JP2002005862A - 塩分濃度測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩分濃度測定回路の測定誤差を校正するため
の部品を不要とする。 【解決手段】 一対の電極間に高周波交流電圧を印加す
る。この状態で、前記電極間に試料を配置する。前記電
極間では、例えば塩分の量に応じて抵抗値が変化する。
この状態で、アナログスイッチ等を用いて同期整流し、
同期整流された電圧値から換算して（塩分の）濃度を求
める。ここで、測定電極の一方には、基準抵抗を直列接
続し、他方にはコンデンサーを直列接続する。コンデン
サーは交流成分のみ通過するため、電極間には高周波の
交流成分のみ印加される。同期整流のAD変換後は、直流
電圧の差分をとることで、これが高周波電圧の絶対値と
なり、AD変換器のオフセット分誤差をなくすことができ
る。また、電源電圧とAD変換器の基準電圧を共通とする
ことで、電源電圧の低下による誤差を相殺することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塩分濃度測定回路
に係り、特に、相対する電極を電解液に浸し、液体の導
電率から電解液の濃度を求める装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４を用いて従来の技術の構成を簡単
に説明する。

【０００３】この従来技術では、正帰還回路による自励
発振回路を構成し、測定電極間の導電率変化により発振
周波数が変化する。発振周波数が決定される要素は固定
抵抗器１００、半固定抵抗器１０６の抵抗値、コンデン
サー１１４の電気容量、ORゲート１１２のしきい値、測
定電極１１６と測定電極１１８の電極間導電率である。

【０００４】NPNトランジスタ１０８とPNPトランジスタ
１１０からなる発振部は、ORゲート１１２の出力がL（L
owレベル）のとき発振が停止し、H（Highレベル）のと
き発振が継続する。

【０００５】固定抵抗器１０２は測定しようとする測定
電極１１６と測定電極１１８の電極間導電率に対して影
響を与えない十分大きな抵抗値であって、測定電極間に
電流が全く流れない状態であっても自励発振を継続させ
るためのものである。

【０００６】ORゲート１１２がHの時間を一定にし、そ
のORゲート１１２がHのときのORゲート出力のパルス数
をカウンタでカウントすることにより、測定回路の発振
周波数を計数することができる。

【０００７】ORゲート１１２の出力の計数値から測定電
極間の電解液の濃度を求めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、コンデンサー１１４の電気容量誤差は量
産されている最高品質のものを用いても塩分計として必
要な誤差範囲内に抑えることは困難である。従って、こ
の回路の測定誤差を校正するために半固定抵抗器１０６
が必要となる、という問題がある。

【０００９】本発明は、上記問題を解決すべく成された
もので、測定回路の測定誤差を校正するための部品を不
要とすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、一対の測定電極と、前記測定電極間に高周波交流電
圧を印加する交流電圧印加手段と、前記測定電極に流れ
る電流を同期整流する同期整流回路と、同期整流された
電圧に基づいて、前記電極間に配置される試料の濃度値
を換算する換算手段と、を有することを特徴としてい
る。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記同期整流回路にアナログスイッチ
が適用されていることを特徴としている。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記換算手段の電圧読取
りをAD変換器で行い、当該測定電極に供給する電源電圧
と前記AD変換器の基準電圧が共通であることを特徴とし
ている。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記測定
電極の一方には基準抵抗が直列接続され、他方には、交
流成分のみを通過させるコンデンサーが直列接続されて
いることを特徴としている。

【００１４】請求項１に記載の発明によれば、一対の電
極間に高周波交流電圧を印加する。この状態で、一対の
電極間に試料を配置する。例えば、試料が液体であれ
ば、この一対の電極を液体に浸漬する。これにより、一
対の電極間では、例えば塩分の量に応じて抵抗値が変化
する。この状態で、請求項２のアナログスイッチ等を用
いて同期整流し、同期整流された電圧値から換算して
（塩分の）濃度を求める。ここで、測定電極の一方に
は、基準抵抗を直列接続し、他方にはコンデンサーを直
列接続する。コンデンサーは交流成分のみ通過する（請
求項４）。このため、電極間には高周波の交流成分のみ
印加されることになる。同期整流のAD変換後は、直流電
圧の差分をとることで、これが高周波電圧の絶対値とな
り、AD変換器のオフセット分誤差をなくすことができ
る。また、請求項２に示す如く、電源電圧とAD変換器の
基準電圧を共通とすることで、電源電圧の低下による誤
差を相殺することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１には、本実施の形態に係る塩
分濃度測定回路Sが示されている。

