JP2020063916A - 溶液性質検出用センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、基板と、温度検出ユニットと、導電率検出ユニットと、酸アルカリ値検出ユニットと、参照電極とを備える溶液性質検出用センサを提供する。【解決手段】本発明は、異なる検出ユニットを用いて各種溶液の性質を検出するものであり、且つこれら検出ユニットは、基板においる導電性パターンに電気的に接続されて固定されることにより、工業的量産又は生産の簡素化に有利である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、センサに関し、特に溶液性質検出用センサに関する。

溶液性質をモニタリングするとき、酸アルカリ値（ｐＨ値）、温度及び導電率がすべて重要なパラメータである。従来、水質の酸アルカリ値の検出や測定には、ｐＨ試験紙、ｐＨ指示剤又はガラス電極の使用が一般的である。ガラス電極は、主にイオン選択性ガラス膜をセンサとして用いるものであり、１種又は1つのクラスのイオンに対して高選択性を有し、電極先端が中空半球状のフィルム壁を有するガラス管、水素イオンに対して高選択性を有する検出フィルムであり、ガラス管内に電解液が添加されており、且つ参照電極Ａｇ／ＡｇＣｌが電解液に含まれ、電位変化を測定することにより被測定溶液のｐＨ値を得る。また、温度については、通常、ガラス温度計又は赤外線温度計が使用される。この他、導電率については、ガラス電極が使用され、導電率値は主に水溶液の抵抗を測定して変換して得る。

しかしながら、以上の通常の水質測定技術のうち、ガラス電極には、検出端が酸アルカリによる影響を受けやすく、応答速度が低く、電極の保全にも時間がかかり又は非使用時に液体に浸漬して保存する必要があるなどの欠点がある。さらに、ガラス電極は、使用する前に、中性緩衝溶液（ｐＨ７）ゼロ校正、酸アルカリ度（ｐＨ４とｐＨ１０）感度校正及び温度校正を含む校正を行わなければならない。従って、ガラス電極を使用する場合は、多数の制限があり、且つ現場で複数種の水質をリアルタイムに測定するのに不適である。

上記問題に対して、本願の出願者は、１種の材料を用いて複数種の溶液の特性を測定する関連特許出願（中華民国の発明特許公告番号Ｉ６１６６５５）を提案している。同一材料の基板において、複数種の検出パターンを設計することによって、被測定溶液の酸アルカリ値、温度及び導電率を同時に検出して、測定の利便性や精度を高める。しかしながら、上記技術を商業用として実施するとき、製造コストが高く、製造工程が複雑で、パッケージの安定性が悪く、経時的に防水特性が劣化するなどの問題が存在する。また、該出願では、チップのプロセスにはレーザー彫刻ステップで酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルムに表面加工を行い、酸アルカリ値、温度及び導電率検出用のパターンを形成するため、プロセスが複雑になるとともに、生産歩留まり、測定装置との接続性の点についても懸念がある。さらに、酸化インジウムスズフィルムの材質が純粋な金属ではないことにより、電気的接続能力が金属接続点より劣り、このため、接続端子の電気特性処理もパッケージをするときの課題となっている。

このため、従来技術に存在する問題を解決するために、溶液性質検出用センサを提供することが求められる。

本発明の目的の１つは、同一基板に温度、導電率及び酸アルカリ値の検出ユニットが設置され、且つこれら検出ユニットが基板における導電性パターンに電気的に接続されることで、これら導電性パターンを介して、温度、導電率及び酸アルカリ値の検出ユニットが同時に測定した検出信号を外部に伝達して、溶液性質の分析に用いる溶液性質検出用センサを提供することにある。また、これら検出ユニットはそれぞれ異なる検出ユニットとされるため、該基板における導電性パターンに電気的に接続されやすい。

本発明の別の目的は、異なる検出ユニットを用いて各種の溶液性質を検出し、且つこれら検出ユニットが基板における導電性パターンに電気的に接続して固定できるため、工業的量産又は生産の簡素化に有利である溶液性質検出用センサを提供することにある。

