JP4278303B2 - 流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための装置および方法ならびに該装置および該方法の使用に関する。
【０００２】
たとえば透析のような多くの範囲において、液体の導電率は液体の組成を知るための重要な尺度として利用される。流れによって流過される電極を用いた測定が標準的方法であるが、しかしこのような方法は、使い捨て製品（「Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ）、たとえばチューブにおける測定のためには不適当である。なぜならば、コストの理由から、使い捨て製品に電極を組み込むことができないからである。
【０００３】
流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式（無電極式）に測定するための装置は、ドイツ連邦共和国特許第３７１８１１１号明細書に基づき公知である。この公知の装置では、コイルを介して液体中に電流が誘導され、この電流の強さが第２のコイルを用いて測定される。この公知の装置は製造や取扱いの点で手間がかかる。
【０００４】
したがって、本発明の課題は、簡単に取り扱うことができ、しかもできるだけ廉価となるような、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための装置および方法を提供することである。
【０００５】
この課題は本発明によれば、流れ通路を取り囲むように正確に環状コイルもしくはトロイダルコイル（Ｔｏｒｕｓｓｐｕｌｅ）が配置されており、該トロイダルコイルが評価回路に接続可能であることにより解決される。
【０００６】
本発明は、トロイダルコイルによって時間的に可変の磁界が形成され、この磁界の磁束線が、トロイダルコイルの内部に延びる（少なくとも理想化されて）同心的な円を形成するという思想を基礎としている。トロイダルコイルを形成するトロイダル体もしくは輪環状体の内部における時間的に可変の磁界により、時間的に可変の電界が形成され、この電界の電界ベクトルは軸方向でトロイダル体を貫いて、ひいてはトロイダルリング内に配置された液体通路を貫いて延びている。
【０００７】
コイル電流の周波数と共にその前符号を変化させる前記電界により、液体中に存在するイオンが運動させられ、このことは軸方向で液体を貫く交流電流を意味する。したがって、液体中での電流の発生は、ドイツ連邦共和国特許第３７１８１１１号明細書に記載の方法と同じ方法で行われる。しかし本発明によれば、液体を通って流れる電流の強さが測定されるのではなく、液体中の電流の流れと液体のオーム抵抗とに基づき生ぜしめられた、測定装置の出力損失が測定される。
【０００８】
評価回路およびコイルならびに液体通路が適当に設定されていれば、液体通路の端部の形成（弁等）や、液体通路の周囲も、測定信号の安定性には無視し得る程度の影響しか及ぼさないことが判っている。
【０００９】
液体通路の特別な構成は必要とならない。有利には液体通路は数１０ｃｍの長さにおいて、時間的に可変の、液体案内に関するエレメント、たとえば弁を有しないことが望ましい。
【００１０】
本発明による装置の有利な構成では、トロイダルコイルが、コイル枠体と、該コイル枠体に巻き付けられた線材とから成っている。
【００１１】
トロイダルコイルの線材巻付け層が単層に形成されていると有利である。
【００１２】
また、コイル枠体が非磁性材料から成っていると有利である。
【００１３】
本発明のさらに別の有利な構成では、トロイダルコイルが軸方向で分割されている。
【００１４】
また、トロイダルコイルが、流れ通路を嵌め込むために開放可能であることも有利である。
【００１５】
これにより、流れ通路、たとえばチューブを、トロイダルコイル内に持ち込むことが可能となる。トロイダルコイルは使い捨て製品（たとえばカセット）の縁部を取り囲むようにフラップ式に閉じ合わせることもできる。これにより、使い捨て製品の縁部に設けられた液体通路を取り囲んで把持することができる。
【００１６】
さらに、トロイダルコイルを開放旋回させるために少なくとも１つのヒンジが設けられていると有利である。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な構成では、トロイダルコイルが、流れ通路を嵌め込むために並進運動によって開放可能である。
【００１８】
この場合、この並進運動は軸方向または半径方向で行うことができる。
【００１９】
本発明のさらに別の有利な構成では、トロイダルコイルが、キャパシタンスと共に振動回路を形成するように接続されている。
【００２０】
本発明のさらに別の有利な構成では、前記評価回路が、振動回路の減衰を検出するための手段を有している。
【００２１】
本発明のさらに別の有利な構成では、前記評価回路が、トロイダルコイルの品質（Ｑ）を規定するための手段を有している。
【００２２】
導電率の測定はこの場合、コイルの品質（コイルのＱ）の測定もしくは振動回路における共振振動の減衰の測定により行われる。このためには両事例において、コイルがキャパシタンスと共に、ＭＨｚ領域の共振周波数を有する振動回路を形成するように接続される。たとえばコイルにおける振動振幅を測定するか、もしくは振動振幅の変化を測定することにより、コイル内に存在する媒体の導電率を測定することができる。また、品質測定も同じく使用され得る。この品質測定では、共振時の装置の無効抵抗（リアクタンス）対実効抵抗の比が求められる。
【００２３】
さらに本発明の対象は、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための方法において、以下の方法ステップ：
―流れ通路を取り囲むようにトロイダルコイルを配置し、この場合、該トロイダルコイルに評価回路を接続し、
―該評価回路の電気的な特性量を測定し、
―評価回路の、測定された電気的な特性量から導電率を算出する
を実施することを特徴とする、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための方法である。
【００２４】
すなわち、電気的な特性量（トロイダルコイルのＱ、振動回路の振動の減衰）の変化が、評価回路の範囲において測定され、この測定された特性量に基づき導電率が求められる。また、当然ながら、電気的な特性量の測定を直接にトロイダルコイルの範囲で行い、評価回路では単に評価だけを実施することも考えられる。
【００２５】
さらに、本発明による装置または本発明による方法を透析液の導電率測定のために使用することも、本発明の枠内にある。
【００２６】
本発明は主として次のような利点をもたらす：
―使い捨て製品においても導電率の簡単な測定が可能となる。「測定」とはこの場合、較正曲線もしくは検量曲線により導電率を絶対的に規定することを意味するだけでなく、液体の相対導電率に関するデータを表示することをも意味する。
【００２７】
―この場合、特別な使い捨て製品は必要とならない。なぜならば、トロイダルコイルが標準的なチューブと取り囲むように配置され得るからである。カセット形使い捨て製品が使用される場合には、カセットの縁範囲に液体通路が設置されるだけでよく、これによりトロイダルコイルは液体通路を取り囲んで把持することができる。
【００２８】
―当該装置は単に１つのコイルしか有しておらず、これにより構造が一層単純でかつ廉価となる。
【００２９】
―液体通路を取り囲むようにコイルを閉じ合わせることにより、取扱いが極めて簡単である。
【００３０】
―容量測定の場合よりも著しく大きな顕著な測定効果が得られ、この測定効果は比較的単純な電子回路によって評価され得る。
【００３１】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００３２】
図１から判るように、この装置は、非磁性材料（たとえばプラスチック）から成るコイル枠体１を有している。このコイル枠体１には、線材から成る単層のコイル巻付け層２が巻き付けられている。コイル枠体１は軸方向で分割されており（図２）、等大の２つの半部は、たとえばヒンジを介して開放旋回可能である。両半部の開放旋回により、液体通路３、たとえばチューブを装置内に嵌め込むことが可能となる。
【００３３】
トロイダルコイルはキャパシタンスと共に振動回路を形成するように接続されており、この振動回路はＭＨｚの範囲に共振周波数を有している。トロイダルコイルが適当に寸法設定されていて、かつ振動回路が適当に励起されると、約７ｍＳ／ｃｍ〜約１７ｍＳ／ｃｍの液体の導電率の変化時に、つまり導電率の、生理学的に重要となる範囲内での液体の導電率の変化時に、約２Ｖｓｓのトロイダルコイルにおける電圧振幅の変化が達成される。
【００３４】
このような振幅変化は評価回路によって評価される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液体通路を取り囲むように配置されている、閉じられた本発明による装置の斜視図である。
【図２】 開放旋回させられた本発明による装置と、この装置内に持ち込まれた液体通路とを示す断面図である。
【符号の説明】
１ コイル枠体、 ２ コイル巻付け層、 ３ 液体通路

