JP2017026359A - Water quality sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水質センサに関する。 The present invention relates to a water quality sensor.
水質の検査を行う機器として導電率センサが用いられている。水質検査用の導電率センサとして、2本又は4本の棒状電極を備え、電極間の流体の導電率を測定するものがある。さらに、細い配管などでも利用できるように、電極の長さを短くした水質センサも提供されている(特許文献1参照)。 A conductivity sensor is used as a device for inspecting water quality. As a conductivity sensor for water quality inspection, there is one that includes two or four rod-shaped electrodes and measures the conductivity of a fluid between the electrodes. Furthermore, a water quality sensor having a short electrode length is also provided so that it can be used even in a thin pipe (see Patent Document 1).
複数の電極を直線上に配置した上記構成の水質センサは、金属配管などに装着したときに、ポンプやインバータ装置等の機械類から発生するノイズ(水中伝搬ノイズ)の影響を受け易い。従って、正確な導電率の測定が困難である。 The water quality sensor having the above-described configuration in which a plurality of electrodes are arranged on a straight line is easily affected by noise (underwater propagation noise) generated from machinery such as a pump and an inverter device when mounted on a metal pipe or the like. Therefore, it is difficult to accurately measure conductivity.
このため、配管の継手を樹脂製に変更したり、配管に交換アダプタを介して水質センサを取り付ける等、配管に水質センサを取り付けるために手間を要し、煩雑であった。さらに、配管経路が制限を受け、配管の強度への配慮が必要であった。 For this reason, it took time and effort to attach the water quality sensor to the pipe, such as changing the joint of the pipe to resin, or attaching the water quality sensor to the pipe via an exchange adapter. Furthermore, the piping route was restricted, and it was necessary to consider the strength of the piping.
また、従来の水質センサにおいて、電極とその導電率を測定する処理回路とを結ぶ信号線が長いと、信号線の寄生抵抗、寄生容量のために、測定誤差が大きくなる。また、信号線は一種のアンテナとして機能し、ノイズの影響をうけえしまう。このため、正確な測定がより困難となる。 Further, in the conventional water quality sensor, if the signal line connecting the electrode and the processing circuit for measuring the conductivity is long, the measurement error becomes large due to the parasitic resistance and parasitic capacitance of the signal line. Also, the signal line functions as a kind of antenna and is affected by noise. For this reason, accurate measurement becomes more difficult.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、流体の導電率を簡単に且つ正確に測定することができる水質センサを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the water quality sensor which can measure the electrical conductivity of a fluid simply and correctly.
上記目的を達成するため、本発明の水質センサは、
電極部と測定対象流体の電気的特性を測定する測定部とが一体化された構成を有する水質センサであって、
前記電極部は、同心円状に配置された第1の電極と第2の電極とを備え、
前記測定部は、前記電極部と一体化して構成され、前記第1の電極と前記第2の電極とに接続され、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電気的特性を測定する。
In order to achieve the above object, the water quality sensor of the present invention comprises:
A water quality sensor having a configuration in which an electrode part and a measurement part for measuring electrical characteristics of a fluid to be measured are integrated,
The electrode part includes a first electrode and a second electrode arranged concentrically,
The measurement unit is configured integrally with the electrode unit, is connected to the first electrode and the second electrode, and has electrical characteristics between the first electrode and the second electrode. taking measurement.
前記測定部は、例えば、前記第1の電極と前記第2の電極との間の導電率を測定する。 For example, the measurement unit measures the electrical conductivity between the first electrode and the second electrode.
例えば、前記第1の電極は、円の中心位置に配置され、前記第2の電極は前記円の円周上に配置された円筒形状を有する。 For example, the first electrode has a cylindrical shape arranged at the center position of the circle, and the second electrode has a cylindrical shape arranged on the circumference of the circle.
例えば、前記第2の電極は、前記第1の電極よりも突出して形成され、前記第1の電極は前記第2の電極が形成する円筒状の空間内に配置されている。 For example, the second electrode is formed to protrude from the first electrode, and the first electrode is disposed in a cylindrical space formed by the second electrode.
