JP2749359B2 - 電極の清浄化のための直流電圧又は交流電圧印加用の回路装置及び該回路装置の使用法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲１に記載の如く次のような
回路装置に関する、即ち、1.測定されるべき電位を有す
る、物質媒体に接触する１つの電極を清浄化するため直
流電圧又は交流電圧を印加するための回路装置に関する
ものであり、その特徴とするところは、次のようなもの
である、即ち、 −２つの直列に接続されたスイッチを介して電極へ直流
電圧又は交流電圧を印加するための電圧源を有し、前記
スイッチは、それぞれ１つの接触部材を有しており、 −−ここで、第一のスイッチは、電圧源と接続されてお
り、第二のスイッチは、電極と接続されており、 −前記接触部材を時間的に同期して動かすための時間制
御部を有し、それにより、電圧源と電極との接続が第一
のスイッチ及び第二のスイッチを用いて同時に形成さ
れ、又は同時に遮断され得るように構成されており、 −高い入力−及び低い出力インピーダンスを有するイン
ピーダンス変換器を有し、該インピーダンス変換器の入
力側は、電極と接続されており、それの出力側は、所定
の時間間隔中は第二のスイッチの接続部材と接続されて
おり、前記所定の時間間隔中には電圧源と電極との接続
が、第一のスイッチ及び第二のスイッチにて同時に遮断
されるように構成されていることである。

更に、本発明は、特許請求の範囲６に記載の如く次の
ような回路装置に関する、即ち6.測定されるべき電位を
有する、物質媒体に接触する２つの電極を清浄化するた
め直流電圧又は交流電圧を印加するための回路装置にに
関するものであり、その特徴とするところは、次のよう
なものである、即ち、 −電極直流電圧又は交流電圧を通過（スイッチング）伝
送、印加するための電圧源を有し −電極ごとに下記要素を具備し、 −−電極へ直流電圧又は交流電圧を通過（スイッチン
グ）伝送するためのスイッチを有し、 −−高い入力−及び低いインピーダンスを有するインピ
ーダンス変換器を有し、該インピーダンス変換器の非反
転入力側は、スイッチを介して電圧源と接続可能であ
り、 −−電流制限抵抗と１つのダイオード又は２つの逆並列
のダイオードとから成る直列接続体を有し、ここで、イ
ンピーダンス変換器の出力側は、前記直列接続体を介し
て電極と接続されており、そして、電流制限抵抗と１つ
／複数ダイオードとの接続点は、インピーダンス変換器
の反転入力側と接続されており、 −−オペアンプ（演算増幅器）を有し、該オペアンプ
（演算増幅器）の非反転入力側は、抵抗を介して電極と
接続されており、そして、それの反転入力側は、別の抵
抗を介してオペアンプ（演算増幅器）の非反転入力側と
接続されており、また、帰還抵抗を介して自己の出力側
を接続されており、 −−更に、下記要素を有し、 −−付加的抵抗を有し、該付加的抵抗を介しては、第一
電極に属するオペアンプ（演算増幅器））の反転入力側
が、第二電極に属するオペアンプ（演算増幅器）の反転
入力側と接続されており、 −−所定の信号を生成するための時間制御部を有し、前
記の所定の信号によってはスイッチが作動せしめられ
て、電圧源の出力側がインピーダンス変換器の各入力側
と接続されるように構成されているされるようにしたの
である。

優先権主張日に関して先願ではあるが未公開であっ
て、従って、EPUeAr.54（３）によってのみ関連するWO
−A88/07194では、滴定装置のインジケーション電極が
記載されている。ここでは、1Hz−10Hzの低周波の交流
電圧が、当該電極の清浄化のなされるまで測定回路の遮
断下でスイッチを介して印加される。このような付加的
接続配線により、勿論電極により導かれる電流又は電圧
レベルが殊に容量的に負荷される。このことは就中、流
動媒体に接触する電極により測定信号が生ぜしめられる
電磁流量測定方式の場合不都合である。（例えば同出願
入により刊行された刊行物“Durchflussfibel"1985年第
15頁以降参照）。それというのは、電極は内部抵抗付き
の電圧源を形成しこの内部抵抗は殊に電磁検出器の形状
及び媒体の導電率に依存することからである。内部抵抗
の値が高ければ高いほど、信号源としての電極は外部配
線接続状態に対して益々影響を受け易くなる。さらにス
イッチによりノイズ電圧が生ぜしめられ、このノイズ電
圧は電極信号に対して不都合な影響を及ぼし得る。

