JP3422263B2 - 水質管理用導電率センサおよび吸収式冷温水機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被験液中に浸漬し
て使用する水質管理用導電率センサ、およびそのセンサ
を冷却水の水質管理に使用する吸収式冷温水機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から冷温水機や空調機などの装置内
部を冷却する冷却水は、大部分が循環して使用される。
たとえば、特開昭４７−２４３９２、特開昭５９−１４
２３９６、実開昭６２−８８１９５などには、冷却水の
導電率を測定して水質管理を行う先行技術が開示されて
いる。

【０００３】図１９は、導電率を測定して水質管理を行
う基本的な構成を示す。一対の電極（１，２）間で測定
される導電率に対応する信号は、導電率検出回路（３）
で増幅される。電極（１，２）および導電率検出回路
（３）は一体となって水質管理用導電率センサ（４）を
構成し、冷却水タンク（５）に貯留される冷却水（６）
中に浸漬される。導電率検出回路（３）からの出力信号
は、制御回路（７）に入力され、水質の汚染が進むとき
には新たに水を追加して、冷却水（６）の汚染の程度を
下げるための制御を行う。

【０００４】制御回路（７）および導電率検出回路
（３）などが動作するために必要な電力は、電源回路
（８）から供給される。電源回路（８）では、ノイズフ
ィルタ（９）を介して商用電源（１０）からの交流電力
が供給される。ノイズフィルタ（９）は、接地点（１
１）で大地電位に接続される。また商用電源（１０）は
大地電位を基準として、所定の交流電圧を発生する。

【０００５】導電率センサなどで水質を測定した後での
電気的な信号処理についての先行技術は、たとえば実開
平３−９００７２などに開示されている。また、特公昭
５５−２４０５９には、４電極法で液体の導電率を測定
する際に、一対の電流印加電極間を結ぶ直線上から、電
圧測定電極を離す考え方が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の各先行技術で示
されるように、冷却水などの水質管理のためには、水の
導電率で管理することが望ましい。しかしながら、電極
式導電率センサをオンライン水質管理に使用する上で
は、クーリングタワーや配管類が意図的に、または意図
せずに接地されていることが多いことが障害となる。た
とえば図１９では、電源回路（８）に電源トランスを用
いて一次側と二次側とを電気的に絶縁しておいても、浮
遊容量による漏れ電流（１２）が生じ得る。また、冷却
水タンク（５）を電気的に浮かせておいても、対地容量
が存在すると、等価的に接地点（１３）が生じ、電極
（１，２）から冷却水（６）を通って漏れ電流（１４）
が接地点（１３）に流れてしまう。一般論として、電源
二次側は接地に対して絶縁されていることが望ましいけ
れども、実際には電源の一次／二次間浮遊容量や対地容
量の存在によって、冷却水（６）と直接接触する電極
（１，２）にノイズ電流が重畳されることになる。

【０００７】吸収式冷温水機では、高温発生器の熱源と
して、図２０に示すようにガスバーナ（１５）を用いる
場合がある。ガスバーナ（１５）を搭載する吸収式冷温
水機では、フレーム（炎）電流測定による炎検出が行わ
れることがあり、炎の検出の際にはフレームロッド（１
６）と筐体アース（１７）との間に流れる電流を炎検出
回路（１８）が検出する。このために、製品筐体がコン
トローラと電位関係を持つ必要があり、水質管理用導電
率センサ（４）が同じコントローラに接続されると、製
品筐体と水質管理用導電率センサ（４）の電極（１，
２）との間で電位関係を生じてしまい、電極（１，２）
と筐体との間で電流が流れることになる。

【０００８】図１９の漏れ電流（１２，１４）や図２０
で説明したような電流が流れると、電極（１，２）を腐
食させて導電率測定値に誤差を与えることになり、水質
管理用導電率センサ（４）の信頼性も低下させることに
なる。

【０００９】このため、センサ電源として、低電圧交流
電源で動作し、センサ内部で低静電容量トランスによっ
て電気的に絶縁する形式が従来から用いられている。セ
ンサ出力はリレーなどの接点信号、またはアナログ出力
が必要な場合はカレントループが用いられている。ただ
し、カレントループの場合は、電気的に絶縁するため、
信号の受信側で絶縁アンプ等を別途用意する必要があ
る。また、低電圧交流電源で動作する低静電容量トラン
スは、大型で重量が大きくなり、水質管理用導電率セン
サ（４）を小型でかつ軽量となるように構成することが
できない。

【００１０】本発明の目的は、小形で信頼性が高く、精
度よく導電率を測定することができる水質管理用導電率
センサを提供することである。

【００１１】また本発明の他の目的は、得られる水質管
理用導電率センサを用いて、冷却水の水質管理等を正確
に行うことができる吸収式冷温水機を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、被験液（８
１）中に浸漬して使用する水質管理用導電率センサ（２
０）であって、被験液（８１）の導電率を測定するため
の電極（２１，２２，２３，２４）と、電極（２１，２
２，２３，２４）から得られる入力を処理して、導電率
に対応する信号を生成する処理手段（３０）と、外部か
ら供給される電力を変換して、処理手段（３０）に動作
用の電力を供給する電源（３３）と、電源（３３）内
で、外部の電力供給側と電源（３３）から動作用の電力
が供給される範囲の側とを電気的に絶縁する電源絶縁手
段（６６）と、処理手段（３０）と、該電源（３３）か
ら動作用の電力が供給される範囲に対して外側の部分と
の間の信号の入出力を、電気的に絶縁して行う信号入出
力手段（３２）とを含み、前記電極（２１，２２，２
３，２４）は、４電極法による導電率測定が可能なよう
に、間隔をあけて配置される一対の電流印加電極（２
１，２２）と、電流印加電極（２１，２２）間に間隔を
あけて配置される一対の電圧測定電極（２３，２４）と
を備え、各電圧測定電極（２３，２４）と、隣接して配
置される電流印加電極（２１，２２）との間に、前記被
験液（８１）の抵抗値上限を超える抵抗値を有する電気
抵抗素子（３９）が接続されることを特徴とする水質管
理用導電率センサである。

【００１３】本発明に従えば、被験液（８１）の導電率
を測定するための電極（２１，２２，２３，２４）から
得られる入力は、処理手段（３０）で処理され、導電率
に対応する信号が生成され、信号入出力手段（３２）を
介して出力される。信号入出力手段（３２）は、信号の
入出力を、電気的に絶縁して行う。外部から供給される
電力を変換して処理手段（３０）に動作用の電力を供給
する電源（３３）は、電源絶縁手段（６６）によって外
部の電力供給側に対して電気的に絶縁される。被験液
（８１）中に浸漬される電極（２１，２２，２３，２
４）によって検出される導電率に対応する電気的な処理
が、外部の電力供給側に対して電気的に絶縁された状態
の処理手段（３０）で行われるので、導電率の測定の際
にノイズの影響を少なくして、測定精度を向上させ、測
定の信頼性を高めることができる。また、間隔をあけて
配置される一対の電流印加電極（２１，２２）間に電流
を流せば、電流印電極（２１，２２）間の被験液（８
１）には導電率と距離とに対応して、電位差が生じる。
電流印加電極（２１，２２）間に間隔をあけて配置され
る一対の電圧測定電極（２３，２４）間の電圧を測定す
れば、電流に対応する被験液（８１）の導電率を測定す
ることができる。各電圧測定電極（２３，２４）と隣接
して配置される電流印加電極（２１，２２）との間に
は、被験液（８１）の抵抗値上限を超える抵抗値を有す
る電気抵抗素子（３９）が接続されているので、電極
（２１，２２，２３，２４）間に被験液（８１）がない
ような状態となっても、電圧測定電極（２３，２４）間
がオープン状態とならず、被験液（８１）がない状態に
対応する電圧を検出することができる。

