JP2008175819A - イオン伝導度を用いた塩度センサー、塩度測定システム及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン伝導度を用いた塩度センサー、塩度測定システム及び測定方法を提供する。
【解決手段】塩度センサーを食品や溶液を収容する容器に直接に内蔵すると共に、塩分濃度測定時測定時間が経過することに伴ってプローブ(probe)へのイオン蓄積によって塩分イオンの伝導度が低下することを防止するため、塩分濃度測定時プローブに蓄積されるイオンを任意に放電(release)させることによって塩分濃度の測定誤差が発生することを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塩分濃度測定に係り、さらに詳しくは塩分濃度測定時測定時間が経過するに伴ってプローブ(probe)へのイオン蓄積によってナトリウムイオンと塩素イオンの伝導度が低下して塩分濃度の測定誤差が発生することを防止することと共に、塩度センサーを食品や溶液を収容する容器に直接に内蔵することによって塩分濃度測定を容易にしたイオン伝導度を用いた塩度センサー、塩度測定システム及び測定方法に関する。

一般に、食べ物や溶液の塩分濃度(塩度)を測定する方式は次のような３種類に大別される。

第１に、測定装置が屈折率方式を用いて塩分濃度を測定する場合、レーザモジュールから発生した光が試料を通過しつつ屈折されたレーザ光を光電センサーで受光して塩分濃度を計算するようになる。もし試料の塩分濃度が変わると屈折率も変わるので、測定装置は、屈折率を測定して試料の塩分濃度を算出するようになる。

しかし、このような屈折率方式は、屈折率が温度に極めて敏感に変わるので、一定温度で測定したり温度変化による屈折率の補償が必要であるという短所と、光センサーが高価であるという短所がある。また、色々の物質が混ざっている食べ物の場合、屈折率を通じて塩分濃度を分析することは、殆ど不可能であると知られている。

別の分析方法として、試料で塩分中塩素イオン(Ｃｌ^-)の濃度を測定する方式があるが、これは塩素の量を塩化銀で適定して塩素の量を測定した後、これを他の元素との比率で換算して全体塩分を測定し、この際１％の標準溶液で塩素の濃度を測定した後、所望の試料の塩分を測定するようになる。この方式の場合、分析のための基準電極を必要とし、これもやはり試料に食べ物が混ざると測定が不可能なことから、食べ物塩分濃度測定用としては不向きな方式である。

最後に、本発明で適用しようとするイオン伝導度による塩分濃度分析方式がある。イオン伝導度を用いた塩分分析は、塩分の量によってイオン伝導度が相異なる原理を用いるものである。すなわち、測定装置は、試料を通じて流れる電流が抵抗に半比例し、イオン伝導度に比例することを用いて塩分濃度を測定する。

しかし、従来のイオン伝導度による塩分濃度測定方式は、連続的な塩分濃度測定時塩度センサー内の測定電極に直流電源成分が一部供給されることによって、経時的に測定電極にイオン(Ｎａ⁺、Ｃｌ^-)が蓄積され、よってイオン伝導度が低下するようになる。

従って、同一な塩分濃度の試料を測定しても電極に蓄積されたイオン(Ｎａ⁺、Ｃｌ^-)によってイオン伝導度が低下されることによって測定時ごとに塩分濃度が違ってくるし、実際塩分濃度より低い塩分濃度が測定され測定データの信頼性に劣る問題点があった。

また、従来の測定装置は、食品や溶液の塩分濃度を測定する前に可変抵抗を用いて抵抗値をセットすべきなどの煩わしい手続が必ず必要となることから、一般ユーザが直接にこのような可変抵抗を用いて塩分濃度を測定することはかなり難しかった。

また、測定装置の塩度センサーが食品や溶液を収容する容器に内蔵されるのではなく、容器とは別の製品に作製されるので、ユーザが容器に収容された食品や溶液の塩分濃度を測定するには相当に煩わしい問題点があった。

本発明は、前述した従来の技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、塩分濃度測定時プローブ(probe)に蓄積されるイオンを周期的に放電(release)させることによって連続的な塩分濃度測定時塩分濃度の測定誤差が発生することを防止できるイオン伝導度を用いた塩度センサー、塩度測定システム及び測定方法を提供するところにある。

本発明の他の目的は、塩度センサーを食品や溶液を収容する容器に直接に内蔵して作製し、塩分濃度測定時別の装備をセッティングせず塩分濃度測定が可能になることによって一般ユーザも容易に使用可能なイオン伝導度を用いた塩度センサー、塩度測定システム及び測定方法を提供するところにある。

