CN109946345B - 电导率计或比电阻计用的电极、以及使用该电极的电导率计和比电阻计 - Google Patents

Abstract

本发明提供电导率计或比电阻计用的电极、以及使用该电极的电导率计和比电阻计，所述电极具有：电极主体；被测溶液引入流路，其贯通所述电极主体；一对电压电极，分别被设置为其表面在形成所述被测溶液引入流路的相对的内壁面露出；以及一对电流电极，分别被设置为其表面在所述各内壁面露出，所述一对电流电极之中的每个电流电极含有碳基材料，所述一对电流电极之中的每个电流电极的在所述内壁面露出的表面的形状是有端带状。

Description

电导率计或比电阻计用的电极、以及使用该电极的电导率计 和比电阻计

技术领域

本发明涉及交流四电极式的电导率计或比电阻计用的电极、以及使用该电极的电导率计和比电阻计。

背景技术

以往，作为交流四电极式的电导率计或比电阻计用的电极，公知例如如专利文献1所示，在被测溶液引入流路内，将一对电流电极(电压施加电极)和一对电压电极(电压检测电极)排列地配置在平面上的电极。对于这样的电导率计或比电阻计用的电极而言，较多电力线通过被测溶液的流入口和流出口而向电极的外部泄漏。因此，根据使用条件的不同，一对电压电极间的电力线的密度大幅变化，导致测定的电导率和/或比电阻的值大幅变化，存在无法准确测定的可能性。

最近，对于能够减少这样的电力线向被测溶液引入流路外泄漏的电导率计或比电阻计用的电极的要求提高，并且对于制造容易且加工性也优良的电导率计或比电阻计用的电极的要求提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-281604号公报

发明内容

技术问题

因此，本发明的预期课题在于提供电力线向外部的泄漏少、并且制造容易且加工性优良的交流四电极式的电导率计或比电阻计用的电极。

技术方案

即，本发明的电导率计或比电阻计用的电极的特征在于，具有：电极主体；被测溶液引入流路，其贯通所述电极主体；一对电压电极，分别被设置为其表面在形成所述被测溶液引入流路的相对的内壁面露出；以及一对电流电极，分别被设置为其表面在所述各内壁面露出，所述一对电流电极之中的每个电流电极含有碳基材料，所述一对电流电极之中的每个电流电极的在所述内壁面露出的表面的形状是有端带状。

根据这样的结构，由于一对电流电极夹着被测溶液引入流路而相对地设置，因此，从一个电流电极出来的电力线不环绕电极主体，容易直接进入另一个电流电极。因此，能够减少向电极主体的外部泄漏的电力线。因此，即使在例如测定过程中将本发明的电极靠近装有被测溶液的烧杯的壁等，形成于一对电压电极之间的电力线的密度也不会大幅变化，测定的电导率和/或比电阻不会大幅变动。即，无论测定位置如何，都能够进行高精度的电导率测定和/或比电阻测定。

另外，根据这样的结构，能够提供制造容易且加工性优良的交流四电极式的电导率计或比电阻计用的电极。例如，由于电流电极的端面呈有端带状且不包围电压电极的周围，因此，在制造过程中在将电流电极和电压电极放入筒状的模具中而使热固性树脂等树脂流入的情况下，树脂容易流到电压电极与电流电极之间，能够容易地在其间填充树脂。即，在使电流电极的形状成为例如包围电压电极那样的圆环状的情况下，由于圆环状的电流电极包围着电压电极的周围，所以在制造过程中可能产生树脂难以填充到电压电极与电流电极之间的问题，但通过使电流电极的端面如前所述那样成为有端带状，从而也能够解决该问题。

另外，由于电流电极的端面是有端带状，所以在制造时只需要对例如预先准备好的板状的电流电极进行切削即可，从而使电流电极本身的加工变得容易。因此，能够根据产品的规格容易地变更电流电极的面积等。

应予说明，本发明中所说的“有端带状”是指呈具有两端的带状的形状，不包括例如像圆环状那样具有外周和内周的形状。

此外，由于电流电极含有碳基材料，所以能够发挥优良的耐化学性和耐碱性。这里的“含有碳基材料”是指电流电极仅由碳基材料构成、和/或电流电极由碳基材料与除碳基材料以外的材料复合的复合材料构成。

