JP2014055954A - 亜硫酸塩センサヘッドのクリーニング及び研削 - Google Patents

Abstract

【課題】溝を形成するセラミックストーン摩耗及び電極変形を従来技術のものよりも低減する。
【解決手段】液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用のセンサが開示される。センサは、前記センサが浸漬される液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用の非円形の又は非対称に固定された電極を有する。非円形の又は非対称に固定された電極を備えるセンサ、及び該センサを使用する方法は、電極からの残渣除去時における電極の変形を排除し、これにより作動寿命を延長させる。
【選択図】図４

Description

関連出願とのクロスリファレンス
本願は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる、「亜硫酸塩センサヘッドのクリーニング及び研削」という名称の、２０１２年９月１３日に出願された、米国特許仮出願第６１／７００４５９号明細書の利益を請求する。

発明の分野
本発明は、亜硫酸塩センサヘッドをクリーニング及び研削するための方法及び装置、特に電極変形及びその結果としてのセンサ信号形成における変化を低減又は排除する、亜硫酸塩センサ電極をクリーニング及び研削するための方法及び装置に関する。

発明の背景
液体中の特定の物質の存在を測定するために使用されるセンサは、通常、金属電極を使用する。センサ使用の期間にわたって、これらの電極は周期的にクリーニングされなければならない。今日、センサ電極のクリーニングは、回転するセラミック製のクリーニング及び研削「ストーン」を使用して行われる。クリーニングされる電極は、プラスチック基部に定着された比較的薄い金属のリングである。電極をクリーニングするために、回転するセラミックストーンの平坦な面が、プラスチック基部の表面を超えて延びる露出した電極リング面と接触させられる。これにより、セラミックストーンの回転が、電極リングの露出した面から残渣を除去する。次第に、電極リングは摩耗し、セラミックストーンも摩耗する。セラミックストーンが摩耗すると、前は平坦であったその表面に、溝が形成される。電極をクリーニングするためにこのような摩耗したセラミックストーンを使用すると、セラミックストーンの表面に形成された溝は、セラミックストーンの研削及びクリーニング能力を変化させる。その結果、電極の有効な研削及びクリーニングに欠陥が生じる。摩耗したセラミックストーンによって電極をクリーニング及び研削する際、電極は、電極が定着させられている隣接するプラスチック基部の表面の一部の上に「こすりつけられる」若しくは変形させられる。電極のこのこすりつけ若しくは変形は、電極の表面積及び機能を変化させる。これにより、電極変形は、電極の信号形成能力に欠陥を生じさせる。電極信号形成の欠陥は、不正確な検出を生じるため許容できないので、電極と、クリーニング及び研削のためのセラミックストーンとは、頻繁に交換されなければならない。

頻繁な電極及びセラミックストーンの交換に関連する資本コスト及び運転コストにより、改良の必要性が存在する。

発明の概要
本発明の課題は、溝を形成するセラミックストーン摩耗及び電極変形を従来技術のものよりも低減することである。本発明の電極センサ及びセラミックストーン装置及び方法は、以下に説明するように、前記課題及びその他の課題を達成する。

液体中の特定の物質の存在を測定するために有効な本発明のセンサは、例えばプラチナ、銀、金などの金属、又は同様の特性を有する別の金属から製造された電極を有する。金属電極は、プラスチック基部の平坦な面に、この平坦な面よりも上方へ突出して十分に露出されるように固定される。センサを製造する際、コストを考慮してプラスチック基部が好ましい。しかしながら、セラミック又はガラスなどのその他の材料を、同様に電極を固定するための基部として使用することができる。金属電極が定着させられる基部は、好ましくは従来技術のものと同じ寸法及び設計のものであり、それにより、関連する機器の変更を必要とすることなく既存の機器において従来技術のものと容易に交換可能である。

基部に固定された電極は、長円形、楕円形、方形又はその他の非円形、又は非対称に固定された円形のものである。長円形、楕円形、方形又はその他の非円形、又は非対称に固定された円形の電極を有するセンサは、従来技術のセンサよりも改良された電極摩耗及び延長されたセンサ作動寿命を提供する。

