JP2016186480A - 電磁誘導式電気伝導率検出器および電磁誘導式電気伝導率計 - Google Patents

Abstract

【課題】組み込み先の配管の外径や構成の影響を受けず、安定して精度よく測定することが可能な電磁誘導式電気伝導率検出器および電磁誘導式電気伝導率計を提供する。
【解決手段】電気伝導率検出器は、絶縁体からなる管状の絶縁管で構成された被測定流体が流れる管路と、管路に相互に間隔をあけて設けられ、被測定流体に接触する第１、第２の電極、並びにこれらの電極を間に挟み被測定流体に接触する第３、第４の電極と、管路の外部に配置され、第１の電極と第２の電極を接続する第１の導線と、第１の導線がその中心孔を通り、交流電圧の印加により第１の導線と管路内の被測定流体とにより形成されるループ経路に誘導電流を発生させる円環状の励磁用コイルと、第１の導線がその中心孔を通り、ループ経路に流れる誘導電流により起電力が生じる円環状の検出用コイルと、管路の外部に配置され、第３の電極と第４の電極を接続する第２の導線と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の内側を流れる被測定流体の電気伝導率に応じた信号を出力する電磁誘導式電気伝導率検出器（以下、単に「検出器」という場合がある。）、およびこの検出器を用いた電磁誘導式電気伝導率計に関する。

従来、配管の内側を流れる被測定流体の電気伝導率を測定する電磁誘導式電気伝導率検出器として、被測定流体と接触する二つの電極と、その電極間の被測定流体を抵抗として含むループ経路に対して鎖交して配置される励磁用コイルおよび検出用コイルとを備え、励磁用コイルに交流電圧が印加された際に、ループ経路に流れる誘導電流を検出用コイルにより検出する検出器が知られている。

特許文献１の図７には、前述した従来の電磁誘導式電気伝導率検出器の一例が示されている。管路（配管Ｐ：以下、特許文献１の図７の符号を括弧にて表記する）は、内側に被測定流体（被測定液Ｓ）が流れるものである。管路（Ｐ）には、二つのリング状の電極（Ｔ１１、Ｔ１２）が、管路（Ｐ）の一部として配置されている。二つの電極（Ｔ１１、Ｔ１２）は、導線（リード線ＬＤ）により接続されている。二つの電極（Ｔ１１、Ｔ１２）の間は、絶縁物からなる円筒状の絶縁管（絶縁配管Ｍ）となっている。絶縁管（Ｍ）には、励磁用コイル（Ｃ１１）および検出用コイル（Ｃ１２）となる二つのトロイダルコイルが、絶縁管（Ｍ）の一部を環状に囲んで配置されている。

交流電源（ＡＣ）が励磁用コイル（Ｃ１１）に交流電圧を印加すると、二つの電極（Ｔ１１、Ｔ１２）間の被測定流体（Ｓ）と導線（ＬＤ）とにより構成されるループ経路に誘導電流（Ｉ）が流れる。この誘導電流（Ｉ）は、検出用コイル（Ｃ１２）に起電力を生じさせ、検出用コイル（Ｃ１２）に接続されたアンプ（Ａ）から被測定流体（Ｓ）の電気伝導率に応じた電圧（Ｅｏ）が出力される。

このような検出器は、工場内の配管や他の装置内の配管に組み込まれて使用されるため、それら組み込み先の配管の内径と検出器の管路の内径とを合わせる必要がある。また、一般に管路の外径は内径に応じて変わる。したがって、電極間の管路上にトロイダルコイルを配置する検出器では、管路の外径（すなわち、組み込み先の配管の外径）に合わせて、多種のトロイダルコイルを用意する必要がある。このため、トロイダルコイルを製造するためのコストが増大したり、製造納期が長くなったりしてしまう。また、トロイダルコイルは、特性により巻数や大きさが制限されるため、特に、外径の大きい配管に組み込む検出器に用いるトロイダルコイルは、製造自体が困難である。

一方、特許文献２の図２０〜２３には、絶縁体からなる管路に設けられ、被測定流体に接する二つの電極と、これらの電極を接続し、励磁用コイルおよび検出用コイル（トロイダルコイル）を通る導線とを備えた電磁誘導式電気伝導率検出器が開示されている。このような構成の検出器においては、導線上にトロイダルコイルを配置するため、管路の外径を考慮することなくトロイダルコイルを選定することができる。

特開平９−３２９６３３号公報 特表２００７−５１８０７９号公報

特許文献２に開示されているような検出器は、組み込み先の配管の外径を考慮する必要がないため、例えば、工場内の大口径の配管に組み込んだり、他の装置内の小口径の配管に組み込んだりすることが自在にできる。しかしながら、検出器（絶縁体からなる管路）の外側で、組み込み先の導電性の配管自体や配管上に設置される部品（例えば、電磁弁や継手）等を介して電気的な短絡（外部短絡）が生じている場合には、精度のよい測定ができなくなる。

