JP4480738B2 - 濃度測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば食塩水の塩分濃度を測定する濃度測定装置に係り、特に、測定精度を向上させる技術に関する。
液体の塩分濃度を測定するために用いられる塩分濃度測定装置として、２つの電極間に液体を配置して電圧を印加し、液体中を流れる電流の値に基づいて塩分濃度を測定するものが知られている。
例えば、特開２００６−３４９４５０号公報（特許文献１）に記載されている塩分濃度測定装置では、２つの電極が設けられたサンプルステージに、塩分濃度を測定するサンプル液を注入し、２つの電極間に交流電圧を印加する。すると、サンプル液中に電流が流れ、この電流の値が電流計により測定される。そして、（測定電流）／（印加電圧）を演算することにより、サンプル液の電気伝導率が求められ、電気伝導率と塩分濃度との対応関係に基づいて、この電気伝導率に対応する塩分濃度が求められる。
特開２００６−３４９４５０号公報
このような塩分濃度測定装置では、サンプルステージの下部にセラミック基板を配置し、このセラミック基板上に厚さ３〜８μｍの金電極を厚膜印刷により形成していた。しかしながら、図１５に示すように、セラミック基板３１の表面には微細な凹凸があり、この凹凸が電極３２の表面に表出するため（図１６参照）、電極３２とサンプル液との接触角が変化し、塩分濃度が精度良く測定できないという問題があった。塩分濃度を測定するための電気伝導率は、電極とサンプル液との接触面積に依存し、この接触面積は、電極とサンプル液との接触角に依存するからである。接触角は一般に、固体表面の凹凸に影響されるだけでなく、液体の表面張力や固体と液体の界面張力によっても変化する。従って、標準液を用いた校正を行っても、標準液とサンプル液とでは表面張力や電極（金）との界面張力が異なるので、電極表面の凹凸による影響を取り除くことはできない。
また、従来の塩分濃度測定装置では、図１５に示すように、セラミック基板３１の上面及び電極３２の外縁上にオーバーコートガラス層３３を形成していた。しかしながら、オーバーコートガラス層３３は、一部の食品（例えば、しょうゆ、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれなど）に対して耐性が低く、それらの塩分濃度を測定する際に、サンプル液によって侵食され、電極３２から剥離し易いという問題点があった。すなわち、オーバーコートガラス層の電極からの剥離により、１）電極とサンプル液との接触面積が変化するため、塩分濃度が精度良く測定できない、２）電極部分あるいは測定装置の耐用寿命が短い、という問題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、測定対象物の濃度を精度良く測定することができ、且つ耐用寿命の長い濃度測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本願発明による濃度測定装置は、液体が注入される領域を構成するグレーズド基板であって、セラミック基板と、セラミック基板上に形成した第１のガラス層と、を有するグレーズド基板と、液体と接触するように、第１のガラス層の上に互いに間隔を空けて配置された第１の電極及び第２の電極と、を備える。
好ましくは、セラミック基板はアルミナ基板である。
好ましくは、セラミック基板は、９６重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、２．８重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、０．６重量％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、及び０．６重量％の酸化コバルト（ＣｏＯ）を含む。
好ましくは、第１のガラス層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。
好ましくは、第１のガラス層は４〜１６μｍの厚さを有する。
好ましくは、第１のガラス層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む複数の酸化物を混合する工程と、混合物を溶融してガラス化する工程と、固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成する工程と、樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程と、ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程と、ガラスペーストを印刷によってセラミック基板上に塗布する工程と、塗布したガラスペーストを焼成する工程と、を含む方法によって形成される。
好ましくは、第１の電極及び第２の電極は、３５〜４５重量％の有機金化合物を含む有機金ペーストを焼成することにより形成される。
好ましくは、第１の電極及び第２の電極は０．２〜０．３μｍの厚さを有する。