発明の目的 従って本発明の課題ないし目的とするところは、冒頭
に述べた形式で電圧の印加の際電極および／又はそれの
接続−／信号線に、当該電圧印加のためのスイッチに基
づくノイズの影響が及ぼされないよにすることにある。

発明の構成 上記課題は本発明の構成要件により解決される。換言
すれば当該の課題は、次のようにして、達成される。即
ち、少なくとも電圧の印加されれていない期間中ほぼ電
極の電位が次のような端子部分に通過（スイッチング）
伝送される、即ち、電極に対応付けられていない、即
ち、電極に接続されていない端子部分に通過（スイッチ
ング）伝送されるのである。それによって、スイッチの
遮断された状態即ち清浄化電圧のための接続路遮断状態
では例えば清浄化電圧に配属された端子と、電極に配属
された端子との間の電位差が無視可能に小さい値に保持
される。もってスイッチの不可避の容量的成分により電
極信号がもはや許容されないほどの負荷を受けることは
なくなる。スイッチへ電極電位を結合する手段は有利に
能動素子、例えばオペアンプで実現される。それによっ
て、場合によりスイッチエレメントに基因するノイズ電
圧が、能動素子の出力より十分補償され得るという利点
が得られる。

本発明の回路装置は次のような場合に有利に使用され
得る、即ち電極が測定目的のため流動媒体と接触しその
際汚損する場合に有利に使用され得る。このことが電極
流量計測において有利であるのは電極が測定信号の発生
のために用いられる場合である。その際上記は次のよう
に清浄化電圧の通過（スイッチング）伝送プロセスが測
定サイクル中に組込まれ得る。これについて以下説明す
る。

−電極に由来する測定信号が清浄化電圧の印加前に記憶
されおよび／又は例えばEP−A219725から明らかなよう
に測定値として出力される； −清浄化電圧は所定の選定可能な期間中および所定の選
定可能な間隔で電極に加えられる −清浄化電圧の遮断後測定動作の開始が次のような休止
期間だけ遅延される、即ち清浄化された電極における電
気化学的関係ないし状況が通常化し得る休止期間だけ遅
延される −この休止期間の後測定動作が再開される 本発明の方法の実施のため使用される回路において、
高い入力インピーダンス及び低い出力インピーダンスを
有するインピーダンス変換器を有し、該変換器の入力側
が、電極の電位におかれ、また上記変換器の出力側が、
スイッチの電極に接続されている、単数又は複数の端子
部分に接続されているのである。

インピーダンス変換器の入力側は電極又はそれの接続
信号線路に直接接続されるか、または、別個の結合素子
（例えばオペアンプ回路）を用いて近似的に電極電位に
もたらされ得る（駆動され得る）。

本発明の第２の実施態様ではインピーダンス変換器の
入力側に−電極電圧の供給部に並列に−直流電圧源又は
交流電圧源が清浄化電圧の発生のため接続される。その
際、電圧源の出力側とインピーダンス変換器の入力側と
の間にスイッチ素子（装置）を設けこのスイッチ素子は
時間制御部により間欠的に制御される。