例えば、特許文献２に開示されているような検出器を組込んだ配管において外部短絡が生じている場合に、検出器の管路に被測定流体が流れると、外部短絡は被測定流体を介して検出器の電極と導通することとなる。この場合、二つの電極を接続する導線と二つの電極間の被測定流体とにより形成されるループ経路（測定経路）とは別の、誘導電流が流れる経路（外部短絡経路）が、二つの電極を外側から接続するようにして測定経路の外部に形成されることとなる。この外部短絡経路は、二つの電極を端子として測定経路と並列に接続された状態となっている。
この状態において励磁コイルに交流電圧が印加されると、導線に流れる誘導電流は、一方の電極において、測定経路に流れる誘導電流と、外部短絡経路に流れる誘導電流とに分流される。これらの誘導電流は、他方の電極において合流して導線に流れ、合流した誘導電流に比例した起電力を検出用コイルに生じさせる。

この外部短絡が生じている状態での誘導電流は、外部短絡経路における抵抗（以下「外部抵抗」という。）に応じて変化し、外部短絡が生じていない状態での誘導電流に、外部抵抗に応じた値が加算されたものとなる。そのため、被測定流体の電気伝導率は、外部抵抗に応じた誘導電流の加算分だけ大きく検出されることとなる。

ここで、外部抵抗は、外部短絡経路において抵抗となる物質の材質、長さ、断面積に応じて変化するところ、外部短絡は、常に一定の部位にて発生するとは限らず、外部短絡経路において抵抗となる要素（配管自体や配管上の部品の抵抗、配管内の流体の電気伝導率等）も一定とは限らない。したがって、外部抵抗の値は常に一定となるわけではない。そのため、ある時点で、加算分を含めて電気伝導率計の校正を行っても、外部抵抗が変動すると測定値の真値がずれてしまう。また、外部短絡が生じているか否かは容易にはわからない。このため、特許文献２に開示されているような検出器では、常に精度よく測定することが困難であるという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、電磁誘導式電気伝導率検出器が組み込まれる配管の外径や構成（組み込み先の配管接続状態、配管の材質、配管上の部品等）の影響を受けず、安定して精度よく測定することが可能な電磁誘導式電気伝導率検出器およびこの検出器を用いた電磁誘導式電気伝導率計を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明に係る電磁誘導式電気伝導率検出器は、絶縁体からなる管状の絶縁管で構成され、内側に被測定流体が流れる管路と、前記管路に、該管路の長さ方向に対して相互に間隔をあけて設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第１の電極および第２の電極と、前記管路に、前記第１の電極および前記第２の電極を間に挟んで設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第３の電極および第４の電極と、前記管路の外部に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する第１の導線と、円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、交流電源から交流電圧が印加されることで前記第１の導線と前記管路内の前記被測定流体とにより形成されるループ経路に誘導電流を発生させる励磁用コイルと、円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、前記ループ経路に流れる前記誘導電流により起電力が生じる検出用コイルと、前記管路の外部に配置され、前記第３の電極と前記第４の電極とを接続する第２の導線と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、絶縁体からなる管路上に配設された第１の電極と第２の電極は、第１の導線により電気的に接続され、第１の導線および第１の電極と第２の電極との間の被測定流体を通る電気的な経路（第１ループ経路）が形成される。また、絶縁体からなる管路上に配設された第３の電極と第４の電極は、第２の導線により電気的に接続され、第１の導線、第１の電極と第３の電極（または第４の電極）との間の被測定流体、第２の導線、および、第４の電極（または第３の電極）と第２の電極との間の被測定流体を通る電気的な経路（第２ループ経路）が形成される。

このため、誘導電流が第３の電極と第４の電極の外側にまで流れ出ることはなく、第１の導線に流れる誘導電流の値は、常に、第１ループ経路を流れる誘導電流の値に、第２ループ経路を流れる誘導電流の値を加算したものとなり、被測定流体の電気伝導率に応じた値とすることができる。

前記構成において、前記第１の導線は、前記励磁用コイルの中心孔および前記検出用コイルの中心孔の両方またはいずれか一方に、複数回通されてもよい。

この構成によれば、ループ経路に流れる誘導電流は、ループ経路の一部を構成する第１の導線が励磁用コイルの中心孔を通る回数（ターン数）に比例して増加する。また、検出用コイルに生ずる起電力は、第１の導線が検出用コイルの中心孔を通る回数（ターン数）に比例して増加する。これにより、絶縁管、電極、コイル等の部品構成を大きく変更することなく、検出器の検出感度を高めることが可能となり、被測定流体の電気伝導率が低い場合であっても精度よく測定することができる。

前記構成において、さらに、前記第１の導線が前記励磁用コイルの中心孔に通される回数および前記第１の導線が前記検出用コイルの中心孔に通される回数のうち、少なくともいずれか一方を切り替えるターン数切替手段を備えてもよい。

