JP3392405B2 - 電磁式導電率計 - Google Patents
電磁式導電率計Info
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、各種電解質溶液の
計測に供する電磁式導電率計の、測定精度の向上に関す
るものである。
計測に供する電磁式導電率計の、測定精度の向上に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電磁式導電率計（および溶液濃度計、以
下の説明でも同様）は、白金電極を用いた導電率計に比
べて保守が容易で、リアルタイム測定にも適しているの
で、工業用計測器をはじめとして広く使用されている。
図１は従来の電磁式導電率計の構造図である。イオン溶
液中に交流電界を発生させる発信側（１次）と、それに
よって溶液中に流れるイオン電流を検出する受信側（２
次）により構成される。発信側、受信側ともにトロイダ
ルコアと呼ばれる環状鉄心（ないし磁性フェライト鉄
心、以下の説明でも同様）と、これに施した巻線（コイ
ル）を有するものが実用化されている。図１において、
１は溶液中のイオン電流、２は発信側（1次）環状鉄
心、３は発信側（１次）巻線、４は受信側（２次）環状
鉄心、５は受信側（２次）巻線、６は液密構造の外ケー
スで、溶液中のイオン電流が中央部を軸方向に流通する
ドーナツ形状をしている。また、S0は外ケース６の形状
のうちイオン電流が流通する中央部分の断面積であり、
L0はその長さである。図２は各電圧、電流のベクトル図
である。１は溶液中のイオン電流Ｊ、９は１次巻線の電
圧Ｖ1、１０は１次巻線の電流 ｉ1、１１は受信側（２
次）環状鉄心中の交番磁束Φ2、１２は２次巻線に発生
する電圧Ｖ2、１３は２次巻線を短絡（仮想ショート）
した時に流れる電流 ｉ2' である。図２の各電圧、電流
は、導電率の定義ならびに電磁気学によって次の数式１
から算出される。
下の説明でも同様）は、白金電極を用いた導電率計に比
べて保守が容易で、リアルタイム測定にも適しているの
で、工業用計測器をはじめとして広く使用されている。
図１は従来の電磁式導電率計の構造図である。イオン溶
液中に交流電界を発生させる発信側（１次）と、それに
よって溶液中に流れるイオン電流を検出する受信側（２
次）により構成される。発信側、受信側ともにトロイダ
ルコアと呼ばれる環状鉄心（ないし磁性フェライト鉄
心、以下の説明でも同様）と、これに施した巻線（コイ
ル）を有するものが実用化されている。図１において、
１は溶液中のイオン電流、２は発信側（1次）環状鉄
心、３は発信側（１次）巻線、４は受信側（２次）環状
鉄心、５は受信側（２次）巻線、６は液密構造の外ケー
スで、溶液中のイオン電流が中央部を軸方向に流通する
ドーナツ形状をしている。また、S0は外ケース６の形状
のうちイオン電流が流通する中央部分の断面積であり、
L0はその長さである。図２は各電圧、電流のベクトル図
である。１は溶液中のイオン電流Ｊ、９は１次巻線の電
圧Ｖ1、１０は１次巻線の電流 ｉ1、１１は受信側（２
次）環状鉄心中の交番磁束Φ2、１２は２次巻線に発生
する電圧Ｖ2、１３は２次巻線を短絡（仮想ショート）
した時に流れる電流 ｉ2' である。図２の各電圧、電流
は、導電率の定義ならびに電磁気学によって次の数式１
から算出される。
【０００３】
【数式１】
ここで、Ｎ1、Ｎ2はそれぞれ１次巻線、２次巻線の巻回
数、ρは溶液の導電率、Ｋはセル定数、S0とL0は外ケー
ス６の形状で図１と同じである。μは受信側（２次）環
状鉄心の透磁率、SCは同環状鉄心の断面積、LCは同環状
鉄心の平均円周長さ（平均磁路長）である。図３も各電
圧、電流のベクトル図であり、溶液中のイオン電流Ｊ
と、受信側（２次）環状鉄心に発生する交番磁束Φ2と
の間に位相遅れδがある場合である。環状鉄心の磁性材
料は、発信周波数が高くなるに従って透磁率μは低下