本発明の第１の実施態様によれば、電極又はその線路
と接続されていない、スイッチの端子部分が、電圧源の
出力側にも、インピーダンス変換器の出力側にも配属さ
れ得る。これは一方では電子回路への接続部（端子）と
インピーダンス変換器の出力側との間で間欠的に清浄化
電圧源の出力を切換える切換スイッチによって実現され
得る。他方ではインピーダンス変換器の出力側は継続的
に、スイッチの、電極と接続されていない端子部分に接
触接続し得、その際清浄化電圧はインピーダンス変換器
の出力側に導通印加される。本発明の実施態様によれば
清浄化電圧が発生のための電圧源及びインピーダンス変
換器が、相互に回路技術的に一体的ユニットに統合され
る。これは例えば、負帰還抵抗回路網で配線接続された
オペアンプによって行うことができ、その際そのオペア
ンプにて、増幅度制御に用いられる少なくとも１つの抵
抗値が間欠的に可変であるようにするのである。そのよ
うな場合、清浄化の行われない時間フェーズ中オペアン
プはインピーダンス変換器として増幅度１で作動され
る。清浄化フェーズ中増幅度は必要の清浄化電圧に相応
して上記抵抗への制御により高められる。

本発明の回路装置は特に電磁流量計にての使用に好
適、又は夫々媒体と接触する電極が測定信号の発生に用
いられる測定媒体監視装置にて使用に好適である。

次に図示の実施例を用いて本発明を説明する。

実施例 第１図〜第３図は夫々２つの電極に対する回路装置を
示し、これは電磁（磁気−誘導的）流量測定の典型的な
場合を示す。

第１図に示すように２つの電極１は第１のスイッチ２
と、第２スイッチ３とに接続されており、これらスイッ
チは夫々、遮断スイッチとして構成された２つの接触片
2a,2b,3a,3bを有する。更に、２つの接触片7a,7bを有す
る第３スイッチ７が設けられており、この第３スイッチ
は電極清浄化用の電圧の発生のための電圧源Ｕと第１ス
イッチ２との間に設けられている。上記スイッチ2,7は
直列に接続されている。各スイッチ2,3,7の２つの両接
触片（コンタクトエレメント）2,3,7は夫々、両電極１
の各１つに配属されている。それの運動方向は第１図に
矢印で示してある。それの運動は相互に時間的に同期し
て時間制御部Ｔにより制御される。第２スイッチ３の両
接触片3a,3bの端子部分（電極１に接続されていない）
は夫々、第１、第２インピーダンス変換器4a,4bの夫々
の入力側と接続されている。上記インピーダンス変換器
は高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを
有し、帰還形オペアンプとして実現され得る。上記の２
つの端子部分は電極電位の生成のため差動アンプ５の各
入力側に接続されている。両インピーダンス変換器4a,4
bは有利にそれの出力側にて、夫々電流制限のための抵
抗Ｒを有する。抵抗Ｒにより、インピーダンス変換器4
a,4bの出力側が、第１ないし第２スイッチ２ないし３の
接触片2a,2bないし3a,3bの相応の、（電極１ないし電圧
源Ｕに接続されていない）端子部分に接続される。

第１図の回路の動作について、説明する。そこで示さ
れている位置において、第１、第３スイッチユニット2,
7により電圧源Ｕと電極との接続（路）が遮断され、こ
れに反し、第２スイッチユニット３によっては電極１と
差動アンプ５との接続が形成される。要するに電極は清
浄化状態におかれておらず、測定動作モードにおかれて
いる。第２スイッチ３は清浄化電圧Ｕの印加の場合当該
電圧を差動アンプ５に印加されず、それへの過度の負荷
を回避するために用いられる。

両電極１を電気的に清浄化しようとする場合、時間制
御部Ｔは、第１、第３スイッチ2,7を制御して、それの
接触片2a,2b,7a,7bが閉じられて、電圧Ｕが電極にそれ
の清浄化のために供給される。同時に第２スイッチの接
触片3a,3bは遮断位置におかれている。

第１図に示されている通常の測定動作中、インピーダ
ンス変換器4a,4bによって、電極側端子部分と、電極１
とは反対側の、第１スイッチ２の端子部分との間に殆ど
電位差の生じないようになる。その結果スイッチ２の端
子部分には殆ど電圧変化が生ぜず、その結果当該スイッ
チにて生じる寄生的容量が、電極１から取出される信号
にはなんら影響を及し得ないようになる。

