JP2001033498A - 電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置 - Google Patents
電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置Info
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- JP2001033498A JP2001033498A JP11210962A JP21096299A JP2001033498A JP 2001033498 A JP2001033498 A JP 2001033498A JP 11210962 A JP11210962 A JP 11210962A JP 21096299 A JP21096299 A JP 21096299A JP 2001033498 A JP2001033498 A JP 2001033498A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 果実などの導電性を有する被測定物体固有の
電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つを、被測定物体
を破壊することなく正確に測定できる測定装置を提供す
ること。 【解決手段】 導電性を有する被測定物体１を挟んで少
なくとも１組の金属電極３、３を配置する。該各金属電
極３、３と該被測定物体１との間に柔軟性絶縁薄膜２，
２を設け、少なくとも二つ以上の周波数を用いて該被測
定物体１及び該柔軟性絶縁薄膜２，２の静電容量を算出
し、該静電容量から被測定物体１に接する実効的な電極
接触面積を算出して、被測定物体固有の電気抵抗率及び
誘電率の少なくとも１つを測定する。
電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つを、被測定物体
を破壊することなく正確に測定できる測定装置を提供す
ること。 【解決手段】 導電性を有する被測定物体１を挟んで少
なくとも１組の金属電極３、３を配置する。該各金属電
極３、３と該被測定物体１との間に柔軟性絶縁薄膜２，
２を設け、少なくとも二つ以上の周波数を用いて該被測
定物体１及び該柔軟性絶縁薄膜２，２の静電容量を算出
し、該静電容量から被測定物体１に接する実効的な電極
接触面積を算出して、被測定物体固有の電気抵抗率及び
誘電率の少なくとも１つを測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気計測装置、特
に電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置に
関する。更に詳しく言えば、例えば、果実などの導電性
を有する被測定物体固有の電気抵抗率及び誘電率の少な
くとも１つを、被測定物体を破壊することなく正確に測
定できる電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定
装置に関する。
に電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置に
関する。更に詳しく言えば、例えば、果実などの導電性
を有する被測定物体固有の電気抵抗率及び誘電率の少な
くとも１つを、被測定物体を破壊することなく正確に測
定できる電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リンゴ、桃等の果実を品質評価する場
合、果実の大きさや、形、色つやなどの外観評価の他
に、味、鮮度、栄養などの質評価は欠かせなく、特に果
実の味は、消費者にとって最も重要な要素であるため、
果実を破壊することなく正確に測定できる装置の開発が
強く求められていた。
合、果実の大きさや、形、色つやなどの外観評価の他
に、味、鮮度、栄養などの質評価は欠かせなく、特に果
実の味は、消費者にとって最も重要な要素であるため、
果実を破壊することなく正確に測定できる装置の開発が
強く求められていた。
【０００３】このような要請に応えるため、果実の味成
分の主要な要素が糖度と酸度とであることから、糖度と
酸度とに非常に密接な相関を有する電気抵抗率、誘電率
を測定することにより、果実の味成分を予め、果実を破
壊することなく測定する技術が開発されている。例え
ば、実開昭５７−１７４４１号公報には、果実の外部に
離間して少なくとも１組の電極を配置し、電極間の電気
抵抗率、誘電率を測定することにより糖度と酸度とを測
定する装置が記載されている。
分の主要な要素が糖度と酸度とであることから、糖度と
酸度とに非常に密接な相関を有する電気抵抗率、誘電率
を測定することにより、果実の味成分を予め、果実を破
壊することなく測定する技術が開発されている。例え
ば、実開昭５７−１７４４１号公報には、果実の外部に
離間して少なくとも１組の電極を配置し、電極間の電気
