JP2015135241A - 導電率測定器、海洋観測システム、および導電率測定器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い寸法精度を必要とすることなくより容易な作業で製造可能な導電率測定器を提供する。
【解決手段】導電率測定器７は、液体の導電率を検出する導電率センサ１４と、基板１２と、流路形成部材１３と、を備える。基板１３は、導電率センサ１２が配置されたセンサ配置面１２ａを含む。流路形成部材１３は、基板１２に接合され、センサ配置面１２ａとで流路１９を画定する。そして、導電率センサ１４は、流路１９内に位置している。導電率測定器７はセンサ配置面１２ａに配され流路１９内に位置する温度センサ１５をさらに含んでいてもよい。温度センサ１５は、流路１９内を流れる液体の流れ方向に関して、導電率センサ１４の両側に配置されていてもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体の導電率を測定する導電率測定器、当該導電率測定器を備えた海洋観測システム、および当該導電率測定器を製造する方法に関する。

液体の導電率を計測する導電率測定器が知られており、導電率測定器の一例が特許文献１に開示されている。図２３は、特許文献１に開示される導電率測定器の断面図である。図２３を用いて、当該導電率測定器について説明する。

図２３に示されるように、特許文献１に開示される導電率測定器１は、一体成形された筒体２と、筒体２に実装された導電率センサ３と、を備える。筒体２の側壁には貫通穴４が形成されており、導電率センサ３が貫通穴４に嵌められている。

筒体２の内部空間が流路５として機能し、測定対象の液体は流路５を流れる。導電率センサ３は、流路５内を流れる液体に接した際に、当該液体の導電率に対応する電気信号を不図示の演算処理装置へ送る。演算処理装置は、導電率センサ３から送られた電気信号に基づいて導電率を算出する。

特開２００７−３２０２２９号公報

特許文献１に開示される導電率測定器１では、貫通穴４が所望の形状で形成されていない場合、導電率センサ３を貫通穴４に嵌めることができない。そのため、比較的高い寸法精度で貫通穴４を筒体２の側壁に形成することが要求される。

筒体２に導電率センサ３を実装する他の例として、筒体２の内側面に導電率センサ３が配置された構造も考えられる。

しかしながら、特許文献１に開示される導電率測定器１では、筒体２が一体成形されている。流路５の内側面に導電率センサ３を配置するには、流路５の流入口または流出口から流路５内へ導電率センサ３を案内しなければならない。そのため、流路５内の所望の位置に導電率センサ３を配置することが困難である。

特に、導電率測定器１の小型化に伴って、流路５は狭くなり、導電率センサ３を流路５の内部に配置する作業はより難しくなる。

このように、特許文献１に開示される導電率測定器１では、その製造において高い寸法精度や難しい作業が求められるので、導電率測定器１の製造期間の短縮や製造コストの削減に限界がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い寸法精度を必要とせずより容易な作業で製造可能な導電率測定器、および当該導電率測定器の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の一態様は、液体の導電率を検出する導電率センサと、基板と、流路形成部材と、を備える。基板は、導電率センサが配置されたセンサ配置面を含む。流路形成部材は、基板に接合され、センサ配置面とで流路を画定する。そして、導電率センサは、流路内に位置している。

また、本発明の他の態様は、導電率測定器を製造する方法に係る。この態様において、本発明は、センサ配置面を含む基板と、センサ配置面とで流路を画定する流路形成部材と、を用意する工程と、センサ配置面に電極を配設して導電率センサを形成する工程と、流路内に導電率センサが位置するように基板に対して流路形成部材の位置を合わせ、基板に流路形成部材を接合する接合工程と、を含む。

本発明によれば、高い寸法精度を必要とせずより容易な作業で製造可能になる。

本発明の実施形態に係る導電率測定器を備える海洋観測システムの概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る導電率測定器の斜視図である。 図２に示される導電率測定器のＡ−Ａ断面における断面図である。 図２に示される基板の斜視図である。 図２に示される流路形成部材を、基板の側から見た斜視図である。 ３極式導電率センサを示す概略図である。 ３極式導電率センサを構成する回路を示した図である。 ４極式導電率センサを示す概略図である。 ４極式導電率センサを構成する回路を示した図である。 ７極式導電率センサを示す概略図である。 ７極式導電率センサを構成する回路を示した図である。 第１の実施形態の変形例に係る導電率測定器の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る導電率測定器の分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る導電率測定器の斜視図である。 図１４に示される流路形成部材を、基板の側から見た斜視図である。 図１４に示される導電率測定器のＢ−Ｂ断面における断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る導電率測定器の分解斜視図である。 各実施形態に係る導電率測定器の精度を求める際に使用される液体供給装置の概略図である。 各実施形態に係る導電率測定器の精度を求める際に使用される制御装置の概略図である。 周波数と導電率との関係を示すグラフである。 各実施形態に係る導電率測定器で測定された温度の時系列変化を示すグラフである。 各実施形態に係る導電率測定器における、圧力と電圧との関係を示すグラフである。 関連する導電率測定器の断面図である。