この構成によれば、ターン数切替手段により検出器の検出感度を容易に変更することが可能となり、低電気伝導率から高電気伝導率までの幅広い範囲で、精度のよい測定を容易に行うことができる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る電磁誘導式電気伝導率計は、絶縁体からなる管状の絶縁管で構成され、内側に被測定流体が流れる管路と、前記管路に、該管路の長さ方向に対して相互に間隔をあけて設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第１の電極および第２の電極と、前記管路に、前記第１の電極および前記第２の電極を間に挟んで設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第３の電極および第４の電極と、前記管路の外部に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する第１の導線と、円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、交流電源から交流電圧が印加されることで前記第１の導線と前記管路内の前記被測定流体とにより形成されるループ経路に誘導電流を発生させる励磁用コイルと、円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、前記ループ経路に流れる前記誘導電流により起電力が生じる検出用コイルと、前記管路の外部に配置され、前記第３の電極と前記第４の電極とを接続する第２の導線と、を有する検出器と、前記第１の導線が前記励磁用コイルの中心孔に通される回数および前記第１の導線が前記検出用コイルの中心孔に通される回数のうち、少なくともいずれか一方を切り替えるターン数切替手段と、前記検出用コイルに生じる起電力を変換して、前記被測定流体の電気伝導率を求める演算部を有する変換器と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、検出用コイルに起電力を生じさせる誘導電流を、常に被測定流体の電気伝導率に応じた値とすることができるとともに、検出器の検出感度を切り替えるターン数切替手段を検出器外に設けることができ、低電気伝導率から高電気伝導率までの幅広い範囲で、安定して精度のよい測定を容易に行うことができる。

本発明によれば、検出器が組み込まれる配管の外径や構成の影響を受けず、安定して精度よく測定することが可能な電磁誘導式電気伝導率検出器およびこの検出器を用いた電磁誘導式電気伝導率計を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率検出器を用いた電磁誘導式電気伝導率計の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率検出器の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率計の概略構成図である。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率検出器２０（以下「検出器２０」という。）を用いた電磁誘導式電気伝導率計１０について、図１を用いて説明する。
図１に示されるように、電磁誘導式電気伝導率計１０は、検出器２０と、検出器２０への電圧印加や演算、制御等を行う変換器３０とを備えている。検出器２０は、工場内の配管や他の装置内の配管等の被測定流体Ｆが流れる外部の配管（不図示）に組み込まれ、検出する誘導電流に基づき、検出器２０の内部を流れる被測定流体Ｆの電気伝導率を測定するものである。

検出器２０は、内側に被測定流体Ｆが流れる管路Ｐと、管路Ｐに管路Ｐの長さ方向に対して相互に間隔をあけて設けられる四つの電極２２、２３、２４、２５と、内側の二つの電極２２、２３を接続するリード線である第１の導線２６と、外側の二つの電極２４、２５を接続するリード線である第２の導線２９と、励磁用コイル２７と、検出用コイル２８と、を備えている。

管路Ｐは、絶縁体からなり一定の内径を有する円筒状に形成された絶縁管２１で構成され、上流側から、第１絶縁管２１ａ、第２絶縁管２１ｂ、第３絶縁管２１ｃ、第４絶縁管２１ｄおよび第５絶縁管２１ｅを備えている。管路Ｐの内側には、被測定流体Ｆが管路Ｐの上流端から下流端へ向って流れるようになっている。
なお、絶縁管２１は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂やポリプロピレン等の絶縁性を有する合成樹脂等により形成されている。

四つの電極２２〜２５は、導電性の金属で構成され、管路Ｐの内径と同じ内径となるリング状に形成されている。管路Ｐの外部で第１の導線２６により電気的に接続される内側の二つの電極２２、２３は、一対の測定極であり、それぞれ上流側から第１の電極である第１測定極２２、第２の電極である第２測定極２３となっている。また、管路Ｐの外部で第２の導線２９により電気的に接続される外側の二つの電極２４、２５は、一対のガード極であり、それぞれ上流側から第３の電極である第１ガード極２４、第４の電極である第２ガード極２５となっている。すなわち、これら四つの電極２２〜２５は、管路Ｐの上流側から第１ガード極２４、第１測定極２２、第２測定極２３、第２ガード極２５の順に並べられている。

これら四つの電極２２〜２５は、第１絶縁管２１ａと第２絶縁管２１ｂとの間に第１ガード極２４が、第２絶縁管２１ｂと第３絶縁管２１ｃとの間に第１測定極２２が、第３絶縁管２１ｃと第４絶縁管２１ｄとの間に第２測定極２３が、第４絶縁管２１ｄと第５絶縁管２１ｅとの間に第２ガード極２５が、それぞれ挟まれ、管路Ｐの長さ方向に対して等間隔になるように配設され、管路Ｐを構成している。

管路Ｐがこのように構成されることで、管路Ｐ内に被測定流体Ｆが入っていない場合には、絶縁体である第１絶縁管２１ａ、第２絶縁管２１ｂ、第３絶縁管２１ｃ、第４絶縁管２１ｄおよび第５絶縁管２１ｅにより、各電極２２〜２５は、管路Ｐ内においては相互に導通しないようにされるとともに、管路Ｐの両端に接続された組み込み先の配管とも導通しないようにされている。また、各電極２２〜２５は、その金属部分が管路Ｐの内側に露出した状態となっているため、管路Ｐ内に被測定流体Ｆが入ると被測定流体Ｆを介して導通する。

