の断面積を有するように形成されている。このように構成すれば、外部の水の電気抵抗から外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を簡易な計算式により容易に算出することができる。
【００１３】
上記第１の局面による水中電位測定用電極装置において、好ましくは、筒状体は、筐体に対して着脱可能に構成されている。このように構成すれば、水中電位測定用電極装置を使用しない時に筒状体を筐体から取り外して保管することができるので、保管時の自由度を大きくすることができる。また、筒状体を有さない既存の水中電位測定用電極装置に筒状体を取り付けて外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することができる。また、電気抵抗率または電気伝導率の測定後、筒状体を筐体から取り外すことにより、筒状体分の電気抵抗を低減させることができるので、水中電位測定用電極装置のノイズを低減させて水中の電位を精度よく測定することができる。
【００１４】
上記第１の局面による水中電位測定用電極装置において、好ましくは、筒状体は、絶縁性の部材により形成されている。このように構成すれば、筒状体を電流が流れるのを抑制して、筒状体に流入する外部の水の電気抵抗率および電気伝導率を精度よく測定することができる。
【００１５】
この発明の第２の局面における水中電位測定装置は、電極と、電極を覆うとともに、外部と連通する開口を有する筐体とを含む一対の水中電位測定用電極装置を備え、一対の水中電位測定用電極装置の少なくとも一方には、筐体の開口に連通する空間を有する筒状体が筐体に接続されており、外部の水の電位差を測定するとともに、電極に通電することにより、筒状体に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている。
【００１６】
この発明の第２の局面による水中電位測定装置では、上記のように、筐体に接続され、筐体の開口に連通する空間を有する筒状体を設けることによって、筒状体の空間は有限の断面積および長さを有するので、筒状体に流入する外部の水に電気抵抗を発生させることができる。これにより、電極に通電して、電流および電位差を測定することにより水中の電気抵抗を算出することができるので、水中の電気抵抗率または電気伝導率を算出することができる。そして、算出した電気抵抗率または電気伝導率を用いて、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することが可能な水中電位測定装置を提供することができる。
【００１７】
上記第２の局面による水中電位測定装置において、好ましくは、測定した外部の水の電位差と、電気抵抗率または電気伝導率とを用いて水中の電流密度を算出することが可能に構成されている。このように構成すれば、水中の電流密度を精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記のように、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による水中電位測定用電極装置を備える水中電位測定装置の概略を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による水中電位測定用電極装置を示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による水中電位測定用電極装置を示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例による水中電位測定用電極装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態による水中電位測定用電極装置１は、図1に示すように、水中（海中）において微小電位を測定する水中電位測定装置１００に用いられる。水中電位測定装置１００により微小電位が測定される。水中電位測定装置１００は、一対の水中電位測定用電極装置１と、制御部２と、切替部３と、水中電位測定部４と、抵抗率測定部５とを備えている。水中電位測定部４は、アンプ４ａを含む。アンプ４ａは、一対の水中電位測定用電極装置１に対して１台設けられている。
【００２２】
水中電位測定装置１００は、一対の水中電位測定用電極装置１の電位差を測定し、アンプ４ａにより増幅して、制御部２により観測するように構成されている。また、水中電位測定装置１００は、一対の水中電位測定用電極装置１の間に電流を流して、水（海水）の電気抵抗率または電気伝導率を測定するように構成されている。つまり、水中電位測定装置１００（水中電位測定用電極装置１）は、外部の水の電位差を測定するとともに、電極１２に通電することにより、筒状体１３に流入する外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することが可能に構成されている。
【００２３】
一対の水中電位測定用電極装置１は、互いに同様の構成を有している。水中電位測定用電極装置１は、図２および図３に示すように、筐体１１と、電極１２と、筒状体１３とを備えている。
【００２４】
図２に示すように、筐体１１には、外部と連通する開口１１１が形成されている。筐体１１の開口１１１には、水を通すフィルター１１２が設けられている。また、筐体１１内には、空間１１３が形成されている。筐体１１は、電極１２を覆うように構成されている。言い換えると、筐体１１内の空間１１３に電極１２が配置されている。また、筐体１１は、図３に示すように、円筒形状に形成されている。また、円筒形状の筐体１１の一方側の底面には、開口１１１が形成されている。つまり、図２に示すように、開口１１１は、筐体１１内の空間１１３の一方端側に配置されている。
【００２５】
筐体１１の開口１１１は、フィルター１１２を介して外部の水（海水）を通すように構成されている。これにより、水中電位測定用電極装置１の使用時に外部の水（海水）が、電極１２と連通し、水中（海中）の電位を測定することが可能となる。