上記で簡単に述べたように、本発明のセンサは、例えば液体又はスラリ中のイオンの量又は水中の亜硫酸塩の量などの、液体中の物質の量を検出及び計量するために有効である。しかしながら、使用時、センサ電極の表面に残渣が堆積する。残渣の堆積により、適切かつ正確なセンサ作動及び機能を保証するために、電極は、電極からの残渣除去のためのクリーニングを必要とする。これにより、周期的に電極から残渣を除去するために、電極は、回転するセラミックストーンの比較的平らな若しくは平坦な接触面に接触させられる。回転するセラミックストーンは一般的に研削及びクリーニングストーンと称される。セラミックストーンとの接触は残渣をこすり取り、クリーンな電極表面を再び露出させる。本発明の電極は非円形であるか、又は円形である場合は非対称に固定されているので、電極と接触するセラミックストーンの平坦な面はより均一に摩耗され、この面における溝形成を減じる又は排除する。セラミックストーンの比較的平坦な接触面における溝形成を減じる又は排除することによって、セラミックストーンによってクリーニングされる金属電極の変形又は「こすりつけ」も同様に減じられる又は排除される。これにより、センサ及びセラミックストーン両者の有効作動寿命が著しく延長される。センサ及びセラミックストーン両者の有効作動寿命の延長は、センサ及びセラミックストーンに関連した資本コスト及び作動コストの両者を減じる。

液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用の本発明のセンサは、内縁部と、外縁部と、内縁部と外縁部との間に延びる上面とを有する基部を備え、前記センサが浸漬される液体中に存在する特定の物質の検出及び測定のために前記上面に非円形又は非対称的な電極が固定されている。センサ基部は、プラスチック、ガラス又はセラミック材料から製造される。センサ電極は、銀、金、プラチナなどの金属又はそれらの組合せから製造される。電極は、長円形、楕円形、方形又は波形などの非円形である。これに代えて、センサ基部に非対称に固定されるならば、円形の電極が使用されてよい。センサによって検出及び測定される特定の物質の一例は、水中に存在する亜硫酸塩又は、液体又はスラリ中に存在するイオンである。

液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用の本発明のセンサを使用する方法は、内縁部と、外縁部と、内縁部と外縁部との間に延びる上面とを有する基部と、前記上面における非円形の又は非対称に固定された電極とを備えるセンサを、液体中に存在する特定の物質の検出及び測定のために液体に浸漬し、回転するセラミックストーンを使用して電極から残渣を周期的にクリーニングすることを含む。この方法によれば、センサ基部は、プラスチック、ガラス又はセラミック材料から製造される。電極は、銀、金、プラチナなどの金属又はそれらの組合せから製造される。非円形の電極は、長円形、楕円形、方形又は波形である。これに代えて、センサ基部に非対称に固定されるならば、円形の電極が使用されてよい。センサによって検出及び測定される特定の物質の一例は、水中に存在する亜硫酸塩又は、液体又はスラリ中に存在するイオンである。

本発明のセンサ電極をクリーニング及び研削する方法は、回転するアームの周囲の非円形の経路をセラミックストーンがたどるようにセラミックストーンを回転するアームに中心からずらして取り付け、接触面の減じられた摩耗又は溝状の摩耗の防止とともに、センサ電極から残渣をクリーニング及び研削するためにセンサ電極をセラミックストーンの接触面と接触させることを含む。

本発明のその他の課題及び特徴が以下の説明及び請求項から明らかになるであろう。

ここで添付した図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。

従来技術の電極センサの斜視図である。 従来技術の摩耗した回転するセラミックストーンの斜視図である。 図２の摩耗したセラミックストーンと接触させられた後の、図１の電極センサの斜視図である。 本開示によるセンサの斜視図である。 本開示によるセンサの別の実施の形態の斜視図である。 本開示によるセンサの別の実施の形態の斜視図である。

発明の詳細な説明
図１には従来のセンサ１０が示されている。センサ１０は、外側面２２と内側面２０とによって形成されたプラスチック基部１２を有する。内側面２０は、基部１２を貫通する中央開口２４を形成している。基部１２の外側面２２と内側面２０との間に、上面２６と、反対側の底面（図示せず）とが延びている。内縁部１６は、上面２６と内側面２０との交差部を形成している。同様に、外縁部１４は、上面２６と外側面２２との交差部を形成している。上面２６には円形の電極１８が固定されており、この電極１８は、内縁部１６と外縁部１４との間に等間隔で対称的に配置されている。使用時、液体中に存在する特定の物質を検出及び計量するために、電極１８は液体に浸漬される。このような使用において時間が経つと、電極１８に残渣が堆積し、継続的な適切な作動及び使用のために電極１８をクリーニングする必要がある。

図２には、センサ１０の電極などの電極１８をクリーニング及び研削するために有効な従来のセラミックストーン４０が示されている。セラミックストーン４０は、基部４４を有し、関連する機器（図示せず）の回転するアーム（図示せず）に取外し可能に取り付けるために前記基部４４を開口４６が貫通している。基部４４における開口４６の反対側には、突出した接触部材４２が設けられている。突出した接触部材４２は、平坦な接触面５４を有する。