励磁用コイル２７と検出用コイル２８は、円環状の磁性体のトロイダルコアに、銅線等の導電体が巻き付けられた円環状のトロイダルコイルであり、それぞれ中心孔２７ａ、２８ａを有している。励磁用コイル２７の中心孔２７ａと検出用コイル２８の中心孔２８ａには、第１の導線２６が１回ずつ通されている。そして、励磁用コイル２７が第１測定極２２側に、検出用コイル２８が第２測定極２３側にそれぞれ配置されている。
このように、励磁用コイル２７と検出用コイル２８を、管路Ｐ上ではなく、第１の導線２６上に配置することで、管路Ｐの外径を考慮することなく、励磁用コイル２７および検出用コイル２８とするトロイダルコイルを選定することができるようになっている。

このように構成される検出器２０において、管路Ｐに被測定流体Ｆを流すと、第１測定極２２、第１測定極２２と第２測定極２３との間の被測定流体Ｆ１、第２測定極２３、および第１の導線２６により、電気的なループ（以下「第１ループ経路」という。）Ｌｃ１が形成される。すなわち、ループ経路となる第１ループ経路Ｌｃ１は、第１測定極２２および第２測定極２３を介して、第１の導線２６と被測定流体Ｆ１とにより形成されることとなる。

また、第１測定極２２、第１測定極２２と第１ガード極２４との間の被測定流体Ｆ２ａ、第１ガード極２４、第２の導線２９、第２ガード極２５、第２ガード極２５と第２測定極２３との間の被測定流体Ｆ２ｂ、第２測定極２３、および第１の導線２６により、電気的なループ（以下「第２ループ経路」という。）Ｌｃ２が形成される。すなわち、第２ループ経路Ｌｃ２は、第１測定極２２、第１ガード極２４、第２ガード極２５および第２測定極２３を介して、第１の導線２６と被測定流体Ｆ２ａと第２の導線２９と被測定流体Ｆ２ｂとにより形成され、第１ループ経路Ｌｃ１と一部（第１測定極２２、第１の導線２６、第２測定極２３）が共通するように構成される。

このように第１ループ経路Ｌｃ１と第２ループ経路Ｌｃ２が形成されることで、第１ループ経路Ｌｃ１と第２ループ経路Ｌｃ２は、励磁用コイル２７および検出用コイル２８と、第１の導線２６の部分でそれぞれ鎖交していることとなる。

次に変換器３０について説明する。
変換器３０は、交流電源である電源部３１と、電気伝導率を演算する演算部３２と、各種情報や設定を外部から入力するための入力部３３と、電気伝導率等を外部に出力する出力部３４と、これらを制御する制御部３５とから概略構成される。
電源部３１は、励磁用コイルに２７接続され、制御部３５からの指示に基づいて励磁用コイル２７に交流電圧を印加するものである。
演算部３２は、検出用コイル２８に接続され、制御部３５からの指示に基づいて検出用コイル２８から入力される電圧を所定の増幅率で増幅し、演算に必要な情報を参照して被測定流体Ｆの電気伝導率を求めるものである。
入力部３３は、演算に必要な情報（電気伝導率の基準データやセル定数等）や電磁誘導式電気伝導率計１０の動作設定等を外部から入力するためのものである。
出力部３４は、演算部３２から受け取る演算結果や各種情報あるいは設定等を表示器（不図示）に表示させたり、外部のコンピュータ等（不図示）に出力したりするものである。

次に、本実施の形態に係る検出器２０を用いた電磁誘導式電気伝導率計１０の動作について説明する。
管路Ｐに被測定流体Ｆが流れると、検出器２０では、被測定流体Ｆ１を抵抗ｒ１として含む第１ループ経路Ｌｃ１と、被測定流体Ｆ２ａおよび被測定流体Ｆ２ｂ（以下、合せて「被測定流体Ｆ２」という。）を抵抗ｒ２として含む第２ループ経路Ｌｃ２とが、形成される。ここで、抵抗ｒ２は、被測定流体Ｆ２ａの抵抗ｒ２ａと、被測定流体Ｆ２ｂの抵抗ｒ２ｂとを合成したものである。この抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とは、第１の導線２６に対して並列に接続された状態となる。
この状態において、励磁用コイル２７に電源部３１から交流電圧が印加されると、励磁用コイル２７と鎖交する第１ループ経路Ｌｃ１と第２ループ経路Ｌｃ２には、電磁誘導により第１誘導電流ｉ１と第２誘導電流ｉ２がそれぞれ流れる。
ここで、あるタイミングにおける各誘導電流ｉ１、ｉ２の流れる方向が、図１に破線矢印で示す方向である場合、第１誘導電流ｉ１と第２誘導電流ｉ２は、第２測定極２３において合流し、第１の導線２６には、合流した誘導電流Ｉが流れる。この誘導電流Ｉは、第１測定極２２において、第１誘導電流ｉ１と第２誘導電流ｉ２とに分流されている。

