JP3415697B2 - 電磁誘導式プローブ - Google Patents
電磁誘導式プローブInfo
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- JP3415697B2 JP3415697B2 JP33861594A JP33861594A JP3415697B2 JP 3415697 B2 JP3415697 B2 JP 3415697B2 JP 33861594 A JP33861594 A JP 33861594A JP 33861594 A JP33861594 A JP 33861594A JP 3415697 B2 JP3415697 B2 JP 3415697B2
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- coaxial cable
- electromagnetic induction
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring resistance of fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/023—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は一般にインピーダンス測定
装置に関し、特にコロイド状態の物質の構造の定量的研
究・検査・管理のための電気特性測定分野において用い
られる電磁誘導式プローブに関する。
装置に関し、特にコロイド状態の物質の構造の定量的研
究・検査・管理のための電気特性測定分野において用い
られる電磁誘導式プローブに関する。
【０００２】
【従来技術と問題点】コロイドは、粒子状の分散質と連
続相の分散媒からなる分散系であり、分散質と分散媒が
均一に混合していない。このような不均質構造の姿を評
価する方法として導電率や誘電率などの電気的特性の測
定がある。特に近年、インピーダンス測定を利用した誘
電率を測定する方法が研究されている。本出願人は、特
願平６−１７２０２３にて導電性の大きい溶液の容量性
すなわち誘電率を測定する効果的手段として、電磁誘導
方式導電率・誘電率計を提案した。これは、従来の電極
方式の欠点である界面分極による誤差の問題を解決し、
誘電率を導電性の影響なしに正確に測定できるものであ
る。そこでは、プローブの構造と簡便な補正法を提案し
た。本件は、プローブの構成要素を改善し、広帯域と小
型化を両立させるプローブの提案である。
続相の分散媒からなる分散系であり、分散質と分散媒が
均一に混合していない。このような不均質構造の姿を評
価する方法として導電率や誘電率などの電気的特性の測
定がある。特に近年、インピーダンス測定を利用した誘
電率を測定する方法が研究されている。本出願人は、特
願平６−１７２０２３にて導電性の大きい溶液の容量性
すなわち誘電率を測定する効果的手段として、電磁誘導
方式導電率・誘電率計を提案した。これは、従来の電極
方式の欠点である界面分極による誤差の問題を解決し、
誘電率を導電性の影響なしに正確に測定できるものであ
る。そこでは、プローブの構造と簡便な補正法を提案し
た。本件は、プローブの構成要素を改善し、広帯域と小
型化を両立させるプローブの提案である。
【０００３】特願平６−１７２０２３では、電磁誘導式
プローブにおいて、環状のトランスの環状の中心を通り
かつ環状の中心軸に垂直な平面に対して、電界を対称に
することが重要性であり、それを実現するプローブの構
造を述べた。その実施例として示した構造を、図３及び
図４に示す。これらの動作の概要は次ぎの通りである。
インピーダンス測定器本体１内の信号源２から交流信号
が、電磁誘導式プローブ８内の１次コイル１１に印加さ
れ、１次トロイダルコア１０が励磁される。この結果、
プローブが浸されている溶液に誘起電流が流れ、この電
流が２次トロイダルコア１２に鎖交し、このコアに磁束
が励起される。この磁束で誘起された２次コイル１３の
電流をインピーダンス測定器本体１内の電流計５で測定
する。印加した信号電圧を電圧計４で測定し、該測定値
と電流計の測定値の比から、溶液のインピーダンス値を
得る。インピーダンスの測定値の抵抗成分から導電率
を、静電容量成分から誘電率を演算処理によって求め
る。なお、図３及び図４の３は抵抗、９は電磁誘導式プ
ローブの外装樹脂モールドである。
プローブにおいて、環状のトランスの環状の中心を通り
かつ環状の中心軸に垂直な平面に対して、電界を対称に
することが重要性であり、それを実現するプローブの構
造を述べた。その実施例として示した構造を、図３及び
図４に示す。これらの動作の概要は次ぎの通りである。
インピーダンス測定器本体１内の信号源２から交流信号
が、電磁誘導式プローブ８内の１次コイル１１に印加さ
れ、１次トロイダルコア１０が励磁される。この結果、
プローブが浸されている溶液に誘起電流が流れ、この電
流が２次トロイダルコア１２に鎖交し、このコアに磁束
が励起される。この磁束で誘起された２次コイル１３の
電流をインピーダンス測定器本体１内の電流計５で測定
する。印加した信号電圧を電圧計４で測定し、該測定値