第２図の回路装置が第１図のそれと実質的に異なる点
は、第１スイッチ２において両接触片2a,2bがインピー
ダンス変換器4a,4bの出力側と電極１との間の切換スイ
ッチとして構成されており、その際静的、即ち位置固定
の端子部分が第３のスイッチ７に接続されていることで
ある。図示の位置では測定動作が生起している、即ち電
極１には清浄化電圧が起きていない。図示のスイッチに
て生じる（存在する）不都合な容量は両インピーダンス
変換器4a,4bを介しての電位供給により、第１図に示す
ように、実質的に影響を与えないようになる。

第３図の回路装置が第１図のそれと実質的に異なる点
はスイッチ機能の異なる構成及び第１、第２アンプ6a,6
bの装置配置である。２つの電極１は夫々抵抗R1を介し
て各オペアンプ6a,6bの非反転入力側と接続されてい
る。両オペアンプ6a,6bの出力側は夫々抵抗R2を介して
それの反転入力側に帰還されている。第１オペアンプ6a
の反転入力側は抵抗R4を介して第２オペアンプ6bの反転
入力側に接続されている。更に、両オペアンプ6a,6bの
両反転入力側は夫々抵抗R3を介して第１インピーダンス
変換器4aないし第２インピーダンス変換器4bに接続され
ている。電圧源Ｕの出力側は第３スイッチ７を介して両
インピーダンス変換器4a,4bの非反転入力側に直接的に
接続されている。第３スイッチ７は時間制御部Ｔと作用
接続されている。第１インピーダンス変換器4aの出力側
は第１ダイオード対8aと接続され、第２インピーダンス
変換器4bの出力側は第２ダイオード対8bと接続されてい
る。ダイオード対8a,8bは夫々２つの個別のダイオード
から形成されている。上記両ダイオードは相互に逆並列
に配置されており、一方、第１ダイオードのアノードは
第２ダイオードのカソードに接続され、一方、第２ダイ
オードのアノードは第１ダイオードのカソードに接続さ
れている。要するにインピーダンス変換器4a,4bの出力
側は電流制限抵抗Ｒを介して夫々のダイオード対8a,8b
のカソード及びアノードに接続されている。第１インピ
ーダンス変換器4aの出力側と接続されていないほうの、
第１ダイオード対8aのダイオードの各端子が両電極１の
うちの一方と接続されている。同様のことが、両電極１
のうちの他方のものについても成立つ。電極１を取囲む
シールド９は直接的にインピーダンス変換器4a,4bの出
力側と接続されていてよい。