上記目的を達成させるために、本発明による溶液性質検出用センサは、基板、温度検出ユニット、導電率検出ユニット、酸アルカリ値検出ユニット及び参照電極を備える。該基板は、正面及び裏面を有し、温度検出領域、導電率検出領域、酸アルカリ値検出領域及び電気信号外部接続領域が画定されており、複数の導電性パターン及び複数の電気接続ピンを含む。前記導電性パターンは該基板の正面又は裏面に形成され、互いに電気的に絶縁し且つ２つの温度導線、少なくとも２つの導電率導線、１つの酸アルカリ値導線及び１つの参照電極導線を含む。前記電気接続ピンは、該電気信号外部接続領域に設置され且つそれぞれ前記導電性パターンに電気的に接続される。該温度検出ユニットは、該温度検出領域に設置され且つ該２つの温度導線に電気的に接続される。該導電率検出ユニットは、該導電率検出領域に設置され且つ該少なくとも２つの導電率導線に電気的に接続される。該酸アルカリ値検出ユニットは、該酸アルカリ値検出領域に設置され且つ該酸アルカリ値導線に電気的に接続され、該酸アルカリ値検出ユニットの材質には酸化インジウムスズが含まれ、及び該酸アルカリ値検出ユニットは検出面を有する。該参照電極は、該基板に設置され且つ該参照電極導線に電気的に接続される。

本発明の一実施例において、該溶液性質検出用センサはさらに、該温度検出領域又は該電気信号外部接続領域のうちの少なくとも１つを被覆する防水層を備える。

本発明の一実施例において、該導電率検出ユニットは、該少なくとも２つの導電率導線がそれぞれ有する露出部分であり、該露出部分は、該導電率検出領域の一表面に露出される。

本発明の一実施例において、該露出部分の形状が円形又は角形である。

本発明の一実施例において、該露出部分の形状が円形である場合、該円形の直径が０．２ミリメートル〜１．０ミリメートルであり、又は、該露出部分の形状が角形である場合、該露出部分の長さ及び幅系がそれぞれ０．２ミリメートル〜１．０ミリメートルである。

本発明の一実施例において、前記導電性パターンはさらに、該酸アルカリ値導線に電気的に接続され且つ該基板の正面又は裏面に設置された酸アルカリ値用導電性パターンを含み、該酸アルカリ値検出ユニットは、該酸アルカリ値用導電性パターンに電気的に接続される。

本発明の一実施例において、該酸アルカリ値用導電性パターンは該基板の裏面に設置され、且つ該基板はさらに、該酸アルカリ値検出領域を貫通する孔を含み、該酸アルカリ値導電性検出ユニットは、該孔を介して該検出面に露出される。

本発明の一実施例において、該溶液性質検出用センサは、該酸アルカリ値用導電性パターンと該酸アルカリ値検出ユニットの該検出面の一部とを接着して電気的に接続分する導電性接着材料をさらに備える。

本発明の一実施例において、該基板は、プリント回路基板又は可撓性回路基板である。

本発明の一実施例において、該温度検出領域及び該電気信号外部接続領域は、それぞれ該基板の対向両側に画定されている。

本発明の一実施例における溶液性質検出用センサの上面模式図である。 本発明の一実施例における溶液性質検出用センサの下面模式図である。 本発明の別の実施例における溶液性質検出用センサの上面模式図である。 本発明の別の実施例における溶液性質検出用センサの下面模式図である。 本発明のまた別の実施例における溶液性質検出用センサの上面模式図である。 本発明のまた別の実施例における溶液性質検出用センサの下面模式図である。 本発明のさらなる実施例における溶液性質検出用センサの上面模式図である。 本発明のさらなる実施例における溶液性質検出用センサの下面模式図である。

本発明の上記及びほかの目的、特徴、利点をより明瞭且つ理解しやすくするために、以下、本発明の好適実施例を例にして、図面を参照しながら、詳細に説明する。さらに、本発明における方向についての用語、たとえば上、下、頂、底、前、後、左、右、内、外、側面、周囲、中央、水平、横方向、垂直、縦方向、軸方向、径方向、最上層又は最下層などは、図面を参照した方向に過ぎない。従って、使用される方向用語は、本発明を説明して理解するために過ぎず、本発明を制限するものではない。

