JP2009025185A - 電気伝導度計測器 - Google Patents

Abstract

【課題】内側電極が外部に飛び出すことのない安全な電気伝導度計測器を提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態に係る電気伝導度計測器１は、棒状の内側電極１０、筒状の電極座３０、筒状の外側電極４０を備えている。内側電極１０は、大径突部１３を有する。電極座３０は、基端側から先端側まで内部を貫通する孔３１を有し、先端側から挿入される内側電極１０をその孔３１内に絶縁樹脂５０を介して保持すると共に、外側電極４０に接続されている。孔３１は、電極座３０の先端側に位置し、大径突部１３の最大径よりも僅かに大きな内径の孔３１ａと、孔３１ａよりも基端側に位置し、大径突部１３の最大径よりも小さい内径を有する孔３１ｃと、孔３１ａと孔３１ｃの中間に位置し、内側電極１０が挿入された状態で、大径突部１３を収容する孔３１ｂと、を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体の電気伝導度（導電率）を計測する電気伝導度計測器に関する。

従来から、水質管理、濃度管理等のために、液体の電気伝導度を計測するための電気伝導度計測器が提供されている。これら電気伝導度計測器は、液体中に浸された複数の電極間の導通状態や、液体が収容された金属製容器と液体中に浸された電極との間の導通状態に基づいて液体の電気伝導度を計測している。

例えば、下記特許文献１には、計測対象液体の流路中に２つの電極（内側電極と外側電極）を配置し、これら電極間の電気抵抗に基づいて液体の抵抗率を測定する測定器が開示されている。
特開２００２−６２２７５号公報

ところで、蒸気ボイラ内のボイラ水の濃縮度合いを計測する場合、蒸気ボイラの缶体内部は高温・高圧になるため、計測器の電極を保持する絶縁体が破壊されてしまうおそれがある。このように絶縁体が破壊された場合、内部電極が、缶体外部に飛び出したり、缶体内部に落下したりするといった問題が生じてしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ボイラ水等の電気伝導度計測に適した電気伝導度計測器であって、内側電極が外部に飛び出すことのない計測器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電気伝導度計測器は、液体の電気伝導度を計測する電気伝導度計測器において、管状の外側電極と、棒状の内側電極であって、大径突部を有する内側電極と、基端側から先端側まで内部を貫通する孔を有し、先端側から挿入される前記内側電極をその孔内に絶縁樹脂を介して保持すると共に、前記外側電極と接続又は一体に形成される導電性の電極保持部材であって、前記孔が、前記内側電極が挿入された状態で前記大径突部が収容される、前記大径突部の最大径よりも大きな内径の大径突部収容部と、前記大径突部よりも基端側に位置し、前記大径突部の最大径よりも小さい内径を有する係止部と、を有する電極保持部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電気伝導度計測器によれば、内側電極が外部に飛び出すことのない安全な計測器を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、図１に基づいて、本実施形態に係る電気伝導度計測器を構成する内側電極の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内側電極の構成を示す断面図である。同図に示すように、内側電極１０は、棒状電極の内部に孔が形成された中空の円筒形状をしており、中空内部には温度センサ２０が設置されている。

内側電極１０は、導電性金属により円筒形状に形成されており、図中左側が基端１１であり、開端となっている。また、基端１１は、リード片として機能しており、配線１５が接続されている。

また、図中右側が、内側電極１０の先端１２であり、先端１２は閉端であると共に、計測電極部として作用する。内側電極１０の長さ方向中心よりも先端側に寄った箇所に、内側電極１０本体の外径よりも大きな径を有する大径突部１３が形成されている。詳細は後述するが、外側電極内に挿入された内側電極１０は、この輪帯状に突出した大径突部１３により、外部に飛び出すのを防止されている。

図１に示すように、大径突部１３は、軸方向の両端に第１大径部１３ａ及び第２大径部１３ｂを有し、この第１及び第２大径部１３ａ，１３ｂの間は、凹部１３ｃが形成されている。但し、凹部１３ｃの外径も、内側電極１０本体の外径よりも大きい。また、凹部１３ｃの図中下側部分には、さらに平坦な底を有する切り込み溝１３ｄが形成されている。この切り込み溝１３ｄにより、後述するように絶縁樹脂により保持される棒状の内側電極１０が、軸回りに回転するのを防止できる。

第１大径部１３ａの基端１１側の軸に垂直な輪帯面には、輪帯溝１３ｅが形成されている。同様に、第２大径部１３ｂの先端１２側の軸に垂直な輪帯面には、輪帯溝１３ｆが形成されている。このように、大径突部１３の表面が複雑な形状をしていれば、大径突部１３と絶縁樹脂との接触面が大きく複雑になるため、絶縁樹脂が劣化したり、絶縁樹脂との間に隙間が生じたりしたような場合でも、内側電極１０と絶縁樹脂との間の隙間から液体等が漏れるのをある程度防止することができる。

