DE112018004944B4

DE112018004944B4 - Konzentrationsmessgerät

Info

Publication number: DE112018004944B4
Application number: DE112018004944.2T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Tanaka; Heewon JEONG; Kazuo Hasegawa
Original assignee: Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: JP2019045444A; KR102330058B1; CN111279187A; JP6916070B2; US20200209194A1; US11536695B2; KR20200049840A; WO2019049063A1; DE112018004944T5

Abstract

Konzentrationsmessgerät, umfassend:einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger zum Senden einer Ultraschallwelle in eine in einem Hohlraum enthaltene Lösung und auch zum Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle;einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Lösung in dem Hohlraum;eine Treiberschaltung zum Erzeugen eines Treibersignals zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers, um den piezoelektrischen Schwingungserzeuger durch das Treibersignal so zu treiben, dass der piezoelektrische Schwingungserzeuger die Ultraschallwelle sendet;eine Phasenvergleichsschaltung zum Durchführen eines Phasenvergleichs zwischen dem Treibersignal und einem Detektionssignal, das durch Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle an dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger erlangt wird;eine Frequenzdetektionsschaltung zum Bewirken, dass die Treiberschaltung Treibersignale mit sequentiell unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, und auch zum Überwachen eines Phasenvergleichsergebnisses von der Phasenvergleichsschaltung, während der piezoelektrische Schwingungserzeuger durch das Treibersignal getrieben wird, um eine Resonanzfrequenz einer zu messenden Resonanzmode zu detektieren;eine PLL-Schaltung, die die Treiberschaltung und die Phasenvergleichsschaltung umfasst, zum Bewirken, dass die Frequenz des Treibersignals der an der Frequenzdetektionsschaltung detektierten Resonanzfrequenz folgt; undeine Konzentrationsdetektionsschaltung zum Detektieren einer Konzentration eines gelösten Stoffes in der Lösung auf Grundlage der Frequenz des Treibersignals während des Betriebs der PLL-Schaltung und eines Ergebnisses der Temperaturmessung durch den Temperatursensor;wobei die Treiberschaltung eine Schaltung mit einem mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen Kondensator zum Aufheben einer Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers und zum Erzeugen eines ersten Treibersignals und eines zweiten Treibersignals ist, die das Treibersignal bilden und bezüglich einander umkehrte Phasen haben, wobei die erste Elektrode durch das erste Treibersignal über den Kondensator getrieben wird und auch eine zweite Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch das zweite Treibersignal getrieben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konzentrationsmessgerät zum Messen der Konzentration eines gelösten Stoffes in einer Lösung.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise ist ein Harnstoff-SCR(Selektive Katalytische Reduktion-System als ein Abgasreinigungssystem für ein Automobil bekannt. Dieses Harnstoff-SCR-System ist ein System zur Reduzierung von Stickoxiden NO_x im Abgas eines Dieselmotors durch Sprühen einer wässrigen Lösung, die Harnstoff als einen gelösten Stoff enthält, in das Abgas. Ein Automobil, das dieses Harnstoff-SCR-System verwendet, ist mit einem Tank ausgestattet, der eine wässrige Harnstofflösung umfasst. Die Abscheiderate von NO_x nimmt ab, wenn die Konzentration von Harnstoff in der wässrigen Lösung in diesem Tank zu niedrig ist, wohingegen aus dem Harnstoff abgeleitetes Ammoniak bei zu hoher Konzentration direkt abgeführt wird. Daher muss die Konzentration von Harnstoff in der wässrigen Lösung in diesem Tank während des Betriebs des Automobils konstant überwacht und streng verwaltet werden.
Als ein Ansatz zum Messen der Konzentration von Harnstoff in der wässrigen Lösung in diesem Harnstoff-SCR-System wird herkömmlicherweise ein Ansatz zum Messen von Schallgeschwindigkeit gewählt (siehe PTL 1). Dieser Ansatz zum Messen von Schallgeschwindigkeit ist ein Messansatz, der die Tatsache nutzt, dass die Geschwindigkeit einer Ultraschallwelle mit der Konzentration eines gelösten Stoffes (Harnstoff) in einer wässrigen Lösung variiert. Bei diesem Ansatz zum Messen von Schallgeschwindigkeit werden ein piezoelektrischer Schwingungserzeuger und ein Reflektor so positioniert, dass sie einander zugewandt sind und sich die wässrige Lösung dazwischen befindet. Dann wird der piezoelektrische Schwingungserzeuger so getrieben, dass er einen Ultraschallimpuls in die wässrige Lösung sendet, und wird eine Verzögerungszeit gemessen, bis der gesendete Ultraschallimpuls von dem Reflektor rückreflektiert wird. Durch Korrektur der gemessenen Verzögerungszeit unter Verwendung der Temperatur der wässrigen Lösung kann die Hamstoffkonzentration detektiert werden.
Bei diesem Ansatz zum Messen von Schallgeschwindigkeit bestehen jedoch folgende Probleme:

1. Da es notwendig ist, die Auflösung der Messung der Verzögerungszeit sicherzustellen, kann der Abstand zwischen dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger und dem Reflektor nicht verkürzt werden, so dass es schwierig ist, das Harnstoff SCR-System zu verkleinern.
2. Die Dämpfungsrate einer Ultraschallwelle während deren Fortbewegung in einer wässrigen Lösung variiert in Abhängigkeit von der Frequenz. Wenn somit Ultraschallimpulse gesendet werden, in denen Ultraschallwellen mit einer Mehrzahl von Frequenzen miteinander vermischt werden, wird eine Wellenform der Ultraschallimpulse gestört, was zu einer Erhöhung von Messfehlern der Verzögerungszeit führt. Um dies zu verhindern, ist eine sehr komplizierte Schaltung zum Erzeugen und Senden eines Sinuswellenimpulses erforderlich, was zu einer Erhöhung der Kosten führen kann.
3. Eine Schaltschaltung zum Trennen der gesendeten Ultraschallwelle und der empfangenen Ultraschallwelle ist erforderlich. Daher kann sich die Reaktionsfähigkeit verschlechtern.

Um die Probleme dieses Ansatzes zum Messen von Schallgeschwindigkeit zu lösen, liegt der Schwerpunkt hier auf einem Hohlraumresonanzverfahren, das ein Konzentrationsmessansatz für ein Medium in einer in einem Hohlraum enthaltenen Lösung ist (siehe Nicht-PTL 1 und 2). Dieses Hohlraumresonanzverfahren ist ein Messansatz, der die Tatsache nutzt, dass die Resonanzfrequenz mit der Konzentration eines gelösten Stoffes variiert. Bei diesem Hohlraumresonanzverfahren wird eine Ultraschallwelle als eine kontinuierliche Welle in den Hohlraum gesendet, der die Lösung enthält. Dann wird eine Resonanzmode aus mehreren Resonanzmoden erfasst, die durch diese Ultraschallwelle als eine kontinuierliche Welle in dem Hohlraum auftreten, und die Resonanzfrequenz der einen Resonanzmode detektiert. Da diese Resonanzfrequenz mit der Konzentration des gelösten Stoffes variiert, kann die Konzentration des gelösten Stoffes durch Korrektur der detektierten Resonanzfrequenz unter Verwendung der Temperatur der Lösung detektiert werden.
Die Forschung zu diesem Hohlraumresonanzverfahren ist hinsichtlich dessen Prinzips fortgeschritten. Bislang stagniert das Hohlraumresonanzverfahren jedoch auf einem Niveau, bei dem ein Messexperiment in einem Labor oder dergleichen durch Anschließen eines großen Messgeräts durchgeführt wird, um eine winzige Variation an einem Resonanzpunkt erfolgreich zu erfassen. Das heißt, dieses Hohlraumresonanzverfahren ist ein Messansatz, der nicht als ein Messverfahren zur einfachen Messung der Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung verwendet wird. Mit anderen Worten ist dieses Hohlraumresonanzverfahren ein Messansatz, der nicht in so einer kleinen Große ausgeführt ist, dass er für das in dem Automobil eingebaute Harnstoff-SCR-System übernommen werden kann, und der auch nicht als ein automatisches und kontinuierliches Messverfahren übernommen wird.
Literaturliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2012 - 47 593 A
Nicht-Patentliteratur

Nicht-PTL 1: Konno, T. „Kantanna chöonpakansyoukei no Shisaku (Prototyp eines einfachen Ultraschall-Interferometers)“, Fukushima Daigaku Rika Houkoku (Wissenschaftsberichte der Universität Fukushima), Nr. 5, S.1-5
Nicht-PTL 2: Wada, Y., Shinbo, T. und Oda, M. „Chöonpakanshoukei ni yoru ekitai no onsokusokutei jou no ni, san no mondai (Einige Probleme bei der Messung der Schallgeschwindigkeit von Flüssigkeiten mittels Ultraschall-Interferometer)“, OYO BUTSURI, Band 18, Nr. 10-12, S. 351-352

US 5 886 262 A offenbart Vorrichtung zum Vergleichen akustischer Resonanzen in Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung umfasst: erste Wandlermittel zum Anlegen eines kontinuierlichen periodischen akustischen Signals an die Außenseite eines Behälters, der die Flüssigkeit enthält; Mittel zum Wobbeln der ersten Wandlermittel durch einen gewählten Frequenzbereich; zweite Wandlermittel, die auf derselben Seite des Behälters wie die ersten Wandlermittel und in deren Nähe angeordnet sind und die zum Empfangen des in der Probe erzeugten akustischen Signals vorgesehen sind; und Mittel zum Messen der von den zweiten Wandlermitteln empfangenen Resonanzfrequenzen.
US 5 524 477 A beschreibt ein Verfahren zum akustischen Testen eines Kältemitteldampfs, um den Luftgehalt im Kältemitteldampf zu bestimmen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Injizieren einer Menge des zu testenden Kältemitteldampfs in eine Resonanztestzelle, so dass der Dampf einen bekannten Druck aufweist; Ansteuern eines mit der Resonanztestzelle in Verbindung stehenden Oszillators in einem Frequenzdurchlauf, um eine erste Hauptresonanzfrequenz bei dem einen Druck zu bestimmen; Verändern der Menge des Kühlmitteldampfes in der Resonanztestzelle, so dass der Dampf darin einen anderen bekannten Druck hat; Betreiben des Oszillators über in einem Frequenzdurchlauf, um eine zweite Hauptresonanzfrequenz bei dem anderen Druck zu bestimmen; Berechnen eines Verhältnisses, zwischen der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz und der Differenz zwischen dem einen und dem anderen Druck; und Vergleichen des berechneten Verhältnisses mit einem Satz vorkalibrierter Werte, um den in dem Kältemittel vorhandenen Luftgehalt zu bestimmen.
Um einen Ultraschallschwinger sicher bei einer Resonanzfrequenz anzutreiben, wird gemäß JP 2000 - 84 484 A ein Korrektur-Kondensator mit einem Ultraschallschwinger in Reihe geschaltet, und es werden eine Signalverstärkungseinrichtung und eine Betriebseinrichtung zur Phasensynthese installiert. Auf diese Weise kann ein Rückkopplungssignal zum Antreiben des Schwingkreises bei einer Resonanzfrequenz erfasst werden. Darüber hinaus wird die elektrostatische Kapazität während des Stopps des Schwingkreises gemessen, und das Verstärkungsverhältnis der Signalverstärkungseinrichtung wird entsprechend der elektrostatischen Kapazität des Schwingkreises eingestellt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In Anbetracht dieser Umstände ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Konzentrationsmessgerät bereitzustellen, das das Hohlraumresonanzverfahren verwendet, verkleinert werden kann und in der Lage ist, die Konzentration einer Lösung auf einfache Weise zu messen.
Lösung von Problemen
Ein Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung, das den vorstehend beschriebenen Zweck erfüllt, ist versehen mit
einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger zum Senden einer Ultraschallwelle in eine in einem Hohlraum enthaltene Lösung und auch zum Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle,
einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Lösung in dem Hohlraum,
einer Treiberschaltung zum Erzeugen eines Treibersignals zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers, um den piezoelektrischen Schwingungserzeuger durch das Treibersignal so zu treiben, dass der piezoelektrische Schwingungserzeuger die Ultraschallwelle sendet,
einer Phasenvergleichsschaltung zum Durchführen eines Phasenvergleichs zwischen dem Treibersignal und einem Detektionssignal, das durch Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle an dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger erlangt wird,
einer Frequenzdetektionsschaltung zum Bewirken, dass die Treiberschaltung Treibersignale mit sequentiell unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, und auch zum Überwachen eines Phasenvergleichsergebnisses von der Phasenvergleichsschaltung, während der piezoelektrische Schwingungserzeuger durch das Treibersignal getrieben wird, um eine Resonanzfrequenz einer zu messenden Resonanzmode zu detektieren,
einer PLL-Schaltung, die die Treiberschaltung und die Phasenvergleichsschaltung umfasst, zum Bewirken, dass die Frequenz des Treibersignals der an der Frequenzdetektionsschaltung detektierten Resonanzfrequenz folgt, und
einer Konzentrationsdetektionsschaltung zum Detektieren einer Konzentration eines gelösten Stoffes in der Lösung auf Grundlage der Frequenz des Treibersignals während des Betriebs der PLL-Schaltung und eines Ergebnisses der Temperaturmessung durch den Temperatursensor.
Dabei ist die Treiberschaltung eine Schaltung mit einem mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen Kondensator zur Aufhebung einer Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers und zum Erzeugen eines ersten Treibersignals und eines zweiten Treibersignals, die das Treibersignal bilden und bezüglich einander umkehrte Phasen haben, wobei die erste Elektrode durch das erste Treibersignal über den Kondensator getrieben wird und eine zweite Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch das zweite Treibersignal getrieben wird.
Gemäß dem Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungskonfiguration verwendet, bei der die Resonanzfrequenz der zu messenden Resonanzmode an der vorstehend genannten Frequenzdetektionsschaltung detektiert wird, und wird danach an der vorstehend genannten PLL-Schaltung bewirkt, dass das Treibersignal der detektierten Resonanzfrequenz folgt. Dadurch wird das Konzentrationsmessgerät konfiguriert, das sich verkleinern lässt und die Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung einfach messen kann.
In diesem Zusammenhang kann in dem Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung die Frequenzdetektionsschaltung eine erste Frequenzdetektionsschaltung zum Detektieren der Resonanzfrequenz der zu messenden Resonanzmode durch Detektieren einer Resonanzfrequenz einer ersten Resonanzmode sein.
Diese erste Frequenzdetektionsschaltung kann in einem Fall verwendet werden, in dem die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzmode in Unterscheidung zu den Resonanzfrequenzen der anderen Moden eindeutig bestimmt wird, selbst dann, wenn die Konzentration des zu messenden gelösten Stoffes unbekannt ist. Diese erste Resonanzmode kann eine Resonanzmode sein, die sich von der zu messenden Resonanzmode unterscheidet. Diese erste Resonanzmode muss eine Resonanzmode mit einer Resonanzfrequenz sein, die in Unterscheidung zu den Resonanzfrequenzen der anderen Moden eindeutig bestimmt wird. Andererseits wird bevorzugt, dass die zu messende Resonanzmode eine Resonanzfrequenz hat, die mit der Konzentration des gelösten Stoffes stark variiert. Die Tatsache, dass die Resonanzfrequenz mit der Konzentration des gelösten Stoffes stark variiert, bedeutet, dass selbst bei unbekannter Konzentration des gelösten Stoffes bei der Detektion einer Resonanzfrequenz möglicherweise nicht eindeutig bestimmt werden kann, zu welcher Resonanzmode die detektierte Resonanzfrequenz gehört. Daher wird diese erste Frequenzdetektionsschaltung typischerweise vorzugsweise in einem Fall verwendet, in dem sich die erste Resonanzmode und die zu messende Resonanzmode voneinander unterscheiden.
Alternativ kann in dem Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung die Frequenzdetektionsschaltung eine zweite Frequenzdetektionsschaltung zum Detektieren einer Resonanzfrequenz einer zweiten Resonanzmode und auch zum Detektieren einer Resonanzfrequenz einer dritten Resonanzmode sein, die sich von der zweiten Resonanzmode unterscheidet, um die Resonanzfrequenz der zu messenden Resonanzmode auf Grundlage von mindestens einer der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzmode und der Resonanzfrequenz der dritten Resonanzmode und einer Differenzfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzmode und der Resonanzfrequenz der dritten Resonanzmode zu detektieren.