抵抗率、誘電率を測定することにより糖度と酸度とを測
定する装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この装置により、果実
の外部に離間して配置される１組の金属電極間の電気抵
抗率、及び誘電率を測定することにより、果実を破壊す
ることなくその糖度と酸度とを算出することが可能とな
った。しかし、この測定装置では、金属電極が導電性の
ある果実に直接接触するため、果実と金属電極との間に
接触電位差が生じ、正確な電気抵抗率、誘電率を測定で
きず、また、二組の電極を必要としなければならないと
いう問題があった。
の外部に離間して配置される１組の金属電極間の電気抵
抗率、及び誘電率を測定することにより、果実を破壊す
ることなくその糖度と酸度とを算出することが可能とな
った。しかし、この測定装置では、金属電極が導電性の
ある果実に直接接触するため、果実と金属電極との間に
接触電位差が生じ、正確な電気抵抗率、誘電率を測定で
きず、また、二組の電極を必要としなければならないと
いう問題があった。
【０００５】また、測定の対象となる果実の形状は対象
毎に異なるため、金属電極を果実に接触させた場合、金
属電極と果実との曲率が相違し、正確な電極接触面積を
把握できず、このため、電気抵抗率や誘電率を求める上
で必要な電気力線が通る面積及び距離の正確な値を把握
できないという問題があった。
毎に異なるため、金属電極を果実に接触させた場合、金
属電極と果実との曲率が相違し、正確な電極接触面積を
把握できず、このため、電気抵抗率や誘電率を求める上
で必要な電気力線が通る面積及び距離の正確な値を把握
できないという問題があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、果実等の導電性
を有する被測定物体の電気抵抗率及び誘電率の少なくと
も１つを被測定物体と金属電極との間に接触電位差が生
じることなく、また、被測定物体と金属電極との正確な
電極接触面積を把握することにより、正確に測定するこ
とができる電気抵抗率、誘電率測定装置を提供すること
にある。
を有する被測定物体の電気抵抗率及び誘電率の少なくと
も１つを被測定物体と金属電極との間に接触電位差が生
じることなく、また、被測定物体と金属電極との正確な
電極接触面積を把握することにより、正確に測定するこ
とができる電気抵抗率、誘電率測定装置を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の電気抵抗率、誘
電率測定装置は、かかる状況に鑑みて開発されたもので
あり、電極と果実等の被測定物体との間に柔軟性絶縁薄
膜を施すことにより電極と被測定物体との間に生じる接
触電位差を排除し、また、該柔軟性絶縁薄膜の既知なる
誘電率を用いて、電極と果実等の被測定物体とに挟まれ
る該柔軟性絶縁薄膜によって形成される静電容量を少な
くとも二つ以上の電圧周波数を用いて算出することによ
り、１組のみの電極で被測定物体に接する実効的な電極
接触面積を算定するようにしたものである。
電率測定装置は、かかる状況に鑑みて開発されたもので
あり、電極と果実等の被測定物体との間に柔軟性絶縁薄
膜を施すことにより電極と被測定物体との間に生じる接
触電位差を排除し、また、該柔軟性絶縁薄膜の既知なる
誘電率を用いて、電極と果実等の被測定物体とに挟まれ
る該柔軟性絶縁薄膜によって形成される静電容量を少な
くとも二つ以上の電圧周波数を用いて算出することによ
り、１組のみの電極で被測定物体に接する実効的な電極
接触面積を算定するようにしたものである。
【０００８】具体的には、本発明の電気抵抗率及び誘電
率の少なくとも１つの測定装置は、導電性を有する被測
定物体を挟んで配置される少なくとも１組の電極と、該
各電極と該被測定物体との間に設けられる誘電率と厚み
とが既知の柔軟性絶縁薄膜と、少なくとも二つ以上の周
波数で該金属電極間の複素インピーダンスが測定可能な
インピーダンス計と、該インピーダンス計に接続されて
該被測定物体及び該柔軟性絶縁薄膜の静電容量を算出
し、該静電容量から該被測定物体に接する実効的な電極
接触面積を算出し、さらに電気抵抗率及び誘電率の少な
くとも１つを計算する手段とを含むことを特徴とする。
率の少なくとも１つの測定装置は、導電性を有する被測
定物体を挟んで配置される少なくとも１組の電極と、該
各電極と該被測定物体との間に設けられる誘電率と厚み
とが既知の柔軟性絶縁薄膜と、少なくとも二つ以上の周
波数で該金属電極間の複素インピーダンスが測定可能な
インピーダンス計と、該インピーダンス計に接続されて
該被測定物体及び該柔軟性絶縁薄膜の静電容量を算出
し、該静電容量から該被測定物体に接する実効的な電極
接触面積を算出し、さらに電気抵抗率及び誘電率の少な
くとも１つを計算する手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の態様を説明する。図１は、本発明による測定装置