し、イオン電流Ｊに対する位相遅れδが大きくなる。特
に金属磁性材料では顕著であるが、以下の説明では図２
と同等にあつかう。
数、ρは溶液の導電率、Ｋはセル定数、S0とL0は外ケー
ス６の形状で図１と同じである。μは受信側（２次）環
状鉄心の透磁率、SCは同環状鉄心の断面積、LCは同環状
鉄心の平均円周長さ（平均磁路長）である。図３も各電
圧、電流のベクトル図であり、溶液中のイオン電流Ｊ
と、受信側（２次）環状鉄心に発生する交番磁束Φ2と
の間に位相遅れδがある場合である。環状鉄心の磁性材
料は、発信周波数が高くなるに従って透磁率μは低下
し、イオン電流Ｊに対する位相遅れδが大きくなる。特
に金属磁性材料では顕著であるが、以下の説明では図２
と同等にあつかう。
【０００４】＜２次巻線に発生する電圧を検出する受信
方式＞図１と図２において、発信側（１次）の環状鉄心
（トロイダルコア）２に施した１次巻線３に交流電圧Ｖ
1を加えると、環状鉄心の中心軸方向に巻数分の一の交
流電界（Ｖ1／Ｎ1）が発生する。この交流電界によっ
て、イオン溶液中にはその導電率ρと外ケース形状（S0
とL0）に応じたイオン電流Ｊが流れ、受信側（２次）の
環状鉄心（トロイダルコア）４にはそのイオン電流Ｊに
応じた交番磁束Φ 2が発生する。さらに２次巻線５に
は、この交番磁束Φ2の大きさと周波数に応じた電圧Ｖ2
が発生するので、この電圧値ないしは位相差を検出、増
幅して溶液中のイオン電流Ｊ、ひいては溶液の導電率ρ
を計測している。なお、２次巻線電圧Ｖ2は入力インピ
ーダンスが高い回路で検出するので図２における２次巻
線電流ｉ2は流れない。しかしながら溶液中のイオン電
流Ｊと、受信側（２次）環状鉄心に発生する交番磁束Φ
2は近似的に比例するに過ぎず、また磁性材料の透磁率
μや位相遅れδには、個々の材料でバラツキがあるた
め、個別調整が必要であった。さらに、これらの材料特
性は温度によっても変化するので、高精度化には不向き
であり、簡易計測が主な用途であった。
方式＞図１と図２において、発信側（１次）の環状鉄心
（トロイダルコア）２に施した１次巻線３に交流電圧Ｖ
1を加えると、環状鉄心の中心軸方向に巻数分の一の交
流電界（Ｖ1／Ｎ1）が発生する。この交流電界によっ
て、イオン溶液中にはその導電率ρと外ケース形状（S0
とL0）に応じたイオン電流Ｊが流れ、受信側（２次）の
環状鉄心（トロイダルコア）４にはそのイオン電流Ｊに
応じた交番磁束Φ 2が発生する。さらに２次巻線５に
は、この交番磁束Φ2の大きさと周波数に応じた電圧Ｖ2
が発生するので、この電圧値ないしは位相差を検出、増
幅して溶液中のイオン電流Ｊ、ひいては溶液の導電率ρ
を計測している。なお、２次巻線電圧Ｖ2は入力インピ
ーダンスが高い回路で検出するので図２における２次巻
線電流ｉ2は流れない。しかしながら溶液中のイオン電
流Ｊと、受信側（２次）環状鉄心に発生する交番磁束Φ
2は近似的に比例するに過ぎず、また磁性材料の透磁率
μや位相遅れδには、個々の材料でバラツキがあるた
め、個別調整が必要であった。さらに、これらの材料特
性は温度によっても変化するので、高精度化には不向き
であり、簡易計測が主な用途であった。
【０００５】＜２次巻線に流れる電流を検出する受信方
式＞もうひとつの受信方式は、構造的には図１と同じで
あるが、受信（２次）側環状鉄心４に施した２次巻線５
を短絡（仮想ショート）して、その電流（図２における
ｉ2' ）を検出し増幅する方法であって、やはり実用化
されている。２次巻線５を短絡（仮想ショート）する
（Ｖ2' ＝０）と変流器（カレントトランス）と同様、
イオン電流Ｊによるアンペア回数を相殺するように２次
巻線電流 ｉ2'が流れる。その結果、受信（２次）側の
環状鉄心４には交番磁束Φ2' が発生しないので、個々
の磁性材料の特性バラツキや温度に依存しない、高精度
な計測に適している。しかしながらこの方式にも、溶液
中の迷走電流が検出用の２次巻線電流 ｉ2'に影響しや