好ましくは、第１の電極及び第２の電極は、溶解した第１の金属を第１の有機化合物と混合して反応させ、第１のレジネートを生成する工程であって、第１の金属が金（Ａｕ）であり、第１のレジネートが金レジネートである工程と、溶解した第２の金属を第２の有機化合物と混合して反応させ、第２のレジネートを生成する工程と、第１のレジネート、第２のレジネート、及び溶剤を混練し、レジネートペーストを生成する工程と、レジネートペーストを用いて第１のガラス層上に電極パターンを印刷する工程と、印刷されたレジネートペーストを焼成する工程と、を含む方法によって形成される。
好ましくは、濃度測定装置は、第１のガラス層の上面及び第１の電極及び第２の電極の外縁を被覆する第２のガラス層を更に含む。
好ましくは、第２のガラス層は、６５〜７５重量％のＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを含むガラスペーストを焼成することにより形成される。
好ましくは、第２のガラス層は３〜５μmの厚さを有する。
好ましくは、第２のガラス層は酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を混合する工程と、混合物を溶融してガラス化する工程と、固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成するする工程と、樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程と、ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程と、ガラスペーストを第１のガラス層の上面及び第１の電極及び第２の電極の外縁上に塗布する工程と、塗布したガラスペーストを焼成する工程と、を含む方法によって形成される。
好ましくは、濃度測定装置は、第１の電極と第２の電極との間に電力を供給する電源手段と、第１の電極と第２の電極との間の電圧または第１の電極と第２の電極との間に流れる電流のうちの少なくとも一方を測定する検出手段と、検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、測定対象物の濃度を求める濃度測定手段と、求められた濃度を表示する表示手段と、を更に含む。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る濃度測定装置としての、塩分濃度測定装置の構成を示す外観図、図２は塩分濃度測定装置の分解斜視図である。
図示のように、この塩分濃度測定装置１は、上ケース２と下ケース３により全体が覆われる筐体構造を成している。そして、筐体内部には各種の電子部品を実装する基板４と、測定対象となる食塩水が注入される領域を形成するサンプルステージ１１と、測定結果となる塩分濃度を表示する液晶表示器等の表示部（表示手段）９と、処理の開始、ゼロ調整などの操作を行う操作スイッチ１０ａ，１０ｂと、を備えている。
サンプルステージ１１は、上部拡開円筒形状をなしている。サンプルステージ１１の下側開口部には、液体封密用のＯリング１２を介して電極基板５が配置されている。サンプルステージ１１及び電極基板５で囲まれた部分が測定対象となる食塩水の注入領域となる。
図３は、電極基板５を示す斜視図である。電極基板５上には、互いに離間する第１の電極８と第２の電極７が形成されている。第１の電極８は、サンプルステージ１１（図２）の円形状の開口部に対して概ね中心部に位置するように形成された円形の形状を有する。また、第２の電極７は、第１の電極８の周囲を概ね覆うように形成された、第１の電極８を中心とする円弧の形状を有する。
図４は、図３の符号ＩＶで示した部分の断面図である。図示のように、電極基板５は、セラミック基板１３と、セラミック基板１３の上に形成されたグレーズ層（第１のガラス層）１４と、を有するグレーズド基板である。
セラミック基板１３は、例えば、９６重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、２．８重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、０．６重量％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、０．６重量％の酸化コバルト（ＣｏＯ）を含むアルミナ基板である。
グレーズ層１４は、主成分として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含み、副成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むケイ酸塩ガラスを有する。グレーズ層１４は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化鉛（ＰｂＯ）、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化物を更に含んでもよい。グレーズ層１４は、４〜１６μｍの厚さを有することが好ましい。
