JP2006105834A - 水質測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の水質測定装置は、特にフロートの形状が球形であるため浮力が大きく、水質センサにあたる水流により自己洗浄が期待できるメリットがあるが、水質センサは水面直下の水質測定に限られ、水面直下よりも深い位置での水質計測を行うことができないという課題があった。
【構成】この発明の水質測定装置においては、被測定液１の水面部に浮上されるフロート３と、このフロートの下部に設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサ４とを備えた水質測定装置において、上記フロートを縦長状に形成し上記水質センサを該フロートの下部に設けるようにして上記課題を解決したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば下水道や河川などの液体の水質、例えばＤＯ（溶存酸素濃度）、ｐＨ、ＯＲＰ（酸化還元電位）、温度、濁度、ＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）、残留塩素などを連続測定する場合などに好ましく用いられる水質測定装置に関するものである。

従来の水質測定装置としては、液体の性状を測定する水質センサを備えたフロート（浮子）と、その上方に配置されてフロートの上下動に追従し、かつフロートから遠ざかる方向に独立して移動または変形可能なガイド部材と、フロートをガイド部材側に繋留する繋留部材と、ガイド部材とフロートとの間においてフロートの水平方向の移動を規制すると共にフロートの上下動に追従するフロート保持部材と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−７２４９０号公報（第１頁、図１）

従来の水質測定装置は以上のように構成されており、特にフロートの形状が球形であるため水質センサは水面直下の水質を測定している。球形によるメリットとして浮力、水質センサに当たる水流による自己洗浄があるが、水面直下よりも深い位置での水質計測を行うことができないという課題があった。
また、被測定液水面の上昇、下降にあわせてフロートが上下運動を行うことを可能にしているが、フロートの形状が球形であるため安定を図るための部品点数が多くなり、従って故障率が高く、メンテナンスが大変であるなどの課題があった。
さらに、水質センサの水深位置はフロートに働く浮力に依存しているため、一定の水深の計測には適しているが、異なる水深について水質を計測するには適さないという課題があった。
さらにまた、水質センサに当たる水流による自己洗浄の働きがあるとはいうものの、特に被測定液が汚泥のような場合には、自己洗浄には限界があるという課題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、水面直下よりも深い位置での水質計測を行うことができる水質測定装置を得ることを第１の目的としている。
また、部品点数が少なく、従って故障率が低く、メンテナンスが容易な水質測定装置を得ることを第２の目的としている。
さらに、所望の異なる水深の水質を計測することができる水質測定装置を得ることを第３の目的としている。
さらにまた、水質センサを上下に可動させる駆動装置と水質センサの洗浄装置を備えることにより、フロートを空気中に移動させて、センサ部の洗浄を自動的に行うことができる水質測定装置を得ることを第４の目的としている。

この発明の水質測定装置においては、被測定液の水面部に浮上されるフロートと、このフロートの下部に設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記フロートを縦長状に形成し上記水質センサを該フロートの下部に設けるようにしたものである。
また、被測定液の水面部に浮上されるフロートと、このフロートの下部に設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記フロートの垂直断面を楕円形円盤状に形成したものである。
さらに、被測定液に浸漬されるフロートと、このフロートに設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記水質センサの水深を設定する水深設定手段と、上記水質センサの水深に応じた信号を出力する水深検知手段と、この水深検知手段の検知結果及び上記水深設定手段で設定された設定値に基づいて上記フロートを昇降させる駆動装置とを備えるようにしたものである。
さらにまた、フロートを昇降させる駆動装置と、この駆動装置が上記フロートを水面上に浮上させたときに水質センサを洗浄するための洗浄装置とを備えるようにしたものである。

