CN110780123B

CN110780123B - 电导率仪

Info

Publication number: CN110780123B
Application number: CN201910661808.7A
Authority: CN
Inventors: 百濑修; 间间田浩一
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2039-07-22
Also published as: CN110780123A; KR20200011372A; KR102274307B1; JP2020016500A; JP7132015B2

Abstract

本发明提供一种电导率仪，其抑制连接电极的电极线路的线间电容造成的影响，并以高精度测量电导率。在测定管(3)上安装的电极(T1、T2)的附近位置配置副基板(2)，并将生成矩形波信号的信号生成电路(21)以及使从电极(T1、T2)检测到的检测信号稳定而输出的缓冲放大器(22)中的至少任一方或双方搭载于副基板(2)上。

Description

电导率仪

技术领域

本发明涉及用于测量液体的电导率的电导率测量技术。

背景技术

作为测量液体的电导率(导电率)的设备，已知有双电极方式的电导率仪。双电极方式的电导率仪是通过在2个电极间施加正弦波、方形波等交流信号并检测电极间产生的电信号来求液体的电导率的测量仪器。双电极方式的电导率仪的现有技术在专利文献1至3中有揭示。

例如，专利文献1揭示了一种双电极方式的电导率仪，即，在将2个电极浸于测量对象液体中的状态下检测对一个电极施加有交流电压时的流入至另一个电极的电流，由此，根据测量对象液体的电阻来测量电导率。此外，专利文献2、3揭示了2个电极形成为棒状的双电极方式的电导率仪。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利特公平7-15490号公报

【专利文献2】日本专利特开2005-148007号公报

【专利文献3】日本专利特开2002-296312号公报

发明内容

【发明要解决的问题】

在这种双电极方式的电导率仪中，须利用一对线路来连结2个电极与导出电导率的电路，但这些线路的长度有时会导致线路的阻抗增大而无法在电导率的测量中忽略。因而，存在因线路阻抗的影响而导致由电极检测到的信号波形发生畸变、电导率的测量精度降低这一问题。

关于这一点在专利文献1中有过研究。图20为表示以往的电导率仪的信号处理电路的电路图。图21为与图20的电极间及线缆相关的等效电路。

在图20所示的信号处理电路50中，由信号生成电路51生成的交流矩形波的外加电压Vg在缓冲放大器U1中稳定为外加电压Vg'后，经由端子N1及电极线路LT1施加至电极T1。电极T2中产生的检测电流It经由电极线路LT2及端子N2输入至运算放大器U2和反馈电阻Rf而转换成检测电压Vt，之后在同步整流电路52中加以整流而转换输出为直流电压Et。

在图21所示的等效电路中，Cp、Rp为电极T1、T2与液体接触时电极-液体之间产生的极化电容及极化电阻，Rl为与电极T1、T2间的液体相关的液体电阻。此外，Cw为电极线路LT1、LT2之间产生的线间电容，Rw为LT1、LT2所具有的线路电阻。

如图21所示，在从信号处理电路50侧隔着端子N1、N2观察电极T1、T2侧的情况下，可以看做线间电容Cw与线路电阻Rw的串联电路并联于极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路与液体电阻Rl的串联电路。

在专利文献1中，在这种Cp、Cw造成的检测电压Vt的畸变的影响较小的时刻，例如外加电压Vg'的输出刚开始之后产生的微分噪声之后且外加电压Vg'的输出停止前的期间，对Vt进行多次采样，根据得到的多个样本电压、通过计算式来求不受Cp、Cw的影响的Vt。

然而，由于上述计算式假定了可以忽略线间电容Cw，因此，在电极线路LT1、LT2较长而无法忽略Cw的情况下，存在无法以高精度测量电导率这一问题。

通常，要抑制极化电容Cp的影响，须提高施加至T1、T2间的外加电压Vg的频率。但是，当提高外加电压Vg的频率时，线间电容Cw的影响会增大，从T1、T2获得的检测电压Vt的畸变增大，从而导致电导率的测量精度降低。此外，电极线路LT1、LT2越长，Cw就变得越大，检测电压Vt的畸变就变得越大，从而导致电导率的测量精度降低。

本发明是为了解决这种问题，其目的在于提供一种能够抑制连接电极的电极线路的线间电容造成的影响并以高精度测量电导率的电导率测量技术。

【解决问题的技术手段】

为了达成这种目的，本发明的电导率仪对与测定管内的液体相关的电导率进行测量，该电导率具备：信号生成电路，其生成具有预先设定好的信号频率的矩形波信号；第1电极及第2电极，它们安装在所述测定管上，将所述矩形波信号施加至所述液体；缓冲放大器，其使从所述第1电极及所述第2电极检测到的检测信号稳定而输出；检测电路，其通过对所述缓冲放大器的输出进行采样来检测所述检测信号的振幅；运算处理电路，其根据所述振幅、通过运算处理来求与所述液体相关的电导率；以及印刷线路基板，其配置在所述第1电极及所述第2电极的附近位置；所述信号生成电路及所述缓冲放大器中的至少任一方或双方搭载于所述印刷线路基板上。

此外，本发明的上述电导率仪的一构成例中，所述信号生成电路生成由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号作为所述矩形波信号。

此外，本发明的上述电导率仪的一构成例中，所述信号生成电路生成由具有固定振幅的交流的矩形波电流构成的矩形波恒流信号作为所述矩形波信号。

此外，本发明的上述电导率仪的一构成例中，所述第1电极由与所述液体接触的接液电极构成，所述第2电极由形成于所述测定管的外周部而不与所述液体接触的非接液电极构成。

此外，本发明的上述电导率仪的一构成例中，所述印刷线路基板具有供所述测定管插入的管孔，通过所述管孔与所述测定管的外周面相抵接而安装在所述外周面上。

此外，本发明的上述电导率仪的一构成例中，在所述印刷线路基板的图案面上，形成有用于连接去往所述第1电极及所述第2电极的电极线路的电极连接端子和用于连接所述电极连接端子与所述信号生成电路及所述缓冲放大器中的至少任一方或双方的线路图案。