第３図の回路装置の動作について次に説明する。スイ
ッチ７は図示の位置では開放（遮断）状態におかれてい
る。つまり、電圧源Ｕの出力側が、両インピーダンス変
換器4a,4bの入力側には接続されていない。寧ろ、イン
ピーダンス変換器4a,4bの入力側には少なくとも近似的
に夫々の電極電位、即ち両電極１がおかれている電極電
位が供給される。このことは次のことから明らかであ
る、即ち、第１ないし第２オペアンプ6a,6bの非反転入
力側には電極電位が抵抗R1を介して導かれる。両オペア
ンプ6a,6bの出力側は夫々抵抗R2及び反転入力側を介し
て非反転入力側に負帰還結合されている。従って、夫々
のオペアンプ6a,6bの非反転入力側と反転入力側との間
の電位差はほぼ例に調整制御される。その結果オペアン
プ6a,6bの反転入力側にはほぼ同一の電極電位が加わ
る。この電極電位は抵抗R3を介してインピーダンス変換
器4a,4bの各入力側に加えられる。これら変換器はそれ
の入力信号に近似的に伝達係数１でそれの出力側へ伝達
する。従ってダイオード対8a,8bの、それ（当該変換器
出力側）に接続された端子部分は、電極１と直接接続さ
れた当該ダイオード対の端子部分と同じ電位におかれ
る。寄生容量を応答発生させ得るような、ダイオード対
8a,8bの端子部分間のダイナミック変化する電圧低下は
もはや起らなくなる。電極から抵抗R1を介して導出され
る測定信号はダイオード対8a,8bにより障害の影響を受
けない。電極１の電気的清浄化のために時間制御部Ｔに
より生ぜしめられる信号によっては第３スイッチが作動
されて、電圧源Ｕの出力側がインピーダンス変換器4a,4
bの各入力側に接続される。このインピーダンス変換器
は電圧源Ｕからの印加電圧を伝達係数１で伝達する。つ
まり、両ダイオード対8a,8bの各１つのダイオードはそ
れの限界値に達すると導通状態におかれるようになる。
従って、電圧源Ｕに由来する清浄化電圧は電極１に達す
る。電圧源Ｕが双極性交流電圧を生じさせると、各ダイ
オード対8a,8bにて一方のダイオード及び他方のダイオ
ードが相次いで交互に導通状態におかれる。従ってダイ
オード対8a,8bのダイオードの逆並列の配置に基づき電
極には清浄化電圧として交流電圧が印加供給され得る。

第３図に示すように、付加的にインピーダンス変換器
4a,4bを次のような目的のために使用することもでき
る、即ち、シールド部９を電極電位にもたらし、シール
ド容量とシールドノイズを場合により補償するために使
用することもできる。

発明の効果 本発明によれば、冒頭に述べた形式で電圧の印加の祭
電極および／又は接続−／信号線に、当該電圧印加のた
めのスイッチに基づくノイズの影響が及ぼされないよう
にできる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路装置の第１実施例の接続図、第２
図は第１図の実施例の発展形態の接続図、第３図は本発
明の第２の実施例の回路装置の接続図である。 １……電極、2,3……スイッチ、4a,4b……インピーダン
ス変換器、５……差動アンプ