【００１４】また本発明で前記電源は、外部から供給さ
れる直流電力を直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバー
タ（３３）であり、前記電源絶縁手段は、該ＤＣ／ＤＣ
コンバータ（３３）中に用いられるトランス（６６）で
あり、前記処理手段（３０）は、デジタル信号で外部と
の間の入出力を行い、前記信号入出力手段は、トランス
またはフォトカプラ（３２）を介して該デジタル信号の
入出力を行うことを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、電源として外部から供給
される直流電力を直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバ
ータ（３３）を使用し、電源絶縁手段としてＤＣ／ＤＣ
コンバータ（３３）中に用いられるトランス（６６）を
使用する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）では、商用交
流電源に比較して高い周波数の高周波の電力を発生し、
トランス（６６）で電気的に絶縁された状態で二次側に
高周波電力を取出して直流に変換し、処理手段（３０）
などに供給すれば、外部との電気的な絶縁を容易に行う
ことができる。周波数が高いので、トランス（６６）を
小形かつ軽量にすることができる。処理手段（３０）
は、デジタル信号で外部との間の入出力を行い、信号入
出力手段はパルストランスなどのトランス、またはフォ
トカプラ（３２）を介してデジタル信号の入出力を行う
ので、電気的に絶縁された状態でのデジタル信号の伝達
を容易に行うことができる。信号がデジタル信号に変換
されているので、ノイズの影響なども受けにくくするこ
とができる。

【００１６】また本発明は、前記電極（２１，２２，２
３，２４）、前記電源（３３）、前記電源絶縁手段（６
６）および前記信号入出力手段（３２）を含む構成要素
が実装されるプリント配線基板（３８）と、該構成要素
が実装されたプリント配線基板（３８）を、該電極（２
１，２２，２３，２４）は表面に露出し、他の構成要素
は埋込まれるように、電気絶縁性の樹脂材料で一体的に
形成されるモールド（３６，３７）とを、さらに含むこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、プリント配線基板（３
８）に、電極（２１，２２，２３，２４）、電源（３
３）、電源絶縁手段（６６）および信号入出力手段（３
２）を含む構成要素が実装され、さらに電極（２１，２
２，２３，２４）が表面に露出して他の構成要素が埋込
まれるようにモールド（３６，３７）が電気絶縁性の樹
脂材料で一体的に形成されるので、水質管理用導電率セ
ンサ（２０）を１つのブロック状のモジュールやユニッ
トなどとして取扱うことができ、そのまま被験液（８
１）中に浸漬して容易に水質管理を行うことができる。

【００１８】また本発明で前記モールド（３６，３７）
は、硬度の異なる２種類の樹脂材料を内側および外側に
分けて使用する二重構造として形成され、内側のモール
ド（３６）の方が、外側のモールド（３７）に比べて、
軟質の樹脂材料で形成されることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、モールド（３６，３７）
が、硬度の異なる２種類の樹脂材料で、二重構造を有す
るように形成され、内側のモールド（３６）の方が外側
のモールド（３７）に比べて軟質の樹脂材料で形成され
ているので、プリント配線基板（３８）上の構成要素に
対する機械的なストレスが小さく、かつ機密性を高める
ことができ、信頼性を向上させることができる。外側の
モールド（３７）は、硬質の樹脂材料で形成されている
ので、堅牢で内部を機械的に保護し、耐久性を向上させ
ることができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】さらに本発明は、上記のいずれかに記載の
水質管理用導電率センサ（２０）が、循環して使用する
冷却水（８１）の貯槽（８０）に浸漬され、水質管理用
導電率センサ（２０）から出力される信号に基づいて、
冷却水（８１）の水質管理と、貯槽（８０）内の水位判
定とを行うコントローラ（９０）を備えることを特徴と
する吸収式冷温水機である。

【００２３】本発明に従えば、吸収式冷温水機の冷却水
の水質管理を、前述の水質管理用導電率センサ（２０）
を冷却水（８１）の貯槽（８０）に浸漬して行い、かつ
貯槽（８０）内の冷却水（８１）の液面が水質管理用導
電率センサ（２０）の位置よりも下がっている状態を容
易に判定することができる。

【００２４】また本発明は、前記貯槽（８０）から供給
される冷却水（８１）の温度を検出する温度センサ（８
４）をさらに備え、前記コントローラ（９０）は、該温
度センサ（８４）が検出する冷却水（８１）の温度に従
って、前記水質管理用導電率センサ（２０）から出力さ
れる導電率を補正することを特徴とする。

【００２５】本発明に従えば、温度センサ（８４）が貯
槽（８０）から供給される冷却水（８１）の温度を検出
し、検出温度に基づいてコントローラ（９０）は水質管
理用導電センサ（２０）から出力される導電率を補正す
るので、温度変動の影響を除去して精度の高い水質管理
を行うことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の基礎となる形態
による水質管理用導電率センサ（２０）の内部の電気的
構成を示す。導電率測定のための電極は４電極法によっ
て構成され、一対の電流印加電極（２１，２２）と一対
の電圧測定電極（２３，２４）とが一直線上に配置され
ている。両端の電流印加電極（２１，２２）間には、両
極性定電流源（２５）から極性が周期的に変化する矩形
波の交流電流が供給される。電流印加電極（２１，２
２）は間隔をあけて配置され、その中間には間隔をあけ
て電圧測定電極（２３，２４）が配置される。電圧測定
電極（２３，２４）によって測定される電圧は、差動増
幅回路（２６）で増幅され、同期整流回路（２７）で整
流される。同期整流回路（２７）の出力は、積分回路
（２８）で積分され、比較回路（２９）で一定の閾値と
比較される。積分回路（２８）の出力が閾値を超える
と、比較回路（２９）は処理手段であるＭＰＵ（３０）
に出力を与える。

【００２７】ＭＰＵ（３０）は、１チップマイクロコン
ピュ−タであり、そのプログラム動作と、積分回路（２
８）および比較回路（２９）とで、ΣΔ型Ａ／Ｄ変換器
（３１）を構成する。ＭＰＵ（３０）は、導電率に対応
する信号を処理した後、デジタル値に変換し、信号入出
力手段であるフォトカプラ（３２）を介して外部に出力
する。また外部からのコマンドも、デジタル信号として
フォトカプラ（３２）を介してＭＰＵ（３０）に与えら
れる。フォトカプラ（３２）は、たとえば送信側が発光
ダイオードなどの発光素子であり、受信側がフォトトラ
ンジスタなどの受光素子であり、発光側と受光側との間
で光による信号の伝達が可能であり、しかも発光側と受
光側との間を電気的に絶縁することができる。ＭＰＵ
（３０）はデジタル信号に変換しているので、パルスト
ランスなどを用いても、電気的に絶縁した状態での信号
の入出力を行うことができる。