図５は、セラミック基板１３上にグレーズ層１４を形成する方法の一実施形態を示す。
ステップＳ５０１で、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む複数の酸化物を混合する。
ステップＳ５０３で、この混合物を溶融してガラス化し、ステップＳ５０５で、固化したガラスを粉砕してガラス粉（フリット）を生成する。
ステップＳ５０７で、樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する。
ステップＳ５０９で、ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する。
ステップＳ５１１で、ガラスペーストを印刷（スクリーン印刷）によってセラミック基板１３上に塗布する。
ステップＳ５１３で、塗布したガラスペーストを約１２００度の融点で焼成（加熱・融解）し、グレーズ層１４を形成する。
このような形成方法によれば、表面に数μｍの凹凸を有するセラミック基板上に、厚さ４〜１６μｍの表面が平滑なグレーズ層を形成することができる。
再び図４を参照すると、グレーズ層１４の上に形成された第１の電極７及び第２の電極８は、３５〜４５重量％の有機金化合物、１０〜２０重量％の樹脂、１〜６重量％の添加剤（ビスマス（Ｂｉ）及びケイ素（Ｓｉ）を含む）、及び３５〜４５重量％の溶剤（イソボニルアセテート及び芳香族炭化水素を含む）を含む有機金ペーストを焼成して形成される。電極７，８は、０．２〜０．３μｍの厚さを有することが好ましい。
図６は、グレーズ層１４上に電極７，８を形成する方法の一実施形態を示す。
ステップＳ６０１で、金メタルを溶解する。
ステップＳ６０３で、溶解した金メタルを有機化合物と混合して反応させ、Ａｕ（金）レジネートを生成する。レジネートは、金属が有機化合物と化学結合したものであり、Ｒ−ＣＯＯ−ＭｅやＲ−Ｓ−Ｍｅ（Ｒ：有機化合物、Ｍｅは金属）などの構造を有する。
ステップＳ６０５で、添加メタルを溶解する。
ステップＳ６０７で、溶解した添加メタルを有機化合物と混合して反応させ、添加レジネートを生成する。
ステップＳ６０９で、Ａｕレジネート、添加レジネート、及び溶剤を混練し、レジネートペーストを生成する。
ステップＳ６１１で、レジネートペーストを用いてグレーズ層１４上に電極パターンを印刷（スクリーン印刷）する。
ステップＳ６１３で、グレーズ層１４上に印刷したレジネートペーストを金の融点（約１０００度）以下である約８００度で焼成し、有機化合物を熱分解させて、金薄膜電極７、８を形成する。
図７は、グレーズド基板５の上に形成した電極７の表面を示す。図示のように、グレーズド基板５の上に形成した電極７は、図１６に同じ縮尺で示した従来の電極に比べて、表面が平滑である。より詳細には、従来の電極における表面の平滑度Ｒａ（凹部と凸部の高さの差）は０．７５〜０．８５μｍであるが、グレーズド基板５上に形成した電極７、８の表面の平滑度Ｒａは、０．０２〜０．０８μｍである。このように平滑度の良い電極によれば、電極とサンプル液との接触角への、電極表面の凹凸による影響を低減することができる。従って、電極とサンプル液との接触面積を一定に保ち、塩分濃度を精度良く測定することができる。
また、表面が平滑なグレーズド基板５の上に電極を形成することにより、或いは、上記のように有機金化合物を含む電極とすることにより、電極７，８の厚さを薄くすることが可能となる。より詳細には、厚膜印刷によって形成される従来の電極の厚さが３〜８μｍであるのに対して、上記方法によって形成される本発明の電極７，８の厚さは０．２〜０．３μｍである。このように、電極の厚さを１０分の１から４０分の１にすることによって、電極の材料、特に金などの高価な材料を低減することができ、材料コストを削減することができる。
再び図４を参照すると、グレーズ層１４の上面と第１の電極７及び第２の電極８の外縁を覆うように、オーバーコートガラス層（第２のガラス層）１５が形成されている。このオーバーコートガラス層１５は、６５〜７５重量％のＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、１〜５重量％の樹脂、及び２１〜３０重量％の溶剤を含むガラスペーストを焼成して形成される。樹脂は、セルロース系樹脂であることが好ましい。溶剤は、例えば、２０〜２５重量％のジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（Ｃ４Ｈ９（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＯＣＨ３）、及び１〜５重量％のジエチレングリコールモノブチルエーテル（Ｃ４Ｈ９（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＨ）を含む。オーバーコートガラス層１５は、３〜５μmの厚さを有することが好ましい。
図８は、グレーズ層１４の上面及び電極７，８の外縁を覆うオーバーコートガラス層１５を形成する方法の一実施形態を示す。