Claims (12)

1. 流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための装置において、当該装置が、流れ通路（３）を取り囲むように配置するための正確に１つのトロイダルコイル（１，２）を有しており、該トロイダルコイル（１，２）によって時間的に可変の磁界が形成され、該磁界により、トロイダルコイルを形成するトロイダル体の内部に時間的に可変の電界が形成され、該電界の電界ベクトルが、軸方向でトロイダル体を貫いて、ひいてはトロイダルリング内に配置された流れ通路を貫いて延びており、さらに当該装置が、前記トロイダルコイル（１）に接続された評価回路を有しており、該評価回路で、液体中の電流の流れと液体のオーム抵抗とに基づき生ぜしめられた出力損失によって、流れ通路（３）内に存在する液体の導電率が検出可能であることを特徴とする、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための装置。
2. トロイダルコイル（１，２）が、コイル枠体（１）と、該コイル枠体（１）に巻き付けられた線材（２）とから成っている、請求項１記載の装置。
3. トロイダルコイル（１，２）の線材巻付け層（２）が単層に形成されている、請求項２記載の装置。
4. コイル枠体（１）が非磁性材料から成っている、請求項２記載の装置。
5. トロイダルコイル（１，２）が軸方向で分割されている、請求項１記載の装置。
6. 分割されたトロイダルコイル（１，２）が、流れ通路（３）を嵌め込むために開放可能である、請求項５記載の装置。
7. トロイダルコイル（１，２）を開放旋回させるために少なくとも１つのヒンジが設けられている、請求項５記載の装置。
8. トロイダルコイル（１，２）が、流れ通路（３）を嵌め込むために並進運動によって開放可能である、請求項１記載の装置。
9. トロイダルコイル（１，２）が、キャパシタンスと共に振動回路を形成するように接続されている、請求項１記載の装置。
10. 前記評価回路が、振動回路の減衰を検出するための手段を有している、請求項８記載の装置。
11. 前記評価回路が、トロイダルコイル（１，２）の品質を規定するための手段を有している、請求項１記載の装置。
12. 流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための方法において、次の方法ステップ：
    −流れ通路を取り囲むように１つのトロイダルコイルを配置し、ただし該トロイダルコイルは時間的に可変の磁界を形成し、該磁界により、トロイダルコイルを形成するトロイダル体の内部に、軸方向でトロイダル体を貫いて、ひいてはトロイダルリング内に配置された流れ通路を貫いて延びる電界ベクトルを有する、時間的に可変の電界が形成されるようになっており、さらに前記トロイダルコイルには評価回路が接続されており、
    −前記トロイダルコイルと前記評価回路とを有する測定装置の出力損失を測定し、
    −前記評価回路で、測定された出力損失から導電率を算出する、
    を実施することを特徴とする、流れ通路内に存在する液体の導電率を無接触式に測定するための方法。

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