【００１６】塩分濃度測定回路Sは、図１に示すよう
に、本体１０に長尺のセンサプローブ１２が備え付けら
れている。センサプローブ１２の先端はセンサー部１４
となっている。本体１０の長手方向両端部の主面にはに
はそれぞれ電源スイッチ１６、測定／調整スイッチ１８
が設けられ、その間に表示部２０が備え付けられてい
る。塩分濃度表示部２０は、塩分濃度表示部２２と味覚
レベル表示部２４から構成されている。

【００１７】ここで、電源スイッチ１６が押圧されると
液晶が測定可能状態となる。

【００１８】この測定可能状態のときに、測定／調整ス
イッチ１８が押圧されると、塩分濃度の測定が開始され
る。また、この測定／調整スイッチ１８と電源スイッチ
１６とが同時に押圧されることで、塩分計の調整が可能
となっている。

【００１９】塩分濃度表示部２２に測定された塩分濃度
値は、７セグメントの液晶表示であり、２桁で表示され
る（１の位と小数点第１位との％表示）。

【００２０】味覚レベル表示部２４には、塩分濃度値に
応じたレベルのグラフィック表示も液晶表示とされ、段
階的なレベルで表示される。

【００２１】図２に示される如く、塩分濃度測定装置S
はコントロール部２６を備えている。コントロール部２
６は、I／Oポート２８、RAM３０、CPU３２、ROM３４及
びこれらを接続するバス３６で構成されている。I／Oポ
ート２８には、表示部２０及びセンサー部３８及びブザ
ー４０が接続されている。センサー部３８は電源４０に
より動作するようになっており、電源スイッチ１６によ
りオン／オフ可能となっている。この電源４０のプラス
側はAD変換器４２に接続されている。また、I／Oポート
２８には測定／調整スイッチ１８が接続されている。

【００２２】センサー部３８には対の測定電極４４、４
６が設けられている。測定電極４４と基準抵抗としての
標準抵抗４８及びインバーター５０が直列に接続され、
測定電極４６にはコンデンサー５２を介して接地されて
いる。インバーター５０と標準抵抗４８の間からは、ス
イッチ５４のON・OFFをさせるための信号線が分岐さ
れ、また、インバーター５０の入力側からは測定スイッ
チ５６のON・OFFをさせるための信号線が分岐されてい
る。

【００２３】スイッチ５４及びスイッチ５６はAD変換器
４２へそれぞれ接続されている。スイッチ５４及びスイ
ッチ５６とAD変換器４２の途中にはそれぞれ一端が接地
されたコンデンサー５８及びコンデンサー６０の他端に
接続されている。スイッチ５４及びスイッチ５６の他端
は共通とされ、測定電極４４と標準抵抗４８の間に接続
されている。

【００２４】I／Oポート２８はセンサー部３８のAD変換
器４２が接続されている。

【００２５】図３には、コントロール部２６の機能ブロ
ック図が示されている。センサー部３８のAD変換器４２
からは、コントロール部２６へ電圧信号が送られ、電圧
−塩分濃度変換部６２へと接続されている。電圧−塩分
濃度変換部６２は電圧値から塩分濃度値へと変換するた
めのデータベースであるLUT６４と接続されており、塩
分濃度値を表示するために塩分濃度表示部１６へと接続
されている。一方、電圧−濃度変換部６２からは濃度−
味覚レベル変換部６４へも接続されており、この濃度−
味覚レベル変換部６４は塩分濃度値から味覚レベルへと
変換するためのデータベースであるLUT６８と接続され
ており、味覚レベルを表示するために味覚レベル表示部
２４へと接続されている。

【００２６】上記構成の濃度測定は、アナログスイッチ
による同期整流により検出、測定電極に供給する電源と
AD変換器の基準電圧が同じであること、基準抵抗を直列
に接続したとき電極の電圧を測定、に特徴がある。この
ため、AD変換器の基準電圧を基準抵抗Rrefにかかる電圧
と共通とすることにより、V２＝V１×（Rref／（Rref＋
Rx））の関係から、AD変換器の基準電圧をV１とするとA
D変換器の読み取り値AD_INはAD_IN＝AD変換器の分解能×
（Rx／（Rref＋Rx））となり、V２をAD変換した結果がV
１の変動を受けない。また、測定誤差調整用の部品点数
が減少し、測定に誤差を与える部分のばらつきを軽減し
ている。

