JP4532357B2 - Concentration measuring device - 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。 The present invention relates to a concentration measuring apparatus that measures, for example, the salt concentration of saline, and more particularly to a technique for improving measurement accuracy.
塩分濃度を測定するために用いられる塩分濃度計として、例えば、特開2002−5862号公報(特許文献1)に記載されているように、液体中に2つの電極を挿入し、これらの電極間に交流電圧を印加し、このときに流れる電流値を測定し、この電流値に基づいて塩分濃度を測定する方式のものが知られている。 As a salinity meter used for measuring the salinity concentration, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-5862 (Patent Document 1), two electrodes are inserted into a liquid, and between these electrodes A system is known in which an AC voltage is applied to the current, the current value flowing at this time is measured, and the salinity concentration is measured based on this current value.
図7は、従来における塩分濃度測定装置の測定原理を模式的に示す説明図であり、同図に示すように、食塩水102が充填された容器101中に2つの電極103,104を挿入し、2つの電極103,104間に電源105より交流電圧を印加する。すると、図中の矢印Y1,Y2に示すような経路で食塩水102中に電流が流れ、流れた電流が電流計106にて測定される。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the measurement principle of a conventional salinity concentration measuring device. As shown in the figure, two
そして、(測定電流)/(印加電圧)を演算することにより、食塩水102の電気導電率gを求め、電気導電率と塩分濃度との対応関係に基づいて、求められた電気導電率gに対応する塩分濃度を求め、求められた塩分濃度を表示手段に表示する。
しかしながら、上述した従来における塩分濃度計では、電流が2つの電極103,104間のみを流れるわけではなく、図7の矢印Y2に示すように、電極の裏側や周囲にも電流が流れるので、測定対象となる食塩水102の量や、容器101の大きさにより、電流値が大きく変化してしまい、高精度な濃度検出ができなくなるという欠点があった。
However, in the above-described conventional salinity meter, the current does not flow only between the two
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、その目的とするところは、少量の液体サンプルから高精度に測定対象物の濃度を測定することのできる濃度測定装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a concentration measuring apparatus capable of measuring the concentration of a measurement object with high accuracy from a small amount of liquid sample. Is to provide.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、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において、上部拡開円筒形状をなし、前記液体を注入するサンプルステージと、前記サンプルステージの略中央部に設けられる第1の電極と、前記第1の電極と同一平面上で、且つ、前記第1の電極の周囲部に設けられる第2の電極と、前記第1の電極と第2の電極との間に交流電力を供給する電源手段と、前記第2の電極の周囲部に設けられ、第2の電極と同一電位とされた周囲電極と、前記第1の電極と第2の電極との間に生じる電圧、及び前記第1の電極と第2の電極との間に流れる電流を測定する検出手段と、測定対象物のコンダクタンスと前記測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、前記検出手段で検出された電流値及び電圧値に基づいて、前記測定対象物のコンダクタンスを求め、求めたコンダクタンスに基づき、前記特性曲線データを参照して、前記測定対象物の濃度を求める濃度測定手段と、前記求められた濃度を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application is a concentration measuring apparatus for measuring the concentration of a measurement object dissolved in a liquid, and has an upper expanded cylindrical shape and injects the liquid. A sample stage, a first electrode provided at a substantially central portion of the sample stage, a second electrode provided on the same plane as the first electrode and around the first electrode; Power supply means for supplying AC power between the first electrode and the second electrode; a peripheral electrode provided at a peripheral portion of the second electrode and having the same potential as the second electrode; Detection means for measuring a voltage generated between the first electrode and the second electrode and a current flowing between the first electrode and the second electrode, conductance of the measurement object, and the measurement object Characteristic curve data showing the relationship with the concentration of Concentration measuring means for obtaining the conductance of the measurement object based on the current value and the voltage value detected by the means, and for obtaining the concentration of the measurement object with reference to the characteristic curve data based on the obtained conductance; And a display means for displaying the obtained concentration.
請求項2に記載の発明は、前記第2の電極は、前記第1の電極の周囲をほぼ囲むように配置されることを特徴とする。
The invention described in
請求項3に記載の発明は、前記第2の電極と前記周囲電極との間に、バッファアンプを設けることにより、前記第2の電極と前記周囲電極とを同一電位とすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention , a buffer amplifier is provided between the second electrode and the surrounding electrode, so that the second electrode and the surrounding electrode have the same potential. .
請求項4に記載の発明は、前記電源手段は、一定の交流電圧を出力する電圧源であり、前記検出手段は、前記電源手段と前記第1または第2の電極との間に設けられるシャント抵抗と、該シャント抵抗の両端に生じる電圧に基づいて第1の電極と第2の電極との間に流れる電流を求める電流検出手段と、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記濃度測定手段は、前記電流検出手段で検出された電流と前記電圧検出手段で検出された電圧からコンダクタンスを求め、該コンダクタンスに基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the power supply means is a voltage source that outputs a constant alternating voltage, and the detection means is a shunt provided between the power supply means and the first or second electrode. A current detecting means for obtaining a current flowing between the first electrode and the second electrode based on a resistance and a voltage generated at both ends of the shunt resistor; and between the first electrode and the second electrode Voltage detecting means for detecting a voltage, wherein the concentration measuring means obtains conductance from the current detected by the current detecting means and the voltage detected by the voltage detecting means, and the measurement object is based on the conductance. It is characterized by determining the concentration of the object .