前述した目的を達成するための本発明に係るイオン伝導度を用いた塩度センサーは、基準抵抗測定端子または塩度測定端子にスイッチングされ、外部から入力されるパルスを選択された出力端子に印加する第１スイッチング手段と、第１スイッチング手段の基準抵抗測定端子と接地端子との間に連結され、接地端子に印加されるパルスの電圧を検出して外部演算制御部に伝達する基準抵抗体と、第１スイッチング手段の塩度測定端子と接地端子との間に離隔して設置され、塩分濃度によって電極間で可変されるイオン伝導度による電圧を検出して演算制御部に伝達する第１電極及び第２電極、及び第１電極と第２電極との間に連結され、演算制御部の制御信号に応じてスイッチングされ、第１電極と第２電極の両端を電気的に短絡(short)させて電極に蓄積されたイオンを放電させる第２スイッチング手段と、を含むことを特徴とする。

具体的に、第１スイッチング手段、基準抵抗体、第１電極、第２電極及び第２スイッチング手段は容器に内蔵される内蔵型であり、第１及び第２電極は容器の底面に固設され、電極の一側が容器の内側に露出されることを特徴とする。

基準抵抗体と第１及び第２電極は、相互並列に連結されることを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明に係るイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システムは、容器の底面に一定間隔離隔して設置され塩分濃度によって電極の間で可変されるイオン伝導度による電圧を検出する第１電極及び第２電極と、基準抵抗測定端子または塩度測定端子にスイッチングされ外部から入力されたパルスを選択された出力端子に印加する第１スイッチング手段と、第１スイッチング手段の基準抵抗測定端子と接地端子との間に連結され接地端子に印加されるパルスの電圧を検出して外部演算制御部に伝達する基準抵抗体と、第１電極と第２電極との間に連結され、制御信号に応じてスイッチングされ第１電極と第２電極の両端を電気的に短絡させて電極に蓄積されたイオンを放電させる第２スイッチング手段、及び外部から入力された測定開始命令に従って第１スイッチング手段及び第２スイッチング手段の動作を制御し、第１電極及び第２電極間のイオン伝導度によって検出された電圧を用いて電極抵抗値を計算し、計算された電極抵抗値を用いて塩分濃度を決める演算制御部とを含むことを特徴とする。

具体的に、演算制御部は、イオン伝導度によって検出された電圧を用いて電極抵抗値を測定し、測定された電極抵抗値に基準抵抗体の基準抵抗値を減算して最終抵抗値を獲得した後、最終抵抗値に予めマッチングされた塩分濃度をメモリから抽出して塩分濃度を決めることを特徴とする。

演算制御部の制御信号に応じて第１スイッチング手段に印加される電源を遮断して第１電極及び第２電極に蓄積されたイオンを放電させる第３スイッチング手段をさらに含むことを特徴とする。

第１及び第２電極を通じて検出したイオン伝導度による電圧を、提供されて増幅した後デジタル信号に変換して演算制御部に出力する検出信号処理部をさらに含み、検出信号処理部は、第１電極及び第２電極を通じて検出したイオン伝導度による電圧と基準抵抗体を通じて獲得した電圧をそれぞれ提供されて増幅して整流する増幅/整流回路部と、増幅/整流回路部から出力された信号を、提供されてデジタル信号に変換した後、演算制御部に出力するＡ/Ｄコンバータとからなることを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明に係るイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法は、塩分濃度測定命令に従って、演算制御部は、パルスが基準抵抗体に印加されるように制御し、基準抵抗体の両端に印加される電圧を通じて基準抵抗値を測定する段階と、基準抵抗値を測定した後、演算制御部は、パルスが第１及び第２電極に印加されるように制御し、第１電極及び第２電極間の塩分が含まれた溶液のイオン伝導度による電圧を用いて電極抵抗値を測定する段階と、電極抵抗値を測定した後、演算制御部は、第１電極と第２電極の両端を電気的に短絡(short)させて電極に蓄積された残存イオンを放電させるように制御する段階と、電極抵抗値を測定し、残存イオンを放電制御する段階をｎ回繰り返して制御し、ｎ-１番目測定したｎ−１番目電極抵抗値とｎ番目測定したｎ番目電極抵抗値とが設定された範囲内の誤差値を有すれば、ｎ番目測定したｎ番目電極抵抗値を最終電極抵抗値と決める段階と、を含むことを特徴とする。