【００２７】上記説明した本発明の実施の形態の具体的
仕様を以下に記載する。

【００２８】 （仕様） 名 称 塩分濃度計 形 式 EB−１５８K 測定形式 電導度測定方式 表 示 ７セグメントLCD／２ケタ表示 測定範囲 ０．０〜５．０％ 測定精度 ±０．１％（濃度０．０〜２．０％の常温液体において） 測定環境 液温：０〜８０℃ 室温：１０〜４０℃ 電源電圧 DC３V（リチウム電池CR2032×１個） 外形寸法 １５８mm×３０mm×１４mm（長さ×最大幅×最大厚さ） 重 量 約２８g（電池を含む） 耐熱温度 １００℃ 材 質 本体：ABS樹脂 センサープローブ部：P.P（ポリプロピレン樹脂）または変性PPE 樹脂 センサー部：真鍮に金メッキ処理 以下、実施の形態の作用について説明する。

【００２９】（測定の準備）図４（A）のように、セン
サー部１４が汚れていないか確認をし、汚れていた場合
は正確な測定ができないため中性洗剤で洗浄した後によ
く水洗いしておく。

【００３０】被測定物をよくかき混ぜ、均一な状態にし
ておく。

【００３１】電源スイッチ１６を押圧し、「ON」状態に
させておく。「ピー」音がなり、約２秒後に図４（B）
に示すような測定可能状態にすることができる。

【００３２】電源スイッチ「ON」後に「ピピピ」音に続
いて、図４（C）に示すように液晶画面上に電圧不足の
マークが表示された場合は、電池電圧が低下（２．５V
以下）していることを表しているので、電池（CR２０３
２ ３V）の交換をする必要がある。

【００３３】（塩分濃度及び味覚レベルの測定）スタン
バイ画面表示後、図５（A）のようにセンサー部１４を
被測定物中に入れる。なお、このときセンサープローブ
１２は先端から１５mm（ストレート形状の付け根部分）
以上を目安に入れる。

【００３４】図５（B）に示すように測定／調整スイッ
チ１８は押印されると「ピ」音が同時に鳴り、測定が開
始されたことが確認される。

【００３５】約5秒後、「ピピ」音と同時に塩分濃度と
味覚レベルを図５（C）のように塩分濃度表示部２２及
び味覚レベル表示部２４に表示される。これにより測定
が完了したことが使用者に伝えられる。

【００３６】塩分濃度と味覚レベルの関係は以下のよう
に設定されている。

【００３７】

【表１】

【００３８】（塩分計の調整方法）センサー部１４は金
属メッキによって保護されているが、使用回数や時間の
経過により性能が変化してくる。これは経年変化と呼ば
れるもので、一般的にはどんな材料にもこの性質があ
る。本実施例では、センサー部１４が性能変化しても常
に正確な塩分濃度測定ができるように調整機能がつけら
れている。調整にあたっては生理食塩水（０．９％塩化
ナトリウム水溶液）を用いて行う。

【００３９】電源スイッチ「OFF」の状態を確認してか
ら、図６（A）のように測定／調整スイッチ１８を押印
しつづけたまま電源スイッチ１６を「ON」にする。

【００４０】図６（B）に示すように、調整可能状態を
表す文字が表示部２０の液晶画面に表示され、味覚レベ
ルが流れ表示となり、調整可能な状態になる。

【００４１】図７（A）に示すように、センサー部１４
を生理食塩水に入れ、測定スイッチ１８を押印する。こ
のとき「ピ」音が同時に発せられる。

【００４２】約５秒後、「ピピ」音と同時に図７（B）
に示すように表示部２０に塩分濃度が０．９％であると
いう表示がされ、調整が完了される。

【００４３】約３秒後、自動的に電源が切れる。（オー
トパワーオフ） 調整が正しく行われないときは「ピピピ」音と同時に図
７（C）のようなエラー表示がされ、３秒後に電源が切
れる。この場合は再度塩分計の調整を最初からやり直
す。