図１Ａ−４Ｂに示されるように、図１Ａは本発明の一実施例における溶液性質検出用センサ１０の上面模式図、図１Ｂは本発明の一実施例における溶液性質検出用センサ１０の下面模式図、図２Ａは本発明の別の実施例における溶液性質検出用センサ１０の上面模式図、図２Ｂは本発明の別の実施例における溶液性質検出用センサ１０の下面模式図、図３Ａは本発明のまた別の実施例における溶液性質検出用センサ１０の上面模式図、図３Ｂは本発明のまた別の実施例における溶液性質検出用センサ１０の下面模式図、図４Ａは本発明のさらなる実施例における溶液性質検出用センサ１０の上面模式図、及び、図４Ｂは本発明のさらなる実施例における溶液性質検出用センサ１０の下面模式図である。なお、図面の簡潔さから、図２Ａ−４Ｂに大部分の導電性パターンが示されていない。本発明の一実施例における溶液性質検出用センサ１０は、基板１１、温度検出ユニット１２、導電率検出ユニット１３、酸アルカリ値検出ユニット１４及び参照電極１５を備える。

該基板１１は、たとえば、正面１１Ａ及び裏面１１Ｂを有する平板状である。該基板１１は、温度検出領域１１１、導電率検出領域１１２、酸アルカリ値検出領域１１３及び電気信号外部接続領域１１４が画定されている。一実施例において、該温度検出領域１１１及び該電気信号外部接続領域１１４はそれぞれ該基板１１の対向両側（たとえば、先端側と末端側）に画定されている。別の実施例において、該温度検出領域１１１、該導電率検出領域１１２、該酸アルカリ値検出領域１１３及び該電気信号外部接続領域１１４の配列位置は、ユーザのニーズに応じて任意に設置されてもよい。たとえば、該温度検出領域１１１、該導電率検出領域１１２、該酸アルカリ値検出領域１１３及び該電気信号外部接続領域１１４は、該基板１１の先端から末端へ順次配列され、又は、該導電率検出領域１１２、該電気信号外部接続領域１１４、該酸アルカリ値検出領域１１３及び該温度検出領域１１１は、該基板１１の先端から末端へ順次配列される。

該基板１１は、複数の導電性パターン１１５及び複数の電気接続ピン１１６を含む。前記導電性パターン１１５は、該基板１１の正面１１Ａ又は裏面１１Ｂに形成され、互いに電気的に絶縁し且つ２つの温度導線１１５Ａ、少なくとも２つの導電率導線１１５Ｂ、１つの酸アルカリ値導線１１５Ｃ及び１つの参照電極導線１１５Ｄを含む。さらに、前記電気接続ピン１１６は、該電気信号外部接続領域１１４内に設置され且つそれぞれ前記導電性パターン１１５に電気的に接続される。

ここで、なお、該基板１１は主に該温度検出ユニット１２、該導電率検出ユニット１３、該酸アルカリ値検出ユニット１４及び該参照電極１５を載置する役割を果たす。また、該基板１１の導電性パターン１１５は主に上記各検出ユニット及び参照電極１５を電気的に接続し、且つ前記電気接続ピン１１６は外部信号取得ユニットに電気的に接続されて、上記各検出ユニット及び参照電極１５が検出した信号又は電圧を外部分析機器に伝送して分析に用いる。一具体例では、前記電気接続ピン１１６は「ゴールドフィンガー」と呼ばれる。

さらに、なお、該基板１１の導電性パターン１１５は、たとえば基板１１に形成された金属線（たとえば銅線）である。一実施例において、該基板１１はプリント回路基板又は可撓性回路基板である。一具体例では、ユーザのニーズに応じて該温度検出領域１１１、該導電率検出領域１１２、該酸アルカリ値検出領域１１３及び該電気信号外部接続領域１１４の該基板１１での位置を設計でき、且つ各検出領域に設置された検出ユニットに容易に電気的に接続されるように（たとえば溶接、電気的接続材などの方式で）、上記領域の位置には前記導電性パターン１１５が対応して設置される。