In einem Fall, in dem diese zweite Frequenzdetektionsschaltung bereitgestellt wird, kann, wenn die Konzentration des zu messenden gelösten Stoffes unbekannt ist, selbst dann, wenn eine Mehrzahl von Resonanzmoden vorhanden sein kann, die einer Resonanzfrequenz entsprechen, detektiert werden, zu welcher Resonanzmode die eine Resonanzfrequenz gehört, und kann außerdem die Konzentration aus der Differenzfrequenz detektiert werden. Diese zweite Frequenzdetektionsschaltung erfordert jedoch verglichen mit der vorstehend genannten ersten Frequenzdetektionsschaltung eine komplizierte Verarbeitung. Das heißt, in einem Fall, in dem diese zweite Frequenzdetektionsschaltung verwendet wird, ist eine Verarbeitung zum Detektieren der Resonanzfrequenzen der Mehrzahl von Resonanzmoden und zum Berechnen einer Differenzfrequenz zwischen diesen Resonanzfrequenzen erforderlich. Es ist zu beachten, dass entweder die zweite Resonanzmode oder die dritte Resonanzmode als die zu messende Resonanzmode eingestellt werden kann. Es kann jedoch auch eine andere Resonanzmode als die zweite Resonanzmode und die dritte Resonanzmode als die zu messende Resonanzmode eingestellt werden.
Der piezoelektrische Schwingungserzeuger kann aus der Perspektive einer Ersatzschaltung als eine Reihen-Parallel-Resonanzschaltung behandelt werden. Um eine Resonanz in dem mit der Lösung gefüllten Hohlraum zu messen, ist es außerdem notwendig, die Parallelkapazitätskomponente, die eine Parallelresonanz des piezoelektrischen Schwingungserzeugers bewirkt, genau aufzuheben. Außerdem muss von den Reihenresonanzen eine Resonanzmode in Abhängigkeit von der Lösung, die den Hohlraum füllt, in einem Frequenzband, das eine Reihenresonanz des piezoelektrischen Schwingungserzeugers selbst vermeidet, die zu messende Resonanzmode sein.
Durch Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers kann die Phase bei der Resonanzfrequenz der Hohlraumresonanz stark variiert werden, so dass ein hochgradig genauer Phasenvergleich durch den Phasenkomparator durchgeführt werden kann.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Treiberschaltung mit einer Amplitudeneinstellschaltung zum Einstellen einer Amplitude des ersten Treibersignals oder des zweiten Treibersignals bereitgestellt wird.
Wenn eine solche Schaltung zum Erzeugen des ersten Treibersignals und des zweiten Treibersignals mit bezüglich einander umkehrten Phasen zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers konfiguriert ist, kann die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufgehoben werden.
Alternativ kann die Treiberschaltung eine Schaltung sein, die mit einem mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen Kondensator, einem Dämpfungsglied zum Dämpfen des Treibersignals und einer Rechenlogikeinheit zum Berechnen einer Differenz zwischen einem Signal der ersten Elektrode und dem Treibersignal nach der Dämpfung durch das Dämpfungsglied bereitgestellt wird.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Treiberschaltung mit einer Verstärkungseinstellschaltung zum Einstellen einer Dämpfungsverstärkung des Treibersignals von dem Dämpfungsglied bereitgestellt wird.
Auch durch eine solche Treiberschaltung, die zum Berechnen der Differenz konfiguriert ist, kann die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufgehoben werden.
Es wird bevorzugt, dass die Treiberschaltung eine erste Treiberschaltung ist, die versehen ist mit
einer Phasenumkehrschaltung zum Umkehren einer Phase eines Schwingungssignals,
einer Amplitudeneinstellschaltung zum Einstellen einer Amplitude des Schwingungssignals,
einem Kondensator, der mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist,
einem ersten Treiberverstärker, in den das nach der Amplitudeneinstellung von der Amplitudeneinstellschaltung ausgegebene Schwingungssignal eingegeben wird, und zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers über den Kondensator, und
einem mit einer zweiten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen zweiten Treiberverstärker zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch das Schwingungssignal mit der durch die Phasenumkehrschaltung umkehrten Phase.
Gemäß der vorstehend genannten ersten Treiberschaltung kann die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers genau aufgehoben werden. Um die Reihenresonanz des piezoelektrischen Schwingungserzeugers selbst zu vermeiden, wird eine Resonanzmode einer Resonanzfrequenz, die sich von der Resonanzfrequenz der Reihenresonanz des piezoelektrischen Schwingungserzeugers selbst unterscheidet, als die zu messende Resonanzmode verwendet.
In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass das Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung, wenn es mit der vorstehend genannten ersten Treiberschaltung bereitgestellt wird, mit einer ersten Anfangseinstellungsschaltung zum Überwachen eines Detektionssignals der ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers gemäß einem Befehl, wenn der Hohlraum leer ist, und zum derartigen Steuern der Amplitudeneinstellschaltung, dass das Detektionssignal minimiert wird, bereitgestellt wird.
Obwohl eine Person, die die Einstellung durchführt, das Messgerät anschließen und die Anfangseinstellung manuell durchführen kann, ist es in einem Fall, in dem die vorstehend genannte erste Treiberschaltung auch bereitgestellt wird, nur notwendig, einen Befehl zum Durchführen der Anfangseinstellung zu geben, so dass die Anfangseinstellung gemäß dem Befehl automatisch durchgeführt werden kann.
Alternativ ist in dem Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung eine andere bevorzugte Ausführungsform derart gestaltet, dass die Treiberschaltung eine zweite Treiberschaltung ist, die versehen ist mit
einem dritten Treiberverstärker, in den ein Schwingungssignal eingegeben wird, der mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist, und zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers,
einer Phasenumkehrschaltung, die mit einer zweiten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist und einen Kondensator aufweist, der in einer Rückkopplungsschleife angeordnet ist, zum Umkehren einer Phase eines an der zweiten Elektrode detektierten Detektionssignals und Ausgeben des Detektionssignals mit der umgekehrten Phase,
einer Verstärkungseinstellschaltung zum Einstellen einer Verstärkung eines von dem dritten Treiberverstärker ausgegebenen Treibersignals, und
einer Addierschaltung zum Addieren des Detektionssignals, dessen Phase umkehrt wird und das von der Phasenumkehrschaltung ausgegeben wird, und des Treibersignals, dessen Verstärkung an der Verstärkungseinstellschaltung eingestellt wird.
Auch in einem Fall, in dem diese zweite Treiberschaltung bereitgestellt ist, kann die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers genau aufgehoben werden.
In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass das Konzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung bei Bereitstellung mit der vorstehend genannten zweiten Treiberschaltung mit einer zweiten Anfangseinstellungsschaltung zum Überwachen eines Ausgangssignals der Addierschaltung gemäß einem Befehl, wenn der Hohlraum leer ist, und zum derartigen Steuern der Verstärkungseinstellschaltung, dass das Ausgangssignal minimiert wird, bereitgestellt wird.
Obwohl eine Person, die die Einstellung durchführt, ein Messgerät anschließen und die Anfangseinstellung manuell durchführen kann, ist es in einem Fall, in dem die vorstehend genannte zweite Treiberschaltung auch bereitgestellt ist, nur notwendig, einen Befehl zum Durchführen der Anfangseinstellung zu geben, so dass die Anfangseinstellung gemäß dem Befehl automatisch durchgeführt werden kann.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung wird ein Konzentrationsmessgerät erzielt, das das Hohlraumresonanzverfahren verwendet und verkleinert werden kann und die Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung leicht messen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Hohlraumresonator zeigt;
2(A) und 2(B) sind Diagramme, die Frequenzkennlinien eines piezoelektrischen Schwingungserzeugers darstellen, wenn ein Hohlraum des in 1 dargestellten Hohlraumresonators leer ist (Luft);
3(A) und 3(B) sind Diagramme, die die Frequenzkennlinien darstellen, wenn der Hohlraum des in 1 dargestellten Hohlraumresonators mit einer Natriumchloridlösung gefüllt ist;
4(A) und 4(B) sind vergrößerte Diagramme eines in 3 dargestellten Frequenzbereichs D;
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Konzentration der Natriumchloridlösung und den entsprechenden Resonanzfrequenzen mehrerer Resonanzmoden in dem Frequenzbereich D zeigt;
6 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Konzentrationsmessgerätes als ein erstes Beispiel;
7 ist ein Diagramm, das das Prinzip der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers darstellt;
8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die die Variationen von Impedanz und Phase an einem Hohlraumresonanzpunkt darstellen;
9 ist ein Schaltungsblockdiagramm des Konzentrationsmessgerätes als ein zweites Beispiel;
10 ist ein Schaltungsblockdiagramm des Konzentrationsmessgerätes als ein drittes Beispiel; und
11(A) und 11(B) sind Diagramme, die das Prinzip der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers in dem in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerät darstellen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Hohlraumresonator zeigt.