【发明的效果】

根据本发明，可以缩短连接信号生成电路、缓冲放大器与第1电极及第2电极的电极线路的长度，从而能减小电极线路间的线间电容。因此，即便使用相对较高的信号频率，也能以高精度测量电导率。

附图说明

图1为表示第1实施方式的电导率仪的电路构成的框图。

图2为第1实施方式的电导率仪的侧视图。

图3为第1实施方式的电导率仪的俯视图。

图4为第1实施方式的电导率仪的立体图。

图5为第1实施方式的电导率仪的另一立体图。

图6为表示副基板的主视图。

图7为表示副基板的后视图。

图8为表示第1实施方式的电导率仪的动作的信号波形图。

图9为第1实施方式的电极侧的等效电路。

图10为表示振幅数据与电导率的对应关系的特性图。

图11为表示第1实施方式的电导率仪的动作的另一信号波形图。

图12为表示第2实施方式的电导率仪的电路构成的框图。

图13为矩形波电流源的构成例。

图14为表示第2实施方式的电导率仪的动作的信号波形图。

图15为第2实施方式的电极侧的等效电路。

图16为第3实施方式的电导率仪的侧视图。

图17为第3实施方式的电导率仪的俯视图。

图18为第3实施方式的电导率仪的立体图。

图19为第3实施方式的电导率仪的另一立体图。

图20为表示以往的电导率仪的信号处理电路的电路图。

图21为与图20的电极间及线缆相关的等效电路。

具体实施方式

接着，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。

[第1实施方式]

首先，参考图1～图5，对本发明的第1实施方式的电导率仪10进行说明。图1为表示第1实施方式的电导率仪的电路构成的框图。图2为第1实施方式的电导率仪的侧视图。图3为第1实施方式的电导率仪的俯视图。图4为第1实施方式的电导率仪的立体图。图5为第1实施方式的电导率仪的另一立体图。

如图1～图5所示，本发明的电导率仪10具有如下功能：在安装在测定管3上的2个电极T1、T2间施加交流的矩形波信号SG，根据从T1、T2间检测到的检测信号也就是检测电压Vt的振幅来求与测定管3内的液体相关的电导率。

如图1所示，电导率仪10具备检测电路11、运算处理电路12、设定及显示电路13、传输电路14、信号生成电路21、缓冲放大器22作为主要电路部。

本发明将这些电路部当中信号生成电路21及缓冲放大器22中的至少任一方或双方贴装在安装于测定管3的外周面当中电极T1、T2的附近位置的副基板(印刷线路基板)2上，并经由跳线J1、J2将电极T1、T2电性连接至副基板2。下面，以将检测电路11、运算处理电路12、设定及显示电路13及传输电路14贴装在主基板(印刷线路基板)1上，并将信号生成电路21及缓冲放大器22贴装在副基板2上的情况为例来进行说明。

检测电路11具有通过控制信号生成电路21而对电极T1、T2施加具有预先设定好的信号频率fg的交流的矩形波信号SG的功能和检测电极T1、T2中产生的检测电压Vt的振幅并输出至运算处理电路12的功能。

关于本发明的电导率仪10的变形，可使用不接触液体的非接液电极作为电极T2，也可使用接触液体的接液电极作为电极T2。此外，可使用由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号作为矩形波信号SG，也可使用由具有固定振幅的交流的矩形波电流构成的矩形波恒流信号作为矩形波信号SG。

在本实施方式中，以电极T2为非接液电极、矩形波信号SG为矩形波恒压信号的情况为例进行说明。再者，对于矩形波信号SG为矩形波恒流信号的情况、电极T2为接液电极的情况，将在其他实施方式中于后文叙述。

检测电路11具备时钟生成电路11A、采样保持电路(SH电路)11B及A/D转换电路(ADC电路)11C作为主要电路部。

时钟生成电路11A具有根据来自运算处理电路12的时钟信号CLK0来生成矩形波信号SG生成用的时钟信号CLKs和采样控制用的时钟信号CLKh、CLKl的功能。

采样保持电路11B具有根据来自时钟生成电路11A的时钟信号CLKh、CLKl对开关SWh、SWl进行导通断开控制，由此对来自缓冲放大器22的输出电压Vt'进行采样保持，并将得到的检测电压VH、VL输出至A/D转换电路11C的功能。

A/D转换电路11C具有对来自采样保持电路11B的VH、VL的差分电压也就是Vt的振幅电压进行A/D转换，并将得到的振幅数据DA输出至运算处理电路12的功能。

贴装在主基板1上的连接器CN1经由4芯连接线路LC与贴装在副基板2上的连接器CN2连接在一起。由此，主基板1与副基板2电性连接在一起。具体而言，从CN1的端子T11经由LC向CN2的端子T21供给时钟信号CLKs。此外，从CN1的端子T12经由LC向CN2的端子T22供给基准电压Vs。此外，从CN1的端子T13经由LC向CN2的端子T23供给接地电压GND。此外，从CN2的端子T24经由LC向CN1的端子T14供给缓冲放大器22的输出电压Vt'。