例えば、前記第2の電極には、流体の流通を可能にする開口が形成されている。 For example, the second electrode has an opening that allows fluid to flow.
前記測定部は、例えば、前記第1と第2の電極間に電圧を印加し、流れる電流を測定する回路を備える。 The measurement unit includes, for example, a circuit that applies a voltage between the first and second electrodes and measures a flowing current.
本発明によれば、第1の電極と第2の電極が同軸に形成され、また、電極と測定部が一体に形成されているので、外部ノイズの影響が小さく、正確に流体の電気的特性を測定することができる。 According to the present invention, since the first electrode and the second electrode are formed coaxially, and the electrode and the measurement part are formed integrally, the influence of external noise is small, and the electrical characteristics of the fluid are accurately measured. Can be measured.
以下に、本発明の実施の形態に係る水質センサを図面を参照して説明する。 Hereinafter, a water quality sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態に係る水質センサ10は、図1(a)〜(c)に三面図で、図2に一部切欠斜視図で示すように、電極部20と、電極保持部30と、六角頭部40と、本体部50と、接続部60とを一体として備える。
The
電極部20は、図3に断面で示すように、同心円状に配置された2本の電極21,22と、電極21,22を互いに絶縁するスペーサ23と、を備える。
As shown in a cross section in FIG. 3, the
電極21は、ステンレス綱、銀、銅、黄銅、金、白金、チタンなどの耐腐食性の導電材料から構成され、図4(a)に正面図で、図4(b)に断面図で示すように、有底筒状に形成されている。
The
一方、電極22は、図5(a)に正面図で、図5(b)に断面図で示すように、筒状に形成されている。電極22は、中心電極21の中心とした円周上に位置し、ステンレス綱、銀、銅、黄銅、金、白金、チタンなどの耐腐食性の導電材料から構成される。以下、区別のため、電極21を中心電極、電極22を円筒外部電極と呼ぶ。
On the other hand, the
スペーサ23は、絶縁性樹脂等から形成され、図6(a)に正面図で、図6(b)に断面図で示すように、円筒状に形成されている。
The
中心電極21とスペーサ23と円筒外部電極22は、図3に示すように、中心電極21の周囲をスペーサ23が水密に取り囲み、スペーサ23の周囲を円筒外部電極22が水密に取り囲むように、組み合わされている。
As shown in FIG. 3, the
中心電極21の先端は、円筒外部電極22の先端から突出せずに内部に位置している。また、スペーサ23の先端は、中心電極21よりも内側に位置する。このため、中心電極21と円筒外部電極22との間には、測定対象の流体を介して対向する部分が形成される。
さらに、円筒外部電極22のスペーサ23と重ならない位置には、120°回転対称に、測定対象流体が流通する開口24が形成されている。
The tip of the
Furthermore, an
図3に示すように、円筒外部電極22はその内面に段差部を有し、スペーサ23はその外周に段差部を有し、段差部同士が当接することにより、その軸方向の位置が規定されている。同様に、スペーサ23はその内面に段差部を有し、中心電極21はその外周に段差部を有し、段差部同士が当接することにより、軸方向の位置が規定されている。
As shown in FIG. 3, the cylindrical
中心電極21と円筒外部電極22のサイズは任意であるが、中心電極21は例えば、外径4±1mm、内径2mm±1mm、長さ27±5mm、円筒外部電極22は外径11±1mm、内径10±1mm、長さ35±7mm程度に形成される。また、中心電極21の先端から円筒外部電極22の先端までの距離は、3〜8mmに形成される。
The size of the
図1,図2に示すように、電極保持部30は、基端から先端に向かって外径が小さくなる円錐台形の部材である。電極保持部30は、プラスチックなどの絶縁性材料から形成されている。電極保持部30には、電極部20が、その先端が突出するように水密に装着され保持される。これにより、電極保持部30と電極21,22と、スペーサ23の間は密閉され、計測時に、測定対象の流体が水質センサ10の内部に流入することが防止される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
電極保持部30の周囲には、この水質センサ10を、配管などに形成された開口に固定するための雄ねじ32が形成されている。
A