図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る導電率測定器を備える海洋観測システムの概略図である。図１に示されるように、海洋観測システム６は、導電率測定器７と電気的に接続された演算処理装置８と、演算処理装置８へ電力を供給する電力源９と、を備える。海洋観測システム６は浮沈手段１０を含み、浮沈手段１０が作動することで、海洋観測システム６は海中に沈み、また海面に浮く。

海洋観測システム６が海中に沈んだ状態で導電率測定器７が作動すると、海水の導電率に対応する電気信号が導電率測定器７から演算処理装置８へ送られる。演算処理装置８は、当該電気信号に基づいて導電率を算出する。算出された導電率は、アンテナ１１から不図示の受信装置に送られる。導電率と塩分濃度との間には一定の対応関係があることが知られており、海水の導電率に基づいて海水の塩分濃度が得られる。

本実施形態に係る導電率測定器７は、導電率（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）だけでなく、温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を測定することもできる。また、導電率測定器７は、液体の圧力を測定することで、海中の深度（Ｄｅｐｔｈ）を得ることもできる。本実施形態に係る導電率測定器７のように、導電率、温度および深度を測定することができる測定器は「ＣＴＤセンサ」とも呼ばれる。

なお、本発明に係る導電率測定器７は、海水の導電率の測定に用いられるだけでなく、河川水、飲料、および工場で使用される溶液といった様々な液体の導電率の測定に用いることができる。また、導電率測定器７は、液中に沈められるだけでなく、液体が流れる導管に接続されてもよい。

以下、各実施形態に係る導電率測定器７について、詳述する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る導電率測定器７の斜視図である。図３は、図２に示される導電率測定器７のＡ−Ａ断面における断面図である。図４は、図２に示される基板の斜視図である。図５は、図２に示される流路形成部材を、基板の側から見た斜視図である。

図２ないし図５に示されるように、導電率測定器７は、基板１２と、流路形成部材１３と、を備える。基板１２の一の面には液体の導電率を検出する導電率センサ１４と、液体の温度を検出する温度センサ１５と、液体の圧力を検出する圧力センサ１６と、が配されている。本明細書において、当該一の面は「センサ配置面１２ａ」とも称される。

導電率センサ１４、温度センサ１５および圧力センサ１６は、センサ配置面１２ａの端部に配置された複数の端子１７と電気的に接続されている。複数の端子１７が、配線ケーブルを介して演算処理装置８（図１参照）と電気的に接続されている。

流路形成部材１３には溝１８が形成されている。溝１８の開口がセンサ配置面１２ａで覆われるように流路形成部材１３が基板１２に接合されており、溝１８の内側面とセンサ配置面１２ａとで流路１９が画定されている。

流路１９の流入口２０と流出口２１は、流路形成部材１３の、基板１２と接する面とは異なる面に形成されている。導電率測定器７が海中に沈められた状態では、海水は流入口２０から流路１９へ流入し、流路１９を流れて流出口２１から排出される。

なお、端子１７は流路形成部材１３で覆われていない。

基板１２としては、例えばガラスプレートが用いられる。流路形成部材１３としては、シリコーン材が用いられる。しかし、本発明はこれらの材料に限定されない。流路形成部材１３は、接着剤を介して基板１２に接着されていてもよいし、基板１２に溶着されていてもよい。

導電率センサ１４は、流路１９内に位置している。流路１９内を流れる液体が導電率センサ１４に接した際、導電率センサ１４は該液体の導電率に対応する電気信号を演算処理装置８（図１参照）へ送る。

本実施形態によれば、センサ配置面１２ａに導電率センサ１４が配置されているので、基板１２や流路形成部材１３に導電率センサ１４を嵌めるための、関連技術で必要とされた貫通穴（図２３参照）を形成する必要がない。したがって、基板１２や流路形成部材１３の製作に比較的高い寸法精度は要求されない。

また、流路１９は、基板１２に流路形成部材１３を接合することで画定されている。したがって、流路１９が画定される前に導電率センサ１４を所望の位置に配置することができ、より容易な作業で導電率測定器７を製造することが可能になる。

高い寸法精度や煩雑な作業が必要ないので、導電率測定器７の製造期間の短縮や製造コストを削減することができる。

導電率センサ１４としては、例えば、２極式導電率センサが用いられる。２極式導電率センサを用いた測定原理を簡単に説明する。一対の電極が液体中に浸漬され、当該一対の電極間に所定の電圧が印加される。このとき、電流が液体を介して一対の電極間を流れる。一対の電極間を流れる電流値から、当該液体の抵抗値が求められ、当該抵抗値に基づいて導電率が得られる。電極は、例えば真空蒸着またはスクリーン印刷といった方法で基板１２のセンサ配置面１２ａに形成される。

３極式導電率センサ、４極式導電率センサおよび７極式導電率センサが導電率センサ１４として用いられてもよい。

図６は３極式導電率センサを説明するための図であり、図７は３極式導電率センサを構成する電気回路を示した図である。図８は４極式導電率センサを説明するための図であり、図９は４極式導電率センサを構成する電気回路を示した図である。図１０は７極式導電率センサを説明するための図であり、図１１は７極式導電率センサを構成する電気回路を示した図である。

図６および図７に示されるように、３極式導電率センサでは、３つの電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃがこの順で並べられている。電極２２ａ，２２ｃは電気信号用のグラウンド２３に接続されており、電極２２ｂがウィーンブリッジ発振回路といった発振回路２４に接続されている。グラウンド２３および発振回路２４は、演算処理装置８（図１参照）に設けられている。