此外，副基板2经由跳线J1、J2与第1电极T1及第2电极T2电性连接在一起。具体而言，形成在副基板2上的焊盘(电极连接端子)P1经由跳线J1与第1电极T1连接在一起，形成在副基板2上的焊盘(电极连接端子)P2经由跳线J2与第2电极T2连接在一起。P1经由形成在副基板2上的线路图案LP1与副基板2上的接地电压GND连接在一起，P2经由形成在副基板2上的线路图案LP2与副基板2上的信号生成电路21及缓冲放大器22连接在一起。

信号生成电路21具有生成具有预先设定好的信号频率fg的矩形波信号SG、此处为由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号的功能。具体而言，信号生成电路21具备一输入端子连接到T22的基准电压Vs、另一输入端子连接到T23的接地电压GND、控制端子连接到T21的开关SWg和一端连接到SWg的输出端子、另一端经由LP2连接到P2的电阻元件Rg。信号生成电路21根据来自检测电路11的时钟信号CLKs对开关SWg进行切换控制，由此生成振幅为Vs并且具有与CLKs相同的信号频率fg的矩形波信号SG。

缓冲放大器22例如由运算放大器、缓冲电路构成，具有使从电极T1、T2检测到的检测电压(检测信号)Vt稳定而作为输出电压Vt'输出的功能。具体而言，在缓冲放大器22中，输入端子经由LP2连接到焊盘P2，输出端子连接到T24。

运算处理电路12具有通过使CPU与程序协作而根据检测电路11中得到的振幅数据DA、借助运算处理来求与测定管3内的液体相关的电导率的功能。运算处理电路12具备电导率算出部12A和空状态判定部12B作为主要处理部。

电导率算出部12A具有根据检测电路11中得到的振幅数据DA来算出与测定管3内的液体相关的电导率的功能。具体而言，可使用预先设定的电导率算出公式来计算与来自检测电路11的振幅数据DA相对应的电导率，但也可预先测量振幅数据DA与电导率的对应关系而将得到的特性预先设定为查找表，根据来自检测电路11的振幅数据DA来参考查找表，由此导出与测定管3内的液体相关的电导率。

空状态判定部12B具有根据由电导率算出部12A算出的电导率来判定测定管3内有无液体的功能。具体而言，空状态判定部12B对由电导率算出部12A算出的电导率与预先设定的阈值电导率进行比较，在算出的电导率小于阈值电导率的情况下，判定测定管3内不存在液体也就是判定为空状态。

设定及显示电路13具备操作用按钮、LED、LCD等显示装置，并且具备检测作业人员的设定操作输入而输出至运算处理电路12的功能和显示来自运算处理电路12的各种数据的功能。

传输电路14具备经由传输线路LT在其与控制器等上位装置(未图示)之间进行数据传输的功能和将运算处理电路12中得到的电导率、空状态判定结果发送至上位装置的功能。

[电导率仪的结构]

接着，参考图2～图5，对本实施方式的电导率仪10的结构进行说明。再者，以下，为方便起见，将测定管3延伸的方向称为第1方向X，将与第1方向X正交的测定管3的左右方向称为第2方向Y，将与第1方向X及第2方向Y正交的测定管3的上下方向称为第3方向Z。

测定管3由呈圆筒形状的陶瓷、树脂等绝缘性及介电性优异的材料构成，收纳在下侧壳体4的内部。下侧壳体4由在上侧具有开口部4D的有底箱状的树脂或金属框体构成。

在下侧壳体4的侧面当中与第1方向X正交的一对侧面4A配设有管状的接头5A、5B，所述接头5A、5B可以连结设置于电导率仪10外部的管道(未图示)与测定管3，由金属材料(例如SUS)构成。测定管3沿第1方向X收纳在下侧壳体4内部，在测定管3的两端部隔着一对O形圈OR分别连结接头5A和接头5B。

此处，接头5A、5B中的至少一方作为电极(第1电极)T1而发挥功能。例如，接头5A连接至接地电压GND(公共电位)，由此，不仅将外部的管道与测定管3相连结，还作为电极T1而发挥功能。

通过像这样利用由金属构成的接头5A来实现电极T1，从而T1与液体接触的面积增大。

由此，即便在T1发生了异物的附着、腐蚀的情况下，由于发生了异物的附着、腐蚀的部分的面积相对于T1的总面积而言也相对较小，因此能抑制极化电容的变化造成的测定误差。此外，由于对接头5A施加接地电压GND，因此，即便连接至接头5A的外部管道为金属，外部管道也不会成为天线而放射电磁波噪声。此外，由于接头5A兼用作电极T1，因此无须另行设置T1，从而可以谋求电导率仪10的小型化。

另一方面，在下侧壳体4的侧面当中与第2方向Y正交的一对侧面4B和下侧壳体4的底面4E的外侧面安装有由截面匚字形的金属板构成的屏蔽件6。由此，能够减少从电导率仪10放射至外部的噪声。

此外，在测定管3的外周面3A当中隔着副基板2与接头5A相反那一侧以跨及测定管3全周的方式图案形成有由薄膜导体构成的面电极(第2电极)T2作为非接液电极。此外，在T2当中副基板2侧的侧端部以朝副基板2突出的方式形成有焊盘P3。

如前文所述，将信号生成电路21及缓冲放大器22中的至少任一方贴装在安装于测定管3的外周面3A当中电极T1、T2的附近位置的副基板(印刷线路基板)2上，并经由跳线J1、J2将电极T1、T2电性连接至副基板2。

图6为表示副基板的主视图。图7为表示副基板的后视图。

如图6所示，在副基板2当中由接头5A构成的电极T1侧的基板面2A上沿第2方向Y在管孔2H的横向位置图案形成有焊盘P1，经由J1将该P1与T1连接在一起。J1焊接在P1及T1的外表面。