の概要を示している。導電性を有する被測定物体１、例
えばリンゴ、を挟んで表面に所定面積の１組の金属電極
３、３が互いに対向状に配置されている。各金属電極
３、３の被測定物体１との接触面に、厚み、及び誘電率
が既知であるゴム、合成樹脂等の柔軟性絶縁薄膜２、２
が設けられ電極Ａ，Ｂが形成されている。
実施の態様を説明する。図１は、本発明による測定装置
の概要を示している。導電性を有する被測定物体１、例
えばリンゴ、を挟んで表面に所定面積の１組の金属電極
３、３が互いに対向状に配置されている。各金属電極
３、３の被測定物体１との接触面に、厚み、及び誘電率
が既知であるゴム、合成樹脂等の柔軟性絶縁薄膜２、２
が設けられ電極Ａ，Ｂが形成されている。
【００１０】各金属電極３、３の端部は、インピーダン
ス計４及び周波数を各金属電極に付与する交流電源に接
続されている。インピーダンス計４は、被測定物体１及
び柔軟性絶縁薄膜２，２の静電容量を算出し、この静電
容量から被測定物体１に接する実効的な電極接触面積を
算出し、さらに、電気抵抗及び誘電率の少なくとも１つ
を計算する計算手段５に接続されている。
ス計４及び周波数を各金属電極に付与する交流電源に接
続されている。インピーダンス計４は、被測定物体１及
び柔軟性絶縁薄膜２，２の静電容量を算出し、この静電
容量から被測定物体１に接する実効的な電極接触面積を
算出し、さらに、電気抵抗及び誘電率の少なくとも１つ
を計算する計算手段５に接続されている。
【００１１】図２は、図１に示す測定装置の金属電極３
から被測定物体１を挟む金属電極３までの等価電気回路
を示している。図１に示す測定装置の電極Ａ、Ｂ間に形
成される回路ａは、被測定物体１の静電容量ＣSと被測
定物体１の抵抗Ｒとの並列回路の両端に、各金属電極
３、３と被測定物体１との間に挟まれる各柔軟性絶縁薄
膜２、２によって作られる静電容量Ｃ1及び静電容量Ｃ2
が直列に接続する回路として表すことができる。この回
路ａの静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とは、合成静電容量Ｃ
Pと等価になることから、回路ａは回路ｂと等価回路に
なる。なお、合成静電容量ＣPは、次式で表される。
から被測定物体１を挟む金属電極３までの等価電気回路
を示している。図１に示す測定装置の電極Ａ、Ｂ間に形
成される回路ａは、被測定物体１の静電容量ＣSと被測
定物体１の抵抗Ｒとの並列回路の両端に、各金属電極
３、３と被測定物体１との間に挟まれる各柔軟性絶縁薄
膜２、２によって作られる静電容量Ｃ1及び静電容量Ｃ2
が直列に接続する回路として表すことができる。この回
路ａの静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とは、合成静電容量Ｃ
Pと等価になることから、回路ａは回路ｂと等価回路に
なる。なお、合成静電容量ＣPは、次式で表される。
【数１】
【００１２】今、金属電極３，３と被測定物体１とに挟
まれる柔軟性絶縁薄膜２、２の厚みｔ、誘電率εが既知
であるとすると、金属電極３、３と被測定物体１とによ
って挟まれる柔軟性絶縁薄膜２、２によって形成される
静電容量ＣPの値が算出できれば、被測定物体１に接す
る実効的な面積が算出できることになる。
まれる柔軟性絶縁薄膜２、２の厚みｔ、誘電率εが既知
であるとすると、金属電極３、３と被測定物体１とによ
って挟まれる柔軟性絶縁薄膜２、２によって形成される
静電容量ＣPの値が算出できれば、被測定物体１に接す
る実効的な面積が算出できることになる。
【００１３】以下、その計算方法を説明する。第１図に
おいて電極Ａ、Ｂ間で観測されるインピーダンスＺは次
式で表される。 Ｚ＝α−ｊβ （１） だだし、
おいて電極Ａ、Ｂ間で観測されるインピーダンスＺは次
式で表される。 Ｚ＝α−ｊβ （１） だだし、
【数２】 および
【数３】 ただし、ＲとＸSはそれぞれ被測定物体１の抵抗分とリ
アクタンス分であり、ＸPは電極Ａ、Ｂと被測定物体１
との間に生じるリアクタンス分である。
アクタンス分であり、ＸPは電極Ａ、Ｂと被測定物体１
との間に生じるリアクタンス分である。
【００１４】そして、電極Ａ，Ｂ間に与えられる電流の
測定周波数をｆとすれば、リアクス分ＸPとＸSはそれぞ
れ次式で与えられる。
測定周波数をｆとすれば、リアクス分ＸPとＸSはそれぞ
れ次式で与えられる。
【数４】 および、
【数５】 ただし、ＫP＝１／２πＣP、およびＫS＝１／２πＣSで
ある。
ある。
【００１５】今、測定はｆ1およびｆ2なる二つの周波数
で行うものとし、それれぞれの周波数に対して得られる
測定値に１および２なる下添え字をつけるものとすれ
ば、（２）式から以下の式が得られる。
で行うものとし、それれぞれの周波数に対して得られる
測定値に１および２なる下添え字をつけるものとすれ
ば、（２）式から以下の式が得られる。
【数６】
【数７】 上式（６）、（７）から、