内側電極１０の孔内には、温度センサ２０が挿入されており、電気伝導度測定箇所の温度が測定可能である。温度センサ２０は、サーミスタ２１と配線２２から構成されており、サーミスタ２１は、内側電極１０の中空先端部分に配置されており、配線２２により基端１１側の開端から外部に接続されている。サーミスタ２１は、熱伝導率の高い金属製の内側電極１０の内面に接触しており、電気伝導度が測定される領域の液体の温度を精度良く測定可能である。

次に、図２に基づいて本実施形態に係る電気伝導度計測器を構成する電極座及び外側電極の構成について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る電極座（電極保持部材）及び外側電極の構成を示す断面図である。電極座３０、すなわち電極保持部材は、導電性金属から形成され、その内部に内側電極１０を内包するために、軸方向に貫通する孔３１を有している。この孔３１の内径は均一ではなく、軸方向に沿って場所によって異なる。図中右側（先端側）の孔３１ａの内径は、内側電極１０の大径突部１３の最大径（第１及び第２大径部１３ａ，１３の外径）よりも僅かに大きく形成されている。内側電極１０が電極座３０内に挿入される際には、大径突部１３もこの先端側（入口側）の孔３１ａを通過することとなり、いわゆる孔３１ａは通過部として作用する。

孔３１ａの内側は、孔３１ａの内径よりも大きな内径を有する孔３１ｂが隣接して形成されている。この孔３１ｂの内径は、大径突部１３の最大径よりも十分に大きい。後述するように、内側電極１０が孔３１内に挿入された状態では、大径突部１３はこの孔３１ｂの部分に位置して収容されることになる。このように、大径突部収容部として作用する孔３１ｂにおいては、内側電極１０と電極座３０との間に十分な距離を確保できるため、絶縁樹脂により両者間を確実に絶縁できる。

孔３１ｂの基端側には孔３１ｃが隣接して位置し、その内径は、内側電極１０の大径突部１３の最大径よりも小さい。よって、内側電極１０を孔３１内に挿入する際には、大径突部１３が係止部としての孔３１ｃの先端側入口で引っかかり、それ以上奥に進むことはできないので、孔３１ｃは係止部として作用することになる。

また、図２に示すように、孔３１ｂと孔３１ｃの境界は、孔３１ｂの周辺部が溝状に孔３１ｃの領域に潜り込むように形成されており、孔３１ｂと孔３１ｃが重複している。孔３１ｃの基端側には、孔３１ｂと同じ径の孔３１ｄが隣接して形成されている。孔３１ｃと孔３１ｄの境界は、上述した孔３１ｂと孔３１ｃの境界と同様に、孔３１ｄの周辺部が溝状に孔３１ｃの領域に潜り込むように形成されており、内側の孔３１ｃと外側の孔３１ｄが重複している。

孔３１ｄの基端側には、孔３１ｄの径よりも小径の孔３１ｅが隣接して形成されている。図２に示すように、孔３１ｄと孔３１ｅの境界は、連続して孔の内径が小さくなるように、テーパ状になっている。また、孔３１ｅの基端側の開端付近には、若干内径の大きい部分が形成されている。

電極座３０の孔３１ａの部分の外表面側には、ネジ山３２が形成されており、管状の外側電極４０がねじ込まれる。また、電極座３０の孔３１ｂの部分の外表面側にもネジ山３３が形成されており、測定対象の液体を格納する容器（例えば、蒸気ボイラの缶体等）にこのネジ山部３３で取り付けられる。また、電極座３０の基端付近の外表面には、配線３９が接続されている。よって、電極座３０が容器に取り付けられた際には、先端側が容器内に位置し、基端側が容器外に位置することになる。

外側電極４０は、導電性金属で管状に形成されている。外側電極４０の中程壁面には、外側電極４０内の液体が滞留し過ぎないように、９０°間隔で４つの穴４２が開けられている。また、外側電極４０の基端側（図中左側）の内表面には、ネジ溝４１が形成されており、このネジ溝４１と電極座３０のネジ山３２が嵌合して、外側電極４０が電極座３０に固定される。なお、外側電極４０の内側内径は、内側電極１０の大径突部１３の最大径よりも充分に大きい。

次に、図３に基づいて、本実施形態に係る電気伝導度計測器の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る電気伝導度計測器の構成を示す断面図である。同図に示すように、電気伝導度計測器１は、内側電極１０、温度センサ２０、電極座３０（電極保持部材）、外側電極４０、モールド樹脂５０（絶縁樹脂）、ゴムカバー６０及び制御回路７０を有している。