【００２８】ＭＰＵ（３０）などの動作用の電源は、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ（３３）によって形成する。ＤＣ／
ＤＣコンバータ（３３）内には、後述するような絶縁ト
ランスが設けられ、外部から供給される直流電力を、電
気的に絶縁させた状態で直流電力に変換し、ＭＰＵ（３
０）などに供給することができる。したがって、フォト
カプラ（３２）と外部との間を接続する信号ケーブル
（３４）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）と外部との
間を接続する電源ケーブル（３５）は、水質管理用導電
率センサ（２０）の主要部分と電気的に絶縁された状態
とすることができる。

【００２９】図２は、図１に示す水質管理用導電率セン
サ（２０）の外径を示す。水質管理用導電率センサ（２
０）は、内側モールド（３６）と外側モールド（３７）
との二重構造でモールドされたモジュールとして一体的
に形成される。外径寸法は、幅Ｗが約１０８ｍｍであ
り、高さＨが約７６ｍｍであり、厚さＤが２５ｍｍであ
る。電流印加電極（２１，２２）および電圧測定電極
（２３，２４）の先端は外側モールド（３７）の表面
で、厚みが若干薄くなっている段差部分に表面が露出す
る。電流印加電極（２１，２２）間の間隔Ｌ１は、５０
ｍｍである。電圧測定電極（２３，２４）間の間隔Ｌ２
は、４０ｍｍである。信号ケーブル（３４）および電源
ケーブル（３５）は、４本がまとめて引出される。

【００３０】内側モールド（３６）は、たとえばポリウ
レタン樹脂であり、外側モールド（３７）はエポキシ樹
脂であり、それぞれ型を使用してモールドすることによ
って形成される。電流印加電極（２１，２２）および電
圧測定電極（２３，２４）は、たとえばステンレス鋼の
ＳＵＳ３０４を材料として形成する。

【００３１】図３は図２に示す水質管理用導電率センサ
（２０）の、平面図を（ａ）で正面図を（ｂ）で、右側
面図を（ｃ）でそれぞれ示す。内側モールド（３６）内
には、プリント配線基板（３８）が封入され、プリント
配線基板（３８）には図１に示す電気的構成の主要部分
が搭載される。

【００３２】図４はプリント配線基板（３８）の平面図
を（ａ）で、正面図を（ｂ）でそれぞれ示す。プリント
配線基板（３８）上に、電流印加電極（２１，２２）お
よび電圧測定電極（２３，２４）を一直線上に並べて配
置し、また信号ケーブル（３４）および電源ケーブル
（３５）を接続し、さらに他の構成要素を実装する。セ
ンサ部分からアンプや信号処理部分まで、同一のプリン
ト配線基板（３８）上に実装して、単一モジュール化
し、最短配置でノイズに対して強い構成とすることがで
きる。

【００３３】図５は、本発明の実施の一形態として隣接
する電流印加電極（２１，２２）と電圧測定電極（２
３，２４）との間に、電気抵抗素子である抵抗（３９）
を接続している状態を示す。抵抗（３９）の抵抗値は、
たとえば１０ＭΩとし、電圧測定電極（２３，２４）間
で測定する冷却水などの抵抗値上限を超える抵抗値とす
る。冷却水の抵抗値は、電極間距離Ｌ２が４０ｍｍのと
き、導電率をＳ／ｃｍ（ジーメンス毎センチメートル）
で表して、たとえば８０μＳ／ｃｍのときに約１０ｋΩ
となる。電流印加電極（２１，２２）および電圧測定電
極（２３，２４）間が被験液に浸漬されていれば、電圧
測定電極（２３，２４）間には電流印加電極（２１，２
２）間に流れる電流に対応する電圧が発生するけれど
も、被験液がなくなった状態では電圧が生じなくなる。
抵抗（３９）で電気的接続を行えば、被験液がなくなっ
た状態でも電圧を検出することができる。

【００３４】次に本発明の導電率測定の概略を説明す
る。被験液の導電率κは被験液の抵抗Ｒsolnに反比例
し、次の第１式で表される。

【００３５】 κ ＝ Ｋcell／Ｒsoln …（１） ここで、比例係数Ｋcellは、導電率測定容器（セル）の
大きさ、電極の大きさおよび距離などによって決まるセ
ル固有の量であり、セル定数と呼ばれる。セル定数の決
定には、導電率が既知である標準液を用いるのが一般的
である。電極間に一定電流ｉを印加して電圧Ｅを測定す
る際には、導電率は次の第２式のように表される。

【００３６】 κ ＝ Ｋcell×ｉ／Ｅ ＝ Ｋ／Ｅ …（２） Ｋはセンサ出力である電圧値を導電率へ変換するための
定数であり、換算定数と呼ぶことにする。なお、冷却水
塔内の冷却水の導電率をリアルタイムで測定するような
場合は、電極はむき出しで使用され、電流経路を制限す
るセル形状はとらない。このため、小さい容器内の導電
率を測定する場合は、出力の導電率換算値は実際より小
さくなる。このため、換算定数決定のための測定におい
ては、標準液をたとえば３リットル使用する。

【００３７】液体の導電率測定では、図６（ａ）に示す
ように、２電極セル（４０）を用いる方式が一般的であ
る。２電極セル（４０）は、一対の電極（４１，４２）
を備え、溶液（４３）の導電率を測定する。この場合、
電極／溶液界面での分極などに起因する等価インピーダ
ンスをＺeおよびＺe'、溶液（４３）の抵抗をＲsolnと
すると、２電極法での導電率セルの全インピダンスＺce
llは次の第３式で与えられる。

【００３８】 Ｚcell ＝ Ｚe＋Ｚe'＋Ｒsoln …（３） ここで、電極／溶液界面のインピ−ダンスが充分に小さ
く、次の第４式が成立する条件下で測定を行えば、溶液
（４３）の抵抗Ｒsolnを充分な精度で測定することがで
きる。

【００３９】 Ｚe＋Ｚe' ＜＜ Ｒsoln …（４） ２電極法は、構造が簡単であり、センサを安価に構成す
ることができるけれども、電極／溶液界面での分極の影
響が大きい。図６（ｂ）に示すように、矩形波状の電流
を印加しても、電圧波形は矩形にはならず、分極に起因
する電圧の上昇がみられる。このため、電圧値は本来期
待される値よりもΔＥだけ大きくなる。ΔＥの値は、溶
液の導電率によらずほぼ一定であり、第２式の分母であ
る電圧Ｅに対するオフセットとなる。この電圧オフセッ
トを導電率に換算すると、誤差は図６（ｃ）に示すよう
になる。

【００４０】導電率換算した場合には、導電率が大きく
なるほど電圧が小さくなり、影響は大きくなる。また図
６（ｂ）に示すようにオフセット電圧は経時的な電極表
面の状態変化によるので、単純にオフセットを減算する
ような処理では誤差を軽減することはできない。またΔ
Ｅの大きさは、電極（４１，４２）の材質や面積等によ
っても変わってくる。