此外，如图7所示，在副基板2当中电极T2侧的基板面2B上沿第3方向Z在管孔2H的上方位置图案形成有焊盘P2，经由J2将该P2与P3连接在一起。J2焊接在P2及P3上。

此外，在基板面2B当中包含焊盘P2的管孔2H的上侧设置有电路贴装区域2G，供信号生成电路21、缓冲放大器22还有连接器CN2贴装，且经由线路图案LP1、LP2(未图示)连接有P1、P2。

由此，能够极度缩短连接副基板2与电极T1、T2的电极线路也就是跳线J1、J2的长度，从而能将J1、J2的阻抗抑制得极低。此外，由于在副基板2上贴装了信号生成电路21或缓冲放大器22，因此，还能将连接主基板1与副基板2的连接线路LC的阻抗抑制得较低。因此，在电导率的测量中可以忽略跳线J1、J2还有连接线路LC的阻抗。

如图2所示，在下侧壳体4的上部以覆盖开口部4D的方式安装有上侧壳体9。主基板1固定在该上侧壳体9内，贴装有检测电路11、运算处理电路12、设定及显示电路13、传输电路14等各电路部。副基板2的连接器CN2经由连接线路LC与主基板1的连接器CN1连接在一起。

再者，也可在副基板2当中电路零件、线路图案以外的区域形成与接地电压GND连接在一起的接地图案。由此，可以减少从电导率仪10外部混入电极T2的噪声，从而能抑制测定误差。

关于副基板2，只要是在测定管3的外周面3A，便可沿任意方向安装，而本实施方式是通过在副基板2上设置的管孔2H中压入测定管3而将副基板2固定在测定管3上。

如图6及图7所示，在副基板2当中朝向纸面而在左右的方向即左右方向Y的中央位置形成有压入测定管3用的管孔2H。由此，可以在不使用安装螺钉等固定构件的情况下以极为简单的构成将副基板2固定在测定管3上。

管孔2H的大小设定为与测定管3的外周部的大小相同或者略小。此时，管孔2H无须配合测定管3的外周形状而设为正圆形状，也可设为大致多角形状，图6及图7中是设为大致八角形状。由此，管孔2H的端部与外周面3A部分接触，与跨及管孔2H的端部的全周与外周面3A接触的构成相比，能够抑制从测定管3传递至贴装在副基板2上的信号生成电路21、缓冲放大器22的热的影响。

此外，由于在管孔2H与测定管3之间离散地形成间隙2S，因此能容易地对管孔2H压入测定管3，而无须准备压入专用的治具，能够减轻作业负担。

再者，管孔2H的形状不限定于大致多角形状，也可在管孔2H的孔壁面配备多个凸部，由该凸部与外周面3A抵接。或者，也可设置管孔2H的周部的一部分朝副基板2的侧端部直接开口的缺口或者间接地开口的狭缝。由此，可以获得与前文所述同样的作用效果。

此外，在本实施方式中，在下侧壳体4的侧面4B的内壁部4C形成有由凸状或凹状的轨道构成的一对引导部7X、7Y。以副基板2的侧端部2X、2Y嵌合至这些引导部7X、7Y的方式从下侧壳体4的开口部4D插入副基板2，由此，经由副基板2将测定管3安装在下侧壳体4中。由此，能以极为简单的结构将副基板2还有测定管3安装在下侧壳体4的内部。

再者，引导部7X、7Y无须以凸状部分或凹状部分延伸的方式形成，也能以供侧端部2X、2Y顺畅地插入的间隔、以分离为多个的方式形成凸状部分或凹状部分。此外，图3中是以引导部7X、7Y由2根突条构成的情况为例进行展示，但也可以供侧端部2X、2Y插入的槽来代替突条。

此外，无须利用引导部7X、7Y来固定副基板2，相反，在有些许游隙的情况下，在进行接头5A、5B的螺纹固定时，可以缓和施加至测定管3或副基板2的机械应力。

[第1实施方式的动作]

接着，参考图8，对本实施方式的电导率仪10的动作进行说明。图8为表示第1实施方式的电导率仪的动作的信号波形图。

此处，以电极T2为非接液电极、矩形波信号SG为矩形波恒压信号的情况为例来进行说明。

时钟生成电路11A根据来自运算处理电路12的时钟信号CLK0来生成矩形波信号SG生成用的时钟信号CLKs和采样控制用的时钟信号CLKh、CLKl。此处展示的是CLKs的频率也就是矩形波信号SG的信号频率fg为3MHz的情况。

信号生成电路21根据CLKs对开关SWg进行导通断开控制。由此，如图8所示，从检测电路11供给的基准电压Vs和接地电压GND通过开关SWg每隔信号频率fg的半周期切换一次，并经由电阻元件Rr施加至电极T2。因而，从信号生成电路21供给的基准电压Vs被电阻元件Rg和电极T1、T2间的阻抗分压，该分压电压成为电极T1、T2间的电压也就是检测电压Vt。

采样保持电路11B根据来自时钟生成电路11A的CLKh，对在缓冲放大器22中使Vt稳定(进行阻抗变换)而得到的输出电压Vt'当中供给Vs的高电平期间TH(SG的半周期)内的检测电压VH进行采样。此外，采样保持电路11B根据来自时钟生成电路11A的CLKl，对Vt'当中供给GND的低电平期间TL(SG的半周期)内的检测电压VL进行采样。

关于对VH、VL进行采样的时刻，较理想为不受伴随着TH、TL的切换的Vt的波形变化、Vt的饱和的影响的时间位置。此外，较理想为在以TH、TL的开始时间点为基准的同一时间位置对VH、VL进行采样。因而，例如在Vt已稳定的TH、TL(SG的半周期)的中央位置对VH、VL进行采样即可。