Dieser Hohlraumresonator 10 ist mit einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 11 bereitgestellt. Dieser piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 ist an einer Edelstahlplatte 12 befestigt, wobei dazwischen ein Harzband 13 als ein Packungselement bereitgestellt ist. Außerdem ist dieser piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 einem Hohlraum 15 zugewandt angeordnet, wobei dazwischen ein Harzband 14 zur Impedanzanpassung bereitgestellt ist. Dieser Hohlraum 15 ist 5 mm breit. Der piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 ist einer weiteren Edelstahlplatte 16 über den 5 mm breiten Hohlraum 15 zugewandt angeordnet. Außerdem ist der piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 von einem Gummielement 17, wie z.B. einem Elastomer, umgeben.
Wenn dieser Hohlraumresonator 10 als ein Hamstoffkonzentrationssensor für eine wässrige Harnstofflösung in dem vorstehend beschriebenen Harnstoff SCR-System verwendet wird, wird der 5 mm breite Hohlraum 15 dieses Hohlraumresonators 10 mit einer wässrigen Harnstofflösung gefüllt. In diesem Fall kann die Edelstahlplatte 16 eine Wandseite eines Tanks, der die wässrige Harnstofflösung umfasst, durch die Edelstahlplatte 16 ersetzen. Außerdem sind Elemente dieses Hohlraumresonators 10 mit Ausnahme der Edelstahlplatte 16 als eine Einheit gebildet und an einer Position über eine 5 mm großen Lücke von der Wandseite aus innerhalb des Tanks befestigt.
Hier wird jedoch der experimentellen Bequemlichkeit halber keine wässrige Harnstofflösung, sondern eine Natriumchloridlösung verwendet.
2(A) und 2(B) sind Diagramme, die Frequenzkennlinien des piezoelektrischen Schwingungserzeugers darstellen, wenn der Hohlraum des in 1 dargestellten Hohlraumresonators leer ist (Luft). In 2(A) und 2(B) stellen die horizontalen Achsen die Frequenz (Hz) und die vertikalen Achsen die Impedanz (A) und die Phase (B) dar. Die Impedanz ist ein Wert, der durch Division einer Potentialdifferenz zwischen beiden Enden des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch einen in dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger fließenden Strom erlangt wird. Außerdem ist die Phase eine Phase eines in dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger fließenden Stroms in Bezug auf eine daran angelegte Spannung.
Wie in 2(A) und 2(B) dargestellt, tritt selbst dann, wenn der Hohlraum 15 des in 1 dargestellten Hohlraumresonators 10 leer ist, eine Resonanz aufgrund des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 selbst auf.
3(A) und 3(B) sind Diagramme, die die Frequenzkennlinien darstellen, wenn der Hohlraum des in 1 dargestellten Hohlraumresonators mit einer Natriumchloridlösung gefüllt ist. Auch in 3(A) und 3(B) stellen, wie auch in 2(A) und 2(B), die horizontalen Achsen die Frequenz (Hz) und die vertikalen Achsen die Impedanz (A) und die Phase (B) dar.
Wie aus einem Vergleich mit 2 hervorgeht, erscheinen in einem Frequenzbereich D viele kleine Resonanzpunkte. Diese Resonanzpunkte sind Resonanzpunkte von Hohlraumresonanzen aufgrund der Tatsache, dass der Hohlraum mit der Natriumchloridlösung gefüllt ist.
4(A) und 4(B) sind vergrößerte Diagramme des in 3(A) und 3(B) dargestellten Frequenzbereichs D. Hier wird jedoch keine logarithmische, sondern eine lineare Skala für die horizontalen Achsen (Frequenzachsen) verwendet.
Wie in 4(A) und 4(B) dargestellt, erscheinen in dem Frequenzbereich D mehrere Resonanzpunkte der Hohlraumresonanz. Diese mehreren Resonanzpunkte sind in im Wesentlichen regelmäßigen Intervallen auf der linearen Skala angeordnet. In einem Abschnitt, der näher an der hohen Frequenz liegt als dieser Frequenzbereich D, überlappen die Resonanzpunkte jedoch den Resonanzpunkt des piezoelektrischen Schwingungserzeugers selbst (siehe 2(A) und 2(B)) und werden kompliziert, so dass die Regelmäßigkeit der Intervalle verloren geht.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Konzentration der Natriumchloridlösung und den entsprechenden Resonanzfrequenzen mehrerer Resonanzmoden in dem Frequenzbereich D zeigt. Die horizontale Achse stellt die Natriumchloridkonzentration, berechnet in Gewichtsprozent, dar und die vertikale Achse stellt die Frequenz (MHz) dar. 5 zeigt Daten, wenn die Temperatur der wässrigen Natriumchloridlösung 26 °C beträgt und die Natriumchloridkonzentration im Bereich zwischen 0% (Frischwasser) und 24,4% (gesättigte Natriumchloridlösung) liegt. Es ist zu beachten, dass die gestrichelten Linien in 5 Referenzlinien sind, die parallel zu der horizontalen Achse gezeichnet sind.
Zum Beispiel ist im Falle einer Resonanzmode mit einer niedrigen Resonanzfrequenz, die durch einen Graph „a“ in 5 angegeben ist, eine Variation der Resonanzfrequenz in Bezug auf eine Variation der Natriumchloridkonzentration gering. Das bedeutet, dass die Messgenauigkeit der Konzentration gering ist. Im Falle der Resonanzmode mit einer niedrigen Resonanzfrequenz wird jedoch auch bei unbekannter Konzentration, wenn die Resonanzfrequenz detektiert wird, eindeutig bestimmt, zu welcher Resonanzmode die Resonanzfrequenz gehört.
Andererseits ist z.B. im Falle einer Resonanzmode mit einer hohen Resonanzfrequenz, die durch einen Graph b in 5 angegeben ist, eine Variation der Resonanzfrequenz in Bezug auf eine Variation der Konzentration groß. Das bedeutet, dass die Messgenauigkeit der Konzentration hoch ist. Im Falle einer hohen Resonanzfrequenz sind jedoch, wenn die Konzentration ignoriert wird, eine Mehrzahl von Resonanzmoden mit der gleichen Resonanzfrequenz vorhanden. Daher kann selbst bei der Detektion der Resonanzfrequenz bei unbekannter Konzentration die Resonanzmode nicht eindeutig bestimmt werden. Um die Resonanzmode eindeutig zu bestimmen, werden beispielsweise die entsprechenden Resonanzfrequenzen zweier benachbarter Resonanzmoden detektiert und eine Differenz zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen berechnet. Wie aus 5 zu ersehen ist, werden die Resonanzfrequenzen zweier benachbarter Resonanzmoden mit zunehmender Konzentration eines gelösten Stoffes (Natriumchlorid) breiter. Daher wird aus einem Wert der Differenz zwischen den beiden Resonanzfrequenzen die Konzentration des gelösten Stoffes ermittelt. Wenn die Konzentration des gelösten Stoffes ermittelt wird, kann die Resonanzmode durch Detektieren der Resonanzfrequenz eindeutig bestimmt werden.
6 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Konzentrationsmessgerätes als ein erstes Beispiel.