外側電極４０は、電極座３０の先端側にねじ込み固定され、電極座３０及び外側電極４０内に連続する孔の中には、電極座３０の先端側から挿入された内側電極１０が同軸に設置されている。内側電極１０は、モールド樹脂５０により上記孔内に保持されており、内側電極１０と電極座３０との間の空間に、モールド樹脂５０が充填されることで、両電極間が絶縁されている。

モールド樹脂５０は、電極座３０の基端側から先端側までほぼ全体に充填されている。但し、先端側では、内側電極１０の先端が露出する必要があり、内側電極１０の先端部分が電極座３０の先端よりも若干外側に出て配置されている。よって、本実施形態では、モールド樹脂５０は、電極座３０の先端よりも若干内側の位置まで充填されている。これにより、内側電極１０の先端部分と、外側電極４０との間で電気伝導度を測定可能である。

容器に取り付けられた際に、容器の外部に位置することになる内側電極１０や電極座３０の部分は、ゴムカバー６０によって覆われる。また、内側電極１０は配線１５により、外側電極４０は電極座３０を介して配線３９により制御回路７０に接続されている。温度センサ２０は配線２２を介して制御回路７０に接続されている。制御回路７０は、両電極１０，４０間に所定の電圧をかけた際に流れる電流の強さから測定対象の液体の電気伝導度を計測する。このとき、制御回路７０は、温度センサ２０の出力を用いて電気伝導度測定の補正を行うように構成されている。

具体的には、電気伝導度は１℃の上昇で約２％大きくなるので、測定対象がｔ℃の場合、下記式により、２５℃での電気伝導度に換算するように構成されている。
ＥＣ₂₅＝ＥＣ_t／｛１＋ａ×（ｔ−２５）｝
ここで、ＥＣ₂₅は２５℃の電気伝導率、ＥＣ_tはｔ℃の電気伝導率、ｔは測定対象である液体の温度（温度センサの出力）、ａは温度係数（0.02）である。

なお、温度係数ａは、厳密には液体の濃度により変化するため、給水、ボイラ水、純水など、測定対象によって異なる値に設定するのが望ましましい。また、温度センサとしては、サーミスタの他、熱電対や白金測温抵抗体等を使用しても良い。

続いて、本実施形態に係る電気伝導度計測器の主要なサイズについて具体的に言及する。内側電極１０の全長は58mmであり、外径は4.5mmであるが、大径突部１３の最大径（第１及び第２大径部１３ａ，１３ｂの外径）は8.3mm、基端１１部分の外径は6.8mmである。一方、電極座３０の孔３１ａ部分の内径は8.4mm、孔３１ｂ，ｄ部分の内径は11.0mm、孔３１ｃ部分の内径は7.0mmである。また、電極座３０の先端に接続される外側電極４０の内径は10.8mmである。

このように、大径突部１３の最大径が8.3mmである内側電極１０は、電極座３０の基端側から孔３１内に挿入することは出来ず、先端側から通過部である孔３１ａを通過させて孔３１内に挿入することができる。但し、最大径φ8.3mmの大径突部１３と、φ8.4mmの孔３１ａとでは、0.1mmの差しかないため、孔３１ａ内に第１大径部１３ａを挿入する際には、内側電極１０と電極座３０との中心軸をほぼ正確に一致させた状態でなければ挿入することはできない。

そして、大径突部１３は、孔３１ａをぎりぎり通過することができるが、φ7.0mmの孔３１ｃに進入することができず、孔３１ｂに留まることになる。いったん孔３１ｂ内に進入した大径突部１３は、孔３１ｃの入口が障害となって電極座３０の基端側に移動できないだけではなく、孔３１ａの入口が障害となって、電極座３０の先端側にも容易に移動することはできない。

すなわち、上述したように、大径突部１３の最大径と孔３１ａの内径との差は、わずか0.1mmだけであるので、内側電極１０と電極座３０とが同軸状態とならなければ大径突部１３が孔３１ａ内に進入することはなく、人為的に同状態を作り出さない限り、大径突部１３が孔３１ａ内に進入することはほとんどないと考えられる。

よって、本実施形態によれば、内側電極１０を保持するモールド樹脂５０、すなわち絶縁樹脂が劣化した際に、容器内の圧力により内側電極１０が外側に飛び出そうとしても、大径突部１３は孔３１ｃに進入することができないため、外部に飛び出すことはない。また、内側電極１０が容器内に落下しようとしても、大径突部１３が孔３１ａ内に進入することほとんどないため、落下することはない。