【００４１】図７は、図６に示すような２電極法での分
極の影響を避けることができる４電極法について示す。
図７（ａ）は、４電極法による測定原理を示す。４電極
セル（４４）には、一対の電流印加電極（２１，２２）
及び一対の電圧測定電極（２３，２４）が設けられる。
電流印加電極（２１，２２）間に低電流を流し、４電極
セル（４４）内の２定点間の電位差を電圧測定電極（２
３，２４）を通して高入力インピ−ダンスの差動増幅回
路（２６）で測定する。このとき電圧測定電極（２３，
２４）間の電位差Ｕee'とインピ−ダンスＺee'との間に
は次の第５式が成立する。

【００４２】 Ｕee' ＝ ｉ×Ｚee' …（５） 両極性定電流源（２５）と電流印加電極（２１，２２）
との間にはそれぞれ分極および汚染による抵抗（４５，
４６）が挿入されるけれども、電流ｉを定電流にしてい
るので、抵抗（４５，４６）の影響を受けない。また、
電圧測定電極（２３，２４）と差動増幅回路（２６）と
の間にも分極および汚染による抵抗（４７，４８）がそ
れぞれ挿入されるけれども、高入力インピ−ダンスであ
ればその影響を受けない。すなわち、原理的には電極界
面での抵抗成分の影響を受けないで、導電率に対応する
第２式のような測定を行うことができる。

【００４３】図７（ｂ）は、図７（ａ）の原理に基づく
４電極法での電圧測定電極（２３，２４）間の電圧波形
を示し、図７（ｃ）はセンサ出力を導電率換算した結果
を示す。図７（ｂ）に示す電圧波形には、図６（ｂ）に
示す２電極法でみられた分極による電圧上昇がほとんど
なく、図７（ｃ）に示す導電率換算値の直線性も充分に
良好である。本実施形態の水質管理用導電率センサ（２
０）の性能を、次の表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】図８は、本実施形態の水質管理用導電率セ
ンサ（２０）の経時的変化を確認するために行った腐食
加速試験の概要を示す。腐食加速試験装置（５０）は、
試験槽（５１）内に水道水（５２）を貯留し、水道水
（５２）中に水質管理用導電率センサ（２０）を浸漬す
るとともに、負電極（５３）も浸漬する。水質管理用導
電率センサ（２０）の電流印加電極（２１，２２）およ
び電圧測定電極（２３，２４）は、並列に接続し、電池
（５４）の陽極側に接続する。電池（５４）の陰極側
は、抵抗（５５）を介して負電極（５３）に接続する。
電池（５４）の電圧は１２Ｖとし、抵抗（５５）の抵抗
値は１ＭΩとする。

【００４６】図８に示すような腐食加速試験装置（５
０）では、電流印加電極（２１，２２）および電圧測定
電極（２３，２４）による並列接続電極に、１０μＡ程
度の直流電流が流れる。この状態で１週間通電した加速
試験結果を次の表２に示す。表２では、図６（ａ）に示
すような２電極法による電極（４１，４２）について同
様の試験を行った結果も比較して示す。試験の結果は、
加速試験の前後におけるセンサ出力としての電圧値で示
す。

【００４７】

【表２】

【００４８】本実施形態の水質管理用導電率センサ（２
０）では、電流印加電極（２１，２２）間のオフセット
電圧は５ｍＶ以下、出力インピ−ダンスは５１ｋΩであ
ることから、電極の腐食をもたらす直流電流は１００ｎ
Ａ以下である。すなわち１０μＡの直流電流は実際の１
００倍の加速係数となる。したがって、１週間通電は約
２年の実使用に相当すると考えられる。通電終了後、連
結表面は赤錆で覆われた状態となっている。

【００４９】図９は、本発明で導電率を測定するための
原理的な構成を示す。ＭＰＵ（３０）は、１チップマイ
クロコンピュータであり、その内部で２００Ｈｚの矩形
波を発生する。この矩形波は、Ｖ／Ｉ変換器（５６）で
定電流値に変換され、電流印加電極（２１，２２）間に
振幅が４．４６μＡである矩形電流を流す。電圧測定電
極（２３，２４）間の電圧は、まず利得が１倍の差動増
幅回路（２６）に入力される。差動増幅回路（２６）で
は、電圧測定電極（２３，２４）間に電流をできるだけ
流さないようにするために、高インピ−ダンスで受け
る。また電圧測定電極（２３，２４）間には、理想的に
は直流成分を生じないはずであるけれども、実際には数
１０ｍＶの直流〜低周波数の電圧を生じるので、出力飽
和を防ぐために利得を１としておく。差動増幅回路（２
６）の出力は、コンデンサ（５７）を介する交流（Ａ
Ｃ）結合を経て、入力と接地との間に抵抗（５８）が接
続されている利得が４０倍のアンプ（５９）で増幅す
る。コンデンサ（５７）によるＡＣ結合で直流成分が除
去されているので、アンプ（５９）は２００Ｈｚの信号
成分を増幅する。アンプ（５９）の出力の２００Ｈｚの
信号成分は、同期整流回路（２７）で全波整流される。
このとき、利得が４０倍のアンプ（５９）で生じる直流
オフセットは、２００Ｈｚに変調されて、その影響は低
減される。同期整流回路（２７）の出力は、ΣΔ型Ａ／
Ｄ変換器（３１）でデジタル値に変換される。同期整流
回路（２７）で２００Ｈｚに変調されたアンプ（５９）
の直流オフセットは、ΣΔ型Ａ／Ｄ変換器（３１）の変
換時間分だけ積分されることでキャンセルされる。ＭＰ
Ｕ（３０）は、測定結果をシリアル通信によって外部に
伝送する。

【００５０】図１０は、同期整流回路（２７）およびΣ
Δ型Ａ／Ｄ変換器（３１）に関連する構成およびそのタ
イミングを示す。図１０（ａ）に示すように、入力信号
Ｓ（ｔ）は、積分器（６０）で積分され、比較器（６
１）でアナログのスレッシュホールドレベルと比較され
る。比較器（６１）の出力はフリップフロップ（６２）
のデ−タ入力Ｄに与えられ、クロック信号に応じてサン
プリングされる。フリップフロップ（６２）の出力は、
スイッチング回路（６３）で入力信号Ｓ（ｔ）の極性に
応じて切換えられる。フリップフロップ（６２）の出力
は、比較器（６４）でデジタルのスレッシュホールドレ
ベルと比較されて、積分器（６０）の入力側にフィード
バックされる。

【００５１】図１０（ａ）に示すような構成で、Ａ／Ｄ
変換のサンプリング間隔を５５μｓとして、矩形波発振
器を、４６周期毎に極性反転するように構成した状態の
タイミングを図１０（ｂ）に示す。矩形波発振器は、５
５μｓ×４６＝２．５３ｍｓ毎に極性反転し、１９７．
６Ｈｚの周波数で矩形波を発生する。極性反転の直後の
サンプリングでは、データは不確実となるけれども、複
数回の測定の平均値などを取るようにして、誤差として
大きな影響が生じないようにする。