Dieses Konzentrationsmessgerät 100A ist mit einem Mikrocomputer 20 zum Durchführen von Kommunikation mit einer Host-Vorrichtung (nicht gezeigt) bereitgestellt. Dieser Mikrocomputer 20 ist mit allgemeinen Komponenten als ein Mikrocomputer bereitgestellt. Hier wird ein Funktionsteil wie dieses Konzentrationsdetektionsgerät 100A in diesem Mikrocomputer 20 beschrieben. Dieser Mikrocomputer 20 ist mit einer Umwandlungsdatenabbildung 21 bereitgestellt, um die Konzentration des gelösten Stoffes aus der auf die unten beschriebene Weise detektierten Resonanzfrequenz und der Temperatur der Lösung zu kennen.
Außerdem ist dieser Mikrocomputer 20 mit A/D-Wandlern 22, 23 und einem D/A-Wandler 24 bereitgestellt. Eine Ausgabe eines Filters 45 zur Stabilisierung der PLL-Schaltung, wie später beschrieben, und eine Ausgabe eines Tiefpassfilters 47 werden in den A/D-Wandler 22 eingegeben und damit in den Mikrocomputer 20 aufgenommen. Außerdem wird ein Temperaturdetektionssignal von einem Temperatursensor 18 zum Messen der Temperatur der Lösung in dem Hohlraumresonator 10 über einen Vorverstärker 19 in den A/D-Wandler 23 eingegeben und somit in den Mikrocomputer 20 aufgenommen. Außerdem wird von dem D/A-Wandler 24 ein Steuersignal zum Anweisen einer Amplitudeneinstellschaltung 33, Amplitudeneinstellung durchzuführen, ausgegeben.
Außerdem ist dieser Mikrocomputer 20 mit einer Speicherschaltung 25 bereitgestellt. Diese Speicherschaltung 25 speichert als ein Beispiel Information zum Detektieren der entsprechenden Resonanzfrequenzen der beiden Resonanzmoden, die durch die Graphen „a“, b in 5 angegeben sind. Insbesondere speichert diese Speicherschaltung 25 Information darüber, in welchem Frequenzbereich sich die Resonanzfrequenz in der durch den Graphen „a“ angegeben Resonanzmode befindet. Außerdem speichert diese Speicherschaltung 25 Information darüber, in welchem Frequenzbereich sich die Resonanzfrequenz in der Resonanzmode des Graphen b in Bezug auf die Resonanzfrequenz in der durch den Graphen „a“ angegebenen Resonanzmode befindet, wenn die Resonanzfrequenz in der durch den Graphen „a“ angegebenen Resonanzmode detektiert wird. Wenn die Resonanzfrequenz in der durch den Graphen „a“ angegebenen Resonanzmode detektiert wird, wird die Konzentration des gelösten Stoffes aus der detektierten Resonanzfrequenz ermittelt. Daher speichert die Speicherschaltung 25 Information darüber, in welchem Frequenzbereich sich die Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b in Bezug auf die Konzentration befindet.
Außerdem ist das Konzentrationsmessgerät 100A mit einer Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz, einer Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 32, einer Amplitudeneinstellschaltung 33, einer Phasenumkehrschaltung 34, zwei Treiberverstärkern 35, 36 und einem Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung bereitgestellt.
Der obere und untere Grenzwert der Frequenz werden in der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz eingestellt. Das Ergebnis eines Phasenvergleichs von einem später beschriebenen Phasenkomparator 44 wird über das Filter 45 in die Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz eingegeben. Dann wird von dieser Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz ein Spannungssignal mit einem Spannungswert ausgegeben, der einer Frequenz zwischen dem eingestellten oberen und unteren Grenzwert entspricht. Es ist zu beachten, dass in dieser Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz die gleiche Frequenz als der obere und untere Grenzwert der Frequenz eingestellt werden kann. In diesem Fall wird von dieser Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz ein Spannungswert ausgegeben, der einer als oberer und unterer Grenzwert eingestellten Frequenz entspricht.
Außerdem ist die Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 32 eine Schaltung zum Ausgeben eines Schwingungssignals der Frequenz, die dem Spannungswert des von der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz ausgegebenen Spannungssignals entspricht. Das von dieser Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 32 ausgegebene Schwingungssignal wird sowohl in die Amplitudeneinstellschaltung 33 als auch in die Phasenumkehrschaltung 34 eingegeben. Die Amplitudeneinstellschaltung 33 ist eine Schaltung zum Einstellen der Amplitude des eingegebenen Schwingungssignals gemäß dem von dem Mikrocomputer 20 ausgegebenen Steuersignal. Die Bedeutung dieser Amplitudeneinstellung wird später beschrieben. Außerdem ist die Phasenumkehrschaltung 34 eine Schaltung zum Umkehren der Phase des eingegebenen Schwingungssignals.
Ein Ende des Kondensators 37 zur Kapazitätsausaufhebung ist mit einer ersten Elektrode 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 verbunden. Dann durchläuft das Schwingungssignal mit der an der Amplitudeneinstellschaltung 33 eingestellten Amplitude den Treiberverstärker 35, um als ein erstes Treibersignal die erste Elektrode 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 zu treiben, über den Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung. Außerdem durchläuft das Schwingungssignal mit der an der Phasenumkehrschaltung 34 umkehrten Phase den Treiberverstärker 36, um als ein zweites Treibersignal eine zweite Elektrode 112 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 zu treiben.
Es ist zu beachten, dass in 6 der piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 der besseren Veranschaulichung halber an einer von dem Hohlraumresonator 10 entfernten Position dargestellt ist. Dieser piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 ist jedoch eigentlich so positioniert, dass er dem mit der Lösung gefüllten Hohlraum 15 zugewandt angeordnet ist, wie vorstehend mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Nun wird die Beschreibung des Konzentrationsmessgerätes 100A aus 6 unterbrochen und das Prinzip der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 in dem Konzentrationsmessgerät 100A in 6 beschrieben.
7 ist ein Diagramm, das das Prinzip der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers darstellt.
Der piezoelektrische Schwingungserzeuger kann als eine Reihen-Parallel-Resonanzschaltung E dargestellt werden, wie in 7 gezeigt. Jede der mehreren in regelmäßigen Intervallen angeordneten Hohlraumresonanzen, wie in 4 gezeigt, ist als eine Reihenresonanz einer Spule L, einer Kapazität C und eines Widerstandes R dargestellt. Um eine Variation dieser Hohlraumresonanz um eine Resonanzmode zu detektieren, ist es notwendig, eine Parallelkapazitätskomponente C0 in dieser Reihen-Parallel-Resonanzschaltung E mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufzuheben.
Im Prinzip ist ein Kondensator C1 mit der gleichen Kapazität wie die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden und wird von zwei Signalquellen Vin1, -Vin2 mit bezüglich einander umkehrten Phasen, aber mit gleicher Amplitude getrieben, und wird dann die Parallelkapazitätskomponente C0 aufgehoben und kann eine Signalkomponente der Reihenresonanz herausgenommen werden. Es ist jedoch schwierig, als den Kondensator C1 einen Kondensator mit der gleichen Kapazität wie die Parallelkapazitätskomponente C0 bereitzustellen, weshalb der Kondensator C1 mit einer annähernden Kapazität bereitgestellt wird. In diesem Fall kann die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch Einstellung der Amplitude einer Signalquelle zum Ausgleich der Kapazitätsdifferenz aufgehoben werden.
Die Beschreibung wird nun wieder mit Bezugnahme auf 6 fortgesetzt.
In dem in 6 dargestellten Konzentrationsmessgerät 100A wird auf Grundlage des mit Bezugnahme auf 7 beschriebenen Prinzips an der Amplitudeneinstellschaltung 33 ein Signal erzeugt, das äquivalent zu Vin1 in 7 ist, und an der Phasenumkehrschaltung 34 ebenfalls ein Signal erzeugt, das äquivalent zu - Vin2 in 7 ist. Der Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung ist äquivalent zu dem Kondensator C1 in 7. Der Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung ist ein Kondensator mit einer Kapazität, die ungefähr der Parallelkapazitätskomponente (Parallelkapazitätskomponente C0 in 7) des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 entspricht. Da die Kapazität des Kondensators 37 zur Kapazitätsausaufhebung jedoch nicht die gleiche Kapazität wie die Parallelkapazitätskomponente ist, wird die Amplitude von der Amplitudeneinstellschaltung 33 eingestellt, um einen Fehler aufgrund der Kapazitätsdifferenz aufzuheben. Ein Verfahren zur Amplitudeneinstellung unter Verwendung dieser Amplitudeneinstellschaltung 33 wird später beschrieben.