此外，由于该含有碳基材料的电流电极在制造时需要进行烧制，所以一般来说，与由金属形成的电流电极相比更难以加工。但是，如上所述，由于在本发明的电导率计或比电阻计用的电极中，电流电极的端面是有端带状，所以电流电极本身的加工变得容易，因此，能够使用含有碳基材料的电流电极来作为电流电极。

应予说明，本发明中所说的“电导率”的意思是JIS中所规定的“电传导率”，“比电阻”的意思是JIS中所规定的“电阻率”。

优选地，上述的电导率计或比电阻计用的电极具有多个所述一对电流电极，并构成为所述一对电压电极位于多个所述一对电流电极之间。

根据这样的结构，通过利用多个一对电流电极将一对电压电极夹在中间，从而能够使通过一对电压电极之间的电力线更密，能够更加减少电力线向电极主体的外部的泄漏。因此，能够进一步减小上述的测定中的电导率和/或比电阻的变动。

另外，优选地，电极主体呈圆柱状等柱状，所述被测溶液引入流路形成为贯通所述电极主体的侧周面，所述一对电压电极和所述一对电流电极被设置为与所述电极主体的轴向平行，并且被设置为沿着所述被测溶液引入流路的贯通方向而彼此相邻。

根据这样的结构，在制造过程中使树脂流入筒状的模具中来固定电流电极和电压电极时，能够使树脂更容易流入到电流电极与电压电极之间。另外，能够使电流电极与电压电极之间的气泡更容易逃脱。

作为上述碳基材料的具体方式，能够列举玻璃碳。

根据这样的结构，能够提高电流电极本身的机械强度。此外，如上所述，由于本发明的电流电极的端面呈有端带状，所以与端面为圆环状的结构相比加工更容易。因此，能够使用玻璃碳等硬的材料。

本发明的电导率计或比电阻计用的电极也可以是如下所述的电极，其具有：电极主体；被测溶液引入流路，其贯通所述电极主体；一对电压电极，分别被设置为其表面在形成所述被测溶液引入流路的相对的内壁面露出；以及一对电流电极，分别被设置为其表面在所述各内壁面露出，所述一对电流电极之中的每个电流电极含有碳基材料，在所述各内壁面，所述电流电极和所述电压电极分别被树脂部件包围，在所述各内壁面，包围所述电流电极的树脂部件与包围所述电压电极的树脂部件相连。

根据这样的结构，能够发挥与上述的、一对电流电极之中的每个电流电极的在内壁面露出的表面的形状为有端带状的电导率计或比电阻计用的电极所得到的作用效果相同的作用效果。

这里，“包围电流电极的树脂部件与包围所述电压电极的树脂部件相连”的意思是，包围电流电极的树脂部件与包围所述电压电极的树脂部件不中断地连续相连。即，在制造过程中将电流电极和电压电极放入模具中而使热固性树脂等树脂流入时，树脂流到电压电极与电流电极之间，树脂填充在其间。

另外，本发明的电导率计的特征在于，具备：上述的电导率计或比电阻计用的电极；以及电导率计算器，其接收来自所述电极的输出信号，基于该接收到的输出信号计算并输出电导率。

另外，本发明的比电阻计的特征在于，具备：上述的电导率计或比电阻计用的电极；以及比电阻计算器，其接收来自该电极的输出信号，基于该接收到的输出信号计算并输出比电阻。

根据这样的电导率计和/或比电阻计，能够发挥与上述的电导率计或比电阻计用的电极所得到的作用效果相同的作用效果。

发明效果

根据这样构成的本发明，能够提供电力线向外部的泄漏少、并且制造容易且加工性优良的交流四电极式的电导率计或比电阻计用的电极。

附图说明

图1是示意地表示本实施方式的电导率计的结构的图。

图2是示意地表示同一实施方式的电极的电流电极和电压电极的结构的图。

图3是图1的A-A线剖视图。

图4是示意地表示同一实施方式的电极的制造过程的图。

图5是示意地表示其他实施方式的电极的电流电极和电压电极的结构的图。

图6是示意地表示其他实施方式的电极的电流电极和电压电极的结构的图。

图7是示意地表示其他实施方式的电极的被测溶液引入流路的结构的图。

符号说明

100…电导率计

1…电极

11…主体(电极主体)