【００５２】図１１は、図９の同期整流回路（２７）の
入力部の波形の例を示す。同期整流を行っているので、
ノイズの影響は受けにくくなっている。条件によって
は、ノイズによるアンプ（５９）の出力飽和が起こり、
回路が異常動作するおそれがある。このため、結合容量
の小さいＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）とフォトカプラ
（３２）とで、外部と電気的に絶縁し、漏れ電流経路を
遮断し、ノイズの影響を回避している。すなわち、電気
的に絶縁するＧＮＤ（接地）分離でＧＮＤ共通よりもノ
イズを低減している。

【００５３】図１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）
の概略的な構成を示す。外部から供給される直流電力
は、発振回路（６５）で数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周
波電力に変換される。発振回路（６５）の出力は、絶縁
トランス（６６）の一次側から二次側に電気的に絶縁さ
れた状態で伝達される。絶縁トランス（６６）の二次側
に得られる高周波電力は、整流平滑回路（６７）で直流
に変換され、ＭＰＵ（３０）などの電源として供給され
る。整流平滑回路（６７）の出力安定化のために、発振
回路（６５）との間にはフィードバック回路（６８）が
設けられる。フィードバック回路（６８）は、フォトカ
プラなどを含み、電気的には絶縁した状態で信号のフィ
ードバックを行うことができる。絶縁トランス（６６）
は、商用交流に比較すれば高い周波数で動作するので、
小形かつ軽量で、しかも一次側の地点と二次側の地点と
の間を結合する静電容量の小さい状態で、電磁的に結合
させることができる。

【００５４】図１３は、ＭＰＵ（３０）と外部との間で
データの入出力を行うための通信プロトコルの概要を示
す。図１３（ａ）は、シリアル信号としてのデータフォ
ーマットを示す。このデータフォーマットは、調歩同期
２線シリアル通信用であり、最下位ビット（ＬＳＢ）が
最初で、通信速度は４８００ｂｐｓ、データ長は８ビッ
ト、ストップビットは１ビットであり、偶数パリティと
なるパリティビットＰが８ビットデータの最上位ビット
（ＭＳＢ）の後に付加される。図１３（ｂ）は外部のコ
ントローラから水質管理用導電率センサ（２０）に与え
られるコマンドのデータ形式を示す。測定コマンドは４
バイトで構成され、最初の１バイト目は送信先アドレス
ＤＡを示し、２バイト目はバイトカウントＢＣを示し、
３バイト目はコマンドのコードＣＭＤを示す。バイトカ
ウントＢＣは、コマンドＣＭＤのバイト数を示す。最後
の４バイト目は、チェックサムＣＳを示す。

【００５５】図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示すコマ
ンドＣＭＤが測定コマンドである場合に、水質管理用導
電率センサ（２０）からコントローラへ応答するデータ
形式を示す。１バイト目の送信先アドレスＤＡおよび３
バイト目のコマンドＣＭＤは、図１３（ｂ）と同様であ
る。４バイト目および５バイト目では、測定値をＡ／Ｄ
変換したＡＤコードの上位バイトＨＩと下位バイトＬＯ
とが送信される。最後の５バイト目はチェックサムＣＳ
である。したがって、２バイト目のバイトカウントＢＣ
は、ＢＣとＣＳとに挟まれたバイト数である０３ｈとな
る。なお、最後の「ｈ」は、１６進数であることを示
す。

【００５６】次の表３は、図１３（ｃ）で示すような測
定値のＡＤコードについて、理想的な場合の下限および
上限を示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】実際には、上限はアンプ（５９）などに使
用する演算増幅器の出力飽和で、電圧換算で２．１Ｖ程
度となり、下限は図７（ｃ）にも示したように４０００
μＳ／ｃｍ程度となる。

【００５９】水質管理用導電率センサ（２０）の測定精
度は、Ａ／Ｄ変換後の最小分解能で決定される。Ａ／Ｄ
変換は１４ビットで５Ｖフルスケールであるため、その
最小分解能は約０．３１ｍＶである。この値から計算さ
れる導電率センサの精度は、導電率換算定数を１０５と
して計算すると、次の表４に示すようになる。

【００６０】

【表４】

【００６１】水質管理用導電率センサ（２０）は水位判
定に用いることもできる。電圧測定用電極（２３，２
４）間に水がない場合には、回路的にはアンプ（５９）
の出力飽和によって、センサ出力は電圧値で約２Ｖとな
る。余裕をみて、電圧値１，８Ｖ、ＡＤコードで１０４
９０（１６進数では３７０Ａｈ）以上なら水がないと判
定することができる。換算定数を１０５とすると、電圧
１．８Ｖの場合の導電率換算値は５８μＳ／ｃｍであ
る。汚染がない状態の水道水の導電率は、２５℃で約１
６０μＳ／ｃｍであるので、電圧値１．８Ｖとなれば水
がないと判定することができる。また、水面下約３ｃｍ
よりもセンサの電極が上になると、センサ出力の電圧値
は本来の値よりも大きくなり、導電率換算値としては小
さくなり、正確な測定ができなくなることに注意する必
要がある。

【００６２】図１４は、１チップマイクロコンピュータ
としてのＭＰＵ（３０）のプログラム動作のメインルー
チンを示す。電源ケーブル（３５）を介して電源を供給
すると２００Ｈｚの発振が開始され、ステップａ１から
のメインルーチンが開始される。ステップａ１では初期
設定が行われる。初期設定では、測定モードは、測定を
行わない$no_measに設定される。ステップａ２では、Σ
Δサンプリング動作を行う。ステップａ３では、測定モ
ードが測定を行わない$no_measであるか否かを判断す
る。測定を行わないモードが設定されているときには、
ステップａ４で、発振用カウンタのチェックと、発振動
作を行い、ステップａ２に戻る。測定モードが測定を行
うように設定されていると、ステップａ３からステップ
ａ５に移り、サンプル回数カウンタをデクリメントす
る。ステップａ６でサンプル回数カウンタが０になって
いなければ、ステップａ４に移る。ステップａ６でサン
プル回数カウンタが０になると、ステップａ７で測定モ
ードが予備測定を示す$pre_meas であるか否かを判断す
る。予備測定モードであれば、ステップａ８に移り、測
定モードを測定を行う$meas_sig に設定し、サンプル回
数カウンタに１４ビットをフルスケールにするために２
の１４乗を示す整数値を設定して、ステップａ４に移
る。ステップａ７で、測定モードが予備測定でないと判
断されるときには、ステップａ９で測定モードは測定を
行わない$no_measに設定し、ステップａ１０で測定値を
データ送信して、ステップａ２に戻る。

【００６３】図１５は、図１４に示すメインルーチン間
で行われるタイマ割り込み処理を示す。ステップｂ１で
タイマ割り込みが開始されると、ステップｂ２では、タ
イマモードが受信を示す$receiveであるか否かを判断す
る。受信モードであれば、ステップｂ３に移り、パリテ
ィビットを受信しているか否かを判断する。パリティビ
ットの受信と判断されるときには、ステップｂ４でパリ
ティフラグを更新する。ステップｂ３で、パリティビッ
トでないと判断されるときには、ステップｂ５でストッ
プビットであるか否かを判断する。ストップビットでな
いと判断されるときには、ステップｂ６でパリティデー
タの更新を行う。