３極式導電率センサでは、電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接する液体の導電率に応じて、発振回路２４から出力される電圧の周波数が変化する。当該周波数に基づいて、液体の導電率が求められる。

図８および図９に示されるように、４極式導電率センサでは、４つの電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄがこの順で並べられている。電極２２ａは定電流源２５に接続されている。電極２２ｂ，２２ｃは差動アンプ２６に接続されており、電極２２ｄがグラウンド２３に接続されている。グラウンド２３、定電流源２５および差動アンプ２６は、演算処理装置８（図１参照）に設けられている。

４極式導電率センサでは、定電流源２５が電極２２ａへ電流を流した際に差動アンプ２６から液体の導電率に応じた電圧が出力される。当該電圧の大きさに基づいて、液体の導電率が求められる。

図１０および図１１に示されるように、７極式導電率センサでは、７つの電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇがこの順で並べられている。電極２２ａ，２２ｇはグラウンド２３に接続されている。電極２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｆは差動アンプ２６に接続されており、電極２２ｄが定電流源２５に接続されている。グラウンド２３、定電流源２５および差動アンプ２６は、演算処理装置８（図１参照）に設けられている。

７極式導電率センサでは、定電流源２５が電極２２ａへ電流を流した際に差動アンプ２６から液体の導電率に応じた電圧が出力される。当該電圧の大きさに基づいて、液体の導電率が求められる。

再び図２ないし図５を参照する。本実施形態では、流路１９内に温度センサ１５が位置している。温度センサ１５としては、サーミスタを用いることができる。

液体の導電率は液体の温度の影響を受け、液体の温度が高くなると液体の導電率が高くなることが知られている。液体の実際の温度で測定された導電率は、温度と導伝率の関係を示す温度係数を用いて、所定の温度（例えば２５℃）における導電率に換算されることが多い。

本実施形態では、温度センサ１５が流路１９内に位置しているので、流路１９内を流れる液体の導電率と温度が測定される。導電率が測定される際の液体の温度が測定されるので、所定の温度における液体の導電率をより正確に求めることが可能になる。

流路１９を流れる液体の流れ方向に関して導電率センサ１４の両側に温度センサ１５が位置していることが好ましい。このような温度センサ１５の配置によって、導電率センサ１４を通過する前の液体の温度と、導電率センサ１４を通過した後の液体の温度と、が測定される。

導電率センサ１４の前後における液体の温度を測定することによって、導電率センサ１４を通過する際の液体の温度が求められる。その結果、所定の温度における液体の導電率をより正確に求めることが可能になる。

本実施形態によれば、センサ配置面１２ａに温度センサ１５が配置されているので、基板１２や流路形成部材１３の製作に比較的高い寸法精度は要求されない。流路１９は、基板１２に流路形成部材１３を接合することで画定されているので、より容易な作業で温度センサ１５を所望の位置に配置することができる。したがって、導電率測定器７の製造期間の短縮や製造コストを削減することが可能になる。

圧力センサ１６は、例えばダイヤフラムゲージである。導電率測定器７が海中に沈められた状態では、圧力センサ１６は海水の圧力を測定する。測定された圧力から、海中における導電率測定器７の深度が求められる。したがって、導電率測定器７の使用者は、導電率測定器７によって測定された導電率が、どの深度で測定されたものかを知ることが可能になる。

海洋観測における実用的な塩分濃度は、圧力、温度及び電気導電率を、ＵＮＥＳＣＯの１９７８ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓａｌｉｎｉｔｙ ｓｃａｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ（ＰＳＳ：実用塩分濃度式）を用いて求められる。そのため、圧力、温度及び電気導電率をより正確に測定することが必要とされる。

図１２は、第１の実施形態の変形例に係る導電率測定器７の断面図である。図１２に示されるように、流路１９の流入口２０と流出口２１は、基板１２に形成されていてもよい。流入口２０が流路形成部材１３に形成され流出口２１が基板１２に形成されていてもよいし、流入口２０が基板１２に形成され流出口２１が流路形成部材１３に形成されていてもよい。

また、流路１９にポンプ２７が接続されている。ポンプ２７が作動することで、液体は導電率測定器７の外部から流路１９内に取り込まれ、流路１９内を強制的に流れる。したがって、流路１９内が液体で満たされ、当該液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

ポンプ２７は、導電率測定器７が液中に沈められて当該液体の導電率が測定される場合にも有利に働く。すなわち、液体が導電率測定器７の外部から流路１９に強制的に取り込まれるので、導電率測定器７の外部の液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

特に、海洋観測においては、時間の経過および測定位置の変化に伴って海水の塩分濃度が変化する。ポンプ２７の作動に応じて比較的短い時間で海水が導電率測定器７の外部から流路１９に取り込まれるので、所定の時間および所定の位置における海水の導電率すなわち塩分濃度をより正確に測定することが可能になる。