このとき、第１ループ経路Ｌｃ１に流れる第１誘導電流ｉ１の値と、第２ループ経路Ｌｃ２に流れる第２誘導電流ｉ２の値は、それぞれのループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２が抵抗として含む被測定流体Ｆ１、Ｆ２の抵抗ｒ１、ｒ２の値（被測定流体Ｆの電気伝導率に応じた値）により定まる。ここで、流体の抵抗値は、流体の断面積に反比例し、流体の長さに比例するところ、本実施の形態においては管路Ｐの内径が一定（被測定流体の断面積が一定）であるため、抵抗ｒ１、ｒ２の値は、被測定流体Ｆ１、Ｆ２の長さに比例する。
さらに、本実施の形態においては各電極２２〜２５が等間隔で配設されているため、被測定流体Ｆ１の抵抗ｒ１の値をＲとすると、被測定流体Ｆ２の抵抗ｒ２の値は２Ｒとなる。第１の導線２６に誘起される起電力をＶとすると、第１誘導電流ｉ１の値はＶ／Ｒとなり、第２誘導電流ｉ２の値はＶ／２Ｒとなる。

そして、第１誘導電流ｉ１と第２誘導電流ｉ２は、第２測定極２３において合流するため、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉの値は、第１誘導電流ｉ１の値と第２誘導電流ｉ２の値を足し合わせた３Ｖ／２Ｒとなる。すなわち、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉの値は、常に、第１ループ経路Ｌｃ１に流れる第１誘導電流ｉ１の値に、第２ループ経路Ｌｃ２に流れる第２誘導電流ｉ２の値が、加算されたものとなる。

このように、励磁用コイル２７と検出用コイル２８を、測定極２２、２３間の管路Ｐ上ではなく、管路Ｐの外部で測定極２２、２３を接続する第１の導線２６上に配置した場合、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉは、測定極２２、２３と被測定流体Ｆを介して、測定極２２、２３の外側にも流れ出る。この状態において、仮に、第１ガード極２４と第２ガード極２５がなく、組み込み先の配管で電気的な短絡（外部短絡）が生じていると、測定極２２、２３と被測定流体Ｆを介して、外部短絡と第１の導線２６とにより誘導電流が流れる外部短絡経路が形成されることとなる。この場合、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉの値は、第１ループ経路Ｌｃ１に流れる第１誘導電流ｉ１の値に、外部短絡経路を流れる誘導電流の値が加算されたものとなる。前述のように、外部短絡経路における抵抗（外部抵抗）の値は一定とは限らないため、外部抵抗が変動すると測定値の真値がずれてしまう。
しかし、本実施の形態のように、第１ガード極２４と第２ガード極２５とを設け、これらを第２の導線２９により電気的に接続して第２ループ経路Ｌｃ２が形成されるようにすれば、測定極２２、２３の外側に流れ出た誘導電流は第２ループ経路Ｌｃ２に流れ、ガード極２４、２５の外側にまで流れ出ることがない。そのため、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉの値は、常に第１ループ経路Ｌｃ１に流れる第１誘導電流ｉ１の値に、第２ループ経路Ｌｃ２に流れる第２誘導電流ｉ２の値を加算したものとなり、常に被測定流体Ｆの抵抗値（電気伝導率）に応じた値とすることができる。

そして、第１ループ経路Ｌｃ１と第２ループ経路Ｌｃ２は、共に第１の導線２６部分において検出用コイル２８と鎖交しているので、検出用コイル２８には、誘導電流Ｉによる電磁誘導で起電力が誘起される。この起電力は、被測定流体Ｆの電気伝導率に比例した値となる。
この起電力の電圧値は、検出用コイル２８に接続されている演算部３２に入力される。そして、入力された電圧値は、演算部３２において演算され、被測定流体Ｆの電気伝導率が求められる。

このように、本実施の形態に係る検出器２０を用いた電磁誘導式電気伝導率計１０においては、第１測定極２２と第２測定極２３とを挟むようにして第１ガード極２４と第２ガード極２５を配置し、第１ガード極２４と第２ガード極２５とを第２の導線２９で接続したことで、管路Ｐの内側に被測定流体Ｆを流すと、第２ループ経路Ｌｃ２が構成される。第１ループ経路Ｌｃ１に流れる第１誘導電流ｉ１の値と、第２ループ経路Ｌｃ２に流れる第２誘導電流ｉ２の値は、共に被測定流体Ｆの電気伝導率に応じた値となるため、検出用コイル２８に起電力を生じさせる誘導電流Ｉの値を、常に被測定流体Ｆの電気伝導率に応じた値とすることが可能となる。そのため、本実施の形態に係る検出器２０を用いた電磁誘導式電気伝導率計１０においては、組み込み先の配管構成の影響を受けることなく、安定して精度よく電気伝導率の測定を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、管路Ｐは、第１〜第５絶縁管２１ａ〜２１ｅからなる絶縁管２１を備えているが、これに限定されず、各電極２２〜２５の形状や配設の方法に応じて適宜設計することができ、例えば絶縁管２１は一つの部材であってもよい。
また、各電極２２〜２５の相互間の間隔は、等間隔に限定されない。
さらにまた、各電極２２〜２５の形状はリング状に限定されず、各電極２２〜２５の一部が被測定流体Ｆに接触していればどのような形状で設けられてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る電気伝導率検出器１２０（以下「検出器１２０」という。）について、図２を用いて説明する。なお、第２の実施の形態において、前述の第１の実施の形態と同一の部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