具体的に、最終電極抵抗値を決める段階において、演算制御部は、第１電極及び第２電極に供給される電源を一時遮断させて電極に蓄積された残存イオンを２次に放電させる段階をさらに含むことを特徴とする。

最終電極抵抗値を決めた後、演算制御部は決定された最終電極抵抗値と測定された基準抵抗値との差値を計算する段階と、計算された差値に該当する塩分濃度をメモリのルックアップテーブルから抽出する段階と、抽出された塩分濃度を百分率にして表示部にディスプレイさせる段階と、をさらに行うことを特徴とする。

測定された電極抵抗値は２回の電極抵抗値を平均した平均抵抗値であり、ｎ-１番目電極抵抗値は、第ｎ-２電極抵抗値と第ｎ-１電極抵抗値とを平均した平均抵抗値であり、ｎ番目電極抵抗値は、第ｎ-１電極抵抗値と第ｎ電極抵抗値とを平均した平均抵抗値であることを特徴とする。

以上述べたように、本発明では、塩分濃度測定時電極(probe)に蓄積されるイオンを任意に放電(release)させることによって、塩分濃度の測定誤差が発生することを防止して製品の信頼性を向上させられる利点がある。

また、塩分濃度測定時ユーザが装備をセッティングする過程を経なくて済むので、一般ユーザも容易に塩分濃度を測定できる利点がある。

のみならず、塩度センサーを食品や溶液を収容する容器に直接に内蔵して作製することによって、容器に収容された食品の塩分濃度をいつでも容易に測定でき、もしキムチのような食品容器に適用した場合、食品の塩分濃度によって保存温度を最適に、それから自動的に制御することができるので、一般ユーザに食品の発酵及び保存機能上大きな満足を与えられる利点がある。

以下の詳細な説明は例示にすぎず、本発明の実施形態を示したことに過ぎない。また本発明の原理と概念は最も有用であり、容易に説明する目的で提供される。

従って、本発明の基本理解のための必要以上の詳しい構造を提供しようとしないことは勿論、通常の知識を有する者が本発明の実体から実施できる色々の形態を図面を通じて例示する。

以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明に係るイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システムを示した図である。塩分濃度測定システムは、塩度センサー１０(salinity sensor)、パルス発生器２０、検出信号処理部３０及び演算制御部５０を含んでなる。

そして、塩度センサー１０は、第１及び第２電極１１-１、１１-２と第１スイッチング手段ＳＷ１、基準抵抗体Ｒｒｅｆ及び第２スイッチング手段ＳＷ２を含んでなる。

第１スイッチング手段ＳＷ１は、所定の制御信号に応じて基準抵抗測定モードである第１出力端子Ｔ１または塩度測定モードである第２出力端子Ｔ２にスイッチングされ、外部から入力されるパルスが選択された出力端子に印加されるようにする。

基準抵抗体Ｒｒｅｆは、第１スイッチング手段ＳＷ１の第１出力端子Ｔ１と接地端子との間に連結され、接地端子に印加される入力パルスに対する電圧を検出して外部演算制御部５０に伝達するように構成されている。

第１及び第２電極１１-１、１１−２は、第１スイッチング手段ＳＷ１の第２出力端子Ｔ２と接地端子との間に離隔して設置され、塩分濃度によって電極１１の間で可変されるイオン伝導度による電圧を検出して演算制御部５０に提供する。電極１１の材料としては、ＣｕまたはＴｉを使用することができ、ＣｕやＴｉマトリックスにＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、ＩｒＯ₂をコーティングした材料を使用することができる。

第２スイッチング手段ＳＷ２は、第１電極１１-１と第２電極１１-２との間に連結され、演算制御部５０の制御信号に応じてスイッチングされ、第１電極１１-１と第２電極１１-２の両端を電気的に短絡させて第１電極１１-１または第２電極１１-２に蓄積されたイオンを放電させる。ここで、塩度センサー１０の第１スイッチング手段ＳＷ１、基準抵抗体Ｒｒｅｆ、第１電極１１-１、第２電極１１-２及び第２スイッチング手段ＳＷ２は、図２の断面図のように容器１００の底面に内蔵される内蔵型に設けられ、床面の下部にモールディングを通じて容器と一体化可能である。

また、第１及び第２電極１１-１、１１-２は、容器の底面に固設され電極の一側が容器内側に露出され、容器に収容された食品や溶液のイオン伝導度による電圧を検出できるようにすることが望ましい。