【００２６】
フィルター１１２は、たとえば、不織布を含む。これにより、水中電位測定用電極装置１を水中に設置した場合に、不純物が筐体１１内に入るのを抑制することができるので、電位を安定して測定することが可能である。
【００２７】
電極１２は、銀（Ａｇ）および塩化銀（ＡｇＣｌ）を含む銀−塩化銀電極により構成されている。電極１２は、図１および図２に示すように、配線１ａに接続されている。配線１ａは、図１に示すように、切替部３を介して水中電位測定部４または抵抗率測定部５に接続されている。また、電極１２は、図３に示すように、円柱形状を有し、筐体１１の長手方向に延びるように配置されている。
【００２８】
ここで、本実施形態では、図２および図３に示すように、筐体１１の長手方向の一方端側には筒状体１３が接続されている。筒状体１３は、筐体１１の開口１１１に連通する空間１３１を有している。また、筒状体１３は、図３に示すように、円筒形状を有し、筐体１１および電極１２の長手方向に延びるように配置されている。また、筒状体１３の筐体１１に対して反対側は外部に開放されており、空間１３１には外部の水が流入するように構成されている。つまり、筐体１１の開口１１１は、筒状体１３の空間１３１を介して外部と連通している。
【００２９】
図２に示すように、筒状体１３は、軸方向（長手方向）に沿って略均一の断面積Ｓを有するように形成されている。つまり、筒状体１３の空間１３１は、底面積Ｓの円柱形状を有する。また、筒状体１３は、軸方向の長さＬ２が筐体１１の開口１１１と電極１２の端部との距離Ｌ１よりも長くなるように形成されている。また、筒状体１３は、軸方向の長さＬ２が内径Ｄよりも大きくなるように形成されている。
【００３０】
また、筒状体１３は、筐体１１に対して着脱可能に構成されている。つまり、筒状体１３は、水中電位測定装置１００により、水中の電気抵抗率または電気伝導率を測定する場合に、筐体１１に取り付けられるように構成されている。たとえば、筒状体１３は、筐体１１の係合部に係合して取り付けられている。また、筒状体１３は、絶縁性の部材により形成されている。たとえば、筒状体１３は、絶縁性の樹脂により形成されている。
【００３１】
制御部２は、水中電位測定装置１００の各部を制御するように構成されている。具体的には、制御部２は、ユーザの操作に基づいて切替部３を制御して、一対の水中電位測定用電極装置１の接続を水中電位測定部４または抵抗率測定部５に切替えるように構成されている。
【００３２】
また、制御部２は、水中の電気抵抗率または電気伝導率を測定する場合に、切替部３により、一対の水中電位測定用電極装置１と抵抗率測定部４とを接続し、一対の水中電位測定用電極装置１の間に電流を流すように構成されている。また、制御部２は、通電時の一対の水中電位測定用電極装置１の間の電位差の測定値から、水中の電気抵抗率または電気伝導率を算出するように構成されている。
【００３３】
ここで、一対の水中電位測定用電極装置１の電極１２の間に流れる電流Ｉと電位差Ｖと電気抵抗Ｒａとの間には、式（３）の関係が成り立つ。
【数３】
2016138769.tif 000005
【００３４】
また、電気抵抗Ｒａは、筐体１１の内部の水の電気抵抗Ｒｂと、筒状体１３の空間１３１内の水（海水）の電気抵抗Ｒｃと、外部の水（海水）（一対の水中電位測定用電極装置１の間の水）の電気抵抗Ｒｄとにより、式（４）のように表される。
【数４】
2016138769.tif 000006
【００３５】
ここで、電気抵抗Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄは、それぞれ、式（５）〜式（７）のように表される。
【数５】
2016138769.tif 000007
なお、ρｂは、筐体１１の内部の水の電気抵抗率であり、ρｃは、筒状体１３の空間１３１内の海水の電気抵抗率である。また、σｂは、筐体１１の内部の水の電気伝導率であり、σｃは、筒状体１３の空間１３１内の海水の電気伝導率である。電気抵抗率と電気伝導率とは逆数の関係にあるため、いずれか一方を用いればよい。また、図２に示すように、Ｌ１は、筐体１１の開口１１１と電極１２の端部との距離であり、Ｌ２は、筒状体１３の軸方向の長さである。また、Ｓは、筐体１１および筒状体１３の断面積である。なお、式（７）に示すように、外部の水（海水）の電気抵抗Ｒｄは、断面積が無限大となるため、略０となる。
【００３６】
ここで、Ｌ２＞＞Ｌ１であり、Ｒｂは無視することができるので、一対の水中電位測定用電極装置１の電極１２の間に流れる電流Ｉと電位差Ｖとを測定することにより、筒状体１３の空間１３１に流入する外部の水（海水）の電気抵抗率ρｃ（電気伝導率σｃ）を算出することが可能である。
【００３７】
また、制御部２は、水中の電位を測定する場合に、切替部３により、一対の水中電位測定用電極装置１と水中電位測定部４とを接続するように構成されている。また、制御部２は、算出した電気抵抗率または電気伝導率に基づいて、基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を算出するように構成されている。
【００３８】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００３９】