図２に示されるように、第２の実施の形態に係る検出器１２０は、第１の実施の形態とは、第１の導線１２６の配線が異なっている。
第１測定極２２と第２測定極２３とを電気的に接続するリード線である第１の導線１２６は、励磁用コイル２７の中心孔２７ａおよび検出用コイル２８の中心孔２８ａと、励磁用コイル２７および検出用コイル２８の外側とを二周半周回することで、励磁用コイル２７の中心孔２７ａおよび検出用コイル２８の中心孔２８ａにそれぞれ３回ずつ通されている。すなわち、第１ループ経路Ｌｃ１と第２ループ経路Ｌｃ２は、励磁用コイル２７と検出用コイル２８とに第１の導線１２６部分で各々３回鎖交している状態にある。

以下、第１の導線１２６が、励磁用コイル２７の中心孔２７ａおよび検出用コイル２８の中心孔２８ａをそれぞれ１回ずつ通る状態を１ターンとして説明することとする。本実施の形態においては、第１の導線１２６は、励磁用コイル２７の中心孔２７ａおよび検出用コイル２８の中心孔２８ａをそれぞれ３回ずつ通る３ターンの状態にある。

この状態において励磁用コイル２７に電源部３１から交流電圧が印加されると、各ループ経路Ｌｃ１，Ｌｃ２は、励磁用コイル２７に３回鎖交しているため、第１の導線１２６には、１ターンのときの３倍の誘導電流Ｉが流れることになる。また、各ループ経路Ｌｃ１，Ｌｃ２は、検出用コイル２８に３回鎖交しているため、検出用コイル２８には、１ターンのときの３倍の起電力が生じることになる。

つまり、各ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２の一部を形成する第１の導線１２６には、１ターンのときの３倍の誘導電流Ｉが流れ、検出用コイル２８には１ターンのときの３倍の起電力が生じるので、誘導電流Ｉにより検出用コイル２８に生ずる起電力は、１ターンのときの９倍となる。すなわち、本実施の形態に係る検出器１２０は、励磁用コイル２７に対するターン数に、検出用コイル２８に対するターン数を乗じた積の分だけ検出感度を高めることができる。

このように、各ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２に共通する第１の導線１２６に流れる誘導電流Ｉは、励磁用コイル２７に対するターン数に比例して増加し、検出用コイル２８に生ずる起電力は、検出用コイル２８に対するターン数に比例して増加することとなる。

一般に、本実施の形態のような、いわゆる配管型の電磁誘導式電気伝導率検出器の検出感度を上げる方法としては、被測定流体Ｆが流れる管路Ｐの内径を大きくする、第１測定極２２と第２測定極２３との間の間隔を短くする、印加する交流電圧を大きくする、励磁用コイル２７または検出用コイル２８の巻数を調整する等の、検出器１２０や変換器の構成を大きく変更する方法が知られている。
これに対し、本実施の形態に係る検出器１２０においては、第１の導線１２６を、励磁用コイル２７の中心孔２７ａと検出用コイル２８の中心孔２８ａのそれぞれに通す回数を多くするだけで、検出感度を高めることができるとともに、この検出器１２０を用いることにより、高い検出感度を有する電磁誘導式電気伝導率計１１０を提供することができる。

なお、本実施の形態において、励磁用コイル２７に対するターン数と、検出用コイル２８に対するターン数とは、同じ回数であってもよく、異なる回数であってもよい。例えば、励磁用コイル２７に対するターン数が３回で、検出用コイル２８に対するターン数が１回の場合には、検出用コイル２８に生ずる起電力は、１ターンのときの３倍となる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率計２１０について、図３を用いて説明する。なお、第３の実施の形態において、前述の第１の実施の形態と同一の部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

図３に示されるように、第１測定極２２と第２測定極２３には、管路Ｐの外部に配置されるリード線である第１の導線２２６が接続されている。第１の導線２２６は、第２の実施の形態と同様に、励磁用コイル２７の中心孔２７ａと検出用コイル２８の中心孔２８ａとに、それぞれ３回ずつ通されている。

変換器２３０は、第１の実施の形態と同様に、電源部２３１、演算部２３２、入力部２３３、出力部２３４および制御部２３５を備えるとともに、さらに第１の導線２２６が接続されるリレーであるスイッチ２３６を備えている。スイッチ２３６は、第１の導線２２６と被測定流体Ｆ１と共に第１ループ経路Ｌｃ１を構成し、また、第１の導線２２６と被測定流体Ｆ２と第２の導線２９と共に第２ループ経路Ｌｃ２を構成する。スイッチ２３６は、制御部２３５からの指示に基づいて、ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２の励磁用コイル２７および検出用コイル２８に対するターン数を切り替えるターン数切替手段である。スイッチ２３６には、一つの共通端子２３６ａと、三つの選択端子２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄとが設けられている。