この発明は、フロートを縦長状に形成し水質センサを該フロートの下部に設けるようにしたことにより、水質センサの水面からの位置が、フロートが球形の場合に比べて深く潜るので、より深い位置での測定が可能となる。
また、フロートの垂直断面の形状を楕円形円盤状に形成したことにより、浮力と安定性が増すため、構造を簡単にできる。
さらに、水深設定手段と、水質センサの水深検知手段と、この水深検知手段の検知結果及び上記水深設定手段の設定値に基づいてフロートを設定された任意の水深に昇降させる駆動装置とを備えるようにしたので、所望の異なる水深の水質を計測することができる。
さらにまた、フロートを水面上に浮上させたときに水質センサを洗浄することができるようにしたことにより、洗浄が容易となる効果が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。図において、水質測定装置は例えば河川、通水路、排水溝、貯槽などの被測定液１に接する護岸などの地上部２に設置される。被測定液１の水面部に浮上するように構成された縦長状である断面楕円状（楕円球形状）のフロート３の内部には図示を省略している水質検知装置が収容され、その底部には該水質検知装置の水質センサ４が配設され、該水質センサ４先端部の面位置はフロート３の表面と大略一様になるように構成されている。フロート３の上部は棒状のセンサホルダ５に固定され、センサホルダ５はローラなどからなるガイド部材６によって矢印Ａで示す上下方向に滑らかに移動できるようになっている。なお、ガイド部材６は、地上部２上に突出するように設けられたスタンション７に対してアーム状の保持部材８を介して取り付けられている。

なお、９は一端部がセンサホルダ５の下部に固定され、他端部がウエイト１０に固定されたワイヤであり、中央部が保持部材８の下側に取り付けられた滑車１１に巻き掛けられている。被測定液１に浮かべられるフロート３は、例えば硬質塩化ビニル、またはステンレス等の耐食性に優れた材質からなり、この実施の形態１では縦長の楕円球状に形成されている。フロート３を保持するセンサホルダ５は、同様に硬質塩化ビニル、またはステンレス等の耐食性に優れた材質からなり、この例では一本の棒状に形成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。被測定液１の水質測定は、水面に浮かべられたフロート３の底部に取り付けられた水質測定用の水質センサ４で行う。水質センサ４は、従来公知のものを特別な制限なく用いることができる。水質センサ４とフロート３の保持はセンサホルダ５で行い、センサホルダ５の保持は地上部２に対して固定された保持部材８、またはその保持部材８に取り付けられたガイド部材６で行う。この保持部材８に取り付けられたガイド部材６はセンサホルダ５をこの例では矢印Ａで示す垂直方向に自由度を持って動かすことが出来るため、被測定液１の水面の上昇、下降に合わせてフロート３が上下運動を行うことを可能にしている。また、垂直方向の運動を容易にするためバランスの役割をするウエイト１０が取り付けられている。

そして、上記フロート３の形状をこの実施の形態１では、縦長の楕円球状としているので、浮力、水質センサ４に当たる水流による自己洗浄のメリットを損なうことなく、水質センサ４の水面からの深さが従来の球形のものに比べて水面直下よりもさらに深い位置にすることができ、該深い位置での水質計測を行うことが出来る。なお、フロート３はセンサホルダ５とフロート３の自重、フロート３が水流から受ける力とバランスのとれる浮力が得られるサイズとし、フロート３の材質は必要な浮力に応じて、ステンレス、樹脂などを使用する。また、楕円球状の長手方両の径を大きくすることで、水面下の測定位置を更に深く設定することもできる。

このように実施の形態１によれば、フロート３の形状を縦長の断面楕円状（楕円球状）としたことにより、球形の場合における水面直下よりも深い位置で水質計測をすることが可能となり、水面の波立ち、大気などからの影響を受けた不安定な水質を避けて、安定した水質測定を行うことができる効果がある。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。図において、フロート３１は水平方向の径よりも垂線方向の長さが長い縦長の円錐形状ないしは砲弾形状に形成され、先細の先端部を下方向に向けてその先端部近傍に水質センサ４が設けられている。フロート３１及びセンサホルダ５は、同様に硬質塩化ビニル、またはステンレス等の耐食性に優れた材質を用い、サイズはセンサホルダ５とフロート３１の自重、フロート３１が水流から受ける力とバランスのとれる浮力が得られる大きさで構成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。なお、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