【００６４】ステップｂ５でストップビットであると判
断されるときには、図１３（ａ）に示す１バイト分のデ
ータを受信したことになり、ステップｂ７で４バイト受
信しているか否かを判断する。４バイト受信していない
と判断されるときには、ステップｂ８で、チェックサム
を更新し、タイマモードをタイムアウトチェックモード
を示す$tout_chk に設定し、１０ｍｓのタイマのスター
トを行い、タイマ割り込みを有効に設定する。ステップ
ｂ７で４バイト受信済みのときには、ステップｂ９に移
り、受信エラーが生じているか否かを判断する。受信エ
ラーが生じていないと判断されるときには、ステップｂ
１０で、受信されたコマンドの実行を行う。ただし測定
開始コマンドは例外的処理を行い、サンプル回数カウン
タに予備測定回数を設定して、測定モードを予備測定を
表す$pre_meas に設定する。ステップｂ１０のコマンド
実行の後、ステップｂ１１ではデータ送信を行い、コマ
ンド実行の結果を応答する。データ送信処理では、送信
データバッファにデータをセットし、送信データ数をセ
ットする。タイマモードは送信を示す$send とし、１ビ
ット時間分のタイマをスタートさせ、タイマ割り込みを
有効とする。

【００６５】ステップｂ９で受信エラーと判断されると
きには、ステップｂ１２で割り込み状態を初期化する。
割り込み状態の初期化処理では、バイトカウンタをクリ
アし、タイマ割り込みを禁止する。ステップｂ４のパリ
ティフラグ更新あるいはステップｂ６のパリティデータ
更新の後は、ステップｂ１３でビットカウンタのインク
リメントを行う。

【００６６】ステップｂ２で、タイマモードが受信を示
す$receiveでないと判断されるときには、ステップｂ１
４で、タイマモードが送信を示す$send か否かを判断す
る。タイマモードが送信となっていないときには、ステ
ップｂ１５で、タイムアウトであるか否かを判断する。
タイムアウトと判断されるときには、ステップｂ１６で
アドレス確認コマンドであるか否かを判断する。アドレ
ス確認コマンドであれば、ステップｂ１７で、アドレス
をデータとして送信する。ステップｂ１６でアドレス確
認コマンドでないと判断されるときには、ステップｂ１
８で割り込み状態の初期化を行う。

【００６７】ステップｂ１４で、タイマモードが送信で
あると判断されるときには、ステップｂ１９で出力ポー
トに１ピット分のデータを出力する。ステップｂ２０で
は、１バイト分のデータを送信したか否かを判断する。
１バイト送信していないと判断されるときには、ステッ
プｂ２１で、ビットカウンタのインクリメントを行う。
ステップｂ２０で１バイト送信と判断されるときには、
ステップｂ２２で、送信すべきデータ全バイト分の送信
か否かを判断する。全バイトの送信でないと判断される
ときには、ステップｂ２３でバイトカウンタをインクリ
メントし、送信バッファへデータをセットする。ステッ
プｂ２２で、全バイト送信であると判断されるときに
は、ステップｂ２４で割り込み状態の初期化を行う。

【００６８】ステップｂ８、ステップｂ１１、ステップ
ｂ１２、ステップｂ１３、ステップｂ１７、ステップｂ
１８、ステップｂ２１、ステップｂ２３およびステップ
ｂ２４が終了した後、またはステップｂ１５でタイムア
ウトでないと判断されるとき、ステップｂ２５で割り込
み処理を終了し、元のメインルーチンに戻る。

【００６９】図１６は、本発明の実施の他の形態とし
て、図５に示す実施形態の水質管理用導電率センサ（２
０）を、冷却水の水質管理用および水位判定用に用いる
吸収式冷温水機（７０）の概略的な構成を示す。吸収式
冷温水機（７０）は、いわゆるパック型の製品として構
成され、冷温水機（７１）と冷却塔（７２）とを組合わ
せて１つの吸収式冷温水機（７０）を構成する。冷温水
機（７１）内には、二重効用型吸収式冷凍サイクルの主
要部分を構成する高温発生器（７３）、低温発生器（７
４）、凝縮器（７５）、蒸発器（７６）および吸収器
（７７）が含まれる。高温発生器（７３）は、バーナ
（７８）からの熱で、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などの
吸収剤の水溶液である吸収液を加熱し、冷媒である水の
蒸気を発生させる。発生した水蒸気は、低温発生器（７
４）でさらに水蒸気を発生するために用いられ、発生し
た水蒸気は凝縮器（７５）で凝縮され、蒸発器（７６）
で蒸発して吸収器（７７）で溶液に吸収される。高温発
生器（７３）では、吸収器（７７）で水蒸気を吸収して
濃度が低下した溶液をバーナ（７８）で加熱し、水蒸気
の発生と溶液の濃縮とを行う。蒸発器（７６）には、冷
房を行う際の冷水と暖房を行う際の温水とを、冷温水ポ
ンプ（７９）で供給し、冷房を行う際には水の蒸発熱で
冷却する。

【００７０】冷温水機（７１）では、吸収式冷凍サイク
ルの主要部分を構成する凝縮器（７５）と吸収器（７
７）とで、冷却塔（７２）の冷却水タンク（８０）から
供給される冷却水（８１）による冷却が行われる。冷却
水（８１）は、冷房を行う際に、蒸発器（７６）で吸収
した熱を大気中に放出する作用を行う。冷却水タンク
（８０）内の冷却水（８１）は、冷却水ポンプ（８２）
から冷却水供給管（８３）を介して吸収器（７７）に供
給される。吸収器（７７）の入側には、冷却水温度セン
サ（８４）が設けられ、冷却水（８１）の温度を検出す
る。吸収器（７７）を冷却した冷却水（８１）は、さら
に凝縮器（７５）を冷却し、冷却水排出管（８５）を介
して冷却塔（７２）に戻される。冷却塔（７２）内で
は、冷却水排出管（８５）を介して戻される冷却水（８
１）が、散水槽（８６）に散布され、ファン（８７）で
空冷された後、冷却水タンク（８０）に戻る。冷却水タ
ンク（８０）内には、水質管理用導電率センサ（２０）
が設置される。

【００７１】冷却塔（７２）には薬注装置（８８）が設
けられ、必要に応じて冷却水タンク（８０）内に薬液を
注入する。冷却水タンク（８０）には、水質劣化時や水
面の低下時に、自動ブロー弁（８９）を介して水道水な
どの吸水を行うことができる。自動ブロー弁（８９）の
制御は、冷温水機（７１）側に設けるコントローラ（９
０）によって行われる。コントローラ（９０）は、水質
管理用導電率センサ（２０）からの信号を処理して、自
動ブロー弁（８９）の制御を行う。コントローラ（９
０）には、冷却水温度センサ（８４）からの出力も与え
られ、冷却水（８１）の温度に対応したファン（８７）
などの制御も行われる。冷却水温度センサ（８４）から
の信号は後述するように水質管理用導電率センサ（２
０）が検出する導電率を温度補正するためにも使用され
る。冷却塔（７２）の冷却水タンク（８０）の水面の管
理に対してはフロートバルブ（９１）も設けられる。

【００７２】また、冷温水機（７１）では、高温発生器
（７３）から発生する蒸気を気液分離器（９２）を介し
て、低温発生器（７４）に導く。暖房を行うときには、
蒸気を蒸発器（７６）に導く。