Ein erstes von dem Treiberverstärker 35 ausgegebenes Treibersignal wird in einen Komparator 41 eingegeben, um in ein binarisiertes Signal umgewandelt zu werden, und in den Phasenkomparator 44 eingegeben. Außerdem wird ein Detektionssignal an der ersten Elektrode 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 an dem Vorverstärker 42 verstärkt, in einen Komparator 43 eingegeben, um in ein binarisiertes Signal umgewandelt zu werden, und in den Phasenkomparator 44 eingegeben.
8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die Variationen von Impedanz und Phase an einem Hohlraumresonanzpunkt darstellen. Es ist zu beachten, dass dieser in 8(A) bis 8(C) dargestellte Hohlraumresonanzpunkt in 4 ein Resonanzpunkt um 0,9 MHz herum ist.
8(A) stellt eine Impedanz an dem Hohlraumresonanzpunkt dar, die durch Division einer Spannung zwischen der ersten Elektrode 111 und der zweiten Elektrode 112 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 durch einen darin fließenden Strom erlangt wird, wie es in 4(A) der Fall ist.
8(B) wird später beschrieben.
8(C) stellt, wenn eine Spannungswellenform zwischen der ersten Elektrode 111 und der zweiten Elektrode 112 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 als eine Referenz eingestellt wird, eine Phase einer Wellenform eines darin fließenden Stroms an dem Hohlraumresonanzpunkt dar, wie es in 4(B) der Fall ist.
8(B) stellt eine Phase des Detektionssignals an der ersten Elektrode 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 dar, wenn das erste von dem Treiberverstärker 35 ausgegebene Treibersignal, das in 6(C) dargestellt ist, als eine Referenz eingestellt wird. Die Phase dieses Detektionssignals variiert an diesem Resonanzpunkt stark von 180° bis 0°.
Die Beschreibung wird nun wieder mit Bezugnahme auf 6 fortgesetzt.
Der Phasenkomparator 44 dient der Erfassung einer solchen Phasenvariation, wie in 8(B) dargestellt, an dem Resonanzpunkt. Eine Ausgabe dieses Phasenkomparators 44 wird über das Filter 45 in die Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz und in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
Selbst in einer Resonanzmode variiert die Resonanzfrequenz mit der Variation der Konzentration und/oder der Temperatur der Lösung. Da die Resonanzfrequenz variiert, ändern sich die Eingangs- und Ausgangsspannungswerte der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz als Folge der Variation der Resonanzfrequenz, wodurch die Frequenz des an der Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 32 erzeugten Schwingungssignals variiert. Auf diese Weise ist in dem in 6 dargestellten Konzentrationsmessgerät 100A eine PLL(Phase Locked Loop)-Schaltung konfiguriert.
Außerdem wird eine Ausgabe des Vorverstärkers 42 in eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung 46 eingegeben, um einer Vollwellen-Gleichrichtung unterzogen zu werden, und über ein Tiefpassfilter 47 in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
Das in 6 dargestellte Konzentrationsmessgerät 100A ist mit einer vorstehend beschriebenen Schaltungskonfiguration bereitgestellt.
Als Nächstes wird die Funktionsweise des Konzentrationsmessgerätes 100A in 6 beschrieben.
Die Anfangseinstellung wird zuerst durchgeführt. Diese Anfangseinstellung wird durchgeführt, wenn der Hohlraum 15 (siehe 1) des Hohlraumresonators 10 leer ist (Luft), wie z.B. vor der Auslieferung dieses Konzentrationsmessgerätes 100A oder während dessen Wartung.
Diese Anfangseinstellung wird unter Verwendung einer Frequenz um eine Frequenz herum durchgeführt, die während eines tatsächlichen Betriebs verwendet werden soll. Dann wird die Amplitudeneinstellung des Schwingungssignals durch die Amplitudeneinstellschaltung 33 so durchgeführt, dass sich ein von dem Tiefpassfilter 47 in den Mikrocomputer 20 eingegebenes Signal unendlich an Null annähert.
Durch diese Amplitudeneinstellung wird selbst dann, wenn sich die Kapazität des Kondensators 37 zur Kapazitätsausaufhebung leicht von der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 unterscheidet, die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufgehoben.
Wenn diese Anfangseinstellung abgeschlossen ist, wird die Amplitudeneinstellung durch die Amplitudeneinstellschaltung 33 in einem Betrieb nach der Anfangseinstellung unter den gleichen Bedingungen wie die Amplitudeneinstellung zum Zeitpunkt der Anfangseinstellung beibehalten.
Im eigentlichen Betrieb wird, nachdem der Hohlraum 15 des Hohlraumresonators 10 mit der Lösung gefüllt ist, beim Einschalten des Konzentrationsmessgeräts 100A in 6 als allererstes eine Frequenz zur Suche der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des in 5 dargestellten Graphen „a“ an der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz eingestellt. In diesem Zusammenhang wird die gleiche Frequenz als der obere und untere Grenzwert der Frequenz eingestellt. Dann wird ein Ausgangssignal von dem Phasenkomparator 44 zu dieser Zeit von dem Mikrocomputer 20 über das Filter 45 überwacht. Dieser Vorgang wird wiederholt, während die an der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz eingestellte Frequenz fortschreitend innerhalb eines Frequenzbandes um die Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen „a“, wie in der Speicherschaltung 25 gespeichert, herum variiert wird. Daraufhin wird eine momentane Resonanzfrequenz in der Resonanzmode des Graphen „a“ detektiert. Aus dieser detektierten Resonanzfrequenz wird dann die Konzentration der Lösung ermittelt. Wie vorstehend beschrieben, ist jedoch in Graph „a“ die Variationsbreite der Frequenz in Bezug auf die Konzentrationsvariation gering, so dass die genaue Konzentration immer noch unbekannt ist.
Da die vorläufige Konzentration ermittelt wird, werden in diesem Zusammenhang als Nächstes der obere und untere Grenzwert der Frequenz einschließlich der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b bei der vorläufigen Konzentration an der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz eingestellt. Dann wird die Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz wiederum als die PLL-Schaltung betrieben, um die Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b zu erfassen. Diese PLL-Schaltung setzt die Erfassung der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b, der mit der Variation der Konzentration oder Temperatur variierenden Resonanzfrequenz folgend, fort. Der Mikrocomputer 20 überwacht konstant die Ausgabe des Filters 45, um die momentane Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b zu detektieren. In dem Mikrocomputer 20 wird die Konzentration der Lösung aus der detektierten Resonanzfrequenz und der Temperatur der Lösung durch Bezugnahme auf die Umwandlungsdatenabbildung 21 ermittelt und an die Host-Vorrichtung gesendet.
In dem in 6 dargestellten Konzentrationsmessgerät 100A wird somit die Konzentration der Lösung konstant überwacht.
Vorstehend wurde ein Beispiel für die Detektion der Resonanzfrequenz der durch den Graphen „a“ angegebenen Resonanzmode als allererstes, bevor die PLL-Schaltung bewirkt, dass der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des in 5 dargestellten Graphen b gefolgt wird, beschrieben. Die Resonanzfrequenz der durch den Graphen „a“ angegebenen Resonanzmode überlappt nicht mit der Resonanzfrequenz einer benachbarten Resonanzmode. Daher wird, wenn die Resonanzfrequenz detektiert ist, ermittelt, dass die detektierte Resonanzfrequenz die Resonanzfrequenz der Resonanzmode der Resonanzmode des Graphen „a“ ist. Andererseits ist die durch den Graph b in 5 angegebene Resonanzmode eine Resonanzmode, die die gleiche Resonanzfrequenz wie eine benachbarte Resonanzmode haben kann, wenn die Konzentration ignoriert wird. Die Konzentration kann auch durch Verwendung einer solchen Resonanzmode ermittelt werden, die die gleiche Resonanzfrequenz wie eine benachbarte Resonanzmode haben kann.