【００４４】なお、測定上の注意点は以下の通りであ
る。

【００４５】塩分濃度を測定できる被測定物の温度は０
〜８０℃である。この温度範囲外では、正確な測定がで
きない。

【００４６】センサー部１４は、図８（A）に示すよう
に容器の側面や底から１cm離し、また固形物に触れない
ようにする。容器や固形物などに触れると、実際よりも
低めに塩分濃度を表示する場合がある。

【００４７】食塩以外に、カリウム、マグネシウムなど
を多く含む被測定物は、実際の塩分濃度よりも高めに表
示される。

【００４８】粘度の高い（とろみのある）被測定物は、
実際よりも低めに塩分濃度を表示する場合がある。

【００４９】油分を多く含む被測定物は、図８（B）に
示すようにセンサー部１４の電極表面に油膜ができるた
め正しく測定できないことがある。

【００５０】固形物は、ミキサーなどで均一な液状にし
てから測定する。

【００５１】センサー部１４は、図８（C）のように沸
騰したものの中に入れない。

【００５２】以下に、取り扱い上の注意を述べる。

【００５３】使用後は中性洗剤をつけてセンサー部１４
を洗浄し、図９（A）に示すように水で十分に洗い流し
た後、乾いた布やティッシュペーパーで水滴を拭き取
る。（図９（B）） センサープローブ１２以外では防水構造ではないため、
本体１０には水が入らないように注意する。

【００５４】汚れの拭き取りには、シンナーやベンジン
などは変質や故障の原因になるので、シンナーやベンジ
ンなどは絶対に使わない。

【００５５】センサー部１４（先端の金属部と周辺）
は、非常にデリケートであるから、落としたり、強い力
を加えたり、傷などをつけないように注意する。

【００５６】高温や直射日光のあたるところ、湿気の多
いところ、ほこりの多いところでの保管は避ける。

【００５７】測定時以外は、センサー部１４を液体など
につけたままにしない。

【００５８】食品以外の液体塩分測定は絶対に行わな
い。

【００５９】次に、濃度測定の時の信号の流れについて
説明する。

【００６０】図１０及び１２は、図２の濃度測定に必要
な部位を瞬間的な状態（スイッチ５４、５６の状態）を
抽出したものであり、この図１０に示すように、測定ク
ロックからセンサー部３８にパルス波形を入力すると、
インバーター５０の入力側と出力側でパルスの位相が反
転する（デューティー５０）。入力側パルスが図１１
（A）で表されるとき、出力側パルスは図Y（B）で表さ
れる。反転したパルス波形電圧は標準抵抗４８、対の測
定電極４４及び４６の電極間、測定電極４６に接続され
ている接地されたコンデンサー５２に電圧がかかること
になる。コンデンサー５２にはパルス波形の電圧の直流
成分V１／２が充電される。コンデンサー５２は交流成
分のみしか通さず、従って、測定電極４４には図１１
（C）のような電圧がかかり、図１１（D）に示すよう
に、対の測定電極４４及び４６の間の電圧は交流成分の
みになる。スイッチ５４及び５６はパルスがHレベルの
ときONになり、LレベルのときOFFになるように設定して
おく。インバーター５０の入力側がLレベルであって、
出力側がHレベルであるとき、スイッチ５４がONの状態
になるので、コンデンサー５２へ蓄えられた直流成分V
１／２と対の測定電極４４及び４６の電極間電圧の直流
成分は、コンデンサー５８に蓄えられる。

【００６１】そしてパルス幅T秒経過後、図１２に示す
ように、インバーター５０の入力側ではパルスがHレベ
ルになり、スイッチ５６がONになる。同時にインバータ
ーの出力側ではパルスがLレベルとなり、スイッチ５４
がOFFとなるので、コンデンサー５８に蓄えられていた
電荷は放出されて整流電流となりAD変換器４２へ電流が
流れる。

【００６２】さらにパルス幅T秒経過後、図Xに示すよう
に、インバーター５０の入力側ではパルスがLレベルに
なり、スイッチ５６がOFFになる。同時にインバーター
の出力側ではパルスがHレベルとなり、スイッチ５４がO
Nとなるので、コンデンサー６０に蓄えられていた電荷
は放出されて整流電流となりAD変換器４２へ電流が流れ
る。