ポンプ２７としては、電気浸透流ＥＯポンプ、圧電ポンプ、ダイヤフラムポンプ、マグネットポンプを用いることができる。

ポンプ２７は、例えば、流入口２０の周辺に形成された雌ねじにポンプ２７の吐出部に形成された雄ねじを螺合させることで流入口２０に固定される。雌ねじは、金型成形によって形成されてもよいし、切削加工によって形成されてもよい。

流入口２０および流出口２１の少なくとも一方にバルブ（不図示）が設けられていてもよい。バルブを設けることよって、流路１９内を液体が流れる状態と、流路１９内を液体が流れない状態と、の切り替えが可能になる。

続いて、本実施形態に係る導電率測定器７の製造方法について、図２ないし図５を用いて説明する。

まず、基板１２および流路形成部材１３が用意される（用意工程）。図４に示されるように、基板１２のセンサ配置面１２ａには、導電率センサ１４、温度センサ１５および圧力センサ１６が配設されている。

導電率センサ１４が４極式導電率センサの場合、４つの電極は真空蒸着やスクリーン印刷といった方法でセンサ配置面１２ａ上に形成される。端子１７や、端子１７と導電率センサ１４とを接続する電気配線もまた、真空蒸着やスクリーン印刷といった方法で形成される。

温度センサ１５としてのサーミスタ、および圧力センサ１６としてのダイヤフラムゲージは、導電率センサ１４および端子１７がセンサ配置面１２ａに形成された後、センサ配置面１２ａに実装される。そして、温度センサ１５および圧力センサ１６は、電気配線を介して端子１７と電気的に接続される。

図５に示されるように、流路形成部材１３には、流路１９を画定する溝１８が形成されている。流路形成部材１３の溝１８は、金型成形によって形作られてもよいし、切削加工によって形作られてもよい。

続いて、図２および図３に示されるように、溝１８（図５参照）の開口がセンサ配置面１２ａで覆われるように流路形成部材１３が基板１２に接合され、流路１９が画定される（接合工程）。このとき、流路１９内に導電率センサ１４および温度センサ１５が位置するように、基板１２に対して流路形成部材１３の位置が合わせられる。

流路形成部材１３がシリコーン材料からなる場合には、紫外線を流路形成部材１３に当てることで流路形成部材１３を基板１２に溶着することができる。

具体的には、波長が２３０ｎｍ〜３２０ｎｍ程度の紫外線を、流路形成部材１３の、基板１２に接合される面に１分ほど照射する。その後、流路形成部材１３を基板１２に５ｋｇの荷重で押し付け、基板１２および流路形成部材１３を加熱炉（不図示）に入れる。加熱炉内の温度を８０℃に維持したまま基板１２および流路形成部材１３を１時間放置した後、徐々に加熱炉内の温度を下げることで、基板１２と流路形成部材１３とが溶着される。

もちろん、流路形成部材１３は、接着剤を介して基板１２に接合されてもよい。

流路形成部材１３が基板１２に接合されることで、導電率測定器７が完成する。

本実施形態に係る製造方法によれば、センサ配置面１２ａに導電率センサ１４が配置されるので、基板１２や流路形成部材１３に導電率センサ１４を嵌めるための、関連技術では必要とされた貫通穴（図２３参照）を形成する必要がない。したがって、基板１２や流路形成部材１３の製作に比較的高い寸法精度は要求されない。

また、導電率センサ１４が配置された基板１２に流路形成部材１３を接合することで流路１９が形成される。したがって、流路１９の流入口２０または流出口２１から流路１９内へ導電率センサ１４を案内する必要がなく、流路１９内の所望の位置に導電率センサ１４を比較的容易に配置することができる。

さらに、温度センサ１５を流路１９内に配置させることができるので、所定の温度における液体の導電率をより正確に求めることが可能になる。温度センサ１５が配置された基板１２に流路形成部材１３を接合することで流路１９が形成されるので、流路１９内の所望の位置に温度センサ１５を比較的容易に配置することができる。

高い寸法精度や煩雑な作業が必要ないので、導電率測定器７の製造期間の短縮や製造コストを削減することができる。

なお、本実施形態では、流路１９は、平面形状を有するセンサ配置面１２ａと、流路形成部材１３に形成された溝と、で画定されているが、本発明はこの形態に限られない。例えば、本発明は、基板１２に溝が形成されており、当該溝の内部に導電率センサ１４が位置しており、当該溝の開口を板状の流路形成部材１３が覆っている形態であってもよい。また、基板１２と流路形成部材１３との両方に溝が形成されており、基板１２の溝と流路形成部材１３の溝とで１つの流路１９が形成されていてもよい。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る導電率測定器７について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る導電率測定器７の分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る導電率測定器７（図２ないし図５参照）の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１３に示されるように、本実施形態では、流路形成部材１３は、第１の部材１３ａと、第１の部材１３ａに接合された第２の部材１３ｂと、を含む。第１の部材１３ａには貫通穴２８が形成されている。

貫通穴２８の一方の開口がセンサ配置面１２ａで覆われており、貫通穴２８の他方の開口が第２の部材１３ｂで覆われている。言い換えれば、貫通穴２８の内側面と、センサ配置面１２ａと、第１の部材１３ａと、で流路１９（図３参照）が画定されている。

第２の部材１３ｂから分離された第１の部材１３ａは、第２の部材１３ｂに接合された後に基板１２に接合されてもよいが、第２の部材１３ｂに接合される前に基板１２に接合される方が好ましい。