センサ１０の電極１８をクリーニング及び研削するためにセラミックストーン４０を使用する際、接触面５４は、電極１８と直接的に接触するように配置される。セラミックストーン４０が回転する際、セラミックストーン４０の前側縁部５２はセンサ１０の上面２６の一部に沿って移動する。これにより、接触部材４２の内縁部５０は上面２６の内縁部１６上を回転する。同様に、接触部材４２の外縁部４８は上面２６の外縁部１４上を回転する。時間が経つと、接触面５４が電極１８と直接的に接触しながら接触部材４２が上面２６に沿って回転するので、接触面５４が摩耗して溝５６が形成される。接触面５４が摩耗してそこに溝５６が形成されると、電極１８の適切なクリーニング及び研削に欠陥を生じさせる。

図３に最もよく示されるように、センサ１０は、摩耗して接触面５４に溝５６を有するセラミックストーン４０によるクリーニング及び研削により、変形させられている。残渣を除去するための電極のクリーニング及び研削のために電極１８と直接的に接触して、溝５６を備えるセラミックストーン４０が回転すると、電極１８は溝５６によって変形させられる。変形した状態の電極１８は、基部１２の部分上に「こすりつけられる」。これにより、電極１８の表面積が変化させられ、電極１８の適切な作動及び機能に欠陥が生じる。

上記で説明されかつ図１から図３に示されたようなセラミックストーン４０に対する摩耗及びその結果としての電極１８の変形に関連した問題を解決するために、本発明の装置の実施の形態がここに開示され、図４に示される。図４に示された本発明の装置は、図１に示されたものと共通の特徴を有する。これにより、図１のものと共通の図４に示された特徴は、前に数字"４"を付した同じ番号を使用して示されている。

図４にはセンサ４１０が示されている。センサ４１０は、外側面４２２と内側面４２０とによって形成されたプラスチック基部４１２を有する。内側面４２０は、基部４１２を貫通する中央開口４２４を形成している。基部４１２の外側面４２２と内側面４２０との間に上面４２６と、反対側の底面（図示せず）とが延びている。内縁部４１６は、上面４２６と内側面４２０との交差部を形成している。同様に、外縁部４１４は、上面４２６と外側面４２２との交差部を形成している。上面４２６には非円形の電極４１８が固定されており、この電極４１８は、内縁部４１６と外縁部４１４との間に変化する間隔をもって配置されている。使用時、液体中に存在する特定の物質を検出及び計量するために、電極４１８は液体に浸漬される。このような使用において時間が経つと、電極４１８に残渣が堆積し、継続的な適切な作動及び使用のために電極４１８をクリーニングする必要がある。

センサ４１０の電極４１８をクリーニング及び研削するための方法においてセラミックストーン４０を使用する際、接触面５４は、電極４１８と直接的に接触するように配置される。セラミックストーン４０が回転する際、セラミックストーン４０の前側縁部５２はセンサ４１０の上面４２６の一部に沿って移動する。これにより、接触部材４２の内縁部５０は上面４２６の内縁部４１６上を回転する。同様に、接触部材４２の外縁部４８は上面４２６の外縁部４１４上を回転する。非円形の電極４１８は、内縁部４１６と外縁部４１４との間に変化する間隔をおいて配置されているので、接触面５４が電極４１８と直接的に接触しながら接触部材４２が上面４２６に沿って回転する際、接触面５４が摩耗して溝５６が形成されることはない。内縁部４１６と外縁部４１４との間の間隔におけるこの変化は、電極４１８がセラミックストーン４０の接触面５４を摩耗させて溝５６を形成することを減じる又は防止する。従って、電極４１８の適切なクリーニング及び研削が保たれ、セラミックストーン４０の有効寿命が保たれ、作動寿命が引き延ばされる。

図１から図３を参照して上記で説明されたようなセラミックストーン４０に対する摩耗及びその結果としての電極１８の変形に関連した問題を解決するための別の実施の形態がここに開示され、図５に例示されている。図５に示された本発明の装置は、図１に示されたものと共通の特徴を有する。これにより、図１のものと共通の図５に示された特徴は、前に数字"５"を付した同じ番号を使用して示されている。