12…被测溶液引入流路

121、122…内壁面

14a…第一电流电极对(一对电流电极)

14b…第二电流电极对(一对电流电极)

15…一对电压电极

2…电导率计主体(电导率计算器)

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的一个实施方式。应予说明，以下所说明的电导率计是用于将本发明的技术思想具体化的方式，只要没有特定的记载，则本发明不限于以下的方式。另外，在一个实施方式中所说明的内容也能够适用于其他实施方式。另外，为了使说明清楚明确，各附图所示的部件的大小和/或位置关系等存在夸张的情况。

本实施方式的电导率计100是交流四电极式的电导率计，其用于测定例如在半导体工艺中所使用的材料液和/或清洗液等被测溶液的电导率。

具体来说，如图1所示，该电导率计100具备：被浸入被测溶液中的电极1(也称为电导率电极)；以及经由电缆CL而与该电极1电连接的电导率计主体2(相当于本发明的“电导率计算器”)。以下，对各部分进行说明。

如图1所示，电极1具备：主体11(相当于本发明的“电极主体”)；贯通主体11而形成的被测溶液引入流路12；以夹着该被测溶液引入流路12的方式设置的多个电流电极14；以及与电流电极14同样地以夹着该被测溶液引入流路12的方式设置的多个电压电极15。

主体11收容并保持多个电流电极14和多个电压电极15。该主体11呈细长的圆柱状，由绝缘性高的材料构成。这里，主体11由环氧树脂等热固性树脂构成。

被测溶液引入流路12用于将待测定电导率的被测溶液引入到主体11内。该被测溶液引入流路12被形成为在主体11的前端部附近沿与主体11的轴向垂直的方向贯通主体11的侧周面111，该被测溶液引入流路12的在与主体11的轴向平行的截面中的截面形状呈长孔状。如图3所示，该被测溶液引入流路12由与主体11的轴向平行的相对的两个内壁面121、122形成。

应予说明，这里所说的“贯通主体的侧周面”是指以使得被测溶液能够沿与主体11的轴向垂直的方向进行流体连通的方式形成被测溶液引入流路12。

如图2和图3所示，在主体11内，以夹着被测溶液引入流路12的方式收容有两块矩形板状的电子基板131、132，多个电流电极14和多个电压电极15被安装于该电子基板131、132。在该电子基板131和132的端面连接有引线，所述引线与多个电流电极14和多个电压电极15电连接，这些引线作为电缆CL从电极1的基端部延伸，并与电导率计主体2连接。

多个电流电极14用于在被测溶液引入流路12内产生电场，而使电流在处于被测溶液引入流路12内的被测溶液中流动。具体来说，该多个电流电极14分别是由塑性成型炭形成的矩形板状的部件，并以在上述的内壁面121、122露出有端带状的表面的方式设置于主体11。如图2所示，各电流电极14分别被设置为长边方向与主体11的轴向平行。

如图2和图3所示，该多个电流电极14具有夹着被测溶液引入流路12而相对的一对电流电极14a(以下记载为“第一电流电极对”)和一对电流电极14b(以下记载为“第二电流电极对”)。该第一电流电极对14a和第二电流电极对14b沿着被测溶液引入流路12的贯通方向平行地设置。

多个电压电极15用于检测在处于被测溶液引入流路12内的被测溶液产生的电位差。具体来说，该多个电压电极15与所述电流电极14同样地分别是由塑性成型炭形成的矩形板状的部件，并以在上述的内壁面121、122露出有端带状的表面的方式设置于主体11。各电压电极15分别被设置为长边方向与主体11的轴向平行。