スイッチ２３６は、第１の導線２２６における、第２測定極２３と検出用コイル２８の中心孔２８ａとの間に配設されている。スイッチ２３６の共通端子２３６ａは、第１の導線２２６ａにより第２測定極２３と接続されている。選択端子２３６ｂには、検出用コイル２８の中心孔２８ａへと延びる第１の導線２２６ｂが接続されている。選択端子２３６ｂから延びる第１の導線２２６ｂは、検出用コイル２８の中心孔２８ａと、励磁用コイル２７の中心孔２７ａと、励磁用コイル２７および検出用コイル２８の外側とを二周半周回するとともに、一周周回するごとに分岐し、分岐した先において、スイッチ２３６の選択端子２２３ｃと選択端子２２３ｄとにそれぞれ接続されている。

この状態において、スイッチ６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｂに接続されると、第１測定極２２と第２測定極２３とは、第１の導線２２６ａ、２２６ｂとスイッチ２３６とにより電気的に接続される。そして、励磁用コイル２７に電源部２３１から交流電圧が印加されると、ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２は、３ターンの状態となる。同様に、スイッチ２３６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｃに接続されると、ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２は、２ターンの状態となり、スイッチ２３６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｄに接続されると、ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２は、１ターンの状態となる。
すなわち、スイッチ２３６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｂと接続されると、検出器２２０の検出感度は、１ターンの状態（スイッチ２３６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｄに接続されている状態）の９倍となり、スイッチ２３６の共通端子２３６ａが選択端子２３６ｃと接続されると、検出器２２０の検出感度は、１ターンの状態の４倍となる。

このように、本実施の形態に係る電磁誘導式電気伝導率計２１０においては、第１の導線２２６にターン数切替手段であるスイッチ２３６を介在させることにより、ループ経路Ｌｃ１、Ｌｃ２のターン数（すなわち、第１の導線２２６が励磁用コイル２７の中心孔２７ａと検出用コイル２８の中心孔２８ａを通る回数）を容易に変更することが可能となる。したがって、スイッチ２３６を切り替えることにより、検出器２２０の検出感度を、例えば１倍、４倍、９倍の複数の検出感度から容易に選択することができる。そのため、低電気伝導率から高電気伝導率までの幅広い範囲で電気伝導率の測定をすることができる検出器２２０と、これを用いた電磁誘導式電気伝導率計２１０を得ることができる。

なお、本実施の形態において、励磁用コイル２７に対するターン数と、検出用コイル２８に対するターン数とは、第２の実施の形態と同様に、異なる回数であってもよい。
また、スイッチ２３６の位置は、本実施の形態の位置に限定されない。第１の導線２２６が、励磁用コイル２７の中心孔２７ａおよび検出用コイル２８の中心孔２８ａのそれぞれを通る回数を切り替えることが可能であればよい。
さらに、スイッチ２３６の数は、本実施の形態においては一つであるが、これに限定されず、例えば、励磁用コイル２７に対するターン数を切り替えるものと、検出用コイル２８に対するターン数を切り替えるものとの二つを設けてもよい。
さらにまた、スイッチ２３６は、接点の切り替えができるものであればよく、例えば、ＩＣ等の半導体スイッチやディップスイッチなどでもよい。
なお、本実施の形態においては、スイッチ２３６は、変換器２３０に備えられているが、検出器２２０に備えられていてもよいし、別のユニットとされていてもよい。また、スイッチ２３６は、制御部３５からの指示に基づいて切り替えられるものとして説明したが、手動で切り替えるものであってもよい。さらに、制御部３５からスイッチ２３６への切り替え指示は、あらかじめ設定された条件に基づくものであってもよいし、入力部３３からの入力に基づくものであってもよい。

上述の電磁誘導式電気伝導率計１０、１１０、２１０は、電気伝導率を濃度に変換することで、被測定流体Ｓの特定物質の濃度を測定する電磁濃度計に用いることもできる。
また、電磁誘導式電気伝導率計１０、１１０、２１０は、検出器２０、１２０、２２０に温度計を備え、温度補償をした電気伝導率や特定物質の濃度を測定することができるものであることが好ましい。

以下、本発明の効果を明らかにするための実施例を示す。以下の実施例では、塩化カリウム水溶液（ＫＣｌ溶液）を被測定流体Ｆとして用いた。また、塩化カリウム水溶液の液温は２５℃に保ち、いずれの場合も温度補償を行わずに測定した。さらに、各電極２２〜２５の間隔は同一とし、特に記載がない限り励磁用コイル２７および検出用コイル２８に対するターン数は、１ターンとしている。

まず、基準電気伝導率計（東亜ディーケーケー製電気伝導率・ｐＨメータＷＭ−５０ＥＧ）を用いて塩化カリウム水溶液を測定した。このときの電気伝導率は１２ｍＳ／ｃｍであった。
次いで、第１の実施の形態（図１）と同様に構成した電磁誘導式電気伝導率計を用意し、第２の導線２９を接続しない状態で、塩化カリウム水溶液を測定し、電気伝導率が１２ｍＳ／ｃｍとなるように指示の合わせこみを行った。