すい、コモンモードノイズの影響を受けやすい、などの
弱点があった。
式＞もうひとつの受信方式は、構造的には図１と同じで
あるが、受信（２次）側環状鉄心４に施した２次巻線５
を短絡（仮想ショート）して、その電流（図２における
ｉ2' ）を検出し増幅する方法であって、やはり実用化
されている。２次巻線５を短絡（仮想ショート）する
（Ｖ2' ＝０）と変流器（カレントトランス）と同様、
イオン電流Ｊによるアンペア回数を相殺するように２次
巻線電流 ｉ2'が流れる。その結果、受信（２次）側の
環状鉄心４には交番磁束Φ2' が発生しないので、個々
の磁性材料の特性バラツキや温度に依存しない、高精度
な計測に適している。しかしながらこの方式にも、溶液
中の迷走電流が検出用の２次巻線電流 ｉ2'に影響しや
すい、コモンモードノイズの影響を受けやすい、などの
弱点があった。
【０００６】＜発信側の課題＞発信側の１次巻線３に交
流電圧Ｖ1を加えると、その巻数分の一の交流電界（Ｖ1
／Ｎ1）が溶液中に発生し、１次巻線の巻回数Ｎ1が少な
い程、溶液中の電界強度も高くなるが、その代わり１次
巻線の励磁電流 ｉ1が増大するので実用上の限度があっ
た。とくに導電率ρが低く、溶液中のイオン電流Ｊが小
さい用途では、受信側（２次）環状鉄心ないし２次巻線
での検出信号も小さくなるので、分解能の高い測定は困
難であった。
流電圧Ｖ1を加えると、その巻数分の一の交流電界（Ｖ1
／Ｎ1）が溶液中に発生し、１次巻線の巻回数Ｎ1が少な
い程、溶液中の電界強度も高くなるが、その代わり１次
巻線の励磁電流 ｉ1が増大するので実用上の限度があっ
た。とくに導電率ρが低く、溶液中のイオン電流Ｊが小
さい用途では、受信側（２次）環状鉄心ないし２次巻線
での検出信号も小さくなるので、分解能の高い測定は困
難であった。
【０００７】＜導電率計と溶液濃度計＞
溶液濃度計としては、導電率の測定値を液温度補正した
上、該当濃度に換算するものが実用化されている。代表
的な液温度補正は、「JＩS K ０１０２（工場廃水試
験方法）の１３．電気伝導率」から次の数式２である。
上、該当濃度に換算するものが実用化されている。代表
的な液温度補正は、「JＩS K ０１０２（工場廃水試
験方法）の１３．電気伝導率」から次の数式２である。
【数式２】
ここで、Ｌ 25 は ２５℃での電気伝導率（導電率）、
ＬTは Ｔ ℃での電気伝導率（導電率）、αは定数（0.0
20〜0.025）、Ｔ は測定温度（℃）である。電磁式溶液
濃度計は、導電率計に加えて液温度測定手段を持ち、上
記のように温度補正演算を行なった後、該当濃度へ換算
する機能を付加したものである。
ＬTは Ｔ ℃での電気伝導率（導電率）、αは定数（0.0
20〜0.025）、Ｔ は測定温度（℃）である。電磁式溶液
濃度計は、導電率計に加えて液温度測定手段を持ち、上
記のように温度補正演算を行なった後、該当濃度へ換算
する機能を付加したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶液中のイ
オン電流（交流）の検出精度が、受信側（２次）環状鉄
心の透磁率のバラツキや温度変化に依存している問題、
ないしコモンモードノイズの影響を受けやすい問題を解
決するものである。また比較的導電率が低いイオン溶液
の計測に際しては、発信側（１次）の改善によって溶液
中の交流電界とイオン電流を向上し、ひいては導電率測
定の分解能と信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上する。
オン電流（交流）の検出精度が、受信側（２次）環状鉄
心の透磁率のバラツキや温度変化に依存している問題、
ないしコモンモードノイズの影響を受けやすい問題を解
決するものである。また比較的導電率が低いイオン溶液
の計測に際しては、発信側（１次）の改善によって溶液
中の交流電界とイオン電流を向上し、ひいては導電率測