上記実施の形態２においては、フロート３１の形状を縦長の円錐形状ないしは砲弾形状としたことにより、従来の球形のものに比べて、水質センサ４の水深位置を大きくとることができるので、浮力、水質センサ４にあたる水流による自己洗浄のメリットを損なうことなく水面直下よりもさらに深い位置での水質計測を行うことが出来る。また、円錐形の高さ方向の寸法を長くすることで、従来の球形のフロート形状と比べて水面下の測定位置をさらに深く設定することもできる。水面直下よりも深い位置で水質計測をすることで、水面の波立ち、大気などからの影響を受けた不安定な水質を避けて、安定した水質測定を行うことができる効果がある。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。なお、この実施の形態３（及び下記実施の形態４）は、部品点数が少なく、従って故障率が低く、メンテナンスが容易な水質測定装置を得ることを目的としている。図において、被測定液１に浮かべられるフロート３２は縦断面が略楕円形の円盤状に形成され、その内部に詳細を図示省略している振動防止機構１２が収容されている。該振動防止機構１２は特に限定されるものではないが、例えば機械機構または液体などを用いて制振する公知の技術を用いることができる。図示を省略している水質検知装置の水質センサ４部は、フロート３２の底面部に設けられている。

上記フロート３２は、該フロート３２に収納する水質検知装置（図示省略）と振動防止機構１２、フロート３２の自重、フロート３２が水流から受ける力とバランスのとれる浮力が得られるサイズとし、また、材質としては、例えば硬質塩化ビニル、またはステンレス等の耐食性に優れたものを用いるのが好ましい。フロート３２を保持するセンサホルダ５は、硬質塩化ビニル、またはステンレス等の材質で一本の棒状である。フロート３２の保持はセンサホルダ５で行い、センサホルダ５の保持は地上に設けられた保持部材８、または、保持部材８に取り付けられたガイド部材６で行う。この保持部材８、ガイド部材６はセンサホルダ５を図中矢印Ａで示す方向に自由度を持って動かすことが出来るため、被測定液１の水面の上昇、下降にあわせてフロート３２が上下運動を行うことを可能にしている。

上記のように構成された実施の形態３においては、フロート３２の形状を円盤型状にしたことにより、球形のものに比べて浮力と安定性が増し、フロートが自己浮上し、しかもフロート３２の内部に振動防止機構１２を具備したことにより、上記実施の形態１に示すセンサホルダ５の自重と浮力のバランスをとるためのワイヤ９、ウエイト１０、及び滑車１１などは必要がなくなるため設置が容易であり、さらに当該装置の部品点数を少なくしたことにより故障発生率が低く、メンテナンス性も向上されている。また、水質センサ４にあたる水流による自己洗浄のメリットを損なうことなく、被測定液１水面の水流の影響を受けずに水面から一定した位置での水質計測を行うことができる効果がある。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４になる水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。この実施の形態４においては、フロート３３の外観形状は上記実施の形態３と同様の円盤形状であり、該フロート３３の下半部側には比重の大きい材料が用いられている（詳細図示を省略している）。そして、該フロート３３の上部中心部を１本または複数本の例えば鎖、ロープ等の係留具１３で地上部２に係留して用いられる。該フロート３３を係留する係留具１３は必要に応じて、金属、樹脂、繊維、ＦＲＰ等複合材料などを使用できる。水質センサ４は上記実施の形態３と同様にフロート３３の底部に配設されている。

上記のように構成された実施の形態４においては、フロート３３の形状を円盤形状にし、さらに下面部側に比重の大きい材質を用いることで、球形の場合に比べて浮力と安定性が増し、フロート３３が風波などによって反転（ひっくり返る）することが防止できる。また、フロート３３をクサリ、ロープ等の係留具１３で係留することで、センサホルダ５等は必要がなくなり、設置が容易になり、部品点数が少なく、故障率を減少させ、メンテナンス性を向上させる効果がある。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５による水質測定装置の設置状態を模式的に示す構成図である。なお、この実施の形態５は所望の異なる水深の水質を計測することができる水質測定装置を得ることを目的としているものである。図において、フロート３４の底面部側には水圧検出素子１４が設けられており、この水圧検出素子１４によって検出された水深に応じた出力信号１４ａは制御装置１５に送られ、制御装置１５は、この出力信号１４ａと、別途設けられた詳細図示省略している水深設定手段によって設定された水深設定信号１６に基づいて、ワイヤ９の他端部を係止してワイヤ９を巻取り、または繰り出すことにより、センサホルダ５を介してフロート３４を昇降させるようにした駆動装置１８を駆動制御する。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態５においては、フロート３４に取り付けられた水圧検出素子１４によって検出された水圧に応じた出力信号により水質センサ４部の水面からの水深を測定する。任意の設定された水深になるように駆動装置１８を制御してフロート３４を上下に調整することにより、水面直下よりもさらに深い任意の一定した水深での水質計測を行うことができる。なお、フロート３４は、被測定液１の中に沈むように浮力を小さくして用いられることは言うまでもない。