A/D转换电路11C将采样保持电路11B中得到的VH与VL的差分电压ΔVt A/D转换为振幅数据DA并输出。

通常考虑对交流的检测电压Vt进行全波整流的方法，例如使TL内的检测电压Vt在Vt的中间电平上折返并与TH的Vt相加的方法。但在这种方法中，若TL与TH的Vt不相等，则即便进行全波整流也会留下脉动电流，不会成为稳定的直流电压，因此会导致测量误差。

根据本实施方式，不对交流的检测电压Vt进行全波整流，在TL和TH内分别单独进行采样，获取得到的VH、VL的差分电压作为振幅数据。因此，即便在因液体的流速变化等而导致Vt中包含波动这样的情况或者共模噪声从外部经由液体混入Vt这样的情况下，也能避免对振幅数据的影响，从而能实现电导率的稳定的测量。

电导率算出部12A根据来自A/D转换电路11C的DA来算出液体的电导率。

此外，空状态判定部12B对电导率算出部12A中得到的电导率与阈值电导率进行比较，由此判定测定管3内是否为空状态。

图9为第1实施方式的电极侧的等效电路。如前文所述，表示矩形波信号SG的振幅的外加电压Vg被电阻元件Rg和电极T1、T2间的阻抗分压。因此，如图9所示，从副基板2观察到的电极侧的等效电路成为对相当于信号生成电路21的矩形波电压源VG串联信号生成电路21的电阻元件Rg和表示电极T1、T2间的阻抗那一侧的等效电路Zt的形式。

此时，在Zt中，在电极T1、T2与液体的接触时在电极-液体间产生极化电容Cp及极化电阻Rp，而由于T2为非接液电极，因此在液体与电极T2之间产生电极电容Ct。因而，若将与电极T1、T2间的液体相关的液体电阻设为Rl，则Zt以极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路、液体电阻Rl以及电极电容Ct串联而成的等效电路表示。此处，在矩形波信号SG的信号频率fg相对较高的情况下，Cp、Ct的阻抗变得极小，如图8所示，Cp、Rp的两端电压Vcp以及Ct的两端电压Vct成为可以忽略的电平。由此，Zt可以仅视为液体电阻Rl。

在考虑矩形波信号SG为以Vs的中点Vs/2为中心而具有±Vs/2的振幅的交流信号的情况下，若将Vg＝Vs的高电平期间TH内检测到的检测电压Vt设为VH，则Rg的两端电压成为VrgH＝Vs－VH，Zt的两端电压Vz也就是液体电阻Rl的两端电压成为VrlH＝VH－Vs/2。此外，若将Vg＝GND的低电平期间TL内检测到的检测电压Vt设为VL，则Rg的两端电压成为VrgL＝VL，液体电阻Rl的两端电压成为VrlL＝Vs/2－VL。

因而，在设定VrgHL＝VrgH+VrgL、VrlHL＝VrlH+VrlL的情况下，VrgHL与VrlHL之比成为以下式(1)。

【式1】

VrgHL:VrIHL≈Vs-(VH-VL):VH-VL…(1)

此处，VrgHL与VrlHL之比可以视为与Rg与Rl(≒Zt)之比大致相等，因此，Rl可以通过以下式(2)求出。

【式2】

此时，式(2)中，Rg及Vs是已知的，差分电压VH－VL由SH电路11B加以检测并在A/D转换电路11C中转换为振幅数据DA而输入运算处理电路12。因而，电导率算出部12A可以根据这些数据容易地算出Rl。

图10为表示振幅数据与电导率的对应关系的特性图，纵轴表示振幅数据DA，横轴表示电导率。也可通过使用多种电导率已知的标准流体进行校准作业来预先测量这种振幅数据DA与电导率的对应关系，将得到的特性制成查找表并设定在例如半导体存储器(未图示)中，由电导率算出部12A根据来自检测电路11的振幅数据DA来参考查找表，从而导出与测定管3内的液体相关的电导率。

图11为表示第1实施方式的电导率仪的动作的另一信号波形图。图8中，作为Cp及Ct的阻抗可以忽略的程度的信号频率，以fg＝3MHz的情况为例进行了说明。但是，在fg相对较低的情况下，例如在像图11所示那样fg＝150kHz的情况下，Cp、Ct的阻抗无法再忽略。因此，Vct、Vrl还有Vt会以各自的时间常数呈指数函数变化，无法再使VH、VL稳定并对其进行检测。

如此，在Vt的波形发生了畸变的情况下，在振幅数据DA的检测时容易包含误差，结果导致与电导率相关的测定精度降低。因此，须使用Cp、Ct的阻抗可以忽略的程度的较高频率作为fg。另一方面，若提高fg，则会像图21所示的以往的等效电路那样电极线路的线间电容Cw造成的影响增大而在电极线路中发生信号泄漏，从而导致Vt的波形发生畸变。

在本实施方式中，是将信号生成电路21及缓冲放大器22中的至少任一方或双方贴装在安装于测定管3的外周面3A当中电极T1、T2的附近位置的副基板2上，并经由跳线J1、J2将电极T1、T2电性连接至副基板2。由此，能够极度缩短相当于J1、J2的电极线路的长度，从而能减小J1、J2间的线间电容Cw。因此，即便使用Cp、Ct的阻抗可以忽略的程度的较高频率作为fg，也能将J1、J2间的信号泄漏抑制得较低。因而，能以高精度测量电导率。

[第1实施方式的效果]

如此，本实施方式是在安装在测定管3上的电极T1、T2的附近位置配置副基板2，并将生成矩形波信号SG的信号生成电路21以及使从电极T1、T2检测到的检测信号稳定而输出的缓冲放大器22中的至少任一方或双方搭载于副基板2上。