本発明の実施例における溶液性質検出用センサ１０の温度検出ユニット１２は、該温度検出領域１１１に設置され且つ該２つの温度導線１１５Ａに電気的に接続され、主に被測定溶液の温度を検出する。一実施例において、該温度検出ユニット１２は市販された温度抵抗である。ただし、該温度検出ユニット１２は、温度検出領域１１１に設置されて温度を検出することのできる任意の電子部品としてもよい。

本発明の実施例における溶液性質検出用センサ１０の導電率検出ユニット１３は、該導電率検出領域１１２に設置され且つ該少なくとも２つの導電率導線１１５Ｂに電気的に接続される。該導電率検出ユニット１３は主に被測定溶液の導電率を測定する。一実施例において、該導電率検出ユニット１３は該少なくとも２つの導電率導線１１５Ｂがそれぞれ有する露出部分であり、該露出部分は該導電率検出領域１１２の一表面に露出される。具体的に、上記露出部分による被測定溶液の導電率の測定は、主に該少なくとも２つの導電率導線１１５Ｂの露出部分の間の距離にある被測定溶液の導電率を測定し、又は、３つ以上の導電率導線１１５Ｂの露出部分が空間的に接続されてなる面積又は体積にある被測定溶液の導電率を測定することであある。従って、露出部分が取り囲んでなる体積が多いほど、測定された導電率の精度が高くなる。一実施例において、該導電率検出ユニット１３は、２つ、３つ（図３Ａ及び３Ｂ参照）、４つ（図４Ａ及び４Ｂ参照）又は５つ以上の露出部分を有する。別の実施例において、該露出部分の形状は円形（たとえば、図１Ａ−３Ｂ参照）又は角形（たとえば、図４Ａ及び４Ｂ参照）である。該露出部分の形状が円形である場合、該円形の直径が０．２ミリメートル−１．０ミリメートルであり、又は、該露出部分の形状が角形である場合、該露出部分の長さ及び幅がそれぞれ０．２ミリメートル−１．０ミリメートルである。なお、該露出部分の寸法が過不足（たとえば、直径、長さ又は幅が０．２ミリメートルより小さく、又は１．０ミリメートルより大きい）である場合、正確な導電率を測定できない。

本発明の実施例の溶液性質検出用センサ１０の酸アルカリ値検出ユニット１４は、該酸アルカリ値検出領域１１３に設置され且つ該酸アルカリ値導線１１５Ｃに電気的に接続され、該酸アルカリ値検出ユニットの材質として酸化インジウムスズが含まれる。一実施例において、該酸アルカリ値検出ユニット１４は、たとえば市販された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）基板である。さらに、該酸アルカリ値検出ユニットは、主に被測定溶液の酸アルカリ値を検出するための検出面１４Ａを有する。

一実施例において、前記導電性パターン１１５はさらに、該酸アルカリ値導線１１５Ｃに電気的に接続され且つ該基板１１の正面１１Ａ又は裏面１１Ｂに設置された酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅを備え、該酸アルカリ値検出ユニット１４は該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅに電気的に接続される。具体的に、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅの寸法は、たとえば、該酸アルカリ値検出ユニット１４の１０％−５０％、たとえば１５％、２０％、３０％、３５％、４０％又は４５％である。一具体例では、たとえば該酸アルカリ値検出ユニット１４は長方形パネルであり、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅの幅は本質的に該長方形パネルの幅と同様であるか又はそれに近いが、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅの長さは該長方形パネルの長さの約１０％−５０％である。上記実施例の少なくとも１つの利点は、酸アルカリ値検出ユニット１４について特定のパターン化処理を必要とせずに、簡単な切断方式で長方形として切断できることにある。また、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅの寸法が該酸アルカリ値検出ユニット１４の寸法よりも過度に小さくなることがないため、量産の場合は製造プロセスを簡略化させるとともに、製造し難さも中華民国の発明特許公告番号Ｉ６１６６５５号に開示されている技術よりも低い。