ステップＳ８０１で、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を混合する。
ステップＳ８０３で、この混合物を溶融してガラス化し、ステップＳ８０５で、固化したガラスを粉砕してガラス粉（フリット）を生成する。
ステップＳ８０７で、樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する。
ステップＳ８０９で、ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する。
ステップＳ８１１で、ガラスペーストをグレーズ層１４の上面及び電極７，８の外縁上に塗布する。
ステップＳ８１３で、塗布したガラスペーストを５００〜８００度で焼成し、オーバーコートガラス層１５を形成する。
このように形成したオーバーコートガラス層によれば、醤油、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれなどのサンプル液による侵食を防止することができる。従って、電極とサンプル液との接触面積を一定に保ち、塩分濃度を精度良く測定することができ、また、電極部分あるいは測定装置の耐用寿命が長くなる。
図９は、塩分濃度測定装置１の制御部を示すブロック図である。同図に示すように、制御部は、所定の周波数の交流電圧信号を発生する信号発生器（電源手段）２２と、信号発生器２２より出力される交流信号を増幅する出力増幅回路２３とを備える。出力増幅回路２３の出力端子はシャント抵抗２１を介して第２の電極７に接続されている。また、第１の電極８は、グランドに接地されている。
更に、第２の電極７は、第２の電極７に印加される電圧を検出する電圧検出回路（検出手段）２５に接続されている。また、シャント抵抗２１の両端は、電流検出回路（検出手段）２４に接続されており、シャント抵抗２１に発生する電圧に基づいて、シャント抵抗２１に流れる電流を求める。
電流検出回路２４、及び電圧検出回路２５の各出力端は、各検出回路２４，２５で検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するためのＡＤ変換回路２７に接続され、更に、該ＡＤ変換回路２７の出力端はＣＰＵ（濃度測定手段）２８に接続されている。ＣＰＵ２８は、電流検出回路２４で検出された電流、及び電圧検出回路２５で検出された電圧に基づき、第２の電極７と第１の電極８の間に注入された食塩水の電気伝導率ｇを求める処理を行う。更に、ＣＰＵ２８は、図６に示す如くの電気伝導率と塩分濃度との関係を示す特性データを備えており、この特性データに、求められた電気伝導率ｇを代入することにより、注入された食塩水の塩分濃度を求める。
表示部９は、ＣＰＵ２８で求められた塩分濃度を表示する。
次に、上記のように構成された本実施形態に係る塩分濃度測定装置の処理動作について説明する。図１及び図２に示したサンプルステージ１１内に測定対象となる食塩水を注入した状態で、ＣＰＵ２８から信号発生器２２に起動信号が送られると、信号発生器２２より所定周波数の交流の電圧信号が出力される。
そして、出力された電圧信号は、出力増幅回路２３にて増幅された後、シャント抵抗２１を介して第２の電極７に印加される。また、サンプルステージ１１の中央部に形成された第１の電極８はグランドに接地されているので、食塩水中にて第２の電極７から第１の電極８に向けて電流が流れる。
２つの電極７，８間を流れる電流がシャント抵抗２１に流れることにより、シャント抵抗２１の両端には、電流に比例した大きさの電圧が発生する。電流検出回路２４では、シャント抵抗２１に生じる電圧、及びこのシャント抵抗２１の抵抗値に基づいてシャント抵抗２１に流れる電流を求め、求めた電流データをＡＤ変換回路２７に出力する。そして、ＡＤ変換回路２７では、電流データをディジタル化して、ＣＰＵ２８に出力する。
また、第２の電極７に生じる電圧は、電圧検出回路２５で検出され、検出された電圧はＡＤ変換回路２７でディジタル化され、ＣＰＵ２８に出力される。
その後、ＣＰＵ２８では、求められた電圧（Ｖ）と、電流（Ｉ）から、ｇ＝Ｉ／Ｖの関係式を用いて電気伝導率ｇを求める。更に、この電気伝導率ｇを図１０に示した特性データに代入することにより、塩分濃度を求め、求められた塩分濃度データを表示部９に出力する。こうして、表示部９に塩分濃度が表示され、操作者はサンプルとして注入した食塩水の塩分濃度を知ることができるのである。
このように、本実施形態に係る塩分濃度測定装置では、セラミック基板１３上にグレーズ層１４が形成されたグレーズド基板を電極基板５として用いることにより、電極の表面を平滑にすることができる。それにより、電極とサンプル液との接触面積を一定に保ち、塩分濃度の測定精度を向上することができる。
また、平滑な表面に電極７，８を形成することにより、また電極７，８を有機金化合物を原料とする金電極とすることにより、電極７，８の厚さを従来よりも薄くすることができる。それにより、電極７，８の材料を低減し、材料コストを削減することができる。