【００６３】AD変換後の流れを図３に示す。

【００６４】測定された２つの電圧値は、AD変換器４２
で電圧値をAD変換した後、デジタル量の電圧値がコント
ロール部２６の電圧−塩分濃度変換部６２へデータ転送
される。

【００６５】電圧−塩分濃度変換部６２では、前記測定
された２つの電圧値の差を求める。このとき、図１３に
示すように、コンデンサー５８に蓄えられた電荷に起因
する電圧値V３（図（A））からコンデンサー６０に蓄え
られた電荷に起因する電圧値V４（図（B））を差し引く
ことにする。図１３（C）に示した電圧の差V３−V４
が、コンデンサー５２で蓄えられた電荷による電圧値V
１／２を打ち消し合うため、対の電極４４及び４６の電
極間の電圧値に等しくなる。電圧値から塩分濃度変換の
ためのデータベースであるLUT６４を基にして、前記電
圧値の差から塩分濃度を求める。その後、塩分濃度表示
部２２へ命令を出し、この変換結果を表示させる。

【００６６】一方、この塩分濃度値は電圧−塩分濃度変
換部６２から濃度−味覚レベル変換部６６へもデータを
転送している。この濃度−味覚レベル変換部６６では、
塩分濃度値から味覚レベル変換のためのデータベースで
あるLUT６８を基にして、塩分濃度値から味覚レベルを
求める。その後、味覚レベル表示部２４へ命令を出し、
この変換結果を表示させる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
両測定電極での電圧値を同期整流して電圧値の差を求め
る方法を用いるため、測定精度に影響を与える誤差成分
を自動的に排除でき、誤差調整用の部品点数を抑えるこ
とができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る塩分濃度測定回路を用いた
塩分濃度測定装置の斜視図である。

【図２】塩分濃度測定装置の回路構成図である。

【図３】塩分濃度測定装置のコントロール部の機能ブロ
ック図である。

【図４】（A）は測定準備における、本発明のセンサー
部の拡大図、（B）及び(C）は表示部の正面図である。

【図５】（A）及び（B）は測定時の状態を示す外観図及
び本体、（C）は表示部の正面図である。

【図６】調整時における、本発明の本体及び表示部の正
面図である。

【図７】調整時における、本発明の外観及び表示部の正
面図である。

【図８】本発明を用いた、測定上の注意点の説明図であ
る。

【図９】本発明を用いた、取扱上の注意点の説明図であ
る。

【図１０】塩分濃度測定装置の測定部の回路図である
（スイッチ５４オン、スイッチ５６オフ）

【図１１】本発明の実施の形態に係る、インバーターの
入力側及び出力側及び基準抵抗に直列接続された測定電
極及び一対の測定電極間のパルス波形図である。

【図１２】塩分濃度測定装置の測定部の回路図である
（スイッチ５４オフ、スイッチ５６オン）。

【図１３】同期整流された電圧値及びその差を表す図で
ある。

【図１４】（A）は従来の濃度測定装置の回路図、（B）
は波形図である。

【符号の説明】

１０ 本体 １２ センサプローブ １４ センサー部 １６ 電源スイッチ １８ 測定／調整スイッチ ２０ 表示部 ２６ コントロール部 ３８ センサー部 ４２ AD変換器 ４４ 測定電極 ４６ 測定電極 ４８ 標準抵抗（基準抵抗） ５０ インバーター ５２ コンデンサー ５４ スイッチ ５６ スイッチ ５８ コンデンサー ６０ コンデンサー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の測定電極と、前記測定電極間に高
   周波交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、前記測定
   電極に流れる電流を同期整流する同期整流回路と、同期
   整流された電圧に基づいて、前記電極間に配置される試
   料の濃度値を換算する換算手段と、を有する塩分濃度測
   定回路。
2. 【請求項２】 前記同期整流回路にアナログスイッチが
   適用されていることを特徴とする請求項１記載の塩分濃
   度測定回路。
3. 【請求項３】 前記換算手段の電圧読取りをAD変換器で
   行い、当該測定電極に供給する電源電圧と前記AD変換器
   の基準電圧が共通であることを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載の塩分濃度測定回路。
4. 【請求項４】 前記測定電極の一方には基準抵抗が直列
   接続され、他方には、交流成分のみを通過させるコンデ
   ンサーが直列接続されていることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３のいずれか１項記載の塩分濃度測定回路。