実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６による水質測定装置の動作状況を模式的に示す構成図である。なお、この実施の形態６の発明は、水質センサに付着した異物などを除去するための洗浄機能を付加したものである。図において、フロート３５を上下させる駆動装置１８には、フロート３５を上昇させたときに該フロート３５の底部に設けられた水質センサ４に向けて洗浄水１９を噴射させる洗浄装置２０が設けられている。なお、フロート３５の形状や構造などは特に限定されるものではない。また、駆動装置１８は、単にフロート３５を上下させる機能のみを有するものでも、上記実施の形態５に例示するような制御装置によって制御されるものや、フロート３５の巻上位置を検知し得るセンサを用いて制御されるものなどでも差し支えない。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態６によれば、水質センサ４部の駆動装置１８に洗浄装置２０を設け、水質センサ４部を被測定液１の水面より上方の洗浄位置に移動させて空気中で水質センサ４部の洗浄を行うようにしたことにより、フロート式の自己洗浄機能のみの場合及び水中での洗浄方式よりも洗浄効果を高めることができるという効果がある。なお、駆動装置１８と洗浄装置２０は、例えば所定の時刻、タイミング、シーケンス等により自動的に動作させることもできる。

ところで、上記各実施の形態の説明で説明した各発明は、任意の２つ以上を任意に組み合わせて用いても良いことは言うまでもない。また、フロートの形状を縦長にする場合、楕円球状、または円錐状にしたが、幾何学的な楕円球あるいは円錐に限定されるものではなく、類似の形状であっても差し支えなく、その場合でも同様の効果が期待できる。

この発明の実施の形態１による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態２による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態３による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態４による水質測定装置におけるフロートとその支持構造を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態５による水質測定装置の設置状態を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態６による水質測定装置の動作状況を模式的に示す構成図である。

符号の説明

１ 被測定液、 ２ 地上部、 ３、３１、３２、３３、３４、３５ フロート、 ４ 水質センサ、 ５ センサホルダ、 ６ ガイド部材、 ７ スタンション、 ８ 保持部材、 ９ ワイヤ、 １０ ウエイト、 １１ 滑車、 １２ 振動防止機構、 １３ 係留具、 １４ 水圧検出素子、 １４ａ 出力信号、 １５ 制御装置、 １６ 水深設定信号、 １８ 駆動装置、 １９ 洗浄水、 ２０ 洗浄装置。

Claims (8)

1. 被測定液の水面部に浮上されるフロートと、このフロートの下部に設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記フロートを縦長状に形成し上記水質センサを該フロートの下部に設けたことを特徴とする水質測定装置。
2. 上記フロートは、断面楕円状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
3. 上記フロートは、円錐状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
4. 被測定液の水面部に浮上されるフロートと、このフロートの下部に設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記フロートの垂直断面を楕円形円盤状に形成してなることを特徴とする水質測定装置。
5. 上記フロートの内部に振動防止機構を設け、上下方向に自在に揺動するセンサホルダに固定してなることを特徴とする請求項４に記載の水質測定装置。
6. 上記フロートを係留具により固定部に係留してなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の水質測定装置。
7. 被測定液に浸漬されるフロートと、このフロートに設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記水質センサの水深を設定する水深設定手段と、上記水質センサの水深に応じた信号を出力する水深検知手段と、この水深検知手段の検知結果及び上記水深設定手段で設定された設定値に基づいて上記フロートを昇降させる駆動装置とを備えたことを特徴とする水質測定装置。
8. 被測定液に浮上されるフロートと、このフロートに設けられ上記被測定液の水質を検知する水質センサとを備えた水質測定装置において、上記フロートを昇降させる駆動装置と、この駆動装置が上記フロートを水面上に浮上させたときに上記水質センサを洗浄するための洗浄装置とを備えたことを特徴とする水質測定装置。
   

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