更具体而言，信号生成电路21生成由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号作为矩形波信号SG。此外，电极T1由与液体接触的接液电极构成，电极T2由形成于测定管3的外周部而不与液体接触的非接液电极构成。

由此，能够大幅缩短连接信号生成电路21、缓冲放大器22与电极T1、T2的电极线路也就是跳线J1、J2的长度，从而能减小电极线路间的线间电容。因此，即便使用相对较高的信号频率，也能以高精度测量电导率。此外，能够抑制连接电极的电极线路的线间电容造成的影响，从而能以高精度测量电导率。

此外，由于电极T2为非接液电极，因此能够抑制电极面上的污物附着、电极的腐蚀所引起的测量误差的产生。此外，无须使用铂黑之类的昂贵的接液电极，从而谋求大幅的成本下降。

此外，在本实施方式中，也可在副基板2上设置供测定管3插入的管孔2H，通过管孔2H与测定管3的外周面3A相抵接而将副基板2安装在外周面3A上。

由此，可以在不使用安装螺钉等固定构件的情况下以极为简单的构成将副基板2固定在测定管3上。

此外，通过这种构成，可以使副基板2以与测定管3的长度方向正交的方式配置在电极T1与电极T2之间。因此，可以在不同的位置及方向上配置、连接从副基板2到电极T1、T2的电极线路也就是跳线J1、J2，从而能极度减小电极线路间的线间电容。此外，在作为电极T1的接头5A上连接的是金属管道的情况下，对液体的外加电流有可能传递至金属管道而产生测量误差，而通过上述构成，能以距T1保持一定程度的距离的方式容易地配置T2。因而，能够抑制外加电流向金属管道的传递而高精度地测量电导率。

此外，在本实施方式中，也可在副基板2的图案面上形成用于连接去往电极T1、T2的电极线路的焊盘(电极连接端子)和用于连接焊盘与信号生成电路21及缓冲放大器22中的至少任一方或双方的线路图案。

由此，可以通过跳线J1、J2而不使用连接器来极为容易地连接贴装在副基板2上的信号生成电路21、缓冲放大器22与电极T1、T2。

[第2实施方式]

接着，参考图12，对本发明的第2实施方式的电导率仪10进行说明。图12为表示第2实施方式的电导率仪的电路构成的框图。

在本实施方式中，以电极T2为非接液电极、矩形波信号SG为矩形波恒流信号的情况为例来进行说明。

如图12所示，信号生成电路21具有生成具有预先设定好的信号频率fg的矩形波信号SG、此处为具有固定振幅(设定电流Is)的交流的矩形波恒流信号的功能。具体而言，信号生成电路21整体上由进行导通断开动作的矩形波电流源IG构成，并且连接至T22的基准电压Vs和T23的接地电压GND，具有根据T21的时钟信号CLKs来生成振幅为设定电流Is且具有与CLKs相同的信号频率fg的矩形波信号SG的功能。

图13为矩形波电流源的构成例。如图13所示，矩形波电流源IG具备开关SWi、运算放大器Ug及电流检测电路DET。SWi是根据CLKs来切换输出Vs与GND的模拟开关。DET是检测从IG输出的外加电流Ig的电流值的电路。Ug具有根据来自DET的电流检测输出，将Ig的电流值维持控制在设定电流Is并且根据SWi的输出对Ig的输出进行导通断开控制的功能。

由于不需要前文所述的电阻元件Rg，因此，信号生成电路21的输出也就是IG的输出端子经由形成在副基板2上的线路图案LP2连接到焊盘P2。

与本实施方式的电导率仪10相关的其他电路构成以及测定管3、电极T1、T2、副基板2等的结构与第1实施方式相同，此处的详细说明从略。

[第2实施方式的动作]

接着，参考图14，对本实施方式的电导率仪10的动作进行说明。图14为表示第2实施方式的电导率仪的动作的信号波形图。

此处，以电极T2为非接液电极、矩形波信号SG为矩形波恒流信号的情况为例来进行说明。再者，基于振幅数据DA的电导率的基本的运算处理与第1实施方式相同，此处的说明从略。

时钟生成电路11A根据来自运算处理电路12的时钟信号CLK0，来生成矩形波信号SG生成用的时钟信号CLKs和采样控制用的时钟信号CLKh、CLKl。此处展示的是CLKs的频率也就是矩形波信号SG的信号频率fg为150kHz的情况。

信号生成电路21根据CLKs对矩形波电流源IG进行导通断开控制。由此，如图14所示，外加电流Ig每隔信号频率fg的半周期在预先设定的设定电流Is与零之间切换一次而施加至电极T2。因而，通过从信号生成电路21供给的外加电流Ig，因电极T1、T2间的液体的液体电阻而产生的电压成为电极T1、T2间的电压也就是检测电压Vt。

采样保持电路11B根据来自时钟生成电路11A的CLKh，对在缓冲放大器22中使Vt稳定(进行阻抗变换)而得到的输出电压Vt'当中供给Is的高电平期间TH(SG的半周期)内的检测电压VH进行采样。此外，采样保持电路11B根据来自时钟生成电路11A的CLKl，对Vt'当中供给零的低电平期间TL(SG的半周期)内的检测电压VL进行采样。

图15为第2实施方式的电极侧的等效电路。在本实施方式中，由于使用矩形波恒流信号作为矩形波信号SG，因此无须使用电阻元件Rg。因此，如图15所示，从副基板2观察到的电极侧的等效电路成为对信号生成电路21的矩形波电流源IG连接表示电极T1、T2间的阻抗那一侧的等效电路Zt的形式。