本実施形態では、上記のように、筐体１１に接続され、筐体１１の開口１１１に連通する空間１３１を有する筒状体１３を設けることによって、筒状体１３の空間１３１は有限の断面積Ｓおよび長さＬ２を有するので、筒状体１３に流入する外部の水に電気抵抗を発生させることができる。これにより、電極１２に通電して、電流および電位差を測定することにより水中の電気抵抗を算出することができるので、水中の電気抵抗率または電気伝導率を算出することができる。これにより、電気抵抗率または電気伝導率を測定する装置を別途設けることなく基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を精度よく算出することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、上記のように、筒状体１３を、軸方向の長さＬ２が筐体１１の開口１１１と電極１２の端部との距離Ｌ１よりも長くなるように形成する。これにより、電極１２の端部と筐体１１の開口１１１との間の筐体１１内部の水の電気抵抗よりも筒状体１３に流入した外部の水の電気抵抗を大きくすることができるので、外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を精度よく測定することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、上記のように、筒状体１３を、軸方向に沿って略均一の断面積Ｓを有するように形成する。これにより、外部の水の電気抵抗から外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を簡易な計算式により容易に算出することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、上記のように、筒状体１３を、筐体１１に対して着脱可能に構成する。これにより、水中電位測定用電極装置１を使用しない時に筒状体１３を筐体１１から取り外して保管することができるので、保管時の自由度を大きくすることができる。また、筒状体１３を有さない既存の水中電位測定用電極装置に筒状体１３を取り付けて外部の水の電気抵抗率または電気伝導率を測定することができる。また、電気抵抗率または電気伝導率の測定後、筒状体１３を筐体１１から取り外すことにより、筒状体１３の水中の電気抵抗を低減させることができるので、水中電位測定用電極装置１のノイズを低減させて水中の電位を精度よく測定することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、筒状体１３を、絶縁性の部材により形成する。これにより、筒状体１３に電流が流れるのを抑制して、筒状体１３に流入する外部の水の電気抵抗率および電気伝導率を精度よく測定することができる。
【００４４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００４５】
たとえば、上記実施形態では、海水中に水中電位測定用電極装置を配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、海水以外の水中に水中電位測定用電極装置を配置してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、筒状体に空気抜穴を設けていない構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図４に示す変形例のように、筒状体１３ａに空気抜穴１３２を設けてもよい。この場合、筒状体１３ａの空気抜穴１３２は、空間１３１側（内側）に開口１３２ａを設け、外側に開口１３２ｂを設けてもよい。開口１３２ａは、軸方向（長手方向）において筐体１１側に設け、開口１３２ｂは、筐体１１と反対側に設けてもよい。これにより、空気抜穴１３２を電流が短絡するのを抑制して、電気抵抗率または電気伝導率を精度よく測定することができるとともに、筒状体１３ａに外部の水を容易に流入させることができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、筐体および筒状体が円筒形状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筐体および筒状体が、円筒形状以外の形状に形成されていてもよい。たとえば、筐体および筒状体が、角筒形状に形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、電極が円柱形状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電極が、円柱形状以外の形状に形成されていてもよい。たとえば、電極が、角柱形状に形成されていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、一対の水中電位測定用電極装置の両方の筐体に筒状体が接続されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、一対の水中電位測定用電極装置の少なくとも一方の筐体に筒状体が接続されていればよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、水中電位測定装置が２つの水中電位測定用電極装置を備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、水中電位測定装置が３つ以上の水中電位測定用電極装置を備えていてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、筒状体が筐体に対して着脱可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筒状体が筐体に対して着脱できないように接続されていてもよい。この場合、筒状体と筐体とを一体的に形成してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、電位差と、電気抵抗率または電気伝導率との測定結果から基準の電気抵抗率または電気伝導率における水中の電位差を算出したが、電位差と、電気抵抗率または電気伝導率との測定結果から式（１）により電流密度Jを算出してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  水中電位測定用電極装置
１１  筐体
１２  電極
１３、１３ａ  筒状体
１００  水中電位測定装置
１１１  開口
１３１  空間
【図１】
2016138769.tif 000008
【図２】
2016138769.tif 000009
【図３】
2016138769.tif 000010
【図４】
2016138769.tif 000011