更に、６５〜７５重量％のＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを含むオーバーコートガラス層１５を、グレーズド基板上及び電極７，８の外縁上に形成することにより、醤油、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれなどのサンプル液による侵食（剥がれ）を防止することができる。それにより、電極とサンプル液との接触面積を一定に保ち、塩分濃度の測定精度を向上することができる。また、電極部分あるいは測定装置の耐用寿命が長くなる。
本願発明による電極部（電極基板、電極、及びオーバーコートガラス層）と従来の電極部を用いて塩分濃度を測定し、測定値の精度及び測定値の経時変化を比較した。
本願発明による電極部として、図５、図６、及び図８に示した方法により製造したものを用いた。より詳細には、電極基板は、アルミナ基板（９６重量％の酸化アルミニウム、２．８重量％の二酸化ケイ素、０．６重量％の酸化マグネシウム、及び０．６重量％の酸化コバルトを含む）の上に、二酸化ケイ素及び酸化カルシウムを含むグレーズ層を形成したものである。電極は、３５〜４５重量％の有機金化合物、１０〜２０重量％の樹脂、１〜６重量％の添加剤（ビスマス及びケイ素を含む）、及び３５〜４５％の溶剤（イソボニルアセテート及び芳香族炭化水素を含む）を含む有機金ペーストを焼成して形成したものである。オーバーコートガラス層は、６５〜７５重量％のＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、１〜５重量％のセルロース系樹脂、２０〜２５重量％のジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、及び１〜５重量％のジエチレングリコールモノブチルエーテルを含むガラスペーストを焼成して形成したものである。
また、従来の電極部として、電極基板には、本願発明による電極基板に使用したものと同じアルミナ基板（グレーズ層を形成してしないもの）を用いた。電極は、厚膜印刷により形成したもので、３〜８μｍの厚さを有する。この電極は、８０〜９０重量％の金、１〜３重量％のロジウム化合物酸化ビスマス、１重量％未満の酸化銅、１重量％未満のエチルセルロース、５〜１５％の２，２，４−トリメチル−３−ヒドロキシベンチイソブチレート、及び１重量％未満のフタル酸ビスを含む金ペーストを焼成して形成したものである。より詳細には、金メタルの微細粉末を溶解、還元して生成した金粉と、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と他の酸化物とを混合、溶融、粉砕して生成したガラス粉と、酸化物を粉砕して生成した酸化物粉と、樹脂を溶剤で溶解して生成したビヒクルと、を混練して金ペーストを作成し、この金ペーストでアルミナ基板に電極パターンを印刷し、焼成することにより、電極を形成した。
また、従来の電極部のオーバーコートガラス層は、６〜１０μｍの厚さを有する。このオーバーコートガラス層は、６９重量％のガラス成分（５７重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、４重量％の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、及び８重量％のコバルト（Ｃｏ）酸化物を含む）、２３重量％の溶剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート）、及び２重量％の樹脂（エチルセルロース）を含むガラスペーストを焼成して形成したものである。より詳細には、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、及びコバルト（Ｃｏ）酸化物を混合、溶融、粉砕して生成したガラス粉と、樹脂を溶剤で溶解して生成したビヒクルと、を混練し、アルミナ基板上及び電極の外縁上に塗布し、５００〜８００度で焼成することにより、オーバーコートガラス層を形成した。
サンプル液には、塩分濃度２．５％の食塩水を用いた。また、５０日間の期間中２０日間、各日５回、１回毎にサンプル液を交換して測定を行った。
図１１は、塩分濃度の測定結果を示すグラフである。グラフの縦軸は、塩分濃度（％）を示し、横軸は測定日を示す。
図示のように、本願発明による電極部で測定した塩分濃度は、実際の塩分濃度２．５％に対して２．４７〜２．５４％であり、精度よく測定できたことが分かる。また、測定値は、５０日間にわたってほとんど変わらず、長期にわたって安定して測定できたことが分かる。
一方、従来の電極部で測定した塩分濃度は、全体として実際の塩分濃度２．５％に対して高めであった。また、測定日が後になるに連れて、塩分濃度がより高めに測定されている。これは、サンプル液によってオーバーコートガラス層が侵食され（剥がれ）、それにより電極とサンプル液との接触面積が大きくなったためと考えられる。
本願発明による電極部と従来の電極部を侵食性の高いサンプルに浸漬し、塩分濃度の測定および目視検査により耐侵食性を調べた。