と電流計の測定値の比から、溶液のインピーダンス値を
得る。インピーダンスの測定値の抵抗成分から導電率
を、静電容量成分から誘電率を演算処理によって求め
る。なお、図３及び図４の３は抵抗、９は電磁誘導式プ
ローブの外装樹脂モールドである。
【０００４】図３及び図４は、１次及び２次トランスの
トロイダルコアを同心円状に配置した構造である。２つ
のトロイダルコアの環状の中心及び環状の中心軸は一致
しているので、この中心を通りこの中心軸に垂直な平面
に対して対称な構造なっている。図３では、コア及びシ
ールドの構造はこの対称の条件を満たしているが、測定
器とプローブを接続する２本の同軸ケーブルの給電点
（引き出し口）が、それぞれコアの片側から出ているた
めの対称性の不平衡を、バラン１８と短絡線１７で補償
して平衡させている。バラン１８の等価回路を符号１９
に示す。この方法で例えば１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ程
度の広帯域で測定するには、次ぎのような限界がある。
それは、バランは高周波数帯域では良い平衡が得られる
が、低い周波数帯域では励磁インピーダンスが低下して
平衡が悪くなることによる。励磁インピーダンスの減少
は、平衡を悪化させるだけでなく、バランのコアの外部
に磁束を発生させる。この磁束が同軸ケーブル６、短絡
線１７、同軸ケーブル７およびシールド１４を一巡する
ループに電流を流し、その結果１次トランスと２次トラ
ンスのアイソレーションを悪化させ、測定誤差を大きく
する。低周波での励磁インピーダンスの減少を防ぐに
は、巻数を多くしなければならないのでバランの環状コ
アを大きくしなければならない。このコアには同軸ケー
ブルを巻くので、バランの外形はさらに大きくなってし
まう。電磁誘導式プローブの実用的外観と寸法の一例を
図２に示す。プローブは合成樹脂で外装され、２つのト
ランスは図のトランス部に内蔵されている。バランを内
蔵する位置はハンドル部のトランス部に近い部分にな
る。しかし、図に例示した寸法のハンドル部にバランを
内蔵することは不可能である。無理にバランを納めよう
とすると、ハンドル部の形状が複雑になり、美観を著し
く損なうばかりでなく、溶液槽の大きさの制限、プロー
ブの重心、保持方法、洗浄などに問題を生じる。
トロイダルコアを同心円状に配置した構造である。２つ
のトロイダルコアの環状の中心及び環状の中心軸は一致
しているので、この中心を通りこの中心軸に垂直な平面
に対して対称な構造なっている。図３では、コア及びシ
ールドの構造はこの対称の条件を満たしているが、測定
器とプローブを接続する２本の同軸ケーブルの給電点
（引き出し口）が、それぞれコアの片側から出ているた
めの対称性の不平衡を、バラン１８と短絡線１７で補償
して平衡させている。バラン１８の等価回路を符号１９
に示す。この方法で例えば１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ程
度の広帯域で測定するには、次ぎのような限界がある。
それは、バランは高周波数帯域では良い平衡が得られる
が、低い周波数帯域では励磁インピーダンスが低下して
平衡が悪くなることによる。励磁インピーダンスの減少
は、平衡を悪化させるだけでなく、バランのコアの外部
に磁束を発生させる。この磁束が同軸ケーブル６、短絡
線１７、同軸ケーブル７およびシールド１４を一巡する
ループに電流を流し、その結果１次トランスと２次トラ
ンスのアイソレーションを悪化させ、測定誤差を大きく
する。低周波での励磁インピーダンスの減少を防ぐに
は、巻数を多くしなければならないのでバランの環状コ
アを大きくしなければならない。このコアには同軸ケー
ブルを巻くので、バランの外形はさらに大きくなってし
まう。電磁誘導式プローブの実用的外観と寸法の一例を
図２に示す。プローブは合成樹脂で外装され、２つのト
ランスは図のトランス部に内蔵されている。バランを内
蔵する位置はハンドル部のトランス部に近い部分にな
る。しかし、図に例示した寸法のハンドル部にバランを
内蔵することは不可能である。無理にバランを納めよう
とすると、ハンドル部の形状が複雑になり、美観を著し
く損なうばかりでなく、溶液槽の大きさの制限、プロー
ブの重心、保持方法、洗浄などに問題を生じる。
【０００５】一方、図４の構造は、内側のコイル１３の
引出線を、外側のコア１０の断面の中心を通る環状の半
径方向の貫通孔１６を通して外部に接続する方法で対称
化を実現している。従って、バランが不用で、プローブ
の小型化に適している。しかし、周波数の上昇とともに
生じるコアの透磁率低下に伴い、電界の対称性が十分で
なくなる問題がある。それは、トランスの巻き線のイン
ダクタンスとしての本来の振る舞いに対し、巻き線、コ
ア及びシールド間の種々の静電容量結合が無視できなく
なることに因る。その結果、量産したとき、電界の対称
性のバラツキが無視できるような構造や布線を実現する
ことが、極めて困難となるのである。以上のように、図
３の構造では、低周波域で精度よく測定するためにはプ
ローブが大型化し、実用に供し得ない。また、図４の構
造では高周波域でバラツキのないプローブを製造するこ
とが困難である。このように従来技術では、広帯域で小