このように塩度センサー１０を小型化して容器に内蔵設置されることによって、容器に収容された食品や溶液をユーザが所望の時間に使いやすく塩分濃度を測定できる環境を提供するようになる。

一方、パルス発生器２０は、所定の制御信号に応じてパルスを生成して塩度センサー１０に供給するように構成されている。

検出信号処理部３０は、基準抵抗体Ｒｒｅｆまたは第１及び第２電極１１-１、１１-２を通じて検出したイオン伝導度によって検出された電圧をそれぞれ提供されて増幅して整流した後、デジタル信号に変換するようになされている。具体的には、検出信号処理部３０は、増幅/整流回路部３１とＡ/Ｄコンバータ３５とを含んでなる。

増幅/整流回路部３１は、基準抵抗体Ｒｒｅｆを通じて獲得した電圧または第１及び第２電極１１-１、１１-２を通じて検出したイオン伝導度による電圧を、それぞれ提供されて増幅して整流した後出力するように構成されている。Ａ/Ｄコンバータ３５は、増幅/整流回路部３１から出力された信号を提供されてデジタル信号に変換した後、演算制御部５０に出力するように構成されている。

また、演算制御部５０は、所定の測定開始命令に従って第１及び第２スイッチング手段ＳＷ１、ＳＷ２の動作を制御し、検出信号処理部３０を通じて獲得した基準抵抗体Ｒｒｅｆと第１及び第２電極１１-１、１１-２の電圧を用いて抵抗値を計算し、第１及び第２電極１１-１、１１-２との間の抵抗値に基準抵抗体Ｒｒｅｆの基準抵抗値を減算して最終抵抗値を獲得した後、最終抵抗値に予めマッチングされた塩分濃度をメモリ６０から抽出して塩分濃度を決めた後、決定された塩分濃度が表示部７０にディスプレイされるように制御する。

そして、パルス発生器２０の電源入力端に第３スイッチング手段ＳＷ３が設けられているが、第３スイッチング手段ＳＷ３は演算制御部５０の制御信号に応じて作動されてパルス発生器２０に供給される電源を遮断するようになる。これは第２スイッチング手段ＳＷ２を通じて第１及び第２電極１１-１、１１-２間の短絡にも拘わらず、電極１１に残存しうる残りイオンを完全に放電させて塩分濃度測定の信頼性を高めるためである。

図面においては、第３スイッチング手段ＳＷ３をパルス発生器２０に入力される電源側に設けたが、第１及び第２電極１１-１、１１-２に供給される電源を遮断できる位置ならばいずれも構わない。

未説明符号４０は、ユーザから塩分濃度測定命令を入力されて演算制御部５０に出力する測定ボタンのようなキー入力部である。７０は、演算制御部５０の制御によって測定された塩分濃度を百分率でディスプレイする７-セグメント、ＬＣＤなどのような表示部である。

また、通常イオン伝導度の場合、溶液の温度１℃当たり２％ほどの伝導度が変わる。これに鑑みて、塩度センサー１０に温度センサー(図示せず)を設けて溶液の塩分濃度検出時に温度を補償して塩分濃度を換算するのが望ましい。

一方、本発明に係る塩度センサー１０は、図２のようにキムチを入れる容器１００に装着される。パルス発生器２０と検出信号処理部３０及び演算制御部５０などは、キムチ冷蔵庫の本体に装着されうる。

この際、塩度センサー１０の第１スイッチング手段ＳＷ１は、所定の電気端子を通じてパルス発生器２０と電気的に連結され、塩度センサー１０の基準抵抗体Ｒｒｅｆ及び複数の電極１１も所定の電気端子を介して検出信号処理部３０と電気的に連結されうる。図示していないが、塩度センサー１０と演算制御部５０側は、有線ではなく近距離無線通信方式であるＩｒＤＡ(Infrared DataAssociation)、ブルートゥース（Bluethooth）、ジグビー(ZigBee)及びＵＷＢ(Ultra Wide Band)のようなＷＰＡＮ(Wireless Personal Area Network)を用いて通信するように構成されうる。

このように構成された塩分濃度測定システムの諸般動作過程を、図３ａ及び図３ｂのフローチャートを参照して説明すれば次の通りである。

まず、演算制御部５０は、キー入力部４０を介してユーザの塩分濃度測定要請命令が入力されたかを判断する(Ｓ１)。

キー入力部４０から塩分濃度測定命令が入力される場合、演算制御部５０は、第３スイッチング手段ＳＷ３に制御信号を出力してターンオンさせてパルス発生器２０を動作させると共に、第１スイッチング手段ＳＷ１を基準抵抗測定モードである第１出力端子Ｔ１にスイッチングさせる(Ｓ２、Ｓ３)。これによりパルス発生器２０で生成された約４ｋＨｚのパルスは、第１スイッチング手段ＳＷ１に出力される。