【００７３】コントローラ（９０）は、通常の冷房運転
中に、導電率Ｃが汚れ判定値Ｃ１以上である状態が継続
すると、冷却水汚れ警報を発生する。判定値Ｃ１は、た
とえば２０００μＳ／ｃｍである。継続の条件は、たと
えば連続して１時間以上や、１８時間の積算運転時間中
の８０％以上などとして設定する。冷却水（８１）が汚
れると、冷却水供給管（８２）や冷却水排出管（８５）
などの冷却水配管が詰るおそれが生じるからである。こ
のような事態は、暖房運転時に冷却水（８１）の補給系
統を閉めておいたままにしておいたような場合に生じう
る。通常の冷房運転中には、自動ブロー制御が行われ、
冷却水（８１）の補給系統が開いていれば、汚れは自動
的に防止される。

【００７４】コントローラ（９０）は、冷却水タンク
（８０）の水位監視も行い、水位低下判定値Ｃ２よりも
小さい状態が、たとえば１２秒連続すると、冷却水タン
ク（８０）へ水道水などの給水を行う。水位判定値Ｃ２
は、たとえば８０μＳ／ｃｍである。導電率ＣがＣ２＋
ΔＣ２よりも大きい状態が１分間継続すると給水を停止
する。ΔＣ２は、たとえば２０μＳ／ｃｍである。な
お、冷房運転中に導電率Ｃが水位低下判定値Ｃ２よりも
小さい状態が、２０分継続すると、給水系警報を発生す
る。

【００７５】図１７は、冷房運転開始時の給水制御を水
質管理用導電率センサ（２０）が検出する導電率Ｃに基
づいて行う手順を示す。ステップｃ１で冷房運転の開始
を示す指令が行われると、ステップｃ２で導電率Ｃが水
位判定値Ｃ２より小さい条件が１２秒継続しているか否
かを判断する。継続していると判断されるときには、水
位が低下していると判断し、ステップｃ３で、吸収式冷
凍サイクルの運転を停止する強制サーモＯＦＦを行い、
自動ブロー弁（８９）をＯＮとする。次にステップｃ４
で導電率ＣがＣ２＋ΔＣ２より大きくなっているか否か
を判定する。大きくなっていればステップｃ５で冷却水
ポンプ（８２）をＯＮにする。ステップｃ４で導電率Ｃ
が大きくならないときには、ステップｃ６で２０分タイ
マをスタートする。ステップｃ７では、２０分経過して
いるか否かを判断する。経過していないときには、ステ
ップｃ４に戻る。ステップｃ７で２０分経過と判断され
るときには、ステップｃ８に移り、給水系異常停止の表
示を行って自動ブロー弁（８９）をＯＦＦにする。

【００７６】ステップｃ２でＣ＜Ｃ２が１２秒継続して
いないと判断されるときには、ステップｃ９に移り、冷
却水ポンプ（８２）をＯＮにし、１分タイマをスタート
させる。ステップｃ１０では、導電率ＣがＣ２より小さ
い状態が１２秒継続しているか否かを判断する。継続し
ていないときにはステップｃ１１に移る。ステップｃ１
１では、タイマでの１分間が経過しているか否かを判断
する。経過していなければステップｃ１０に戻る。ステ
ップｃ１０で、Ｃ＜Ｃ２が１２秒継続していると判断さ
れるときは、ステップｃ１２で強制サーモをＯＦＦと
し、冷却水ポンプ（８２）をＯＮ、自動ブロー弁（８
９）をＯＮにする。

【００７７】ステップｃ５またはステップｃ１２の後
は、ステップｃ１３で２０分タイマをスタートさせる。
ステップｃ１４では、Ｃ＞Ｃ２＋△Ｃ２の状態が１分間
継続しているか否かを判断する。継続していなければ、
ステップｃ１５でタイマの計時が２０分に達しているか
否かを判断する。達していないときにはステップｃ１４
に戻る。ステップｃ１５で２０分経過していると判断さ
れるときには、ステップｃ１６で給水系異常停止の表示
を行って、自動ブロー弁（８９）をＯＦＦにし、冷却水
ポンプ（８２）もＯＦＦにする。ステップｃ１４で状態
が１分間継続していると判断されるときは、給水によっ
て水位回復と判断し、ステップｃ１７で強制サーモＯＦ
Ｆを解除する。ステップｃ１１またはステップｃ１７の
後は、ステップｃ１８で通常の制御に移る。

【００７８】図１８は、導電率の温度補正についてのデ
ータを示す。図１８（ａ）は、冷却水温度センサ（８
４）が検出する冷却水（８１）の温度とセンサ出力の導
電率換算値との関係を示す。２．１２％／℃の温度係数
があることが判る。図１８（ｂ）は、冷却水（８１）の
温度の時間的な変化の例を示す。図１８（ｃ）は、図１
８（ｂ）の温度変化に対応するセンサ出力の導電率換算
値の変化を示す。図１８（ｄ）は、温度補正した結果を
示す。このような温度補正は、コントローラ（９０）の
演算処理で行う。

【００７９】本発明の水質管理用導電率センサ（２０）
は、吸収式例温水機（７０）の冷却水（８１）の水質管
理ばかりではなく、各種プラントの冷却水、あるいは食
品や化学工業などの原料となる水の水質管理など、広く
利用することができる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、外部の電
力供給側から電気的に絶縁された状態で被験液（８１）
中に電極（２１，２２，２３，２４）を浸漬して導電率
の測定を行うので、ノイズの重畳等の影響を少なくして
正確な測定を行うことができる。また水質管理用導電率
センサ（２０）内に処理手段（３０）を設けて導電率の
検出についてのインテリジェントセンサを構成し、導電
率の測定処理を分散して行うことができるので導電率に
基づいて水質管理を行うホストコントローラの負担を軽
くすることもできる。また電流印加電極（２１，２２）
と電圧測定電極（２３，２４）との間で電気抵抗素子
（３９）による電気的接続を行うので、被験液（８１）
の液面が低下しても電圧測定電極（２３，２４）間がオ
ープン状態とはならずに、安定に液面安定を行うことが
できる。

【００８１】また本発明によれば、電源をＤＣ／ＤＣコ
ンバータ（３３）で構成し、その内部のトランス（６
６）で電気的な絶縁を行うので、小形かつ軽量で外部か
ら絶縁された電源（３３）を得ることができる。また、
処理手段（３０）はデジタル化した信号でトランスまた
はフォトカプラ（３２）を介して信号の入出力を行うこ
とができるので、外部に信号を伝達する際のノイズの影
響を少なくして信頼性を向上させることができる。

【００８２】また本発明によれば、同一のプリント配線
基板（３８）上に主要な構成要素を搭載し、モールド
（３６，３７）で一体化し単一のモジュール内で最短配
置することができるので、ノイズの影響を受けにくく、
信頼性を向上させることができる。また電源の浮遊容量
や、対地容量との影響を受けないで、正確な導電率測定
を行うことができる。

【００８３】また本発明によれば、モールド（３６，３
７）を硬度が異なる２種類の樹脂材料で形成し、内側の
モールド（３６）が軟質の樹脂材料で形成するので構成
要素を確実に保護し、機密性を高め、外部に対しての堅
牢性を確保することができる。