型のプローブが実現できないという問題点がある。
引出線を、外側のコア１０の断面の中心を通る環状の半
径方向の貫通孔１６を通して外部に接続する方法で対称
化を実現している。従って、バランが不用で、プローブ
の小型化に適している。しかし、周波数の上昇とともに
生じるコアの透磁率低下に伴い、電界の対称性が十分で
なくなる問題がある。それは、トランスの巻き線のイン
ダクタンスとしての本来の振る舞いに対し、巻き線、コ
ア及びシールド間の種々の静電容量結合が無視できなく
なることに因る。その結果、量産したとき、電界の対称
性のバラツキが無視できるような構造や布線を実現する
ことが、極めて困難となるのである。以上のように、図
３の構造では、低周波域で精度よく測定するためにはプ
ローブが大型化し、実用に供し得ない。また、図４の構
造では高周波域でバラツキのないプローブを製造するこ
とが困難である。このように従来技術では、広帯域で小
型のプローブが実現できないという問題点がある。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、広帯域性と小型実用性
を兼ね備えた電磁誘導式プローブを提供することを目的
とするものである。
するためになされたものであり、広帯域性と小型実用性
を兼ね備えた電磁誘導式プローブを提供することを目的
とするものである。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、図４の構造の小型化に適する
特徴を生かし、これに高周波域での電界の非対称性を補
正する手段を付加して、広帯域精度と小型化を両立させ
る提案である。高周波における電界の対称性を保つ手段
の例として、センタータップ付きトランスを提案する。
特徴を生かし、これに高周波域での電界の非対称性を補
正する手段を付加して、広帯域精度と小型化を両立させ
る提案である。高周波における電界の対称性を保つ手段
の例として、センタータップ付きトランスを提案する。
【０００８】
【発明の実施例】図１に本発明の実施例を示す。これ
は、従来技術による対称化構造のプロ−ブに、高周波域
での電界の非対称性を補償する手段としてバランサ３１
を付加したものである。図では、従来技術と同じ機能の
構成要素には同じ符号を付している。バランサ３１以外
の構成は、図４のそれらと同じである。ただし、図４に
図示したインピーダンス測定器本体１は省略してある。
バランサ３１は、図の符号３２の等価回路が示すよう
な、センタータップ付きのトランスであればその構造は
任意である。しかし、符号３１に示するように、トロイ
ダルコアに互いに絶縁された２本の導線を並列に巻いた
同じ巻数の２つのコイルから成る構造が、漏洩磁束が小
さく最も適している。第１のコイルの巻始めを端子ａ
に、第１のコイルの巻終わりと第２のコイルの巻始めを
接続して端子ｂとし、第２のコイルの巻終わりを端子ｃ
としている。従って、端子ｂから端子ａ及び端子ｃを見
ると、互いに逆位相で振幅が等しい電位が現れる。この
バランサ３１の端子ａをシールド１４のギャップ１５の
一端に接続し、バランサ端子ｃをシールド１４のギャッ
プ１５の他端に接続し、端子ｂを入出力同軸ケーブル６
及び７の外部導体に接続する。これらの接続位置は、１
次コイル１１及び２次コイル１３の入出力端と同軸ケー
ブルが接続される給電点の直近である。前記電界の非対
称分は、このセンタタップ付きのトランスであるバラン
サ３１により補正される。すなわち、同軸ケーブルの給
電点の左右のシールド端の電位は、同軸ケーブルの給電
点の外部導体に対し、互いに逆位相で等しい振幅で駆動
される。すなわち、シールドのギャップの両端の電位の
平均値は同軸ケーブルの給電点の外部導体の電位に等し
くなる。従って、プローブの外部には対称な電界が生
じ、同軸ケーブル給電点の電位は溶液の平均電位と一致
し、プローブから溶液に静電容量結合で流れる電流が２
次トランスに鎖交することはない。バランサ３１の励磁
インピーダンスは、図３のバラン１８同様全帯域にわた
って高くなければならないが、バランサ３１の巻線は同
軸ケーブルでなくても良いので図３で必要なバランに比
べ１０分の１以下に小さくなる。その結果図２形状のプ
ローブのハンドル部への内蔵は容易である。以上に本発
明の実施例を示したが、例示の様式、部分形、配置、そ
の他に限定するものでなく、必要に応じて本発明の要旨
を失うことなく構成の変形も許容される。
は、従来技術による対称化構造のプロ−ブに、高周波域
での電界の非対称性を補償する手段としてバランサ３１
を付加したものである。図では、従来技術と同じ機能の
構成要素には同じ符号を付している。バランサ３１以外
の構成は、図４のそれらと同じである。ただし、図４に
図示したインピーダンス測定器本体１は省略してある。
バランサ３１は、図の符号３２の等価回路が示すよう
な、センタータップ付きのトランスであればその構造は
任意である。しかし、符号３１に示するように、トロイ
ダルコアに互いに絶縁された２本の導線を並列に巻いた
同じ巻数の２つのコイルから成る構造が、漏洩磁束が小
さく最も適している。第１のコイルの巻始めを端子ａ
に、第１のコイルの巻終わりと第２のコイルの巻始めを
接続して端子ｂとし、第２のコイルの巻終わりを端子ｃ