【数８】 を得る。故に、上式から、
【数９】 を得る。
【００１６】（９）式を（６）式に代入して次式を得
る。
る。
【数１０】 更に、上式の両辺をＲ2で割り、かつ（α1−α2）を掛
けると次式を得る。
けると次式を得る。
【数１１】 故に、上式を整理して次式を得る。
【数１２】
【００１７】更に、（９）式により、
【数１３】 を得る。更に、（３）式により、
【数１４】 ここで、電極が平行平板であり、エッジ効果が無視でき
ると仮定して、
ると仮定して、
【数１５】 および、
【数１６】 を得る。ただし、Ｓは被測定物体１に対する電極の接触
面積、ｄは電極間距離、ｔは柔軟性絶縁薄膜２，２の厚
み、そして、εｓ及びεｐは、それぞれ被測定物体１の
誘電率、及び柔軟性絶縁薄膜の誘電率である。
面積、ｄは電極間距離、ｔは柔軟性絶縁薄膜２，２の厚
み、そして、εｓ及びεｐは、それぞれ被測定物体１の
誘電率、及び柔軟性絶縁薄膜の誘電率である。
【００１８】このようにして、二つの周波数ｆ1および
ｆ2を測定して電極Ａ，Ｂ間のインピーダンスＺ＝α−
ｊβを測定することにより、被測定物体１の静電容量と
柔軟性絶縁薄膜２、２の静電容量が別々に求められるの
で、柔軟性絶縁薄膜２、２の厚みｔと誘電率εｐは既知
であるから、さらに電極間距離ｄは被測定物体１の外か
ら計測可能であるから（１５）式と（１６）式の比を取
ることにより被測定物体１の誘電率εｓが求まる。すな
わち、
ｆ2を測定して電極Ａ，Ｂ間のインピーダンスＺ＝α−
ｊβを測定することにより、被測定物体１の静電容量と
柔軟性絶縁薄膜２、２の静電容量が別々に求められるの
で、柔軟性絶縁薄膜２、２の厚みｔと誘電率εｐは既知
であるから、さらに電極間距離ｄは被測定物体１の外か
ら計測可能であるから（１５）式と（１６）式の比を取
ることにより被測定物体１の誘電率εｓが求まる。すな
わち、
【数１７】
【００１９】さらに（１６）式から接触面積Ｓが算出で
きるから、次式により被測定物体１の抵抗率ρが算出で
きる。
きるから、次式により被測定物体１の抵抗率ρが算出で
きる。
【数１８】 以上が平行平板の電極に対する理論であるが、エッジ効
果や電極の曲率による誤差に対する若干の修正が必要で
あることは言うまでもない。
果や電極の曲率による誤差に対する若干の修正が必要で
あることは言うまでもない。
【００２０】上述した計算手法を検証するため、一般の
電子回路部品を用いて図３に示す検証装置を作成し検証
実験を行った。この検証実験では、端子Ｃ、Ｄ間の電
圧、回路に流れ込む電流、及び該電圧と該電流との位相
差を計測し、上記計算手法によって該被測定回路網内の
回路素子（静電容量ＣS、ＣP、電気抵抗Ｒ）が個別に算
定できるかを検証した。
電子回路部品を用いて図３に示す検証装置を作成し検証
実験を行った。この検証実験では、端子Ｃ、Ｄ間の電
圧、回路に流れ込む電流、及び該電圧と該電流との位相
差を計測し、上記計算手法によって該被測定回路網内の
回路素子（静電容量ＣS、ＣP、電気抵抗Ｒ）が個別に算
定できるかを検証した。
【００２１】測定周波数１ＫＨZと２ＫＨZとした。ま
た、静電容量ＣPの設定値が３．１０μＦ（実験１）の
場合と０．５１μＦ（実験２）との２種類用意して行っ
た。表１に各回路素子の実際の値と、外部電圧、外部電
流および位相差から求めた実験結果を示す。
た、静電容量ＣPの設定値が３．１０μＦ（実験１）の
場合と０．５１μＦ（実験２）との２種類用意して行っ
た。表１に各回路素子の実際の値と、外部電圧、外部電
流および位相差から求めた実験結果を示す。
【表１】
【００２２】実験結果から明らかなように、上述の計算
手法を用いると、電気抵抗Ｒについては、設定値に対す
る測定値の誤差は僅かであるが、静電容量ＣS、ＣPにつ
いては、測定値の若干の誤差がありそれほど精度が高く
ないが、ＣSとＣPとを分離して測定できることが検証で
きた。
手法を用いると、電気抵抗Ｒについては、設定値に対す
る測定値の誤差は僅かであるが、静電容量ＣS、ＣPにつ
いては、測定値の若干の誤差がありそれほど精度が高く
ないが、ＣSとＣPとを分離して測定できることが検証で
きた。
【００２３】
【発明の効果】本発明の電気抵抗率及び誘電率の少なく
とも１つの測定装置は、被測定物体と電極との間に誘電
率と厚みが既知な柔軟性絶縁薄膜を設け、二つ以上の電
圧周波数を用いて、被測定物体及び柔軟性絶縁薄膜の静
電容量の値を算出し、これら静電容量の値から被測定物
体に接する電極接触面積を算出するようにしたので、１
組の電極により接触電位差の影響や接触面積の不確定性
を取り除いて正確に被測定物体の電気抵抗率及び誘電率
の少なくとも１つを測定できる。
とも１つの測定装置は、被測定物体と電極との間に誘電
率と厚みが既知な柔軟性絶縁薄膜を設け、二つ以上の電
圧周波数を用いて、被測定物体及び柔軟性絶縁薄膜の静
電容量の値を算出し、これら静電容量の値から被測定物
体に接する電極接触面積を算出するようにしたので、１