定の分解能と信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】＜受信側の課題を解決す
る手段〜測定精度の向上＞従来の発信側１次巻線、受信
側２次巻線に加えて、環状鉄心に通電用の３次巻線を施
して、この巻線に溶液中のイオン電流によるアンペア回
数（起磁力）を相殺するような電流を能動的に通じる。
これによって受信側（２次）環状鉄心中の交番磁束を媒
介としない、高精度な測定を実現する。一方、従来の２
次巻線を短絡（仮想ショート）する方式では、溶液中の
イオン電流と２次巻線電流によるアンペア回数は常時相
殺するため、溶液中の迷走電流も検出しやすい弱点があ
ったが、３次巻線には積算処理による平均化された相殺
電流を通じることによって、コモンモードノイズの影響
も最小化する。
る手段〜測定精度の向上＞従来の発信側１次巻線、受信
側２次巻線に加えて、環状鉄心に通電用の３次巻線を施
して、この巻線に溶液中のイオン電流によるアンペア回
数（起磁力）を相殺するような電流を能動的に通じる。
これによって受信側（２次）環状鉄心中の交番磁束を媒
介としない、高精度な測定を実現する。一方、従来の２
次巻線を短絡（仮想ショート）する方式では、溶液中の
イオン電流と２次巻線電流によるアンペア回数は常時相
殺するため、溶液中の迷走電流も検出しやすい弱点があ
ったが、３次巻線には積算処理による平均化された相殺
電流を通じることによって、コモンモードノイズの影響
も最小化する。
【００１０】＜発信側の課題を解決する手段〜分解能の
向上＞導電率が比較的低いイオン溶液の計測に際して
は、イオン溶液に直接接触する発信電極対を設けて、こ
れに交流電圧を印加することで、溶液中に高い交流電界
を省電力で発生させる。
向上＞導電率が比較的低いイオン溶液の計測に際して
は、イオン溶液に直接接触する発信電極対を設けて、こ
れに交流電圧を印加することで、溶液中に高い交流電界
を省電力で発生させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】＜受信側の課題を解決する手段〜
測定精度の向上＞図４は本発明で、受信側の課題を解決
するための１実施例のブロック図である。従来の発信側
（１次）の環状鉄心２と１次巻線３、受信側（２次）の
環状鉄心４と検出用２次巻線５に加えて、通電用の３次
巻線７とその制御回路により構成される。３次巻線７
は、受信側（２次）環状鉄心４のみに施しても機能する
が、３次巻線７は溶液中のイオン電流１を相殺するの
で、発信側２と受信側４、両方の環状鉄心をまたぐよう
に施す。これによって溶液中のイオン電流１による発信
側（１次）環状鉄心２への減磁作用も相殺される。制御
回路としては、検出用２次巻線５の発生電圧１２を負帰
還し、これが零あるいは一定値を保つように閉ループを
組んで、通電用３次巻線７に相殺電流を通じる。閉ルー
プ内でＰＩ積算器の出力にあたる直流指令値２４、ある
いは交流指令値２５を、溶液中のイオン電流値として検
出する。負帰還閉ループはループ内増幅回路の構成電子
部品の温度変化なども吸収するので、きわめて再現性が
高く高精度化が容易である。
測定精度の向上＞図４は本発明で、受信側の課題を解決
するための１実施例のブロック図である。従来の発信側
（１次）の環状鉄心２と１次巻線３、受信側（２次）の
環状鉄心４と検出用２次巻線５に加えて、通電用の３次
巻線７とその制御回路により構成される。３次巻線７
は、受信側（２次）環状鉄心４のみに施しても機能する
が、３次巻線７は溶液中のイオン電流１を相殺するの
で、発信側２と受信側４、両方の環状鉄心をまたぐよう
に施す。これによって溶液中のイオン電流１による発信
側（１次）環状鉄心２への減磁作用も相殺される。制御
回路としては、検出用２次巻線５の発生電圧１２を負帰
還し、これが零あるいは一定値を保つように閉ループを
組んで、通電用３次巻線７に相殺電流を通じる。閉ルー