ここで、内側電極１０を挿入するためには、電極座３０の挿入側の内径を大径突部１３の最大径よりも大きくする必要があるが、いったん内部に挿入された大径突部１３が外部に抜け出さないようにするためには、できるだけ挿入側の内径を小さくする必要がある。本実施形態では、電極座３０の内径を0.1mmだけ大きくすることで、挿入可能と抜け出し防止を両立させている。もちろん、このサイズ差に限定されるものではなく、内側電極１０の最大径部と、電極座３０の挿入側最小内径のサイズ差が、僅かなサイズ差、すなわち0.05〜1.0mmの範囲内であれば、挿入可能性と抜け出し防止性を両立させることができた。

なお、上記した内側電極１０、電極座３０等のサイズは、実施形態の一例を示すに過ぎず、適宜サイズを変更できることは言うまでもない。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。図４は、本変形例に係る電気伝導度計測器の先端付近の断面図である。本変形例は、セル定数を変更可能なように内側電極の先端に着脱可能な補助電極を備えたことを特徴としている。

図４に示すように、内側電極１０の先端には雄ネジが設けられており、補助電極１６の一端内面に雌ネジが形成されている。したがって、補助電極１６は、内側電極１０の先端に着脱可能である。

ここで、導電率（S・cm^-1）＝セル定数（cm^-1）／抵抗（Ω）、セル定数（cm^-1）＝電極間の距離（cm）／電極の面積（cm²）である。本実施形態に係る計測器は、外側電極４０の面積が内側電極１０の面積よりも大きいから、内側電極１０の面積でセル定数が決まる。よって、本変形例のように、補助電極１６を追加して内側電極の表面積を変えることで、セル定数を変えることが可能である。

したがって、本変形例によれば、測定対象の導電率に合わせて補助電極を着脱することで、最適なセル定数を実現することができ、幅広い範囲で導電率を精度良く測定することが可能である。

具体的には、純水のように、電流が流れにくく導電率が低い測定対象物の場合には、安定した測定のためにセル定数を小さくすれば良い。すなわち、補助電極１６を取り付け、電極の面積を大きくすることで、セル定数を小さくすれば良い。また、測定対象が、ボイラ水等のように導電率が高い場合には、補助電極を取り付けず、そのまま測定すればよい。

なお、大きさの異なる複数の補助電極を用意しておき、段階的にセル定数を切り替えできるようにすれば、より高精度な電気伝導度の計測が可能になる。

以上、変形例も含めて本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、電極保持部材としての電極座は、外側電極と一体に形成された外側電極兼用の電極座であっても良い。

図１は、本実施形態に係る内側電極の構成を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係る電極座及び外側電極の構成を示す断面図である。 図３は、本実施形態に係る電気伝導度計測器の構成を示す断面図である。 図４は、本実施形態の変形例に係る電気伝導度計測器の先端付近の断面図である。

符号の説明

１ 電気伝導度計測器
１０ 内側電極
１３ 大径突部
１６ 補助電極
２０ 温度センサ
２１ サーミスタ
３０ 電極座（電極保持部材）
３１ 孔
４０ 外側電極
５０ モールド樹脂（絶縁樹脂）
６０ ゴムカバー
７０ 制御回路

Claims (4)

1. 液体の電気伝導度を計測する電気伝導度計測器において、
   管状の外側電極と、
   棒状の内側電極であって、大径突部を有する内側電極と、
   基端側から先端側まで内部を貫通する孔を有し、先端側から挿入される前記内側電極をその孔内に絶縁樹脂を介して保持すると共に、前記外側電極と接続又は一体に形成される導電性の電極保持部材であって、前記孔が、前記内側電極が挿入された状態で前記大径突部が収容される、前記大径突部の最大径よりも大きな内径の大径突部収容部と、前記大径突部よりも基端側に位置し、前記大径突部の最大径よりも小さい内径を有する係止部と、を有する電極保持部材と、
   を備えることを特徴とする電気伝導度計測器。
2. 前記電極保持部材の孔は、前記大径突部収容部よりも先端側に位置し、前記電極保持部材の孔内に収納する際に前記内側電極が通過する通過部であって、前記大径突部の最大径よりも僅かに大きい内径を有する通過部をさらに有していることを特徴とする請求項１記載の電気伝導度計測器。
3. 前記内側電極は、その先端に着脱可能に構成された補助電極を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気伝導度計測器。
4. 前記内側電極は、基端側を開端、先端側を閉端とする孔が形成された中空形状であり、
   前記内側電極の孔の先端に設置された温度センサと、
   前記温度センサの出力に基づいて、計測した電気伝導度に対して温度補正を行う制御回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の電気伝導度計測器。

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