此时，在Zt中，在电极T1、T2与液体的接触时在电极-液体间产生极化电容Cp及极化电阻Rp，而由于T2为非接液电极，因此在液体与电极T2之间产生电极电容Ct。因而，若将与电极T1、T2间的液体相关的液体电阻设为Rl，则Zt以极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路、液体电阻Rl以及电极电容Ct串联而成的等效电路表示。此处，在将矩形波信号SG的信号频率设为fg＝150kHz的情况下，虽然Cp的阻抗相对较小，但Ct的阻抗在一定程度上增大，因此Ct的两端电压Vct还有Vt过渡性地发生变化。

在像图11所示那样使用由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号作为矩形波信号SG的情况下，Vct、液体电阻Rl的两端电压Vrl还有Vt会以各自的时间常数呈指数函数变化，无法再使VH、VL稳定并对其进行检测。

相对于此，在本实施方式中，由于使用的是矩形波恒流信号作为矩形波信号SG，因此，即便在设为fg＝150kHz的情况下，Vct及Vt的倾斜也呈线性，从而能使VH、VL稳定并对其进行检测。

若将外加电流Ig为设定电流Is的高电平期间TH内检测到的检测电压Vt设为VH、将这时的Vrl及Vct设为VrlH及VctH，则VH＝VrlH+VctH。此外，若将Ig＝0的低电平期间TL内检测到的检测电压Vt设为VL、将这时的Vrl及Vct设为VrlL及VctL，则VL＝VrlL+VctL。

此时，虽然检测到的VH、VL中包含Vct，但由于CLKh及CLKl表示TH、TL(SG的半周期)的中央位置，因此采样到的VH与VL中包含的VctH与VctL相等。由此，通过取VH与VL的差分电压ΔVt，则VctH与VctL相抵消，从而可以获得不含Vct的振幅数据DA。

即，ΔVt＝VH－VL＝VrlH－VrlL。由此，由于Ig是固定的，因此Rl可通过以下式(3)求出。

【式3】

式(3)中，Ig是已知的，差分电压VH－VL由SH电路11B加以检测并在A/D转换电路11C中转换为振幅数据DA而输入至运算处理电路12。因而，电导率算出部12A可以根据这些数据容易地算出Rl。

由此，即便在fg＝150kHz的情况下，也能稳定且高精度地检测VH、VL。由此，与fg＝3MHz的情况相比，能够极度减小电极线路也就是跳线J1、J2的线间电容造成的影响，从而能以极高精度测量电导率。

[第2实施方式的效果]

如此，本实施方式在安装在测定管3上的电极T1、T2的附近位置配置副基板2，并将生成矩形波信号SG的信号生成电路21以及使从电极T1、T2检测到的检测信号稳定而输出的缓冲放大器22中的至少任一方或双方搭载于副基板2上。

更具体而言，信号生成电路21生成由具有固定振幅的交流的矩形波电流构成的矩形波恒流信号作为矩形波信号SG。此外，电极T1由与液体接触的接液电极构成，电极T2由形成于测定管3的外周部而不与液体接触的非接液电极构成。

由此，能够缩短连接信号生成电路21、缓冲放大器22与电极T1、T2的电极线路也就是跳线J1、J2的长度，从而能减小电极线路间的线间电容。因此，即便使用相对较低的信号频率，也能以高精度测量电导率。

此外，通过使用由具有固定振幅的交流的矩形波电流构成的矩形波恒流信号作为矩形波信号SG，能够大幅降低使用非接液电极T2的情况下特有的、液体与电极T2之间产生的电极电容Ct的影响。由此，可以使用相对较低的频率作为矩形波信号SG的信号频率fg，因此能进一步降低J1、J2的线间电容造成的影响，从而能以极高精度测量电导率。

此外，在本实施方式中，检测电路11也可在矩形波信号SG的半周期的中央时间位置对检测电压Vt进行采样。

由此，即便在使用非接液电极作为T2的情况下，高电平期间TH内采样到的VH中包含的T2的电极电容Ct的两端电压VctH与低电平期间TL内采样到的VL中包含的Ct的两端电压VctL也相等。因而，通过取VH与VL的差分电压ΔVt，则VctH与VctL相抵消，从而可以获得不含Vct的振幅数据DA。因此，能以高精度测量电导率。

此外，在本实施方式中，也可通过电流检测电路DET和运算放大器Ug来构成信号生成电路21的矩形波电流源IG，所述电流检测电路DET检测矩形波恒流信号的大小，所述运算放大器Ug根据表示信号频率fg的时钟信号CLKs和来自电流检测电路DET的检测结果将作为矩形波恒流信号的外加电流Ig的振幅维持为设定电流Is。

由此，能以相对简单的构成生成高精度的、稳定的外加电流Ig。

[第3实施方式]

接着，参考图16～图19，对本发明的第3实施方式的电导率仪10进行说明。图16为第3实施方式的电导率仪的侧视图。图17为第3实施方式的电导率仪的俯视图。图18为第3实施方式的电导率仪的立体图。图19为第3实施方式的电导率仪的另一立体图。

在第1实施方式及第2实施方式中，以使用不接触液体的非接液电极作为电极T2的情况为例进行了说明。在本实施方式中，对使用接触液体的接液电极作为电极T2的情况进行说明。再者，本实施方式也可适用于第1实施方式及第2实施方式的任何一个。

[电导率仪的结构]

接着，参考图16～图19，对本实施方式的电导率仪10的结构进行说明。再者，以下，为方便起见，将测定管3延伸的方向称为第1方向X，将与第1方向X正交的测定管3的左右方向称为第2方向Y，将与第1方向X及第2方向Y正交的测定管3的上下方向称为第3方向Z。