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定されるべき電位を有する、物質媒体に
   接触する１つの電極（１）を清浄化するため直流電圧又
   は交流電圧を印加するための回路装置において、 −２つの直列に接続されたスイッチ（2,7）を介して電
   極へ直流電圧又は交流電圧を印加するための電圧源
   （Ｕ）を有し、前記スイッチは、それぞれ１つの接触部
   材（2a,7a,2b,7b）を有しており、 −−ここで、第一のスイッチ（７）は、電圧源と接続さ
   れており、第二のスイッチ（２）は、電極と接続されて
   おり、 −前記接触部材（2a,7a,2b,7b）を時間的に同期して動
   かすための時間制御部（Ｔ）を有し、それにより、電圧
   源と電極との接続が第一のスイッチ（７）及び第二のス
   イッチを用いて同時に形成され、又は同時に遮断され得
   るように構成されており、 −高い入力−及び低い出力インピーダンスを有するイン
   ピーダンス変換器（4a,4b）を有し、該インピーダンス
   変換器（4a,4b）の入力側は、電極と接続されており、
   それの出力側は、少なくとも所定の時間間隔中は第二の
   スイッチ（２）の接続部材（2a,2b）と接続されてお
   り、前記所定の時間間隔中には電圧源と電極との接続
   が、第一のスイッチ（７）及び第二のスイッチにて同時
   に遮断されるように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の電極の清浄化のための直流電圧又は交流電
   圧印加用の回路装置。
2. 【請求項２】流量測定の目的のため電極（１）は、流動
   物質媒体に接触し、そして、所定の周期期間で直流電圧
   又は交流電圧（Ｕ）を電極（１）へ通過（スイッチン
   グ）伝送、印加されるように構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の電極の清浄化のための直流電圧又
   は交流電圧印加用の回路装置。
3. 【請求項３】直流電圧又は交流電圧（Ｕ）を電極（１）
   へ印加する前に、該電極の電位が測定信号として記憶及
   び／又は出力され、そして、当該の通過（スイッチン
   グ）伝送終了及び遅延時間の後測定動作モードが再開さ
   れるように構成されていることを特徴とする請求項２記
   載の装置。
4. 【請求項４】電流制限のため抵抗（Ｒ）がインピーダン
   ス変換器（4a,4b）の出力側に設けられている請求項１
   から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】前記スイッチ（2,7）は、リレーにより実
   現され、そして、直流電圧又は交流電圧（Ｕ）が電極
   （１）へ通過（スイッチング）伝送、印加されていない
   期間中は、インピーダンス変換器（4a,4b）は、そのリ
   レーのコイルにも接続されるように構成されていること
   を特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の
   装置。
6. 【請求項６】測定されるべき電位を有する、物質媒体に
   接触する２つの電極（１）を清浄化するため直流電圧又
   は交流電圧を印加するための回路装置において、 −直流電圧又は交流電圧を通過（スイッチング）伝送、
   印加するための電圧源（Ｕ）を有し、 −電極ごとに下記要素を具備し、 −−電極へ直流電圧又は交流電圧を通過（スイッチン
   グ）伝送するためのスイッチ（７）を有し、 −−高い入力−及び低いインピーダンスを有するインピ
   ーダンス変換器（4a,4b）を有し、該インピーダンス変
   換器（4a,4b）の非反転入力側は、スイッチを介して電
   圧源と接続可能であり、 −−電流制限抵抗（Ｒ）と１つのダイオード又は２つの
   逆並列のダイオード（8a,8b）とから成る直列接続体を
   有し、ここで、インピーダンス変換器（4a,4b）の出力
   側は、前記直列接続体を介して電極と接続されており、
   そして、電流制限抵抗と１つ／複数ダイオードとの接続
   点は、インピーダンス変換器（4a,4b）の反転入力側と
   接続されており、 −−オペアンプ（演算増幅器）（6a,6b）を有し、該オ
   ペアンプ（演算増幅器）の非反転入力側は、抵抗（R1）
   を介して電極と接続されており、そして、それの反転入
   力側は、別の抵抗（R3）を介して前記インピーダンス変
   換器の非反転入力側と接続されており、また、帰還抵抗
   （R2）を介して自己の出力側と接続されており、 −−更に、下記要素を有し、 −−付加的抵抗（R4）を有し、該付加的抵抗（R4）を介
   しては、第一電極に属するオペアンプ（演算増幅器）
   （6a）の反転入力側が、第二電極に属するオペアンプ
   （演算増幅器）（6b）の反転入力側と接続されており、 −−所定の信号を生成するための時間制御部（Ｔ）を有
   し、前記の所定の信号によってはスイッチ（７）が作動
   せしめられて、電圧源（Ｕ）の出力側がインピーダンス
   変換器（4a,4b）の各入力側と接続されるように構成さ
   れているされるようにしたことを特徴とする電極の清浄
   化のための直流電圧又は交流電圧印加用の回路装置。
7. 【請求項７】直流電圧又は交流電圧源（Ｕ）は、構成上
   １つのアンプ（増幅器）ユニットに統合化されており、
   該アンプ（増幅器）ユニットの増幅率（利得）は、１
   と、１より大の値との間で切り替え可能であることを特
   徴とする請求項６記載の電極の清浄化のための直流電圧
   又は交流電圧印加用の回路装置。
8. 【請求項８】インピーダンス変換器（4a,4b）の出力側
   は、電極（１）の信号線路のシールド（遮蔽）部にも接
   続されていることを特徴とする請求項１から７までのい
   ずれか１項記載の装置。
9. 【請求項９】流動物質媒体に接触する電極（１）を有す
   る磁気誘導形流量計又は測定物質媒体の導電率の測定の
   ための電極を有する測定物質媒体監視装置において使用
   され、当該の電極には、直流電圧又は交流電圧が、通過
   （スイッチング）伝送、印加されるように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項
   記載の回路装置の使用法。