図５にはセンサ５１０が示されている。センサ５１０は、外側面５２２と内側面５２０とによって形成されたプラスチック基部５１２を有する。内側面５２０は、基部５１２を貫通する中央開口５２４を形成している。基部５１２の外側面５２２と内側面５２０との間に上面５２６と、反対側の底面（図示せず）とが延びている。内縁部５１６は、上面５２６と内側面５２０との交差部を形成している。同様に、外縁部５１４は、上面５２６と外側面５２２との交差部を形成している。上面５２６には非円形の電極５１８が固定されており、この電極５１８は、内縁部５１６と外縁部５１４との間に変化する間隔をおいて配置されている。使用時、液体中に存在する特定の物質を検出及び計量するために、電極５１８は液体に浸漬される。このような使用において時間が経つと、電極５１８に残渣が堆積し、継続的な適切な作動及び使用のために電極５１８をクリーニングする必要がある。

センサ５１０の電極５１８をクリーニング及び研削するための方法においてセラミックストーン４０を使用する際、接触面５４は、電極５１８と直接的に接触するように配置される。セラミックストーン４０が回転する際、セラミックストーン４０の前側縁部５２はセンサ５１０の上面５２６の一部に沿って移動する。これにより、接触部材４２の内縁部５０は上面５２６の内縁部５１６上を回転する。同様に、接触部材４２の外縁部４８は上面５２６の外縁部５１４上を回転する。非円形の電極５１８は、内縁部５１６と外縁部５１４との間に変化する間隔で配置されているので、接触面５４が電極５１８と直接的に接触しながら接触部材４２が上面５２６に沿って回転する際、接触面５４が摩耗して溝５６が形成されることはない。内縁部５１６と外縁部５１４との間の間隔におけるこの変化は、電極５１８がセラミックストーン４０の接触面５４を摩耗させて溝５６を形成することを減じる又は防止する。従って、電極５１８の適切なクリーニング及び研削が保たれ、セラミックストーン４０の有効寿命が保たれ、作動寿命が引き延ばされる。

図１から図３を参照して上記で説明されたようなセラミックストーン４０に対する摩耗及びその結果としての電極１８の変形に関連した問題を解決するためのさらに別の実施の形態がここに開示され、図６に例示されている。図６に示された本発明の装置は、図１に示されたものと共通の特徴を有する。これにより、図１のものと共通の図６に示された特徴は、前に数字"６"を付した同じ番号を使用して示されている。

図６にはセンサ６１０が示されている。センサ６１０は、外側面６２２と内側面６２０とによって形成されたプラスチック基部６１２を有する。内側面６２０は、基部６１２を貫通する中央開口６２４を形成している。基部６１２の外側面６２２と内側面６２０との間に上面６２６と、反対側の底面（図示せず）とが延びている。内縁部６１６は、上面６２６と内側面６２０との交差部を形成している。同様に、外縁部６１４は、上面６２６と外側面６２２との交差部を形成している。上面６２６には非円形の電極６１８が固定されており、この電極６１８は、内縁部６１６と外縁部６１４との間に変化する間隔で配置されている。使用時、液体中に存在する特定の物質を検出及び計量するために、電極６１８は液体に浸漬される。このような使用において時間が経つと、電極６１８に残渣が堆積し、継続的な適切な作動及び使用のために電極６１８をクリーニングする必要がある。

センサ６１０の電極６１８をクリーニング及び研削するための方法においてセラミックストーン４０を使用する際、接触面５４は、電極６１８と直接的に接触するように配置される。セラミックストーン４０は回転する際、セラミックストーン４０の前側縁部５２はセンサ６１０の上面６２６の一部に沿って移動する。これにより、接触部材４２の内縁部５０は上面６２６の内縁部６１６上を回転する。同様に、接触部材４２の外縁部４８は上面６２６の外縁部６１４上を回転する。非円形の電極６１８は、内縁部６１６と外縁部６１４との間に変化する間隔で配置されているので、接触面５４が電極６１８と直接的に接触しながら接触部材４２が上面６２６に沿って回転する際、接触面５４が摩耗して溝５６が形成されることはない。内縁部６１６と外縁部６１４との間の間隔におけるこの変化は、電極６１８がセラミックストーン４０の接触面５４を摩耗させて溝５６を形成することを減じる又は防止する。従って、電極６１８の適切なクリーニング及び研削が保たれ、セラミックストーン４０の有効寿命が保たれ、作動寿命が引き延ばされる。

非円形の電極４１８，５１８，６１８は、内縁部４１６，５１６，６１６と外縁部４１４，５１４，６１４との間の電極４１８，５１８，６１８の配置される間隔を変化させるあらゆる形状であってよい。このような形状は、長円形、楕円形、正方形及び波形を含む。容易な製造、ひいてはコスト削減のために、より複雑でない形状及び形態が好ましい。これに代えて、センサ基部に非対称に固定されるならば、円形の電極が使用されてよい。このように、非対称に固定された円形の電極は、内縁部１６と外縁部１４との間に一定の等間隔を有するように固定されない。