六角頭部40は、電極保持部30の基端部に、電極保持部30と一体に形成されている。六角頭部40をレンチなどで回転駆動することにより、電極保持部30に形成された雄ねじ32を、図7に示すように、配管110等に形成された挿入穴111にねじ込むことにより、電極部20を配管110内に水密に挿入することができる。
The
本体部50は、六角頭部40と一体に形成され、立方体状の形状を有する。本体部50の内部には、中心電極21と円筒外部電極22との間に電圧を印加して、電極間に流れる電流を測定することにより、測定対象流体の電気的特性を測定する信号処理部52が形成されている。信号処理部52は、電子回路が形成された回路基板51を備える。回路基板51は、プリント配線基板等から構成されている。従って、回路基板51は、中心電極21と円筒外部電極22と非常に近い位置、例えば、数mm〜3cmの位置に配置されている。
The
回路基板51には、図8に示すように、交流発振器71、抵抗器72と、絶対値増幅器(アンプ)73と、信号処理回路74等を含む測定回路が形成されている。
As shown in FIG. 8, a measurement circuit including an
交流発振器71と抵抗器72とは直列に接続され、一端が図示せぬ導体を介して中心電極21に、他端が短い信号線を介して円筒外部電極22に接続されている。図8では、交流発振器71の一端が中心電極21に接続され、交流発振器71の他端が抵抗器72の一端に接続され、抵抗器72の他端が短い信号線を介して円筒外部電極22に接続されている。
The
抵抗器72の両端の電圧は、絶対値増幅器(アンプ)73の2つの入力端に印加される。絶対値増幅器73は、抵抗器72の両端間電圧を絶対値増幅する。絶対値増幅器73の出力は、信号処理回路74に供給される。
The voltage across the
信号処理回路74は、絶対値増幅器73の出力信号を平滑化し、これをA/D(アナログデジタル)変換して、デジタル演算処理を施すことにより、中心電極21と円筒外部電極22の間に介在している測定対象流体の導電率等の電気的特性を求めて、求めた値を示すデジタル信号を出力する。
なお、導電率等の電気的特性を求める手法としては、既知の任意の手法を使用することができる。
The
It should be noted that any known method can be used as a method for obtaining electrical characteristics such as conductivity.
信号処理回路74は、温度変化に起因する測定誤差を補償するための温度補償回路を含む。温度補償回路は、サーミスタ等の温度センサ75が検出した測定対象流体の温度に基づいて、測定値(測定対象流体の導電率)を補償する。温度センサ75は、図9に模式的に示すように、有底円筒状の中心電極21の内部且つ先端部に配置され、信号線76で信号処理回路74に接続される。このような配置することにより、測定対象流体の温度を正確に測定することが可能となる。また、信号線76も短くてすむ。
The
接続部60は、外部から供給される電源線、アース線、信号処理回路74の出力線などを含むケーブル61を束ねる。
The
次に、上記構成を有する水質センサ10を使用して、配管内の流体の導電率を求める手順の一例を説明する。
Next, an example of a procedure for obtaining the electrical conductivity of the fluid in the pipe using the
まず、図7に示すように、配管110に、水質センサ10を取り付けるために、電極保持部30の先端部(小径部)とほぼ同径の挿入穴111を形成する。挿入穴111の内面にタップを切ってもよい。
First, as shown in FIG. 7, in order to attach the
続いて、水質センサ10の電極保持部30の先端部を挿入穴111に差し込み、六角頭部40をレンチなどに回転させることにより、電極保持部30の雄ねじ32を挿入穴111内にねじ込む。これにより、電極部20が配管110内に水密に固定される。
Subsequently, the
続いて、配管110内に測定対象流体を流す。これにより、測定対象流体が円筒外部電極22と中心電極21とスペーサ23とで形成される空間にも流入する。ただし、円筒外部電極22が中心電極21を囲む形状となっており、中心電極21と円筒外部電極22との間の領域における流体の流れは比較的穏やかなものとなる。
Subsequently, the fluid to be measured is caused to flow in the
続いて、外部から動作電力を供給して、交流発振器71を起動し、抵抗器72を介して中心電極21と円筒外部電極22との間に交流電圧を印加する。
Subsequently, operating power is supplied from the outside, the
続いて、外部から動作電力を供給して、交流発振器71を起動し、抵抗器72を介して中心電極21と円筒外部電極22との間に交流電圧を印加する。
Subsequently, operating power is supplied from the outside, the
中心電極21と円筒外部電極22との間の等価回路は、図10のように表すことができる。ここで、Rは、電極間抵抗、Cpは、電極間容量+ケーブル容量、Csは分極容量である。
信号処理回路74は、この等価回路と得られた測定値から、測定対象流体の導電率を求め、ケーブル61を介して出力する。
An equivalent circuit between the
The