该多个电压电极15具有夹着被测溶液引入流路12而相对的一对电压电极15a(以下记载为“电压电极对”)。

如图2和图3所示，在本实施方式的电极1中，构成为电压电极对15a位于第一电流电极对14a与第二电流电极对14b之间。具体来说，第一电流电极对14a、电压电极对15a和第二电流电极对14b被设置为在他们之间夹着绝缘性的树脂(主体11的一部分)，并按照第一电流电极对14a、电压电极对15a和第二电流电极对14b的顺序沿着被测溶液引入流路12所贯通的方向以等间隔相邻。

更具体来说，在形成被测溶液引入流路12的一个内壁面121侧，构成为电压电极对15a之中的一个电压电极151a隔着绝缘性的树脂而被夹在第一电流电极对14a之中的一个第一电流电极141a与第二电流电极对14b之中的一个第二电流电极141b之间。

进一步具体来说，第一电流电极141a、第二电流电极141b和电压电极151a构成为周围分别被绝缘性的树脂包围，且包围该第一电流电极141a、第二电流电极141b和电压电极151a的绝缘性的树脂相连(即连续地连接或连通)。

此外，一个第一电流电极141a与一个第二电流电极141b经由电子基板131而电连接。

在形成被测溶液引入流路12的另一个内壁面122侧，被设置为第一电流电极对14a之中的另一个第一电流电极142a、第二电流电极对14b之中的另一个第二电流电极142b和电压电极对15a之中的另一个电压电极152a具有与上述的第一电流电极141a、第二电流电极141b和电压电极151a相同的构成。

如图3所示，一个第一电流电极141a、一个第二电流电极141b和一个电压电极151a以各自的表面在与内壁面121同一平面上露出的方式(即与内壁面121处于同一面的方式)设置于主体11。

同样地，另一个第一电流电极142a、另一个第二电流电极142b和另一个电压电极152a也以各自的表面在与内壁面122同一平面上露出的方式(即与内壁面122处于同一平面的方式)设置于主体11。

电导率计主体2接收来自电极1的输出信号，基于该接收到的输出信号来计算被测溶液的电导率，并将计算出的电导率显示在显示器21上。

具体来说，作为硬件结构，电导率计主体2一体地具备CPU、A/D转换器、存储装置、输入单元、显示器21、以及由交流电源和/或运算放大器等构成的测定回路等。并且，电导率计主体2被构成为通过所述CPU和/或根据需要的其周边设备基于存储在存储装置中的程序进行工作，从而能够在例如电极1浸入到被测溶液中的状态下，基于在第一电流电极对14a和第二电流电极对14b流动的电流值和在电压电极对15a之间产生的电位差，计算出被测溶液的电导率。

具体来说，构成为利用第一电流电极对14a和第二电流电极对14b使电流在被测溶液中流动，并利用电压电极对15a来测定被测溶液中的电位差。并且，构成为使用电流值相对于所述电位差的值的比(电流值/电压值)来计算被测溶液的电导率。此外，由于被测溶液的电导率根据温度而发生变化，因此，该电导率计主体2构成为能够进行温度补偿以计算出25℃下的电导率的推算值。具体来说，在内壁面121上设置有未图示的热敏电阻，电导率计主体2构成为能够基于从该热敏电阻得到的温度信息来对电导率进行温度补偿。

接下来，说明上述的本实施方式的电极1的制造方法。应予说明，为了简化说明而省略了与引线的连接等工序有关的说明。

在本实施方式的电极1的制造方法中，准备用于填充树脂的有底筒状的模具41、两块板状的电子基板131、132和三块厚板状的塑性成型炭板43a、43b、43c。该厚板状的塑性成型炭板43a和43c在被加工之后成为电流电极14，且该厚板状的塑性成型炭板43a和43c呈将板状的电流电极14沿厚度方向拉伸而成的形状。同样地，厚板状的塑性成型炭板43b在被加工之后成为电压电极15。将这样的三块厚板状的塑性成型炭板43a～43c以空出相等间隔地进行排列的方式夹在两块板状的电子基板131、132之间并固定。然后如图4的(a)所示，将其以三块厚板状的塑性成型炭板43a～43c并排直立的姿势设置于筒状的模具41内，并使环氧树脂等热固性树脂从模具41的开放端流入。然后，通过进行加热等使环氧树脂硬化，从而形成将电子基板131、132和塑性成型炭板43a、43b、43c收容并保持在内侧的主体11。