一実施例において、図１Ａ及び１Ｂに示されるように、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅは、該基板１１の正面１１Ａに設置され（たとえば、該電気信号外部接続領域１１４中に設置され）、且つ該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該酸アルカリ値検出ユニット１４の該検出面１４Ａの一部とは、導電性接着材料１６（たとえば市販された導電性接着剤）で固定して接着されて、電気的に接続される。

一実施例において、図２Ａ及び２Ｂに示されるように、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅは、該基板１１の裏面１１Ｂに設置され（たとえば、該電気信号外部接続領域１１４中に設置され）、且つ該基板はさらに、該酸アルカリ値検出領域１１３を貫通する孔１１７を備え、該酸アルカリ値検出ユニット１４は該孔１１７を介して該検出面１４Ａに露出される。一例では、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該酸アルカリ値検出ユニット１４の該検出面１４Ａの一部とは、導電性接着材料（たとえば、市販された導電性接着剤；未図示）で固定して接着されて、電気的に接続される。

なお、上記酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅが該基板１１の正面１１Ａ又は裏面１１Ｂに設置される２種の上記実施例はそれぞれ利点がある。該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅが該基板１１の正面１１Ａに設置された場合（図１Ａ及び１Ｂ参照）、導電性接着材料１６を該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該酸アルカリ値検出ユニット１４の該検出面１４Ａに接着するだけでよいため、プロセスが簡素化される。その反面、この場合、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該検出面１４Ａがともに同一方向に向いていることによって、該導電性接着材料１６は、接着効果を果たすには渡り方式を採用しなければならないので、本発明の実施例の溶液性質検出用センサの小型化に不利である。該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅが該基板１１の裏面１１Ｂに設置された場合（図２Ａ及び２Ｂ参照）、酸アルカリ値検出領域１１３に孔１１７を形成することにより製造ステップが比較的複雑になるが、該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該検出面１４Ａは逆方向に向いているため、該導電性接着材料は該酸アルカリ値用導電性パターン１１５Ｅと該検出面１４Ａの間に介装できるので、本発明の実施例の溶液性質検出用センサの小型化に寄与する。

本発明の実施例の溶液性質検出用センサ１０の参照電極１５は、該基板１１に設置され且つ該参照電極導線１１５Ｄに電気的に接続される。該参照電極１５は主に、その他の検出ユニットが測定した電圧の参照値又は基準値とする。一実施例において、該参照電極１５は該温度検出領域１１１に設置される。別の実施例において、ユーザのニーズ又は該参照電極導線１１５Ｄの設置形態に応じて、該参照電極１５は、該導電率検出領域１１２、該酸アルカリ値検出領域１１３又は該電気信号外部接続領域１１４に設置されてもよい。

一実施例において、本発明の実施例における溶液性質検出用センサ１０は、各検出ユニットの特性に応じて防水層（未図示）が設置される。たとえば、該温度検出ユニット１２又は前記電気接続ピン１１６は、溶液が該温度検出ユニット１２又は前記電気接続ピン１１６に直接接触することによる電気信号短絡を避けるために、該防水層で被覆されることができる。言い換えれば、該防水層は、該温度検出領域１１１又は該電気信号外部接続領域１１４のうちの少なくとも１つを被覆する。なお、防水処理を必要とする領域を該基板１１の先端側と末端側に設置し、又は、該基板１１の縁部に設置する。前述設置形態の利点としては、たとえば、防水処理を必要とする領域を該基板１１の先端側と末端側に設置する場合、直接該基板１１を挟んで、基板の先端側と末端側をそれぞれ防水接着剤に侵漬することにより、防水層が設置される。従って、このような設置形態は工業的量産に寄与する。

前記のとおり、本発明の実施例の溶液性質検出用センサは、同一基板に温度、導電率及び酸アルカリ値検出ユニットが設置されており、且つ、これら検出ユニットは基板における導電性パターンに電気的に接続されているため、これら導電性パターンを介して温度、導電率及び酸アルカリ値の検出ユニットが同時に測定した検出信号を外部に伝達して、溶液性質の分析に用いることができる。また、これら検出ユニットは異なる検出ユニットであるため、該基板における導電性パターンに電気的に接続されやすい。