プ内でＰＩ積算器の出力にあたる直流指令値２４、ある
いは交流指令値２５を、溶液中のイオン電流値として検
出する。負帰還閉ループはループ内増幅回路の構成電子
部品の温度変化なども吸収するので、きわめて再現性が
高く高精度化が容易である。
【００１２】＜発信側の課題を解決する手段〜分解能の
向上＞図５は本発明で、発信側の課題を解決するための
別の１実施例の構造図である。導電率が比較的低いイオ
ン溶液の計測に際して適用する。１〜７は図１、図４と
同じで、８は発信（１次）側の電極対である。発信側
（１次）環状鉄心２と１次巻線３はなく、イオン溶液に
直接接触する電極対８を設けて、この電極間に交流電圧
を印加することで、イオン溶液中に交流電界とイオン電
流を発生させる。イオン電流１は受信側（２次）環状鉄
心４の中央を流通するので、環状鉄心に施した検出用２
次巻線５、通電用３次巻線７とその制御回路により、図
４と同様にしてイオン電流１を検出する。従来の交流電
界を発生させる方式に比べて、より省電力で溶液中に有
効なイオン電流を得られる。さらに発信回路と電極対８
の間に昇圧トランスを設けることも可能である。一方で
簡易計測であれば、３次巻線７を施すことなく、２次巻
線５の発生電圧ないしは２次巻線５の短絡（仮想ショー
ト）電流を検出する、従来の受信増幅回路を用いること
も可能である。
向上＞図５は本発明で、発信側の課題を解決するための
別の１実施例の構造図である。導電率が比較的低いイオ
ン溶液の計測に際して適用する。１〜７は図１、図４と
同じで、８は発信（１次）側の電極対である。発信側
（１次）環状鉄心２と１次巻線３はなく、イオン溶液に
直接接触する電極対８を設けて、この電極間に交流電圧
を印加することで、イオン溶液中に交流電界とイオン電
流を発生させる。イオン電流１は受信側（２次）環状鉄
心４の中央を流通するので、環状鉄心に施した検出用２
次巻線５、通電用３次巻線７とその制御回路により、図
４と同様にしてイオン電流１を検出する。従来の交流電
界を発生させる方式に比べて、より省電力で溶液中に有
効なイオン電流を得られる。さらに発信回路と電極対８
の間に昇圧トランスを設けることも可能である。一方で
簡易計測であれば、３次巻線７を施すことなく、２次巻
線５の発生電圧ないしは２次巻線５の短絡（仮想ショー
ト）電流を検出する、従来の受信増幅回路を用いること
も可能である。
【００１３】
【実施例】図４において、１〜６は図１と同じである。
７は通電用の３次巻線、１２は検出用の２次巻線発生電
圧、２１は発信電圧ＶX、２２は発信電圧ＶYで、９０度
（π／２）の位相差がある。２３は直流化した２次巻線
発生電圧、２４は２次巻線発生電圧のＰＩ積算値で３次
巻線への直流指令値、２５は３次巻線への交流指令値、
２６は３次巻線電流である。図６は、１実施例である図
４における各電圧、電流のベクトル図である。１〜１２
は図２と同じであり、２１〜２６は図４と同じである。
図６では次の数式３の関係が成り立つ。
７は通電用の３次巻線、１２は検出用の２次巻線発生電
圧、２１は発信電圧ＶX、２２は発信電圧ＶYで、９０度
（π／２）の位相差がある。２３は直流化した２次巻線
発生電圧、２４は２次巻線発生電圧のＰＩ積算値で３次
巻線への直流指令値、２５は３次巻線への交流指令値、
２６は３次巻線電流である。図６は、１実施例である図
４における各電圧、電流のベクトル図である。１〜１２
は図２と同じであり、２１〜２６は図４と同じである。
図６では次の数式３の関係が成り立つ。
【数式３】
数式１における「２次巻線を短絡（仮想ショート）した
時」とほぼ同じであるが、２次巻線を短絡（仮想ショー
ト）した時に流れる電流 ｉ2' に代わって、３次巻線電
流 ｉ3がイオン電流Ｊを打ち消すように流れる。N3は３
次巻線の巻回数である。また受信側（２次）環状鉄心中
の交番磁束Φ2と２次巻線に発生する電圧Ｖ2は、それぞ