具体的には、センサ配置面１２ａが貫通穴２８の一方の開口を覆いかつ導電率センサ１４が貫通穴２８内に位置するように基板１２に対して第１の部材１３ａの位置が合わせられ、第１の部材１３ａが基板１２に接合される（第１の接合工程）。その後、第２の部材１３ｂが貫通穴２８の他方の開口を覆うように第１の部材１３ａに対して第２の部材１３ｂの位置が合わせられ、第２の部材１３ｂが第１の部材１３ａに接合される（第２の接合工程）。

第１の接合工程の後に第２の接合工程が行われる場合、貫通穴２８を通して導電率センサ１４および温度センサ１５の位置を確認できるので、基板１２に対して貫通穴２８の位置をより容易に定めることができる。

第１の部材１３ａは、接着剤を介して第２の部材１３ｂに接着されていてもよいし、第２の部材１３ｂに溶着されていてもよい。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る導電率測定器７について、図１４ないし図１６を用いて説明する。図１４は本実施形態に係る導電率測定器７の斜視図である。図１５は、図１４に示される流路形成部材１３を、基板１２の側から見た斜視図である。図１６は、図１４に示される導電率測定器７のＢ−Ｂ断面における断面図である。

なお、第１の実施形態に係る導電率測定器７（図２ないし図５参照）の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１４ないし図１６に示されるように、本実施形態では、溝１８の、液体の流れ方向と交わる断面は、流れ方向に関して溝１８の中間部から、流れ方向に関して溝の端部へ向かうにつれて大きくなっている。言い換えれば、流路１９の、液体の流れ方向と交わる断面（以下、「流路断面」という）は、流路１９の、流れ方向に関して中間部（以下、「流路中間部」と称す）から流入口２０および流出口２１へ向かうにつれて大きくなっている。

なお、図１４ないし図１６に示される例では、流路１９の流路断面は、流路１９の流路中間部から流入口２０および流出口２１へ向かうにつれて大きくなっているが、本発明はこの形態に限られない。例えば、流路１９の流路断面は、流路１９の流路中間部から流入口２０へ向かう側のみ大きくなっていてもよいし、流路１９の流路中間部から流出口２１へ向かう側のみ大きくなっていてもよい。

本実施形態によれば、流路１９の流路断面が流路１９の流路中間部から流入口２０へ向かうにつれて大きくなっているので、導電率測定器７の外部の液体が流路１９へ流入しやすい。したがって、流路１９内が液体で満たされやすく、当該液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

また、流路１９の流路断面が流路１９の流路中間部から流出口２１へ向かうにつれて大きくなっているので、流路１９内にある液体が導電率測定器７の外部へ流出しやすい。したがって、流路１９内の液体が導電率測定器７の外部の液体と入れ替わりやすく、導電率測定器７の外部の液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

特に、海洋観測においては、時間の経過および測定位置の変化に伴って海水の塩分濃度が変化する。比較的短い時間で海水が導電率測定器７の外部から流路１９に取り込まれるので、所定の時間および所定の位置における海水の導電率すなわち塩分濃度をより正確に測定することが可能になる。

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る導電率測定器７について、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態に係る導電率測定器７の分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る導電率測定器７（図２ないし図５参照）の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。また、本実施形態に係る導電率測定器７の断面図は、図１６に示される断面図と同じなので、ここでは省略する。

図１７に示されるように、本実施形態では、流路形成部材１３は、第１の部材１３ａと、第２の部材１３ｂと、第３の部材１３ｃと、を含む。第１および第２の部材１３ａ，１３ｂは基板１２に接合されており、第３の部材１３ｃは、第１および第２の部材１３ａ，１３ｂの、基板１２の側とは反対の側に接合されている。

第１および第２の部材１３ａ，１３ｂは、間隔２９をおいて所定の方向（以下、「Ｘ方向」と称す）に並んでいる。第３の部材１３ｃは、第１および第２の部材１３ａ，１３ｂの間の間隔２９を跨いでおり、間隔２９が流路１９（図１６参照）として機能する。言い換えれば、センサ配置面１２ａと、第１の部材１３ａと、第２の部材１３ｂと、第３の部材１３ｃと、で流路１９が画定されている。

そして、流路１９の流路断面は、流れ方向に関して流路１９の流路中間部から流入口２０および流出口２１へ向かうにつれて大きくなっている。

流路１９の流路断面が流れ方向に関して流路１９の流路中間部から流入口２０へ向かうにつれて大きくなっているので、導電率測定器７の外部の液体が流路１９へ流入しやすい。したがって、流路１９内が液体で満たされやすく、当該液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

また、流路１９の流路断面が流れ方向に関して流路１９の流路中間部から流出口２１へ向かうにつれて大きくなっているので、流路１９内にある液体が導電率測定器７の外部へ流出しやすい。したがって、流路１９内の液体が導電率測定器７の外部の液体と入れ替わりやすく、導電率測定器７の外部の液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

特に、海洋観測においては、時間の経過および測定位置の変化に伴って海水の塩分濃度が変化する。比較的短い時間で流路１９内にある海水が導電率測定器７の外部の海水と入れ替わるので、所定の時間および所定の位置における海水の導電率すなわち塩分濃度をより正確に測定することが可能になる。