在将主体11从筒状的模具41中取出之后，如图4的(b)所示，对主体11进行切削，而形成贯通主体11的侧周面的被测溶液引入流路12。更具体来说，以沿主体11的半径方向将三块塑性成型炭板43a～43c穿通的方式对主体11进行切削，形成被测溶液引入流路12。这样，能够得到具备多个电流电极14和多个电压电极15的电极1，所述多个电流电极14和多个电压电极15具有与被测溶液引入流路12的内壁面处于同一面的露出表面。

根据这样构成的本实施方式的电导率计100，由于一个第一电流电极141a和一个第二电流电极141b分别夹着被测溶液引入流路12而与另一个第一电流电极142a和另一个第二电流电极142b相对，因此，从一个第一电流电极141a和一个第二电流电极141b出来的电力线不环绕主体11，而容易直接进入另一个第一电流电极和另一个第二电流电极。此外，由于构成为利用第一电流电极对14a和第二电流电极对14b夹着电压电极对15a，因此，通过电压电极对15a之间的电力线的密度变高。根据这些结构，在本实施方式的电极1中，向主体11的外部泄漏的电力线变少，即使例如在测定过程中靠近装有被测溶液的烧杯的壁，形成于电压电极对15a之间的电力线的密度也不会大幅变化，电导率不会大幅变动。因此，无论烧杯内的测定位置如何，都能够进行高精度的电导率测定。

另外，由于电极1所具有的电流电极141a和141b(142a和142b)的端面形成为有端带状并且没有将电压电极151a(152a)的周围包围，此外，电流电极141a和141b(142a和142b)与电压电极151a(152a)被设置为以使得它们的长边方向与主体11的轴向平行的方式彼此相邻，因此，在制造过程中在使热固性树脂流入筒状的模具41中进行固定的情况下，热固性树脂容易流到电流电极141a和141b(142a和142b)与电压电极151a(152a)之间，能够容易地填充到其间。

另外，由于电流电极141a和141b(142a和142b)的端面是有端带状，因此容易加工，能够根据产品的规格容易地变更电流电极141a和141b(142a和142b)的面积等。

<其他实施方式>

此外，本发明不限于上述实施方式。

在上述实施方式的电极1中，多个电流电极14具有两个电流电极对14a和14b，但不限于此。在其他实施方式中，多个电流电极14也可以只具有一个电流电极对14a。另外，也可以具有三个以上的电流电极对。

在上述实施方式的电极1中，多个电流电极14的在内壁面121或122露出的面都是呈在两端具有角部的长方形状的有端带状，但不限于此。在其他实施方式中，如图5所示，这些露出面的形状也可以是呈两端带有圆弧的形状和/或楕圆形状等的有端带状。另外，这些露出面的形状不限于直线状的有端带状，如图6所示，也可以是呈U字型的有端带状。

在上述实施方式的电极1中，多个电流电极14和多个电压电极15都是由塑性成型炭形成，但不限于此。例如，也可以由石墨或玻璃碳、导电性金刚石等其他的碳基材料形成。另外，也可以是在石墨的表面形成玻璃碳或其他的碳基材料而成。另外，也可以由将碳基材料与其他材料组合而成的复合材料形成。这些材料可以根据电极1的用途和/或规格而适当地选择。

上述实施方式的被测溶液引入流路12的周围被内壁面包围，且被测溶液引入流路12的在与主体11的轴向平行的截面中的截面形状呈长孔状，但不限于此。例如如图7所示，其他实施方式的被测溶液引入流路12也可以在主体11的轴向前端具有开口。

此外，只要是像上述实施方式那样被测溶液引入流路12的周围被内壁面包围的结构，则能够抑制因长期间使用而导致的内壁面121与内壁面122之间的距离的变动，能够有效地防止测定精度下降，因此是优选的。

上述实施方式的电极1用于与电导率计主体2连接而测定被测溶液的电导率，但不限于此。在其他实施方式中，也可以用于与计算比电阻的比电阻计主体连接而测定被测溶液的比电阻。另外，也可以用于与能够测定电导率和比电阻这两者的电气特性测定计连接而测定被测溶液的电导率和比电阻这两者。