より詳細には、まず、標準液として２．５％の食塩水を用いて、それぞれの電極部を取り付けた装置の校正を行った後、測定用サンプル液の塩分濃度の測定（浸漬前の測定）を行った。次いで、それぞれの装置のサンプルステージに浸漬用のサンプル液を注入し、それぞれの電極部を浸漬用サンプル液に１０時間浸漬させた。その間、２時間毎にそれぞれの電極部を光学顕微鏡（約２００倍）を用いて観察し、オーバーコートガラス層の剥がれの有無を確認した。１０時間後、それぞれの浸漬用サンプル液を取り除き、蒸留水で洗浄した後、再び測定用サンプル液の塩分濃度の測定（浸漬後の測定）を行った。
本願発明による電極部及び従来の電極部には、実施例１と同じものを使用した。浸漬用サンプル液には、しょうゆ、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれの原液及び１０倍希釈液の８種類を用いた。また、塩分濃度を測定するためのサンプル液には、１％、２％、３％、４％、５％の食塩水の５種類を用いた。
目視検査の結果、本発明による電極部については、８種類の浸漬用サンプル液のいずれに浸漬したものにも、１０時間浸漬後にオーバーコートガラス層の剥がれは見られなかった。一方、従来の電極部については、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれの１０倍希釈液に浸漬したものでは、１０時間浸漬後にもオーバーコートガラス層の剥がれは見られなかったが、しょうゆ原液、めんつゆ原液、しょうゆ１０倍希釈液に浸漬したものでは２時間浸漬後に、浅漬けの素原液に浸漬したものでは４時間浸漬後に、焼肉のたれ原液に浸漬したものでは６時間浸漬後に、オーバーコートガラス層の剥がれが確認された。
図１２は、本発明による電極部を用いた、浸漬前後における塩分濃度の測定結果を示す。図１３は、従来の電極部を用いた、浸漬前後における塩分濃度の測定結果を示す。図１２及び図１３共に、横軸は測定用サンプルの実際の塩分濃度（％）を示し、縦軸は測定された塩分濃度（％）を示す。
図１２に示すように、本発明による電極部では、浸漬の前後共に精度よく塩分濃度が測定できていることが分かる。一方、図１３に示すように、従来の電極部では、全体として浸漬後に塩分濃度が実際より高めに測定されており、特に、測定用サンプルの塩分濃度が高いものについては、オーバーレンジで測定不可能となっていることが分かる。
以上の結果から、本発明による電極部は、しょうゆ、めんつゆ、浅漬けの素、焼肉のたれなどに対して耐侵食性が高いことが確認された。従って、本発明による電極部は、これらの侵食性が高いサンプルについても塩分濃度を精度良く測定することができると考えられる。
要するに、本願発明による濃度測定装置１０は以下の特徴を有する。
１．液体が注入される領域を構成するグレーズド基板５であって、セラミック基板１３と、セラミック基板１３上に形成した第１のガラス層１４と、を有するグレーズド基板５と、
液体と接触するように、第１のガラス層１４の上に互いに間隔を空けて配置された第１の電極８及び第２の電極７と、
を備える。
液体と接触するように、第１のガラス層１４の上に互いに間隔を空けて配置された第１の電極８及び第２の電極７と、
を備える。
２．セラミック基板１３がアルミナ基板である。
３．セラミック基板１３が、９６重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、２．８重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、０．６重量％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、及び０．６重量％の酸化コバルト（ＣｏＯ）を含む。
４．第１のガラス層１４が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。
５．第１のガラス層１４が４〜１６μｍの厚さを有する。
６．第１のガラス層１４が、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む複数の酸化物を混合する工程（Ｓ５０１）と、
混合物を溶融してガラス化する工程（Ｓ５０３）と、
固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成する工程（Ｓ５０５）と、
樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程（Ｓ５０７）と、
ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程（Ｓ５０９）と、
ガラスペーストを印刷によってセラミック基板１３上に塗布する工程（Ｓ５１１）と、
塗布したガラスペーストを焼成する工程（Ｓ５１３）と、
を含む方法によって形成される。
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む複数の酸化物を混合する工程（Ｓ５０１）と、
混合物を溶融してガラス化する工程（Ｓ５０３）と、
固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成する工程（Ｓ５０５）と、
樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程（Ｓ５０７）と、
ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程（Ｓ５０９）と、
ガラスペーストを印刷によってセラミック基板１３上に塗布する工程（Ｓ５１１）と、
塗布したガラスペーストを焼成する工程（Ｓ５１３）と、
を含む方法によって形成される。
７．第１の電極８及び第２の電極７が、３５〜４５重量％の有機金化合物を含む有機金ペーストを焼成することにより形成される。
８．第１の電極８及び第２の電極７が０．２〜０．３μｍの厚さを有する。
９．第１の電極８及び第２の電極７が、
溶解した第１の金属を第１の有機化合物と混合して反応させ、第１のレジネートを生成する工程（Ｓ６０３）であって、第１の金属が金（Ａｕ）であり、第１のレジネートが金レジネートである工程と、
溶解した第２の金属を第２の有機化合物と混合して反応させ、第２のレジネートを生成する工程（Ｓ６０７）と、
第１のレジネート、第２のレジネート、及び溶剤を混練し、レジネートペーストを生成する工程（Ｓ６０９）と、
レジネートペーストを用いて第１のガラス層１４上に電極パターンを印刷する工程（Ｓ６１１）と、
印刷されたレジネートペーストを焼成する工程（Ｓ６１３）と、
を含む方法によって形成される。
溶解した第１の金属を第１の有機化合物と混合して反応させ、第１のレジネートを生成する工程（Ｓ６０３）であって、第１の金属が金（Ａｕ）であり、第１のレジネートが金レジネートである工程と、
溶解した第２の金属を第２の有機化合物と混合して反応させ、第２のレジネートを生成する工程（Ｓ６０７）と、
第１のレジネート、第２のレジネート、及び溶剤を混練し、レジネートペーストを生成する工程（Ｓ６０９）と、
レジネートペーストを用いて第１のガラス層１４上に電極パターンを印刷する工程（Ｓ６１１）と、
印刷されたレジネートペーストを焼成する工程（Ｓ６１３）と、
を含む方法によって形成される。
１０．第１のガラス層１４の上面及び第１の電極８及び第２の電極７の外縁を被覆する第２のガラス層１５を更に含む。
１１．第２のガラス層１５が、６５〜７５重量％のＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを含むガラスペーストを焼成することにより形成される。
１２．第２のガラス層１５が３〜５μmの厚さを有する。
１３．第２のガラス層１５が
酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を混合する工程（Ｓ８０１）と、
混合物を溶融してガラス化する工程（Ｓ８０３）と、
固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成するする工程（Ｓ８０５）と、
樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程（Ｓ８０７）と、
ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程（Ｓ８０９）と、
ガラスペーストを第１のガラス層１４の上面及び第１の電極８及び第２の電極７の外縁上に塗布する工程（Ｓ８１１）と、
塗布したガラスペーストを焼成する工程（Ｓ８１３）と、
を含む方法によって形成される。
酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を混合する工程（Ｓ８０１）と、
混合物を溶融してガラス化する工程（Ｓ８０３）と、
固化したガラスを粉砕してガラス粉を生成するする工程（Ｓ８０５）と、
樹脂を溶剤に加えて溶解し、ビヒクルを生成する工程（Ｓ８０７）と、
ガラス粉をビヒクルと共に混練して、ガラスペーストを生成する工程（Ｓ８０９）と、
ガラスペーストを第１のガラス層１４の上面及び第１の電極８及び第２の電極７の外縁上に塗布する工程（Ｓ８１１）と、
塗布したガラスペーストを焼成する工程（Ｓ８１３）と、
を含む方法によって形成される。
１４．第１の電極８と第２の電極７との間に電力を供給する電源手段２２と、
第１の電極８と第２の電極７との間の電圧または第１の電極８と第２の電極７との間に流れる電流のうちの少なくとも一方を測定する検出手段２４，２５と、
検出手段２４，２５で検出された電流値または電圧値に基づいて、測定対象物の濃度を求める濃度測定手段２８と、
求められた濃度を表示する表示手段９と、
を更に含む。
第１の電極８と第２の電極７との間の電圧または第１の電極８と第２の電極７との間に流れる電流のうちの少なくとも一方を測定する検出手段２４，２５と、
検出手段２４，２５で検出された電流値または電圧値に基づいて、測定対象物の濃度を求める濃度測定手段２８と、
求められた濃度を表示する表示手段９と、
を更に含む。
そして、上記特徴により、本願発明による濃度測定装置は以下の効果を奏する。
１．塩分濃度を精度良く測定することができる。
２．電極部分または装置の耐用寿命が長くなる。