第１スイッチング手段ＳＷ１に印加されたパルスは、第１スイッチング手段ＳＷ１の第１出力端子Ｔ１を経由して基準抵抗体Ｒｒｅｆに供給される。基準抵抗体Ｒｒｅｆを経由したパルスは、キャパシタＣ１を介して接地端子に流れてループを形成するようになる。

ここで、増幅/整流回路部３１は、基準抵抗体Ｒｒｅｆの両端に印加される電圧を検出して増幅した後整流する。整流された信号は、Ａ/Ｄコンバータ３５を介してデジタル信号に変換され、演算制御部５０に供給される。

次いで、演算制御部５０は、Ａ/Ｄコンバータ３５から供給された電圧と基準抵抗体Ｒｒｅｆに印加されたパルス電流とを用いて基準抵抗体Ｒｒｅｆの抵抗値を計算した後、計算された基準抵抗値をメモリ６０に保存するようになる。ここで、基準抵抗体Ｒｒｅｆの固有抵抗値を演算制御部５０に予め保存することもできるが、基準抵抗体Ｒｒｅｆの固有抵抗値は温度などの周囲環境によって変わるので、現在の与えられた環境における基準抵抗体Ｒｒｅｆの正確な抵抗値をチェックするためにこのように基準抵抗体Ｒｒｅｆの抵抗値を測定する。

このように基準抵抗体Ｒｒｅｆの抵抗値が測定されたら、演算制御部５０は、第１スイッチング手段ＳＷ１に制御信号を出力して、スイッチを塩度測定モードである第２出力端子Ｔ２に転換させるようになる(Ｓ５)。

これにより、第１スイッチング手段ＳＷ１に供給されたパルスは、第１スイッチング手段ＳＷ１の第２出力端子Ｔ２を経由して第１電極１１-１に印加される。第１電極１１-１と第２電極１１-２との塩分イオンのイオン伝導度によって第２電極１１-２に出力されたパルスは、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１を通じて接地端子に流れるようになる。ここで、増幅/整流回路部３１は、第１及び第２電極１１-１、１１-２の間で発生するイオン伝導度による電圧を検出して増幅した後整流するようになる。整流された信号は、Ａ/Ｄコンバータ３５を通じてデジタル信号に変換され、演算制御部５０に供給される。

演算制御部５０は、Ａ/Ｄコンバータ３５から供給された電圧と第１及び第２電極１１-１、１１-２に印加されたパルス電流とを用いて第１及び第２電極１１-１、１１-２に印加される抵抗値を計算した後、計算された抵抗値をメモリ６０に保存する(Ｓ６)。

しかし、パルス発生器２０で生成されるパルスは、デューティ比が５０：５０の矩形波であることが望ましいが、実際は矩形波のデューティ比が正確に５０％にならない。これにより、塩分濃度測定時一部直流成分が電極１１に印加され、電極１１に直流成分が印加されることによって、第１電極１１-１または/及び第２電極１１-２に分極された塩分イオン(Ｎａ⁺、ｃＬ^-)が全て放電できなくて蓄積される。電極１１にイオンが蓄積されれば、イオン伝導度が低下して第１及び第２電極１１-１、１１-２間の抵抗値が大きくなり、連続的な塩分濃度測定時塩分濃度が実際より低く測定されるエラーが発生する。

これにより、第１及び第２電極１１-１、１１-２の間の抵抗値を測定した後、演算制御部５０は、第２スイッチング手段ＳＷ２に制御信号を出力してスイッチをターンオンさせることによって、第１電極１１-１と第２電極１１-２との間を電気的に短絡させる。これにより、第１電極１１-１または第２電極１１-２に蓄積されたイオンは、放電される（Ｓ７)。

このような過程(Ｓ５~Ｓ７)を通じて第１及び第２電極１１-１、１１-２間の塩分濃度を測定すると共に、第１電極１１-１と第２電極１１-２に蓄積されたイオンを放電させるようになる。しかし、このような過程を塩分濃度測定時の１サイクルとして見た時、測定時データのエラーを防止するために数回ないし数十回のサイクルを行って測定するようになり、測定された１次及び２次測定値間の変化がない場合有効な塩分濃度測定値として決めるようになる。