第３の部材１３ｃから分離された第１および第２の部材１３ａ，１３ｂは、第３の部材１３ｃに接合された後に基板１２に接合されてもよいが、第３の部材１３ｃに接合される前に基板１２に接合される方が好ましい。

具体的には、導電率センサ１４が第１および第２の部材１３ａ，１３ｂの間に位置するように間隔２９をおいて第１および第２の部材１３ａ，１３ｂがセンサ配置面１２ａ上に並べられ、第１および第２の部材１３ａ，１３ｂが基板１２に接合される（第１の接合工程）。その後、第３の部材１３ｃが、第１および第２の部材１３ａ，１３ｂの、センサ配置面１２ａの側とは反対の側で間隔２９を跨ぐように第１および第２の部材１３ａ，１３ｂに対して第３の部材１３ｃの位置が合わせられ、第３の部材１３ｃが第１および第２の部材１３ａ，１３ｂに接合される（第２の接合工程）。

第１の接合工程の後に第２の接合工程が行われる場合、間隔２９を通して導電率センサ１４および温度センサ１５の位置を確認できるので、基板１２に対して間隔２９の位置をより容易に定めることができる。

第３の部材１３ｃは、接着剤を介して第１および第２の部材１３ａ，１３ｂに接着されていてもよいし、第１および第２の部材１３ａ，１３ｂに溶着されていてもよい。

なお、図１７に示される例では、流路１９の流路断面は、流路１９の流路中間部から流入口２０および流出口２１へ向かうにつれて大きくなっているが、本発明はこの形態に限られない。例えば、流路１９の流路断面は、流路１９の流路中間部から流入口２０へ向かう側のみ大きくなっていてもよいし、流路１９の流路中間部から流出口２１へ向かう側のみ大きくなっていてもよい。

本実施形態によれば、流路１９の流路断面が流路１９の流路中間部から流入口２０へ向かうにつれて大きくなっているので、導電率測定器７の外部の液体が流路１９へ流入しやすい。したがって、流路１９内が液体で満たされやすく、当該液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

また、流路１９の流路断面が流路１９の流路中間部から流出口２１へ向かうにつれて大きくなっているので、流路１９内にある液体が導電率測定器７の外部へ流出しやすい。したがって、流路１９内の液体が導電率測定器７の外部の液体と入れ替わりやすく、導電率測定器７の外部の液体の導電率をより正確に測定することが可能になる。

特に、海洋観測においては、時間の経過および測定位置の変化に伴って海水の塩分濃度が変化する。比較的短い時間で流路１９内にある海水が導電率測定器７の外部の海水と入れ替わるので、所定の時間および所定の位置における海水の導電率すなわち塩分濃度をより正確に測定することが可能になる。

（実施例）
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。なお、ここでは、図２ないし図５に示される導電率測定器７において、導電率センサ１４を３極式導電率センサとして実施例を説明する。

まず、基板１２および流路形成部材１３を用意した。基板１２としては、厚みが１．１ｍｍのガラス板を用いた。流路形成部材１３を、硬質シリコーン（商品名：ＳＣＲ−１０１６、信越化学工業株式会社製）を用いて、金型成形によって形成した。別の例では、軟質シリコーン（商品名：ＫＥ−１０６、信越化学工業株式会社製）を用いて流路形成部材１３を形成した。

センサ配置面１２ａに厚みが４００ｎｍのＴｉ膜を３つ形成し、厚みが１００ｎｍのＰｔ膜を３つのＴｉ膜上に形成して導電率センサ１４とした。Ｐｔ膜はＴｉ膜を保護する保護膜として機能する。Ｔｉ膜およびＰｔ膜の形成にはフォトリソグラフィおよびリフトオフ技法を用いた。

別の例では、厚みが１０μｍのＡｇ膜を４５０℃の焼成でセンサ配置面１２ａに形成し、厚みが１μｍのＰｔ膜を５５０℃の焼成でＡｇ膜上に形成して導電率センサ１４とした。Ｐｔ膜はＴｉ膜を保護する保護膜として機能する。Ｔｉ膜およびＰｔ膜の形成には、金属膜印刷法を用いた。

温度センサ１５として、チップタイプのサーミスタ（商品名：ＮＣＰ１８ＸＨ１０３Ｄ０３ＲＢ、株式会社村田製作所製）を用いた。温度センサ１５を基板１２に取り付けた後、ガラス（ＳｉＯ_２）膜で温度センサ１５上を被覆して保護膜を形成した。具体的には、温度センサ１５を基板１２に取り付けた後、パーヒドロポリシラザン（商品名：アクアミカ、ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ製）を温度センサ１５上に塗布して１５０℃で一時間放置して、厚さが１μｍの保護膜を温度センサ１５上に形成した。

別の例では、ＡｌＮを含むペースト材料で温度センサ１５を被覆して保護膜とした。ＡｌＮは比較的熱伝導がいいとされ、保護膜の熱応答性を改善することができる。

基板１２に導電率センサ１４および温度センサ１５を設けた後、流路形成部材１３を基板１２に固定し、流路１９を形成した。その後、センサ配置面１２ａの、流路形成部材１３で覆われていない部分に圧力センサ１６を取り付けた。圧力センサ１６としては、セラミック型のセンサ（商品名：ＭＥ５０１、スイスメタルックス社製）を用いた。