【００８４】

【００８５】さらに本発明によれば吸収式冷温水機の冷
却水の水質管理と液面判定とを、同一の水質管理用導電
率センサ（２０）を用いて行うことができる。

【００８６】また本発明によれば、冷却水（８１）の温
度の変化があっても温度センサ（８４）が検出する冷却
水（８１）の温度に基づいて導電率の補正を行うので、
精度の高い水質管理を行うことができる。温度センサ
（８４）は、吸収式冷温水機の制御用に設けておくもの
を流用することができるので、新たに温度センサ（８
４）を設けることなく、確実な温度補正を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎となる形態としての水質管理用導
電率センサ（２０）の概略的な電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の水質管理用導電率センサ（２０）の外形
を示す斜視図である。

【図３】図１の水質管理用導電率センサ（２０）の平面
図、正面図および右側面図である。

【図４】図３に示す実装状態のプリント配線基板（３
８）の平面図および正面図である。

【図５】本発明の実施の一形態としての水質管理用導電
率センサの部分的な電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図６】２電極法によって導電率を測定する電気的構成
を示すブロック図および測定結果の例を示すグラフであ
る。

【図７】４電極法によって導電率を測定する電気的構成
を示すブロック図および測定結果の例を示すグラフであ
る。

【図８】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ（２
０）の腐食加速試験の概要を示すブロック図である。

【図９】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ（２
０）で、導電率を測定するための概略的な電気的構成を
示すブロック図である。

【図１０】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、同期整流回路（２７）およびΣΔ型Ａ／Ｄ
変換器（３１）に関連する電気的構成を示すブロック図
および動作タイミングを示すタイムチャートである。

【図１１】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）での電気的
な絶縁の効果を示すグラフである。

【図１２】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）の概略的な
電気的構成を示すブロック図である。

【図１３】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、シリアル通信用のデータフォーマットを示
す図、およびデータの構成とを示す図である。

【図１４】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、ＭＰＵ（３０）のプログラム動作のメイン
ルーチンを示すフローチャートである。

【図１５】図１の基礎形態の水質管理用導電率センサ
（２０）で、ＭＰＵ（３０）のプログラム動作の割り込
み処理を示すフローチャートである。

【図１６】本発明の実施の他の形態としての吸収式冷温
水機（７０）の概略的な配管系統図である。

【図１７】図１６のコントローラ（９０）の動作を示す
フローチャートである。

【図１８】図１６のコントローラ（９０）による導電率
の温度補正の例を示すグラフである。

【図１９】従来からの水質管理用導電率センサ（４）の
概略的な使用法を示すブロック図である。

【図２０】図１９で、炎検出も行う場合を示すブロック
図である。

【符号の説明】

２０ 水質管理用導電率センサ ２１，２２ 電流印加電極 ２３，２４ 電圧測定電極 ２５ 両極性低電流源 ２６ 差動増幅回路 ２７ 同期整流回路 ３０ ＭＰＵ ３１ ΣΔ型Ａ／Ｄ変換器 ３２ フォトカプラ ３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ ３６ 内側モールド ３７ 外側モールド ３８ プリント配線基板 ３９ 抵抗 ４４ ４電極セル ６６ 絶縁トランス ７０ 吸収式冷温水機 ７１ 冷温水機 ７２ 吸収塔 ８０ 冷却水タンク ８１ 冷却水 ８２ 冷却水ポンプ ８３ 冷却水供給管 ８４ 冷却水温度センサ ８５ 冷却水排出管 ８９ 自動ブロー弁 ９０ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−221285（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−56777（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−313479（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−41613（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−36908（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−122935（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−159360（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−188030（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−24392（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−152923（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−21730（ＪＰ，Ｕ) 実公 平５−22858（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験液（８１）中に浸漬して使用する水
   質管理用導電率センサ（２０）であって、 被験液（８１）の導電率を測定するための電極（２１，
   ２２，２３，２４）と、 電極（２１，２２，２３，２４）から得られる入力を処
   理して、導電率に対応する信号を生成する処理手段（３
   ０）と、 外部から供給される電力を変換して、処理手段（３０）
   に動作用の電力を供給する電源（３３）と、 電源（３３）内で、外部の電力供給側と電源（３３）か
   ら動作用の電力が供給される範囲の側とを電気的に絶縁
   する電源絶縁手段（６６）と、 処理手段（３０）と、該電源（３３）から動作用の電力
   が供給される範囲に対して外側の部分との間の信号の入
   出力を、電気的に絶縁して行う信号入出力手段（３２）
   とを含み、 前記電極（２１，２２，２３，２４）は、４電極法によ
   る導電率測定が可能なように、 間隔をあけて配置される一対の電流印加電極（２１，２
   ２）と、 電流印加電極（２１，２２）間に間隔をあけて配置され
   る一対の電圧測定電極（２３，２４）とを備え、 各電圧測定電極（２３，２４）と、隣接して配置される
   電流印加電極（２１，２２）との間に、前記被験液（８
   １）の抵抗値上限を超える抵抗値を有する電気抵抗素子
   （３９）が接続されることを特徴とする水質管理用導電
   率センサ。
2. 【請求項２】 前記電源は、外部から供給される直流電
   力を直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）
   であり、 前記電源絶縁手段は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）
   中に用いられるトランス（６６）であり、 前記処理手段（３０）は、デジタル信号で外部との間の
   入出力を行い、 前記信号入出力手段は、トランスまたはフォトカプラ
   （３２）を介して該デジタル信号の入出力を行うことを
   特徴とする請求項１記載の水質管理用導電率センサ。
3. 【請求項３】 前記電極（２１，２２，２３，２４）、
   前記電源（３３）、前記電源絶縁手段（６６）および前
   記信号入出力手段（３２）を含む構成要素が実装される
   プリント配線基板（３８）と、 該構成要素が実装されたプリント配線基板（３８）を、
   該電極（２１，２２，２３，２４）は表面に露出し、他
   の構成要素は埋込まれるように、電気絶縁性の樹脂材料
   で一体的に形成されるモールド（３６，３７）とを、さ
   らに含むことを特徴とする請求項１または２記載の水質
   管理用導電率センサ。
4. 【請求項４】 前記モールド（３６，３７）は、硬度の
   異なる２種類の樹脂材料を内側および外側に分けて使用
   する二重構造として形成され、 内側のモールド（３６）の方が、外側のモールド（３
   ７）に比べて、軟質の樹脂材料で形成されることを特徴
   とする請求項３記載の水質管理用導電率センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の水質管
   理用導電率センサ（２０）が、循環使用する冷却水（８
   １）の貯槽（８０）に浸漬され、 水質管理用導電率センサ（２０）から出力される信号に
   基づいて、冷却水（８１）の水質管理と、貯槽（８０）
   内の水位判定とを行うコントローラ（９０）を備えるこ
   とを特徴とする吸収式冷温水機。
6. 【請求項６】 前記貯槽（８０）から供給される冷却水
   （８１）の温度を検出する温度センサ（８４）をさらに
   備え、 前記コントローラ（９０）は、該温度センサ（８４）が
   検出する冷却水（８１）の温度に従って、前記水質管理
   用導電率センサ（２０）から出力される導電率を補正す
   ることを特徴とする請求項５記載の吸収式冷温水機。