組の電極により接触電位差の影響や接触面積の不確定性
を取り除いて正確に被測定物体の電気抵抗率及び誘電率
の少なくとも１つを測定できる。
【００２４】なお、果実等について説明してきたが、糖
度と酸度が電気抵抗率と誘電率とにそれぞれ相関が有る
ことに注目すれば、本発明の電気抵抗率、誘電率測定装
置は、果実に限らず、農産物一般、魚、草木、食料品お
よび人体等の糖酸度の測定に適応できる。
度と酸度が電気抵抗率と誘電率とにそれぞれ相関が有る
ことに注目すれば、本発明の電気抵抗率、誘電率測定装
置は、果実に限らず、農産物一般、魚、草木、食料品お
よび人体等の糖酸度の測定に適応できる。
【図１】本発明の電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１
つの測定装置の一実施の形態を示すブロック図。
つの測定装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】図１の回路図。
【図３】本発明の電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１
つの測定装置の検証装置の回路を示す図。
つの測定装置の検証装置の回路を示す図。
１ 被測定物体 ２ 柔軟性絶縁薄膜 ３ 金属電極 ４ インピ−ダンス計 ５ 計算手段 ｄ 電極間距離 Ａ，Ｂ 電極 Ｃ，Ｄ 端子 Ｃ1，Ｃ2 静電容量 ＣP 合成静電容量 ＣS 被測定物体の静電容量 Ｒ 被測定物体の抵抗 ｒ 電流測定用抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】 導電性を有する被測定物体を挟んで配置
される少なくとも１組の電極と、該各電極と該被測定物
体との間に設けられる誘電率と厚みとが既知の柔軟性絶
縁薄膜と、少なくとも二つ以上の周波数で該金属電極間
の複素インピーダンスが測定可能なインピーダンス計
と、該インピーダンス計に接続されて該被測定物体及び
該柔軟性絶縁薄膜の静電容量を算出し、該静電容量から
該被測定物体に接する実効的な電極接触面積を算出し、
さらに電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つを計算す
る手段とを含むことを特徴とする電気抵抗率及び誘電率
の少なくとも１つの測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11210962A JP2001033498A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11210962A JP2001033498A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033498A true JP2001033498A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16598006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11210962A Withdrawn JP2001033498A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 電気抵抗率及び誘電率の少なくとも１つの測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001033498A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103207216A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-17 | 浙江大学 | 一种球形水果糖度无损检测方法与检测装置 |
| JP2014093268A (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Denso Corp | 静電容量の計測方法及び計測装置、並びに入力装置の製造方法及び製造装置 |
-
1999
- 1999-07-26 JP JP11210962A patent/JP2001033498A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014093268A (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Denso Corp | 静電容量の計測方法及び計測装置、並びに入力装置の製造方法及び製造装置 |
| CN103207216A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-17 | 浙江大学 | 一种球形水果糖度无损检测方法与检测装置 |
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