言い換えれば、初期塩分濃度測定時にはパルスによる第１及び第２電極１１-１、１１-２間のイオン伝度が活発でなくて電極１１間の抵抗が相当に高く現れる。このような高い抵抗値は塩分濃度による抵抗値ではなく外的な要因によるものなので、イオン伝導が活性化するまでパルスを第１及び第２電極１１-１、１１-２に持続的に印加しつつ反復測定を行う。このように反復的な測定を通じて獲得された１次及び２次電極測定値間の変化がない場合、塩分濃度による測定値として見なし、有効な塩分濃度測定値として決める。

一方、演算制御部５０は、１サイクルの塩分濃度測定が完了すれば、第２スイッチング手段ＳＷ２に制御信号を出力してターンオフさせた後、第１スイッチング手段ＳＷ１の第２出力端子Ｔ２を介して第１及び第２電極１１−１、１１−２にパルスを印加するようになる。

これにより、増幅/整流回路部３１は、第１及び第２電極１１-１、１１-２の間で発生するイオン伝導度による電圧を検出して増幅した後直流に整流するようになる。整流された信号は、Ａ/Ｄコンバータ３５を介してデジタル信号に変換され、演算制御部５０に供給される。

演算制御部５０は、Ａ/Ｄコンバータ３５から供給された電圧データを用いて第１及び第２電極１１-１、１１-２に印加される抵抗値を計算した後、計算された抵抗値をメモリ６０に保存するようになる。

一方、第１及び第２電極１１-１、１１-２間の抵抗値を測定した後、演算制御部５０は、第２スイッチング手段ＳＷ２に制御信号を出力してスイッチをターンオンさせることによって、第１電極１１-１と第２電極１１-２との間を電気的に短絡させる。これにより、第１電極１１-１または第２電極１１-２に蓄積されたイオンは、放電される。

ここで、フローチャートには示されていないが、第１または第２電極１１-２に蓄積されたイオンが多い場合、第１及び第２電極１１-１、１１-２の電気的な短絡をもってはイオンを完璧に放電させられないが、この場合は、演算制御部５０の制御によって第３スイッチング手段ＳＷ３のスイッチをターンオフさせてパルス発生器２０に供給される電源を遮断するようになる。これにより、第１及び第２電極１１-１、１１-２に印加される電源が一時的に完全に遮断され、電極１１に残存したイオンが完全に放電される。

電源を遮断する過程は、塩分濃度測定時の１サイクル毎に、すなわち第１及び第２電極１１-１、１１-２間に電気的な短絡を行った後直ちに電源を遮断する過程を行え、数回の塩分濃度測定サイクル毎に１回ずつ行うこともできる。このような電極１１に蓄積されたイオンを放電させる電源遮断機能と前述した短絡機能は、必要に応じてその実行周期を変更することが可能である。

演算制御部５０は、前述したように第１及び第２電極１１-１、１１-２間の塩分濃度測定過程を繰り返して複数の測定値(ｎ個)を得た後、第ｎ測定値と第ｎ−１測定値を相互比較して異同を判断するようになる(Ｓ８)。第ｎ-１測定値と第ｎ測定値が設定された範囲内の誤差値を有したり、概略同一な場合、第ｎ測定値を電極測定値と確定する(Ｓ９)。ここで、測定値の正確性を高めるために前後測定値の平均値を比較して測定値を決めることも可能であるが、例えば、第ｎ-２測定値及び第ｎ-１測定値の平均値と第ｎ-１測定値及び第ｎ測定値の平均値とを相互比較して、平均値が概略同一な場合、第ｎ測定値を電極測定値として決定する。

上述のように測定値が決定されれば、演算制御部５０は、測定値に対する電極抵抗値と測定した基準抵抗体Ｒｒｅｆに対する基準抵抗値とを相互比較してその差値を計算するようになり(Ｓ１０)、計算された差値に該当する塩分濃度をメモリ６０に収録された図４のようなルックアップテーブルを用いて抽出するようになり(Ｓ１１)、抽出した塩分濃度が表示部７０にディスプレイされるように制御するようになる(Ｓ１２)。このように、第１及び第２電極１１-１、１１-２間の電極抵抗値と基準抵抗体Ｒｒｅｆの基準抵抗値との差値を最終的に使用する理由は、周辺要因によって各素子の固有抵抗値は変わっても複数の抵抗値(基準抵抗値と電極抵抗値)間の変化量は一定なのでその差値が常に同一なことから、周辺要因を問わず信頼性ある測定値を得ることができるからである。