れその積算値が零（または一定値）に制御される。図７
は、溶液中のイオン電流Ｊと、受信側（２次）環状鉄心
に発生する交番磁束Φ2との間に位相遅れδがある場合
の各電圧、電流のベクトル図であり、従来の技術で図３
に相当する。この場合は図４の発信回路において、２１
の発信電圧ＶXと２２の発信電圧ＶYとの位相差を（π／
２＋δ）とすることで、１実施例である図４をそのまま
適用できる。
時」とほぼ同じであるが、２次巻線を短絡（仮想ショー
ト）した時に流れる電流 ｉ2' に代わって、３次巻線電
流 ｉ3がイオン電流Ｊを打ち消すように流れる。N3は３
次巻線の巻回数である。また受信側（２次）環状鉄心中
の交番磁束Φ2と２次巻線に発生する電圧Ｖ2は、それぞ
れその積算値が零（または一定値）に制御される。図７
は、溶液中のイオン電流Ｊと、受信側（２次）環状鉄心
に発生する交番磁束Φ2との間に位相遅れδがある場合
の各電圧、電流のベクトル図であり、従来の技術で図３
に相当する。この場合は図４の発信回路において、２１
の発信電圧ＶXと２２の発信電圧ＶYとの位相差を（π／
２＋δ）とすることで、１実施例である図４をそのまま
適用できる。
【００１４】図４の発信電圧２１（ＶX）は発信側の１
次巻線３に接続され、溶液中に交流電界を発生する。溶
液中のイオン電流Ｊを検出する２次巻線５には、イオン
電流Ｊと９０度（π／２）位相差のある電圧V2が発生す
るが、これと同位相の発信電圧２２（ＶY）を乗算器１
で乗算することで２次巻線の発生電圧を直流化すること
ができる。さらに２次巻線設定値との差をとって、ＰＩ
積算器で積算することで３次巻線への直流指令値２４を
得る。例えば、同じ周波数で振幅がAとB、位相差がφの
２つの正弦波を乗算すると次の数式４になる。
次巻線３に接続され、溶液中に交流電界を発生する。溶
液中のイオン電流Ｊを検出する２次巻線５には、イオン
電流Ｊと９０度（π／２）位相差のある電圧V2が発生す
るが、これと同位相の発信電圧２２（ＶY）を乗算器１
で乗算することで２次巻線の発生電圧を直流化すること
ができる。さらに２次巻線設定値との差をとって、ＰＩ
積算器で積算することで３次巻線への直流指令値２４を
得る。例えば、同じ周波数で振幅がAとB、位相差がφの
２つの正弦波を乗算すると次の数式４になる。
【数式４】
このうち右辺第２項は交流成分であるから平均化すれば
零になって第１項のみ残る。つまりふたつの正弦波を乗
算すると直流に変換され、また同位相であってもφ＝０
の時は cosφ＝１、φ＝π（１８０度）の時は cosφ＝
−１ となるので、正負が区別できる。
零になって第１項のみ残る。つまりふたつの正弦波を乗
算すると直流に変換され、また同位相であってもφ＝０
の時は cosφ＝１、φ＝π（１８０度）の時は cosφ＝
−１ となるので、正負が区別できる。
【００１５】こうして直流化し積算された２次巻線の発
生電圧２４と元の発信電圧２１（Ｖ X）を乗算器２にて
乗算すると、３次巻線への交流指令値２５を得る。電流
供給回路を通じて、溶液中のイオン電流を打ち消す方向
に３次巻線電流２６（ ｉ3）を流して負帰還をかける
と、２次巻線５に発生する巻線電圧１２（V2）は減少
し、ＰＩ積算器の出力ひいては３次巻線への直流指令値
２４と、交流指令値２５も減少して、溶液中のイオン電
流Ｊと３次巻線によるアンペア回数（N3 ｉ3）が等価に
なった状態でバランスする。２次巻線設定値が零である
と、２次巻線の発生電圧V2すなわち受信側（２次）環状
鉄心の交番磁束Φ2も零となるように制御されるが、こ
の設定値を変えることで２次巻線の発生電圧V2と受信側
（２次）環状鉄心の交番磁束Φ2を一定値に保つことも
可能である。またイオン電流Ｊが零の時に、直流指令値
２４も零となるようにオフセット調整する。
生電圧２４と元の発信電圧２１（Ｖ X）を乗算器２にて
乗算すると、３次巻線への交流指令値２５を得る。電流
供給回路を通じて、溶液中のイオン電流を打ち消す方向