上記構成の水質センサ10によれば、中心電極21と閉じている円筒外部電極22との間で電流が流れるため、電流の回り込み等がほとんど発生しない。また、電流の流路は、円筒外部電極22に囲われた領域内にあり、円筒外部電極22によりシールドされ、外部からの電磁ノイズなどの影響が少ない。
According to the
また、水質センサ10は、電極部20と信号処理部52とを筐体で支持し、信号の検出から信号処理による測定対象流体の電気的特性の測定までを1つの可搬な装置として一体化した構成を有する。従って、測定流体の電気的特性を求めるために検出信号を外部の信号処理装置に送信するする必要がない。このため、中心電極21と円筒外部電極22と回路基板51とを接続する配線は、非常に短くてすむ。このため、配線の寄生容量が小さく、信号処理部52に容量成分をキャンセルするための回路が不要となり、正確な測定が可能となる。また、伝導率測定の場合は、配線が短くなることによって導体抵抗が非常に小さくなるため、その分の測定誤差もなくなる。
In addition, the
サーミスタ等の温度センサ75を中心電極21の中空部に位置するため、測定対処流体の温度の即応性に優れる。
Since the
なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、中心電極21と円筒外部電極22の形状は、上記実施の形態に限定されない。例えば、中心電極21は内部に中空部を備えない棒状のものでもよい。また、円筒外部電極22は、中心電極21と同程度の突出量でもよい。また、開口24の形状、数、配置等も任意である。例えば、スリット状等でもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible. For example, the shapes of the
信号処理部52の構成も任意である。例えば、絶対値増幅器73を使用する例を示したが、整流回路と増幅器を組み合わせて使用してもよい。
デジタル信号処理の例を示したが、アナログ信号処理でもよい。
The configuration of the
Although an example of digital signal processing has been shown, analog signal processing may be used.
水質を表す指標として導電率を測定する例を示したが、他の電気的特性を測定してもよい。例えば、抵抗値(1/導電率)を測定してもよい。 Although an example of measuring conductivity as an index representing water quality has been shown, other electrical characteristics may be measured. For example, the resistance value (1 / conductivity) may be measured.
10 水質センサ
20 電極部
21 中心電極
22 円筒外部電極
30 電極保持部
40 六角頭部
50 本体部
51 回路基板
60 接続部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電極部は、同心円状に配置された第1の電極と第2の電極とを備え、
前記測定部は、前記電極部と一体化して構成され、前記第1の電極と前記第2の電極とに接続され、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電気的特性を測定する、
水質センサ。 A water quality sensor having a configuration in which an electrode part and a measurement part for measuring electrical characteristics of a fluid to be measured are integrated,
The electrode part includes a first electrode and a second electrode arranged concentrically,
The measurement unit is configured integrally with the electrode unit, is connected to the first electrode and the second electrode, and has electrical characteristics between the first electrode and the second electrode. taking measurement,
Water quality sensor.
前記第1の電極は前記第2の電極が形成する円筒状の空間内に配置されている、ことを特徴とする請求項3に記載の水質センサ。 The second electrode is formed so as to protrude from the first electrode,
The water quality sensor according to claim 3, wherein the first electrode is disposed in a cylindrical space formed by the second electrode.
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