ルックアップテーブルは、第１及び第２電極１１-１、１１-２の電極抵抗値に基準抵抗値を減算した差値別に塩分濃度を予め保存しておいたものである。例えば、電極抵抗値が１００Ωであり、基準抵抗値が１０Ωならば、その差値は９０Ωになる。従って、ルックアップテーブルの９０Ωとマッチングされた０．９％が測定した塩分濃度になる。

このようなルックアップテーブルのデータは、食塩水(塩分濃度０.９％)のように塩分濃度が既に分かっている溶液を用いて実験した結果得られた値であり、このような実験結果得られたデータをルックアップテーブルで構成したものである。

もし、このような塩度センサー１０をキムチ冷蔵庫に使われる容器の底面に内蔵する場合、容器に収容されたキムチの塩分濃度を容易に正確に測定することが可能になり、測定した塩分濃度によってキムチの保存温度を自動的に制御することができる。図４のルックアップテーブルに示したように、例えば塩分濃度が０.９％の場合、演算制御部５０はキムチ温度が０.８℃になるように冷蔵温度を制御するようになり、塩分濃度が１.０％の場合キムチ温度が０.５℃になるように冷蔵温度を制御するようになる。この場合、キムチの塩分濃度毎に最適の温度制御が可能になってキムチの発酵と保存期間を現在より遥かに向上させることができる。

以上では代表的な実施形態を通じて本発明について詳述してきたが、本発明の属する技術の分野において通常の知識を有する者は前述した実施形態について本発明の範疇から逸脱しない範囲内で多様な変形が可能であろう。

従って、本発明の権利範囲は説明された実施形態に限らず、特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定まるべきである。

本発明に係るイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システムを示した図である。 本発明に係る塩度センサーが容器に内蔵された状態を示した概略的断面図である。 本発明の実施形態による塩分濃度測定過程を示したフローチャートである。 図３ａの続きを示したフローチャートである。 本発明に係るメモリ内のルックアップテーブルの構造を示した図である。

符号の説明

１０…塩度センサー、１１-１…第１電極、１１-２…第２電極、２０…パルス発生器、３０…検出信号処理部、３１…増幅／整流回路部、３５…コンバータ、４０…キー入力部、５０…演算制御部、６０…メモリ、７０…表示部、１００…容器、Ｃ１…キャパシタ、Ｒ１…抵抗、Ｒｒｅｆ…基準抵抗体、ＳＷ１…第１スイッチング手段、ＳＷ２…第２スイッチング手段、ＳＷ３…第３スイッチング手段、Ｔ１…第１出力端子、Ｔ２…第２出力端子。

Claims (14)