在上述实施方式的电导率计100中，电极1与电导率计主体2分体地设置，但不限于此。在其他实施方式中，也可以将电导率计主体2安装于电极1而将电极1与电导率计主体2一体地构成。

另外，在上述实施方式中，显示器21设置于电导率计主体2，但不限定于此，显示器21也可以一体地设置于电极1。另外，也可以构成为电导率计主体2所计算出的电导率以无线或有线的方式被发送给个人电脑、平板电脑、智能手机、其他便携式设备等外部设备，并显示在该外部设备所具有的显示器上。因此，不需要必须将显示器设置于电极1或电导率计主体2。

另外，也可以使所述的外部设备具有电导率计主体2的功能。在该情况下，可以构成为通过在该外部设备中安装预定的应用，从而接收来自电极1的输出信号，基于该接收到的输出信号来计算被测溶液的电导率，并将计算出的电导率显示在外部设备所具有的显示器上。该预定的应用可以作为程序提供给用户，该程序也可以通过被记录在光盘、半导体存储器等记录介质中来提供，也可以通过经由网络下载来提供。

当然，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

Claims (7)

1.一种电导率计(100)或比电阻计用的电极(1)，其特征在于，具有：

电极主体(11)，其呈柱状；

被测溶液引入流路(12)，其贯通所述电极主体(11)的侧周面(111)；

一对电压电极(15)，分别被设置为其表面在形成所述被测溶液引入流路(12)的相对的内壁面(121、122)露出；以及

一对电流电极(14a、14b)，分别被设置为其表面在所述各内壁面(121、122)露出，

所述一对电流电极(14a、14b)之中的每个电流电极含有碳基材料，

所述一对电流电极(14a、14b)之中的每个电流电极的在所述内壁面(121、122)露出的表面的形状是有端带状，

所述一对电压电极(15)和所述一对电流电极(14a、14b)被设置为与所述电极主体(11)的轴向平行，并且被设置为沿着所述被测溶液引入流路(12)的贯通方向而彼此相邻。

2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，

具有多个所述一对电流电极，

构成为所述一对电压电极位于多个所述一对电流电极之间。

3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，

使用玻璃碳来作为所述碳基材料。

4.根据权利要求1所述的电极(1)，其特征在于，

在所述各内壁面(121、122)，所述电流电极(14a、14b)和所述电压电极(15)分别被树脂部件包围，

在所述各内壁面(121、122)，包围所述电流电极(14a、14b)的树脂部件与包围所述电压电极(15)的树脂部件相连。

5.一种电导率计(100)，其特征在于，具备：

权利要求1所述的电极(1)；以及

电导率计算器(2)，其接收来自所述电极(1)的输出信号，基于该接收到的输出信号计算并输出电导率。

6.一种比电阻计，其特征在于，具备：

权利要求1所述的电极(1)；以及

比电阻计算器，其接收来自所述电极的输出信号，基于该接收到的输出信号计算并输出比电阻。

7.一种电导率计(100)或比电阻计用的电极(1)，其特征在于，具有：

电极主体(11)，其呈柱状；

被测溶液引入流路(12)，其贯通所述电极主体(11)的侧周面(111)；

一对电压电极(15)，分别被设置为其表面在形成所述被测溶液引入流路(12)的相对的内壁面(121、122)露出；以及

一对电流电极(14a、14b)，分别被设置为其表面在所述各内壁面(121、122)露出，

所述一对电流电极(14a、14b)之中的每个电流电极含有碳基材料，

在所述各内壁面，所述电流电极(14a、14b)和所述电压电极(15)分别被树脂部件包围，

在所述各内壁面，包围所述电流电极(14a、14b)的树脂部件与包围所述电压电极(15)的树脂部件相连，

所述一对电压电极(15)和所述一对电流电极(14a、14b)被设置为与所述电极主体(11)的轴向平行，并且被设置为沿着所述被测溶液引入流路(12)的贯通方向而彼此相邻。