In diesem Fall wird z.B. durch Verwendung der gleichen Technik wie bei der vorstehend beschrieben Detektion der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen „a“ die Resonanzfrequenz einer Resonanzmode (die je nach Konzentration eine der Resonanzmode des Graphen b benachbarte Resonanzmode sein kann), die auf die Resonanzmode des Graphen b abzielt, detektiert. Außerdem wird dann die Resonanzfrequenz einer dieser Resonanzmode benachbarten Resonanzmode detektiert. Dann wird eine Differenz zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen berechnet. Wie vorstehend beschrieben, wird der Wert dieser Differenz mit zunehmender Konzentration größer, so dass die Konzentration aus dem Wert dieser Differenz ermittelt wird. Wenn die Konzentration ermittelt wird, wird auch ermittelt, zu welcher Resonanzmode jede der beiden detektierten Resonanzfrequenzen gehört. Auf diese Weise werden der obere und untere Grenzwert der Frequenz ermittelt, die an der Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz zum Folgen der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b einzustellen sind. Danach wird die Schaltung 31 zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz als die PLL-Schaltung auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben so betrieben, dass der Resonanzfrequenz der Resonanzmode des Graphen b gefolgt wird, und sie die Konzentration der Lösung konstant überwachen kann.
9 ist ein Schaltungsblockdiagramm des Konzentrationsmessgerätes als ein zweites Beispiel. Um dieses Konzentrationsmessgerät 100B des zweiten in 9 dargestellten Beispiels zu beschreiben, wird ein Unterschied zu dem Konzentrationsmessgerät 100A des ersten in 6 dargestellten Beispiels beschrieben.
Im Fall des in 6 dargestellten Konzentrationsmessgerätes 100A wird das erste, von dem Treiberverstärker 35 ausgegebene, Treibersignal in den Komparator 41 eingegeben. Im Gegensatz dazu wird im Fall des in 9 dargestellten Konzentrationsmessgerätes 100B das zweite, von dem Treiberverstärker 36 ausgegebene, Treibersignal in den Komparator 41 eingegeben. Das erste Treibersignal und das zweite Treibersignal, die von den beiden Treiberverstärkern 35, 36 ausgegeben werden, sind Treibersignale mit bezüglich einander umkehrten Phasen. Das Konzentrationsmessgerät 100B in 9 hat eine umgekehrte Phasenbeziehung zwischen den beiden binarisierten Signalen, die in den Phasenkomparator 44 eingegeben werden, im Vergleich zu dem Konzentrationsmessgerät 100A in 6. Das Konzentrationsmessgerät 100B in 9 arbeitet aber genau so wie das in 6 dargestellte Konzentrationsmessgerät 100A.
10 ist ein Schaltungsblockdiagramm des Konzentrationsmessgerätes als ein drittes Beispiel. Um dieses Konzentrationsmessgerät 100C des dritten Beispiels zu beschreiben, wird, wie bei dem in 9 dargestellten zweiten Beispiel, ein Unterschied zu dem Konzentrationsmessgerät 100A des ersten in 6 dargestellten Beispiels beschrieben.
Im Falle des in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerätes 100C ist die erste Elektrode 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 mit einem Minus-Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 51 verbunden. Außerdem ist der Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung zwischen den Minus-Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss dieses Operationsverstärkers 51 geschaltet. Ein hochohmiger Widerstand 52 ist ebenfalls zwischen den Minus-Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet. Ein Plus-Eingangsanschluss dieses Operationsverstärkers 51 ist masseverbunden.
Außerdem wird das von der Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 32 ausgegebene Schwingungssignal direkt in den Treiberverstärker 35 eingegeben und als ein Treibersignal von diesem Treiberverstärker 35 ausgegeben. Dieses Treibersignal wird in die zweite Elektrode 112 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 eingegeben und der piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 wird durch dieses Treibersignal getrieben. Außerdem wird das von dem Treiberverstärker 35 ausgegebene Treibersignal auch in den Komparator 41 eingegeben.
Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 51 ist über den Widerstand 53 mit einem Minus-Eingangsanschluss eines weiteren Operationsverstärkers 55 verbunden. Außerdem ist mit diesem Minus-Eingangsanschluss ein Dämpfungsglied 54 verbunden. In diesem Dämpfungsglied 54 wird eine Verstärkung des von dem Treiberverstärker 35 ausgegebenen Treibersignals auf etwa die Hälfte gedämpft. Eine Verstärkung dieser Dämpfung wird durch den Mikrocomputer 20 gesteuert. Ein Plus-Eingangsanschluss dieses Operationsverstärkers 55 ist masseverbunden. Außerdem ist ein Widerstand 56 zwischen den Minus-Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss dieses Operationsverstärkers 55 geschaltet.
Der Minus-Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 51, der mit dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 11 verbunden ist, ist mit dem ersten Anschluss 111 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 verbunden, der mit dem Kondensator 37 zur Kapazitätsausaufhebung verbunden ist. Daher werden in dem anderen Operationsverstärker 55 ein umgekehrtes Signal des Signals vor der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente, das an dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 11 detektiert wird, und das an dem Dämpfungsglied 54 auf etwa die Hälfte gedämpfte Treibersignal addiert und ferner umkehrt. Das heißt, ein Detektionssignal, das durch Subtraktion etwa der Hälfte des Treibersignals von dem Signal vor der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente, das an dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 11 detektiert wird, erlangt wird, wird von dem Operationsverstärker 55 ausgegeben. Dieses von dem Operationsverstärker 55 ausgegebene Detektionssignal wird über den Vorverstärker 42 in den Komparator 43 eingegeben.
11(A) und 11(B) sind Diagramme, die das Prinzip der Aufhebung der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers in dem in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerät darstellen.
Wie in dem Fall in 7 ist auch in 11 der piezoelektrische Schwingungserzeuger 11 als die Reihen-Parallel-Resonanzschaltung E dargestellt. Jede der in 4 dargestellten in regelmäßigen Intervallen angeordneten mehreren Hohlraumresonanzen ist als eine Reihenresonanz der Spule L, der Kapazität C und des Widerstandes R dargestellt. Um eine Variation dieser Hohlraumresonanz um eine Resonanzmode zu detektieren, ist es notwendig, die Parallelkapazitätskomponente C0 in dieser Reihen-Parallel-Resonanzschaltung E mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufzuheben.
In diesem Zusammenhang soll, wie in 11(A) dargestellt, die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch eine Brückenschaltung aufgehoben werden. In der in 11(A) dargestellten Brückenschaltung wird, wenn die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers und die entsprechenden Kapazitäten C1, C2, C3 der drei Kondensatoren C1, C2, C3 C0 = C1 = C2 = C3 erfüllen, die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch Subtraktion eines Signals an einem Punkt b von einem Signal an einem Punkt a aufgehoben, so dass nur die Reihenresonanz beobachtet werden kann.
In diesem Zusammenhang ist, da C2 = C3, das Signal an dem Punkt b konstant eine Hälfte eines Signals Vin einer Treiberquelle.
Daher ist es nur notwendig, die Kondensatoren C2, C3 zu entfernen und, wie in 11 (B) dargestellt, das Signal Vin der Treiberquelle auf eine Hälfte zu dämpfen und diese von dem Signal an Punkt a zu subtrahieren. Es ist jedoch schwierig, als den Kondensator C1 einen Kondensator mit der gleichen Kapazität wie die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers bereitzustellen, so dass folglich der Kondensator C1 mit einer annähernden Kapazität bereitgestellt wird. In diesem Fall kann die Parallelkapazitätskomponente C0 des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch geringfügige Anpassung einer Dämpfungsrate des Signals Vin der Treiberquelle von einer Hälfte aufgehoben werden, um die Kapazitätsdifferenz auszugleichen.
Bei dem in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerät 100C wird dieses Prinzip genutzt, um die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufzuheben.
Bei dem in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerät 100C wird zuallererst, wenn der Hohlraum 15 (siehe 1) des Hohlraumresonators 10 leer ist (Luft), eine Anfangseinstellung durchgeführt. Diese Anfangseinstellung wird durchgeführt, wenn der Hohlraum 15 (siehe 1) des Hohlraumresonators 10 leer ist (Luft), wie z.B. vor der Auslieferung dieses Konzentrationsmessgerätes 100A oder während dessen Wartung.