としている。従って、端子ｂから端子ａ及び端子ｃを見
ると、互いに逆位相で振幅が等しい電位が現れる。この
バランサ３１の端子ａをシールド１４のギャップ１５の
一端に接続し、バランサ端子ｃをシールド１４のギャッ
プ１５の他端に接続し、端子ｂを入出力同軸ケーブル６
及び７の外部導体に接続する。これらの接続位置は、１
次コイル１１及び２次コイル１３の入出力端と同軸ケー
ブルが接続される給電点の直近である。前記電界の非対
称分は、このセンタタップ付きのトランスであるバラン
サ３１により補正される。すなわち、同軸ケーブルの給
電点の左右のシールド端の電位は、同軸ケーブルの給電
点の外部導体に対し、互いに逆位相で等しい振幅で駆動
される。すなわち、シールドのギャップの両端の電位の
平均値は同軸ケーブルの給電点の外部導体の電位に等し
くなる。従って、プローブの外部には対称な電界が生
じ、同軸ケーブル給電点の電位は溶液の平均電位と一致
し、プローブから溶液に静電容量結合で流れる電流が２
次トランスに鎖交することはない。バランサ３１の励磁
インピーダンスは、図３のバラン１８同様全帯域にわた
って高くなければならないが、バランサ３１の巻線は同
軸ケーブルでなくても良いので図３で必要なバランに比
べ１０分の１以下に小さくなる。その結果図２形状のプ
ローブのハンドル部への内蔵は容易である。以上に本発
明の実施例を示したが、例示の様式、部分形、配置、そ
の他に限定するものでなく、必要に応じて本発明の要旨
を失うことなく構成の変形も許容される。
【０００９】
【発明の効果】特願平６−１７２０２３で提案した電磁
誘導方式プローブに、本発明によるバランサを付加すれ
ば広帯域周波数で取扱い易い細身のプローブを提供で
き、実用に供して有益である。
誘導方式プローブに、本発明によるバランサを付加すれ
ば広帯域周波数で取扱い易い細身のプローブを提供で
き、実用に供して有益である。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】電磁誘導式プローブの外観の例を示す図であ
る。
る。
【図３】従来技術の第１の例を示す図である。
【図４】従来技術の第２の例を示す図である。
１：インピーダンス測定器本体
２：信号源
３：抵抗
４：電圧計
５：電流計
６：同軸ケーブル
７：同軸ケーブル
８：電磁誘導式プローブ
９：外装樹脂モールド
１０：１次トロイダルコア
１１：１次コイル
１２：２次トロイダルコア
１３：２次コイル
１４：シールド
１５：ギャップ
１６：コアの貫通孔
１７：短絡線
１８：バラン
１９：バランの等価回路
３１：バランサ
３２：バランサの等価回路
ａ、ｂ、ｃ：バランサの端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 27/22
G01N 27/74
G01R 27/26
Claims (3)
- 【請求項１】大小の環状コアを、前記環状の中心点及び
中心軸を一致させて同心円状に配置した１次トランス及
び２次トランスと、前記２つのトランスの静電シールド
とが、前記環状の中心を通りかつ環状の中心軸に対して
垂直な平面に対し対称な構造である、溶液の電気的特性
を測定する電磁誘導式プローブにおいて、 前記２つのトランスと同軸ケーブルが接続される給電点
における該同軸ケーブルの外部導体の電位と、前記シー
ルドが有するギャップの両端の電位の平均値とを一致さ
せる手段を有し、広帯域と小型化を両立させることを特
徴とする電磁誘導式プローブ。 - 【請求項２】前記給電点における前記同軸ケーブルの外
部導体の電位と、前記シールドが有するギャップの両端
の電位の平均値とを一致させる手段は、前記シールドが
有するギャップの両端の電位を、前記給電点における前
記同軸ケーブルの外部導体の電位を中心にして、互いに
逆位相で振幅を一致させる手段であることを特徴とする
請求項１記載の電磁誘導式プローブ。 - 【請求項３】前記シールドが有するギャップの両端の電
位を、前記給電点における前記同軸ケーブルの外部導体
の電位を中心にして、互いに逆位相で振幅を一致させる
手段は、センタータップ付きトランスであることを特徴
とする請求項２記載の電磁誘導式プローブ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33861594A JP3415697B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 電磁誘導式プローブ |
| US08/579,318 US5680051A (en) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Electromagnetic induction-type probe |