本実施例では、センサ配置面１２ａに導電率センサ１４および温度センサ１５を配置したので、高い寸法精度を必要とすることなく導電率測定器７を製造することができた。また、導電率センサ１４が配置された基板１２に流路形成部材１３を接合することで流路１９を形成したので、流路１９内の所望の位置に導電率センサ１４を比較的容易に配置することができた。

実施例に係る導電率測定器７における導電率の測定精度を、図１８および１９に示される試験装置を用いて求めた。図１８は実施例に係る導電率測定器７の精度を求める際に使用される液体供給装置の概略図であり、図１９は実施例に係る導電率測定器７の精度を求める際に使用される制御装置の概略図である。

図１８に示されるように、液体供給装置３０は、第１および第２のタンク３１，３２と、第１および第２の送液手段３３，３４と、第１および第２の弁３５，３６と、Ｙ字型接続部材３７と、塩分濃度計３８と、を備える。

Ｙ字型接続部材３７は２つの流入口と１つの流出口とを含み、当該２つの流入口から流入した液体は、混ざった状態で当該１つの流出口から流れ出る。塩分濃度計３８として、導電率換算方式の塩分濃度計（製品名：Ｄ５４、株式会社堀場製作所製）を用いた。

第１のタンク３１には純水が収容され、第２のタンク３２には塩水が収容される。第１の送液手段３３は、第１のタンク３１からＹ字型接続部材３７の一方の流入口へ純水を送る。第２の送液手段３３は、第２のタンク３２からＹ字型接続部材３７の塩水へ第２の液体を送る。

第１の弁３５は第１のタンク３１とＹ字型接続部材３７とを接続する導管に設けられており、第１の弁３５の開度に応じて第１の液体の流量が調整される。第２の弁３６は第２のタンク３２とＹ字型接続部材３７とを接続する導管に設けられており、第２の弁３６の開度に応じて第２の液体の流量が調整される。

導電率測定器７の流入口２０（図２参照）はＹ字型接続部材３７の流出口に接続されており、導電率測定器７の流出口２１（図２参照）は塩分濃度計３８に接続されている。Ｙ字型接続部材３７において混ぜられた液体は導電率測定器７に導かれ、導電率測定器７を用いて液体の導電率が測定される。また、液体は導電率測定器７から塩分濃度計３８に導かれ、塩分濃度計３８を用いて液体の塩分濃度が測定される。

制御装置３９は、マイコン４０と、汎用入出力部４１と、周波数カウンターボード４２と、発振回路２４と、ＡＤコンバータ４３と、アンプ４４と、を備える。マイコン４０は汎用入出力部４１を介して第１および第２の送液手段３３，３４、周波数カウンターボード４２、並びにＡＤコンバータ４３と電気的に接続されている。

周波数カウンターボード４２は発振回路２４に接続されており、発振回路２４は導電率センサ１４（図３および図４参照）に接続されている。ＡＤコンバータ４３はアンプ４４と電気的に接続されており、アンプ４４は温度センサ１５（図３および図４参照）および圧力センサ１６に接続されている。

マイコン４０から送られる信号に応じて、第１および第２の送液手段３３，３４が作動し、液体が導電率測定器７へ送られる。周波数カウンターボード４２は、導電率センサ１４（図３および図４参照）に接する液体の導電率に応じて発振回路２４から発せられる電圧の周波数を読み取る。

図２０は、周波数と導電率との関係を示すグラフである。当該関係はマイコン４０に予め記憶されており、マイコン４０は、周波数カウンターボード４２で読み取られた周波数に基づいて導電率を求める。

再び図１８および図１９を参照する。ＡＤコンバータ４３は、温度センサ１５（図３および図４参照）に接する液体の温度に応じてアンプ４４から発せられるアナログ信号をデジタル信号に変換する。マイコン４０は、ＡＤコンバータ４３から送られるデジタル信号に基づいて、温度を求める。

導電率測定器７を用いて測定された導電率と、塩分濃度計３８を用いて測定された塩分濃度に基づいて得られた導電率と、を比較した。導電率測定器７における導電率の測定精度は０．０１ｍＳ／ｃｍであり、導電率が比較的高い精度で測定されることが確認された。

また、本実施例に係る導電率測定器７における温度の測定精度を求めた。温度の測定精度は０．１℃であり、温度が比較的高い精度で測定されることが確認された。

図２１は、周囲温度が２２℃の空間に置かれた導電率測定器７に７０℃の温水を供給した際に導電率測定器７を用いて測定された温度の時系列変化を示すグラフである。図７に示されるように、導電率測定器７の温度応答時間（７０℃の温水を供給し始めてから導電率測定器７の測定値が６７℃になるまでの時間）は、約１秒であり、温度応答性が比較的高いことが確認された。

さらに、本実施例に係る導電率測定器７における圧力の測定精度を、加圧ポンプ（商品名：ＰＧＭ、Ｂｅａｍｅｘ社製）および外部センサを用いて求めた。図２２は、アンプ４４が出力する電圧と圧力との関係を示すグラフである。当該関係はマイコン４０に予め記憶されており、マイコン４０は、アンプ４４から出力された電圧に基づいて圧力を求める。