Diese Anfangseinstellung wird unter Verwendung einer Frequenz um eine Frequenz herum durchgeführt, die zur Zeit eines tatsächlichen Betriebs verwendet werden soll. Dann wird die Dämpfungsverstärkungseinstellung des Treibersignals durch das Dämpfungsglied 54 so durchgeführt, dass sich das von dem Tiefpassfilter 47 in den Mikrocomputer 20 eingegebene Signal unendlich an Null annähert. Durch diese Verstärkungseinstellung wird die Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 selbst dann mit einem hohen Genauigkeitsgrad aufgehoben, wenn sich die Kapazität des Kondensators zur Kapazitätsaufhebung 37 leicht von der Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 11 unterscheidet. Nach Abschluss dieser Anfangseinstellung wird die Dämpfungsverstärkungseinstellung des Treibersignals durch das Dämpfungsglied 54 in einem Betrieb nach der Anfangseinstellung unter den gleichen Bedingungen beibehalten wie die Dämpfungsverstärkungseinstellung zum Zeitpunkt dieser Anfangseinstellung.
Der Betrieb nach der Anfangseinstellung dieses in 10 dargestellten Konzentrationsmessgerätes 100C ist der gleiche wie der des in 6 dargestellten Konzentrationsmessgerätes 100A, weshalb eine doppelte Beschreibung hier weggelassen wird.
Auf diese Weise wird gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Konzentrationsmessgeräte 100A, 100B, 100C die Konzentration der Lösung durch solch eine kleine Schaltung mit einem hohen Genauigkeitsgrad und kontinuierlich überwacht.
Bezugszeichenliste

10: Hohlraumresonator
11: piezoelektrischer Schwingungserzeuger
12, 16: Edelstahlplatte
13, 14: Harzband
15: Hohlraum
17: Gummielement
18: Temperatursensor
19: Vorverstärker
20: Mikrocomputer
21: Umwandlungsdatenabbildung
22, 23: A/D-Wandler
24: D/A-Wandler 24
25: Speicherschaltung
31: Schaltung zum Einstellen der oberen und unteren Grenzfrequenz
32: Spannungssteuerungsschwingungsschaltung
33: Amplitudeneinstellschaltung
34: Phasenumkehrschaltung
35, 36: Treiberverstärker
37: Kondensator zur Kapazitätsaufhebung
41, 43: Komparator
42: Vorverstärker
44: Phasenkomparator
45: Filter
46: Vollwellen-Gleichrichterschaltung
47: Tiefpassfilter
51,55: Operationsverstärker
52, 53, 56: Widerstand
54: Dämpfungsglied
111: erste Elektrode
112: zweite Elektrode

Claims

Konzentrationsmessgerät, umfassend: einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger zum Senden einer Ultraschallwelle in eine in einem Hohlraum enthaltene Lösung und auch zum Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle; einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Lösung in dem Hohlraum; eine Treiberschaltung zum Erzeugen eines Treibersignals zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers, um den piezoelektrischen Schwingungserzeuger durch das Treibersignal so zu treiben, dass der piezoelektrische Schwingungserzeuger die Ultraschallwelle sendet; eine Phasenvergleichsschaltung zum Durchführen eines Phasenvergleichs zwischen dem Treibersignal und einem Detektionssignal, das durch Detektieren der reflektierten Ultraschallwelle an dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger erlangt wird; eine Frequenzdetektionsschaltung zum Bewirken, dass die Treiberschaltung Treibersignale mit sequentiell unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, und auch zum Überwachen eines Phasenvergleichsergebnisses von der Phasenvergleichsschaltung, während der piezoelektrische Schwingungserzeuger durch das Treibersignal getrieben wird, um eine Resonanzfrequenz einer zu messenden Resonanzmode zu detektieren; eine PLL-Schaltung, die die Treiberschaltung und die Phasenvergleichsschaltung umfasst, zum Bewirken, dass die Frequenz des Treibersignals der an der Frequenzdetektionsschaltung detektierten Resonanzfrequenz folgt; und eine Konzentrationsdetektionsschaltung zum Detektieren einer Konzentration eines gelösten Stoffes in der Lösung auf Grundlage der Frequenz des Treibersignals während des Betriebs der PLL-Schaltung und eines Ergebnisses der Temperaturmessung durch den Temperatursensor; wobei die Treiberschaltung eine Schaltung mit einem mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen Kondensator zum Aufheben einer Parallelkapazitätskomponente des piezoelektrischen Schwingungserzeugers und zum Erzeugen eines ersten Treibersignals und eines zweiten Treibersignals ist, die das Treibersignal bilden und bezüglich einander umkehrte Phasen haben, wobei die erste Elektrode durch das erste Treibersignal über den Kondensator getrieben wird und auch eine zweite Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch das zweite Treibersignal getrieben wird.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Frequenzdetektionsschaltung eine Schaltung zum Detektieren der Resonanzfrequenz der zu messenden Resonanzmode durch Detektieren einer Resonanzfrequenz einer ersten Resonanzmode ist.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Frequenzdetektionsschaltung eine Schaltung zum Detektieren einer Resonanzfrequenz einer zweiten Resonanzmode und auch zum Detektieren einer Resonanzfrequenz einer dritten Resonanzmode, die sich von der zweiten Resonanzmode unterscheidet, ist, um die Resonanzfrequenz der zu messenden Resonanzmode auf Grundlage von mindestens einer der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzmode und der Resonanzfrequenz der dritten Resonanzmode und einer Differenzfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzmode und der Resonanzfrequenz der dritten Resonanzmode zu detektieren.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung eine Amplitudeneinstellschaltung zum Einstellen einer Amplitude des ersten Treibersignals oder des zweiten Treibersignals umfasst.
Konzentrationsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Treiberschaltung eine Schaltung ist, die den mit der ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen Kondensator, ein Dämpfungsglied zum Dämpfen des Treibersignals und eine Recheneinheit zum Berechnen einer Differenz zwischen einem Signal der ersten Elektrode und dem Treibersignal nach der Dämpfung durch das Dämpfungsglied umfasst.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 5, wobei die Treiberschaltung eine Verstärkungseinstellschaltung zum Einstellen einer Dämpfungsverstärkung des Treibersignals von dem Dämpfungsglied umfasst.
Konzentrationsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Treiberschaltung umfasst: eine Phasenumkehrschaltung zum Umkehren einer Phase eines Schwingungssignals, eine Amplitudeneinstellschaltung zum Einstellen einer Amplitude des Schwingungssignals, den Kondensator, der mit der ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist, einen ersten Treiberverstärker, in den das nach der Amplitudeneinstellung von der Amplitudeneinstellschaltung ausgegebene Schwingungssignal eingegeben wird, und zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers über den Kondensator, und einen mit der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbundenen zweiten Treiberverstärker zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers durch das Schwingungssignal mit der durch die Phasenumkehrschaltung umkehrten Phase.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 7, das eine erste Anfangseinstellungsschaltung zum Überwachen eines Detektionssignals der ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers gemäß einem Befehl, wenn der Hohlraum leer ist, und zum derartigen Steuern der Amplitudeneinstellschaltung, dass das Detektionssignal minimiert wird, umfasst.
Konzentrationsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Treiberschaltung umfasst: einen dritten Treiberverstärker, in den ein Schwingungssignal eingegeben wird, der mit der ersten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist, und zum Treiben des piezoelektrischen Schwingungserzeugers, eine Phasenumkehrschaltung, die mit der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Schwingungserzeugers verbunden ist und den Kondensator aufweist, der in einer Rückkopplungsschleife angeordnet ist, zum Umkehren einer Phase eines an der zweiten Elektrode detektierten Detektionssignals und Ausgeben des Detektionssignals mit der umgekehrten Phase, eine Verstärkungseinstellschaltung zum Einstellen einer Verstärkung eines von dem dritten Treiberverstärker ausgegebenen Treibersignals, und eine Addierschaltung zum Addieren des Detektionssignals, dessen Phase umkehrt wird und das von der Phasenumkehrschaltung ausgegeben wird, und des Treibersignals, dessen Verstärkung an der Verstärkungseinstellschaltung eingestellt wird.
Konzentrationsmessgerät nach Anspruch 9, das eine zweite Anfangseinstellungsschaltung zum Überwachen eines Ausgangssignals der Addierschaltung gemäß einem Befehl, wenn der Hohlraum leer ist, und zum derartigen Steuern der Verstärkungseinstellschaltung, dass das Ausgangssignal minimiert wird, umfasst.