| GB9526648A GB2296774B (en) | 1994-12-29 | 1995-12-29 | Eletromagnetic induction-type probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33861594A JP3415697B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 電磁誘導式プローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08184621A JPH08184621A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3415697B2 true JP3415697B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=18319851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33861594A Expired - Fee Related JP3415697B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 電磁誘導式プローブ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5680051A (ja) |
| JP (1) | JP3415697B2 (ja) |
| GB (1) | GB2296774B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6400130B2 (en) * | 1997-09-12 | 2002-06-04 | General Electric Company | Primary current conductor configurations for a residential electronic meter |
| US7405572B2 (en) * | 2005-05-02 | 2008-07-29 | Invensys Systems, Inc. | Non-metallic flow-through electrodeless conductivity sensor and leak detector |
| US7279903B2 (en) | 2005-05-02 | 2007-10-09 | Invensys Systems, Inc. | Non-metallic flow-through electrodeless conductivity sensor with leak and temperature detection |
| US20070132537A1 (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-14 | General Electric Company | Transformer and method of assembly |
| DE102006025098B4 (de) * | 2006-05-19 | 2008-06-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensor zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit flüssiger Medien und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE102007039015A1 (de) * | 2007-08-17 | 2009-02-19 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Induktive Leitfähigkeitsmesszelle |
| JP5926518B2 (ja) * | 2011-09-07 | 2016-05-25 | 日置電機株式会社 | 測定装置 |
| JP6312118B2 (ja) * | 2013-05-16 | 2018-04-18 | 学校法人東京理科大学 | 電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラム |
| CN104215802A (zh) * | 2013-05-31 | 2014-12-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 晶圆测试探卡的设计方法 |
| US9410933B2 (en) | 2014-05-29 | 2016-08-09 | The United States of America a represented by the Secretary of Navy | Method and apparatus for determining the salinity of a sample |
| US20170276625A1 (en) * | 2014-08-22 | 2017-09-28 | Rockland Scientific International Inc. | Electro-magnetic induction fluid conductivity sensor |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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