（ａ）第２の導線２９を接続した状態（第１の実施の形態、図１と同様の構成）で、塩化カリウム水溶液の電気伝導率を測定した。このときの電気伝導率は１８ｍＳ／ｃｍであり、第２の導線２９を接続しない状態での電気伝導率の１．５倍の値であった。前述のとおり、各電極２２〜２５の間隔が同一である場合、第１の導線２６に流れる誘導電流Ｉは、３Ｖ／２Ｒ（Ｖ：印加電圧、Ｒ：被測定流体の抵抗）となり、第２の導線２９を接続した状態は、接続しない状態の１．５倍となるが、これと同様の結果であった。
（ｂ）次に、第１ガード極２４と第２ガード極２５とを挟むようにして、管路Ｐの両端をジャンパー線で短絡させた状態で、塩化カリウム水溶液の電気伝導率を測定した。このときの電気伝導率は、１８ｍＳ／ｃｍであり、管路Ｐの外部における短絡の有無に影響されず、正確な電気伝導率の測定ができることが分かった。
（ｃ）次に、第１の導線２６を励磁用コイル２７および検出用コイル２８の中心孔２７ａ、２８ａに、一回ずつ通した電磁誘導式電気伝導率計の検出器（１ターン）で、塩化カリウム水溶液を測定した。このときの電気伝導率は１０ｍＳ／ｃｍであった。次いで、同じ検出器を用いて、第１の導線２６を励磁用コイル２７および検出用コイル２８の中心孔２７ａ、２８ａに二回ずつ通した場合（２ターン）と、三回ずつ通した場合（３ターン）とにおいて、塩化カリウム水溶液の電気伝導率を測定した。その結果、２ターンの場合は４０ｍＳ／ｃｍ、３ターンの場合は９０ｍＳ／ｃｍ（３ターン）の値を示し、ターン数の二乗の比率で測定感度が向上することが分かった。

Ｆ…被測定流体、Ｐ…管路、Ｌｃ１…第１ループ経路（ループ経路）、Ｌｃ２…第２ループ経路、Ｉ…誘導電流、ｉ１…第１誘導電流、ｉ２…第２誘導電流、
１０、１１０、２１０…電磁誘導式電気伝導率計、２０、１２０、２２０…検出器（電磁誘導式電気伝導率検出器）、２１…絶縁管、２２…第１測定極（第１の電極）、２３…第２測定極（第２の電極）、２４…第１ガード極（第３の電極）、２５…第２ガード極（第４の電極）、２６、１２６、２２６…第１の導線、２７…励磁用コイル、２７ａ…中心孔、２８…検出用コイル、２８ａ…中心孔、２９…第２の導線、３０、２３０…変換器、３１、２３１…電源部（交流電源）、３２、２３２…演算部、３３…入力部、３４…出力部、３５…制御部、２３６…スイッチ（ターン数切替手段）。

Claims (4)

1. 絶縁体からなる管状の絶縁管で構成され、内側に被測定流体が流れる管路と、
   前記管路に、該管路の長さ方向に対して相互に間隔をあけて設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第１の電極および第２の電極と、
   前記管路に、前記第１の電極および前記第２の電極を間に挟んで設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第３の電極および第４の電極と、
   前記管路の外部に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する第１の導線と、
   円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、交流電源から交流電圧が印加されることで前記第１の導線と前記管路内の前記被測定流体とにより形成されるループ経路に誘導電流を発生させる励磁用コイルと、
   円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、前記ループ経路に流れる前記誘導電流により起電力が生じる検出用コイルと、
   前記管路の外部に配置され、前記第３の電極と前記第４の電極とを接続する第２の導線と、
   を備えることを特徴とする電磁誘導式電気伝導率検出器。
2. 前記第１の導線は、前記励磁用コイルの中心孔および前記検出用コイルの中心孔の両方またはいずれか一方に、複数回通されることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式電気伝導率検出器。
3. さらに、前記第１の導線が前記励磁用コイルの中心孔に通される回数および前記第１の導線が前記検出用コイルの中心孔に通される回数のうち、少なくともいずれか一方を切り替えるターン数切替手段、を備えることを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導式電気伝導率検出器。
4. 絶縁体からなる管状の絶縁管で構成され、内側に被測定流体が流れる管路と、
   前記管路に、該管路の長さ方向に対して相互に間隔をあけて設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第１の電極および第２の電極と、
   前記管路に、前記第１の電極および前記第２の電極を間に挟んで設けられ、前記管路内の前記被測定流体に接触する第３の電極および第４の電極と、
   前記管路の外部に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する第１の導線と、
   円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、交流電源から交流電圧が印加されることで前記第１の導線と前記管路内の前記被測定流体とにより形成されるループ経路に誘導電流を発生させる励磁用コイルと、
   円環状であって、その中心孔に前記第１の導線が通り、前記ループ経路に流れる前記誘導電流により起電力が生じる検出用コイルと、
   前記管路の外部に配置され、前記第３の電極と前記第４の電極とを接続する第２の導線と、を有する検出器と、
   前記第１の導線が前記励磁用コイルの中心孔に通される回数および前記第１の導線が前記検出用コイルの中心孔に通される回数のうち、少なくともいずれか一方を切り替えるターン数切替手段と、
   前記検出用コイルに生じる起電力を変換して、前記被測定流体の電気伝導率を求める演算部を有する変換器と、
   を備えることを特徴とする電磁誘導式電気伝導率計。

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