1. 基準抵抗測定端子または塩度測定端子にスイッチングされ、外部から入力されるパルスを選択された出力端子に印加する第１スイッチング手段と、
   前記第１スイッチング手段の基準抵抗測定端子と接地端子との間に連結され、前記接地端子に印加されるパルスの電圧を検出して外部演算制御部に伝達する基準抵抗体と、
   前記第１スイッチング手段の塩度測定端子と接地端子との間に離隔して設置され、塩分濃度によって電極の間で可変されるイオン伝導度による電圧を検出して前記演算制御部に伝達する第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に連結され、前記演算制御部の制御信号に応じてスイッチングされ、前記第１電極と前記第２電極の両端を電気的に短絡させて前記電極に蓄積されたイオンを放電させる第２スイッチング手段と、
   を含む、イオン伝導度を用いた塩度センサー。
2. 前記第１スイッチング手段、前記基準抵抗体、前記第１電極、前記第２電極及び前記第２スイッチング手段は容器に内蔵される内蔵型であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン伝導度を用いた塩度センサー。
3. 前記第１電極及び前記第２電極は前記容器の底面に固設され、前記電極の一側が前記容器の内側に露出されることを特徴とする、請求項２に記載のイオン伝導度を用いた塩度センサー。
4. 前記基準抵抗体と前記第１電極及び前記第２電極は相互並列に連結されることを特徴とする、請求項１または２に記載のイオン伝導度を用いた塩度センサー。
5. 容器の底面に一定間隔離隔して設置され、塩分濃度によって電極の間で可変されるイオン伝導度による電圧を検出する第１電極及び第２電極と、
   制御信号に応じて基準抵抗測定端子または塩度測定端子にスイッチングされ、外部から入力されたパルスを選択された出力端子に印加する第１スイッチング手段と、
   前記第１スイッチング手段の基準抵抗測定端子と接地端子との間に連結され、前記接地端子に印加されるパルスの電圧を検出して外部演算制御部に伝達する基準抵抗体と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に連結され、制御信号に応じてスイッチングされ、前記第１電極と前記第２電極の両端を電気的に短絡させて前記電極に蓄積されたイオンを放電させる第２スイッチング手段と、
   外部から入力された測定開始命令に従って前記第１スイッチング手段及び前記第２スイッチング手段の動作を制御し、前記第１電極及び前記第２電極の間のイオン伝導度によって検出された電圧を用いて電極抵抗値を計算し、前記計算された電極抵抗値を用いて塩分濃度を決める演算制御部と、
   を含む、イオン伝導度を用いた塩分濃度測定システム。
6. 前記演算制御部は、前記イオン伝導度によって検出された電圧を用いて電極抵抗値を測定し、前記測定された電極抵抗値に前記基準抵抗体の基準抵抗値を減算して最終抵抗値を獲得した後、前記最終抵抗値に予めマッチングされた塩分濃度をメモリから抽出して塩分濃度を決めることを特徴とする、請求項５に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システム。
7. 前記演算制御部の制御信号に応じて前記第１スイッチング手段に印加される電源を遮断して前記第１電極及び前記第２電極に蓄積されたイオンを放電させる第３スイッチング手段をさらに含むことを特徴とする、請求項５または６に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システム。
8. 前記第１電極及び前記第２電極を通じて検出したイオン伝導度による電圧を、提供されて増幅した後、デジタル信号に変換して前記演算制御部に出力する検出信号処理部をさらに含むことを特徴とする、請求項５または６に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システム。
9. 前記検出信号処理部は、
   前記第１電極及び前記第２電極を通じて検出したイオン伝導度による電圧と前記基準抵抗体を通じて獲得した電圧とをそれぞれ提供されて増幅して整流する増幅/整流回路部と、
   前記増幅/整流回路部から出力された信号を、提供されてデジタル信号に変換した後、演算制御部に出力するＡ/Ｄコンバータと、
   からなることを特徴とする、請求項８に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定システム。
10. 塩分濃度測定命令に従って、演算制御部は、パルスが基準抵抗体に印加されるように制御し、前記基準抵抗体の両端に印加される電圧を通じて基準抵抗値を測定する段階と、
    前記基準抵抗値を測定した後、前記演算制御部は、前記パルスが第１電極及び第２電極に印加されるように制御し、前記第１電極及び前記第２電極の間の塩分が含まれた溶液のイオン伝導度による電圧を用いて電極抵抗値を測定する段階と、
    前記電極抵抗値を測定した後、前記演算制御部は、前記第１電極と前記第２電極の両端を電気的に短絡させて電極に蓄積された残存イオンを放電させるように制御する段階と、
    前記電極抵抗値を測定し、残存イオンを放電制御する段階をｎ回繰り返して制御し、ｎ-１番目測定したｎ−１番目電極抵抗値とｎ番目測定したｎ番目電極抵抗値とが設定された範囲内の誤差値を有すれば、前記ｎ番目測定したｎ番目電極抵抗値を最終電極抵抗値と決める段階と、
    を含むイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法。
11. 前記最終電極抵抗値を決める段階で演算制御部は、前記第１電極及び前記第２電極に供給される電源を一時遮断させ電極に蓄積された残存イオンを２次に放電させる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法。
12. 前記最終電極抵抗値を決めた後、演算制御部は前記決定された最終電極抵抗値と前記測定された基準抵抗値との差値を計算する段階と、
    前記計算された差値に該当する塩分濃度をメモリのルックアップテーブルから抽出する段階と、
    前記抽出された塩分濃度を百分率にして表示部にディスプレイさせる段階と、
    をさらに行うことを特徴とする、請求項１０または１１に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法。
13. 前記測定された電極抵抗値は２回の電極抵抗値を平均した平均抵抗値であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法。
14. 前記ｎ-１番目電極抵抗値は、第ｎ-２電極抵抗値と第ｎ-１電極抵抗値とを平均した平均抵抗値であり、
    前記ｎ番目電極抵抗値は、前記第ｎ-１電極抵抗値と第ｎ電極抵抗値とを平均した平均抵抗値である、
    ことを特徴とする、請求項１３に記載のイオン伝導度を用いた塩分濃度測定方法。

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