本発明は好適実施例を掲示しているが、本発明は好適実施例により制限されず、当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、各種の変更や修飾をすることができ、従って、本発明の保護範囲は添付した特許請求の範囲により限定される。

１０ 溶液性質検出用センサ
１１ 基板
１１Ａ 正面
１１Ｂ 裏面
１２ 温度検出ユニット
１３ 導電率検出ユニット
１４ 酸アルカリ値検出ユニット
１４Ａ 検出面
１５ 参照電極
１６ 導電性接着材料
１１１ 温度検出領域
１１２ 導電率検出領域
１１３ 酸アルカリ値検出領域
１１４ 電気信号外部接続領域
１１５ 導電性パターン
１１５Ａ 温度導線
１１５Ｂ 導電率導線
１１５Ｃ 酸アルカリ値導線
１１５Ｄ 参照電極導線
１１５Ｅ 酸アルカリ値用導電性パターン
１１６ 電気接続ピン
１１７ 孔

Claims (10)

1. 溶液性質検出用センサであって、
   正面及び裏面を有し、温度検出領域、導電率検出領域、酸アルカリ値検出領域及び電気信号外部接続領域が画定されている基板であって、正面又は裏面に形成され、互いに電気的に絶縁し且つ２つの温度導線と少なくとも２つの導電率導線と１つの酸アルカリ値導線と１つの参照電極導線とを含む複数の導電性パターン、及び該電気信号外部接続領域に設置され且つそれぞれ前記導電性パターンに電気的に接続される複数の電気接続ピンを含む基板と、
   該温度検出領域に設置され且つ該２つの温度導線に電気的に接続される温度検出ユニットと、
   該導電率検出領域に設置され且つ該少なくとも２つの導電率導線に電気的に接続される導電率検出ユニットと、
   該酸アルカリ値検出領域に設置され且つ該酸アルカリ値導線に電気的に接続され、材質として酸化インジウムスズを含み、且つ、検出面を有する酸アルカリ値検出ユニットと、
   該基板に設置され且つ該参照電極導線に電気的に接続される参照電極とを含む溶液性質検出用センサ。
2. 該温度検出領域又は該電気信号外部接続領域のうちの少なくとも１つを被覆する防水層をさらに含む請求項１に記載の溶液性質検出用センサ。
3. 該導電率検出ユニットは、該少なくとも２つの導電率導線がそれぞれ有する露出部分であり、該露出部分は、該導電率検出領域の一表面に露出される請求項１に記載の溶液性質検出用センサ。
4. 該露出部分の形状が円形又は角形である請求項３に記載の溶液性質検出用センサ。
5. 該露出部分の形状が円形である場合、該円形の直径が０．２ミリメートル〜１．０ミリメートルであり、又は、該露出部分の形状が角形である場合、該露出部分の長さ及び幅がそれぞれ０．２ミリメートル〜１．０ミリメートルである請求項４に記載の溶液性質検出用センサ。
6. 前記導電性パターンはさらに、該酸アルカリ値導線に電気的に接続され且つ該基板の正面又は裏面に設置された酸アルカリ値用導電性パターンを含み、
   該酸アルカリ値検出ユニットは、該酸アルカリ値用導電性パターンに電気的に接続される請求項１に記載の溶液性質検出用センサ。
7. 該酸アルカリ値用導電性パターンは該基板の裏面に設置され、且つ該基板はさらに、該酸アルカリ値検出領域を貫通する孔を含み、該酸アルカリ値導電性検出ユニットは、該孔を介して該検出面に露出される請求項６に記載の溶液性質検出用センサ。
8. 該酸アルカリ値用導電性パターンと該酸アルカリ値検出ユニットの該検出面の一部とを接着して電気的に接続する導電性接着材料をさらに含む請求項６又は７に記載の溶液性質検出用センサ。
9. 該基板はプリント回路基板又は可撓性回路基板である請求項１に記載の溶液性質検出用センサ。
10. 該温度検出領域及び該電気信号外部接続領域は、それぞれ該基板の対向両側に画定されている請求項１に記載の溶液性質検出用センサ。

Images