に３次巻線電流２６（ ｉ3）を流して負帰還をかける
と、２次巻線５に発生する巻線電圧１２（V2）は減少
し、ＰＩ積算器の出力ひいては３次巻線への直流指令値
２４と、交流指令値２５も減少して、溶液中のイオン電
流Ｊと３次巻線によるアンペア回数（N3 ｉ3）が等価に
なった状態でバランスする。２次巻線設定値が零である
と、２次巻線の発生電圧V2すなわち受信側（２次）環状
鉄心の交番磁束Φ2も零となるように制御されるが、こ
の設定値を変えることで２次巻線の発生電圧V2と受信側
（２次）環状鉄心の交番磁束Φ2を一定値に保つことも
可能である。またイオン電流Ｊが零の時に、直流指令値
２４も零となるようにオフセット調整する。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電磁式導電
率計は、溶液中のイオン電流によるアンペア回数を打ち
消すように３次巻線に相殺電流を通電する負帰還閉ルー
プを持ち、３次巻線に通じる電流値を溶液中のイオン電
流として検出するので、受信側（２次）環状鉄心材料の
特性変化（透磁率のバラツキや温度変化）に依存しない
高精度な計測を実現できる。また検出用２次巻線に発生
する電圧の積算値を、３次巻線への電流指令値としてい
るので、この平均化によって溶液中の迷走電流やコモン
モードノイズの導電率計測への影響も最小化される。さ
らに溶液中のイオン電流と受信側（２次）環状鉄心に発
生する磁束に位相差δがある場合でも、ほぼ同じ回路構
成で適用できる。一方、導電率が比較的低いイオン溶液
の計測に際しては、イオン溶液に直接接触する発信電極
対を設けて、これに交流電圧を印加することで、省電力
で溶液中に高い交流電界を発生させ、イオン電流の向上
ひいては導電率計測の分解能と信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ
比）を向上する。
率計は、溶液中のイオン電流によるアンペア回数を打ち
消すように３次巻線に相殺電流を通電する負帰還閉ルー
プを持ち、３次巻線に通じる電流値を溶液中のイオン電
流として検出するので、受信側（２次）環状鉄心材料の
特性変化（透磁率のバラツキや温度変化）に依存しない
高精度な計測を実現できる。また検出用２次巻線に発生
する電圧の積算値を、３次巻線への電流指令値としてい
るので、この平均化によって溶液中の迷走電流やコモン
モードノイズの導電率計測への影響も最小化される。さ
らに溶液中のイオン電流と受信側（２次）環状鉄心に発
生する磁束に位相差δがある場合でも、ほぼ同じ回路構
成で適用できる。一方、導電率が比較的低いイオン溶液
の計測に際しては、イオン溶液に直接接触する発信電極
対を設けて、これに交流電圧を印加することで、省電力
で溶液中に高い交流電界を発生させ、イオン電流の向上
ひいては導電率計測の分解能と信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ
比）を向上する。
【図１】従来の電磁式導電率計を示した構造図である。
【図２】従来の電磁式導電率計の各部電圧、電流を示し
たベクトル図である。
たベクトル図である。
【図３】従来の電磁式導電率計の各部電圧、電流を示し
たベクトル図で位相遅れδがある場合である。
たベクトル図で位相遅れδがある場合である。
【図４】本発明の電磁式導電率計の１実施例を示したブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】本発明の電磁式導電率計の別の１実施例を示し
た構造図である。
た構造図である。
【図６】本発明の電磁式導電率計の１実施例で各部電
圧、電流を示したベクトル図である。
圧、電流を示したベクトル図である。
【図７】本発明の電磁式導電率計の１実施例で各部電
圧、電流を示したベクトル図で位相遅れδがある場合で
ある。
圧、電流を示したベクトル図で位相遅れδがある場合で