図１から図３を参照して上記で説明されたようなセラミックストーン４０に対する摩耗及びその結果としての電極１８の変形に関連した問題を解決するための別のアプローチは、関連する機器（図示せず）の回転するアーム（図示せず）への開口４６を通じたセラミックストーン４０の取付けを変更することである。これにより、セラミックストーン４０は、回転するアーム（図示せず）に、中心からずれて取り付けられ、その周囲をオフセット回転する。セラミックストーン４０はもはや円形の経路に沿って回転せず、オフセット回転により長円形の経路に沿って回転するので、溝５６は形成されない。さらに説明するために、長円形の経路に沿ってセラミックストーン４０を回転させることによって、電極１８と接触面５４との接触は一定ではなく、接触面５４のより広い表面領域にわたって変動する。接触面５４のより広い表面領域における接触は、接触面５４における溝５６の摩耗を減じる又は防止する。

センサ電極をクリーニング及び研削する装置及び方法に関連して好適な実施の形態が示されかつ説明されたが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、前記実施の形態に対して様々な変更が当業者によって加えられてもよい。従って、発明は例示的に説明されているのであって、添付の請求の範囲に従ってのみ限定されるということが理解される。

１０，４１０，５１０，６１０ センサ、 １２，４１２，５１２，６１２ プラスチック基部、 １４，４１４，５１４，６１４ 外縁部、 １６，４１６，５１６，６１６ 内縁部、 １８，４１８，５１８，６１８ 電極、 ２０，４２０，５２０，６２０ 内側面、 ２２，４２２，５２２，６２２ 外側面、 ２４，４２４，５２４，６２４ 中央開口、 ２６，４２６，５２６，６２６ 上面、 ４０ セラミックストーン、 ４２ 接触部材、 ４４ 開口、 ４６ 開口、 ５０ 内縁部、 ５２ 前側縁部、 ５４ 接触面、 ５６ 溝

Claims (19)

1. 液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用のセンサであって、
   内縁部と、外縁部と、前記内縁部と前記外縁部との間に延びる上面とを有する基部と、
   前記センサが浸漬される液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用の、前記上面上の、非円形の又は非対称に固定された電極と、を備えることを特徴とする、センサ。
2. 前記基部は、プラスチック、ガラス又はセラミック材料から製造される、請求項１記載のセンサ。
3. 前記電極は、金属から製造される、請求項１記載のセンサ。
4. 前記電極は、銀、金、プラチナ又はそれらの組合せから製造される、請求項１記載のセンサ。
5. 前記電極は、長円形又は楕円形である、請求項１記載のセンサ。
6. 前記電極は、方形である、請求項１記載のセンサ。
7. 前記電極は、波形である、請求項１記載のセンサ。
8. 前記特定の物質は、亜硫酸塩である、請求項１記載のセンサ。
9. 前記液体は、水である、請求項１記載のセンサ。
10. 液体中に存在する特定の物質の検出及び測定用のセンサを使用する方法であって、
    内縁部と、外縁部と、前記内縁部と前記外縁部との間に延びる上面とを有する基部と、前記上面における非円形の又は非対称に固定された電極とを備えるセンサを、液体中に存在する特定の物質の検出及び測定のために液体に浸漬し、
    回転するセラミックストーンを使用して前記電極から残渣を定期的にクリーニングすることを特徴とする、方法。
11. 前記基部は、プラスチック、ガラス又はセラミック材料から製造される、請求項１０記載の方法。
12. 前記電極は、金属から製造される、請求項１０記載の方法。
13. 前記電極は、銀、金、プラチナ又はそれらの組合せから製造される、請求項１０記載の方法。
14. 前記電極は、長円形又は楕円形である、請求項１０記載の方法。
15. 前記電極は、方形である、請求項１０記載の方法。
16. 前記電極は、波形である、請求項１０記載の方法。
17. 前記特定の物質は、亜硫酸塩である、請求項１０記載の方法。
18. 前記液体は、水である、請求項１０記載の方法。
19. センサ電極をクリーニング及び研削する方法であって、
    回転するアームの周囲の非円形の経路をセラミックストーンがたどるようにセラミックストーンを前記回転するアームに中心からずらして取り付け、
    センサ電極から残渣をクリーニング及び研削するために前記センサ電極を前記セラミックストーンの接触面と接触させることを含むことを特徴とする、方法。

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