３．電極の材料を少なくし、材料コストを削減することができる。
以上、本発明の濃度測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
例えば、上記の実施形態では、電圧検出回路２５を用いて２つの電極７，８間の電圧を測定する構成としたが、出力増幅回路２３より出力される電圧を、２つの電極７，８間の電圧であるものとして電気伝導率ｇを測定することも可能である。このような構成とすれば、電圧検出回路２５を省略できるので、回路構成を簡素化することができる。
また、上記の実施形態では、信号発生器２２より一定レベルの交流電圧信号を出力し、このときに流れる電流に基づいて電気伝導率ｇを求めるようにしたが、信号発生器２２より一定レベルの交流電流信号を出力し、このときに２つの電極７，８間に生じる電圧を測定することにより、電気伝導率ｇを求めるようにしても良い。
更に、上記の実施形態では、電圧検出回路２５により電極７，８の間の電圧を測定したが、図１４にブロック図で示すように、更に第３の電極２９及び第４の電極３０を設けて、電圧検出回路によりこれらの電極２９，３０の間に生じる電圧を測定してもよい。この場合、第１及び第２の電極７，８の間を流れる電流及び第３及び第４の電極２９，３０間の電圧に基づいて、電気伝導率ｇが求められる。これにより、濃度をより精度良く測定することができる。
また、上記の実施形態では、食塩水中に含まれる塩分濃度を測定する塩分濃度測定装置を例に挙げて説明したが、本発明に係る濃度測定装置は、これに限定されるものではなく、液体中に溶解した物質でその濃度に応じて電気伝導率が変化する他の測定対象物についても採用することができる。
食塩水中の塩分濃度を簡単且つ正確に測定する上で極めて有用である。
１ 塩分濃度測定装置（濃度測定装置）
２ 上ケース
３ 下ケース
４ 基板
５ 電極基板
７ 第２の電極
８ 第１の電極
９ 表示部（表示手段）
１０ａ，１０ｂ 操作スイッチ
１１ サンプルステージ
１２ Ｏリング
１３ セラミック基板
１４ グレーズ層（第１のガラス層）
１５ オーバーコートガラス層（第２のガラス層）
２１ シャント抵抗
２２ 信号発生器
２３ 出力増幅回路
２４ 電流検出回路（電流検出手段）
２５ 電圧検出回路（電圧検出手段）
２７ ＡＤ変換回路
２８ ＣＰＵ（濃度測定手段）
２９ 第３の電極
３０ 第４の電極
３１ セラミック基板（従来）
３２ 電極（従来）
３３ オーバーコートガラス層（従来）
２ 上ケース
３ 下ケース
４ 基板
５ 電極基板
７ 第２の電極
８ 第１の電極
９ 表示部（表示手段）
１０ａ，１０ｂ 操作スイッチ
１１ サンプルステージ
１２ Ｏリング
１３ セラミック基板
１４ グレーズ層（第１のガラス層）
１５ オーバーコートガラス層（第２のガラス層）
２１ シャント抵抗
２２ 信号発生器
２３ 出力増幅回路
２４ 電流検出回路（電流検出手段）
２５ 電圧検出回路（電圧検出手段）
２７ ＡＤ変換回路
２８ ＣＰＵ（濃度測定手段）
２９ 第３の電極
３０ 第４の電極
３１ セラミック基板（従来）
３２ 電極（従来）
３３ オーバーコートガラス層（従来）
Claims (6)
- 液体中に溶解している測定対象物の濃度を測定する濃度測定装置（１）であって、
液体が注入される領域を構成するグレーズド基板（５）であって、セラミック基板（１３）と、前記セラミック基板（１３）上に形成した第１のガラス層（１４）と、を有するグレーズド基板（５）と、
前記液体と接触するように、前記第１のガラス層（１４）の上に互いに間隔を空けて配置された第１の電極（８）及び第２の電極（７）と、
前記第１のガラス層（１４）の上面及び前記第１の電極（８）及び第２の電極（７）の外縁を被覆する第２のガラス層（１５）と、
を備え、
前記第２のガラス層（１５）が、６５〜７５重量％のＢｉ ２ Ｏ ３ −ＺｎＯ−Ｂ ２ Ｏ ３ 系ガラスを含むガラスペーストを焼成することにより形成される、濃度測定装置。 - 前記第１のガラス層（１４）が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む、請求項１に記載の濃度測定装置。
- 前記第１のガラス層（１４）が４〜１６μｍの厚さを有する、請求項１又は２のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
- 前記第１の電極（８）及び第２の電極（７）が、３５〜４５重量％の有機金化合物を含む有機金ペーストを焼成することにより形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
- 前記第１の電極（８）及び第２の電極（７）が０．２〜０．３μｍの厚さを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
- 前記第２のガラス層（１５）が３〜５μmの厚さを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
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