ある。
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質溶液の抵抗値、導電率もしくは溶
液濃度の計測に供する電磁式導電率計で、溶液中に交流
電界を発生させる１次トロイダルコアと１次巻線、溶液
中のイオン電流を検出する２次トロイダルコアと２次巻
線、および通電用の３次巻線を有していて、通電用の該
３次巻線に溶液中のイオン電流と等価なアンペア回数の
交流電流を打ち消す方向に通じることによって、検出用
の該２次トロイダルコア中に発生する磁束量を零または
一定値に保つように制御するとともに、通電用の該３次
巻線に通じる交流電流値を、溶液中のイオン電流値とし
て計測する、電磁式導電率計において、 π／２ないし（π／２＋δ）だけ位相差のある、ＶＸと
ＶＹの２相発信回路を有していて、ＶＸを交流電界発生
用の該１次巻線に供給するとともに、ＶＹは同位相であ
る検出用の該２次巻線に発生する誤差電圧と乗算して誤
差電圧の直流値を得る、この誤差電圧の直流値を積算
し、さらにＶＸと乗算した信号を、通電用の該３次巻線
に通じる交流電流の指令値とすることを特徴とする、電
磁式導電率計。 - 【請求項２】 １次トロイダルコアと２次トロイダルコ
アの双方を巻き込むように通電用の３次巻線を設置する
ことを特徴とする、請求項１の電磁式導電率計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001063442A JP3392405B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | 電磁式導電率計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001063442A JP3392405B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | 電磁式導電率計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002267635A JP2002267635A (ja) | 2002-09-18 |
| JP3392405B2 true JP3392405B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=18922436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001063442A Expired - Fee Related JP3392405B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | 電磁式導電率計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3392405B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007327901A (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Invensys Systems Inc | 非金属流水式無電極導電センサー及びリーク検知器 |
| JP6423579B2 (ja) * | 2013-02-04 | 2018-11-14 | 株式会社 堀場アドバンスドテクノ | 導電率測定計及びその測定値補正方法 |
-
2001
- 2001-03-07 JP JP2001063442A patent/JP3392405B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002267635A (ja) | 2002-09-18 |
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