测定管3由呈圆筒形状的陶瓷、树脂等绝缘性及介电性优异的材料构成，收纳在下侧壳体4内部。下侧壳体4由有底箱状的树脂或金属框体构成。

在下侧壳体4的侧面当中与第1方向X正交的一对侧面4A配设有管状的接头5A、5B，所述接头5A、5B可以连结设置于电导率仪10外部的管道(未图示)与测定管3，由金属材料(例如SUS)构成。此时，测定管3沿长度方向X收纳在下侧壳体4内部，在测定管3的两端部隔着一对O形圈OR分别连结接头5A和接头5B。

通过像这样利用由金属构成的接头5A来实现电极T1，T1与液体接触的面积增大。由此，即便在T1发生了异物的附着、腐蚀的情况下，发生了异物的附着、腐蚀的部分的面积相对于T1的总面积而言也相对较小，因此能抑制极化电容的变化造成的测定误差。

此外，在测定管3的外周面3A当中隔着副基板2与接头5A相反那一侧以贯穿测定管3的壁部而突出至测定管3内的方式安装有由金属棒体构成的接液电极(第2电极)T2。突出到测定管3内的部分与测定管3内的液体接触。

如前文所述，将信号生成电路21及缓冲放大器22中的至少任一方贴装在安装于测定管3的外周面3A当中电极T1、T2的附近位置的副基板2上，并经由跳线J1、J2将电极T1、T2电性连接至副基板2。此时，具体而言，J1焊接在P1及T1的外表面，J2焊接在P2及T2上。

[第3实施方式的动作]

接着，对本实施方式的电导率仪10的动作进行说明。

在将电极T2从非接液电极变更为接液电极的情况下，非接液电极的情况下的T2与液体之间的电极电容Ct消失。因此，图9及图15所示的等效电路Zt以极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路与液体电阻Rl串联而成的等效电路表示。本实施方式的这以外的电导率测量动作与第1实施方式及第2实施方式相同，此处的详细说明从略。

[第3实施方式的效果]

如此，本实施方式中，电极T1、T2由与液体接触的接液电极构成。由此，可以排除使用非接液电极作为T2的情况下特有的、液体与电极T2之间产生的电容Ct造成的影响，从而可以使用相对较低的频率作为矩形波信号SG的信号频率。因此，能够极度减小电极线路也就是跳线J1、J2的线间电容造成的影响，从而能以极高精度测量电导率。

[实施方式的扩展]

以上，参考实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。可以在本发明的范围内对本发明的构成、详情进行本领域技术人员能够理解的各种变更。此外，各实施方式可以在不发生矛盾的范围内任意组合来加以实施。

符号说明

10…电导率仪，1…主基板，2…副基板，2A、2B…基板面，2G…电路贴装区域，2H…管孔，2S…间隙，2X、2Y…侧端部，3…测定管，3A…外周面，4…下侧壳体，4A、4B…侧面，4C…内壁部，4D…开口部，4E…底面，5A、5B…接头，6…屏蔽件，7X、7Y…引导部，9…上侧壳体，11…检测电路，11A…时钟生成电路，11B…采样保持电路(SH电路)，11C…A/D转换电路(ADC电路)，12…运算处理电路，13…设定及显示电路，14…传输电路，21…信号生成电路，22…缓冲放大器，VG…矩形波电压源，IG…矩形波电流源，T1、T2…电极，P1、P2、P3…焊盘，J1、J2…跳线，LC…连接线路，CN1、CN2…连接器，LP1、LP2…线路图案，SWg、SWh、SWl、SWi…开关，Rg…电阻元件，CLK0、CLKs、CLKh、CLKl…时钟信号，Vs…基准电压，GND…接地电压，SG…矩形波信号，Vg…外加电压，Ig…外加电流，Vt、VH、VL…检测电压，Vt'…输出电压，DA…振幅数据。

Claims

1.一种电导率仪，其对与测定管内的液体相关的电导率进行测量，该电导率仪的特征在于，具备：

信号生成电路，其生成具有预先设定好的信号频率的矩形波信号；

第1电极及第2电极，它们安装在所述测定管上，将所述矩形波信号施加至所述液体；

缓冲放大器，其使从所述第1电极及所述第2电极检测到的检测信号稳定而输出；

检测电路，其通过对所述缓冲放大器的输出进行采样来检测所述检测信号的振幅；

运算处理电路，其根据所述振幅，通过运算处理来求与所述液体相关的电导率；以及

印刷线路基板，其与所述测定管正交，且配置在所述第1电极及所述第2电极的电极之间，

所述信号生成电路及所述缓冲放大器中的至少任一方或双方搭载于所述印刷线路基板上。

2.根据权利要求1所述的电导率仪，其特征在于，

所述信号生成电路生成由具有固定振幅的交流的矩形波电压构成的矩形波恒压信号作为所述矩形波信号。

3.根据权利要求1所述的电导率仪，其特征在于，

所述信号生成电路生成由具有固定振幅的交流的矩形波电流构成的矩形波恒流信号作为所述矩形波信号。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电导率仪，其特征在于，

所述第1电极由与所述液体接触的接液电极构成，所述第2电极由形成于所述测定管的外周部而不与所述液体接触的非接液电极构成。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的电导率仪，其特征在于，

所述印刷线路基板具有供所述测定管插入的管孔，通过所述管孔与所述测定管的外周面相抵接而安装在所述外周面上。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的电导率仪，其特征在于，

在所述印刷线路基板的图案面上，形成有用于连接去往所述第1电极及所述第2电极的电极线路的电极连接端子和用于连接所述电极连接端子与所述信号生成电路及所述缓冲放大器中的至少任一方或双方的线路图案。