圧力の測定精度は０．１ｂａｒであり、圧力が比較的高い精度で測定されることが確認された。

７ 導電率測定器
１２ 基板
１２ａ センサ配置面
１３ 流路形成部材
１４ 導電率センサ
１５ 温度センサ
１６ 圧力センサ
１９ 流路
２０ 流入口
２１ 流出口

Claims (16)

1. 液体の導電率を検出する導電率センサと、
   前記導電率センサが配されたセンサ配置面を含む基板と、
   前記基板に接合され、前記センサ配置面とで流路を画定する流路形成部材と、を備え、
   前記導電率センサが前記流路内に位置している、導電率測定器。
2. 前記センサ配置面に配され前記流路内に位置する温度センサをさらに含む、請求項１に記載の導電率測定器。
3. 前記温度センサは、前記流路内を流れる液体の流れ方向に関して、前記導電率センサの両側に配置されている、請求項２に記載の導電率測定器。
4. 前記センサ配置面に配され前記流路内に位置する圧力センサをさらに含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導電率測定器。
5. 前記導電率センサが複数の電極を含み、
   前記電極が、前記センサ配置面上に形成されたＴｉ膜と、該Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜と、を含む構造、または、前記センサ配置面上に形成されたＡｇ膜と、該Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜と、を含む構造である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導電率測定器
6. 前記流路の流入口および流出口の少なくとも一方に設けられたバルブをさらに備える、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の導電率測定器。
7. 前記流路に接続されたポンプをさらに備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の導電率測定器。
8. 前記流路の、液体の流れ方向と交わる断面は、該流れ方向に関して前記流路の中間部から前記流路の流入口および流出口の少なくとも一方へ向かうにつれて大きくなっている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の導電率測定器。
9. 前記流路形成部材は、貫通穴が形成された第１の部材と、前記貫通穴の一方の開口を覆う第２の部材と、を含み、
   前記貫通穴内に前記導電率センサが位置するように前記貫通穴の他方の開口が前記センサ配置面で覆われており、
   前記流路が、前記貫通穴の内側面と前記第２の部材と前記センサ配置面とで画定されている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の導電率測定器。
10. 前記流路形成部材は、前記センサ配置面上に間隔をおいて並べられた第１および第２の部材と、前記第１および第２の部材の、前記センサ配置面の側とは反対の側に前記間隔を跨いで接合された第３の部材と、を含み、
    前記導電率センサが前記第１および第２の部材の間に位置しており、
    前記流路が、前記センサ配置面と前記第１の部材と前記第２の部材と前記第３の部材とで画定されている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の導電率測定器。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の導電率測定器を備え、前記導電率測定器で測定された海水の導電率に基づいて海水の塩分濃度を得ることを含む、海洋観測システム。
12. センサ配置面を含む基板と、前記センサ配置面とで流路を画定する流路形成部材と、を用意する用意工程と、
    前記センサ配置面に電極を配設して導電率センサを形成する工程と、
    前記流路内に前記導電率センサが位置するように前記基板に対して前記流路形成部材の位置を合わせ、前記基板に前記流路形成部材を接合する接合工程と、を含む、導電率測定器の製造方法。
13. 前記センサ配置面に温度センサを配設する工程を前記接合工程の前に含み、
    前記接合工程において、前記流路内に前記温度センサが位置するように前記基板に対して前記流路形成部材の位置を合わせる、請求項１２に記載の導電率測定器の製造方法。
14. 前記センサ配置面に圧力センサを配設する工程を前記接合工程の前に含み、
    前記接合工程において、前記流路内に前記圧力センサが位置するように前記基板に対して前記流路形成部材の位置を合わせる、請求項１２または１３に記載の導電率測定器の製造方法。
15. 前記用意工程において用意される前記流路形成部材は、貫通穴が形成された第１の部材と、前記第１の部材から分離された第２の部材と、を含み、
    前記接合工程は、
    前記貫通穴の一方の開口が前記センサ配置面で覆われかつ前記導電率センサが前記貫通穴内に位置するように前記基板に対して前記第１の部材の位置を合わせ、前記基板に前記第１の部材を接合する第１の接合工程と、
    前記第２の部材で前記貫通穴の他方の開口を覆うように前記第１の部材に対して前記第２の部材の位置を合わせ、前記第１の部材に前記第２の部材を接合する第２の接合工程と、
    を含む、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の導電率測定器の製造方法。
16. 前記用意工程において用意される前記流路形成部材は、互いに分離された第１、第２および第３の部材を含み、
    前記接合工程は、
    前記導電率センサが前記第１および第２の部材の間に位置するように間隔をおいて前記第１および第２の部材を前記センサ配置面上に並べ、該第１および第２の部材を前記基板に接合する第１の接合工程と、
    前記第３の部材が、前記第１および第２の部材の、前記センサ配置面の側とは反対の側で前記間隔を跨ぐように前記第１および第２の部材に対して前記第３の部材の位置を合わせ、前記第３の部材を前記第１および第２の部材に接合する第２の接合工程と、
    を含む、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の導電率測定器の製造方法。