請求項5に記載の発明は、前記液体は食塩水であり、前記測定対象物の濃度は塩分濃度であることを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明では、第2の電極の周囲部に、該第2の電極と同一電位となる周囲電極が設けられるので、第1,第2の電極間に流れる電流が第2の電極の周囲に漏れ出すことを防止することができる。従って、第2の電極の周囲部となる溶液注入領域の形状に影響されず、且つサンプルとなる液体の量が少量であっても高精度な濃度測定が可能となる。また、コンダクタンスと測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、コンダクタンスが求められた際には、このコンダクタンスを特性曲線データに代入することにより、測定対象物の濃度を求めることができるので、演算負荷を軽減することができる。 In the first aspect of the present invention, since the peripheral electrode having the same potential as the second electrode is provided in the peripheral portion of the second electrode, the current flowing between the first and second electrodes is It is possible to prevent leakage to the surroundings. Therefore, it is not affected by the shape of the solution injection region around the second electrode, and high-precision concentration measurement is possible even when the amount of liquid as a sample is small. In addition, characteristic curve data indicating the relationship between the conductance and the concentration of the measurement object is provided. When the conductance is obtained, the conductance is substituted into the characteristic curve data to obtain the concentration of the measurement object. As a result, the calculation load can be reduced.
請求項2の発明では、第2の電極が第1の電極の周囲をほぼ囲むように配置されるので、2つの電極間に安定した電流を流すことができ、測定精度を向上させることができる。
In the invention of
請求項3の発明では、第2の電極と周囲電極との間にバッファアンプを設けるので、第2の電極と周囲電極とを容易に同一電位とすることができる。また、第2の電極から周囲電極へは電流が流れないので、高精度な濃度測定が可能となる。
In the invention of
請求項4の発明では、電源手段と電極とを結ぶ電線に設けられたシャント抵抗を用いて電流を測定し、更に、電圧検出手段により、第1,第2の電極間の電圧を測定するので、高精度な電流、電圧の測定が可能となり、ひいては高精度なコンダクタンスの算出が可能となる。
In the invention of
請求項5の発明では、測定対象物濃度として塩分濃度を測定するので、塩分濃度の測定を高精度且つ簡単な操作で測定することができる。
In the invention of
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おり、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。また、サンプルステージ11の下部には電極基板5が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view showing a configuration of a salinity concentration measuring apparatus as a concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the salinity concentration measuring apparatus. As shown in the figure, the salinity concentration measuring device 1 has a casing structure that is entirely covered by an
図3は、サンプルステージ11の一部破断斜視図であり、同図に示すようにサンプルステージ11は、上部拡開円筒形状をなしており、該サンプルステージ11の下側開口部には、液体封密用のOリング12(図2参照)を介して電極基板5が配置され、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。
FIG. 3 is a partially broken perspective view of the
電極基板5には、サンプルステージ11の円形状の開口部の中心部に形成された第1の電極8と、該第1の電極8を中心とし、該第1の電極8の周囲部をほぼ覆うように設けられた第2の電極7が設けられている。更に、サンプルステージ11の下部円周面は、導体で構成されたガード電極(周囲電極)11aとされている。
The
図4は、本実施形態に係る塩分濃度測定装置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、該信号発生器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、該出力増幅回路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。
FIG. 4 is a block diagram showing a control unit of the salinity concentration measuring apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in the figure, the control unit includes a signal generator (power supply means) 22 that generates an AC voltage signal having a predetermined frequency, and an
更に、第2の電極7は、バッファアンプ26を介してガード電極11aに接続され、且つ第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、該シャント抵抗21に流れる電流を求める。
Further, the second electrode 7 is connected to the
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コンダクタンスgを求める処理を行う。更に、図6に示す如くのコンダクタンス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、求められたコンダクタンス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。
Each output terminal of the
表示部9は、CPU28で求められた塩分濃度を表示する。
The
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〜図3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。
Next, the processing operation of the salinity concentration measuring apparatus according to the present embodiment configured as described above will be described. When an activation signal is sent from the
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。
The output voltage signal is amplified by the
この際、第2の電極7とガード電極11aはバッファアンプ26を介して接続されているので、第2の電極7とガード電極11aは、同一の電位となる。また、第2の電極7からガード電極11aを見たときのインピーダンスは無限大となるため、第2の電極7からガード電極11a側へは電流は流れない。
At this time, since the second electrode 7 and the
また、サンプルステージ11内に注入された食塩水中においても、第2の電極7とガード電極11aが同一電位となることにより、この間には電流は流れない。これを、図5に示す模式図を参照して説明すると、第1の電極8を中心とした円弧状に第2の電極7が設けられ、更に、該第2の電極7の周囲を覆うようにガード電極11aが設けられ、且つ、第2の電極7とガード電極11aは同一の電位であるので、第2の電極7から第1の電極8へ流れる電流は、全て円弧状を成す第2の電極7の内側を流れることになる。従って、サンプルとして注入される食塩水の量や周囲の形状に影響されることなく、食塩水の濃度に応じた電流が2つの電極7,8間を流れることになる。
Further, even in the saline solution injected into the
他方、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、該シャント抵抗21の両端には、電流に比例した大きさの電圧が発生するので、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。
On the other hand, since the current flowing between the two
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。
The voltage generated at the second electrode 7 is detected by the
その後、CPU28では、求められた電圧(V)と、電流(I)から、g=I/Vの関係式を用いてコンダクタンスgを求める。更に、このコンダクタンスgを図6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。
Thereafter, the
このようにして、本実施形態に係る塩分濃度測定装置では、第1の電極8の周囲部に第2の電極7を設け、且つ、該第2の電極7の周囲を覆うようにガード電極11aを設け、更に、第2の電極7とガード電極11aとが同一電位となるようにしたので、第2の電極7に交流電圧を印加した際に、第2の電極7の外側に電流が漏れ出すことを回避することができる。従って、第2の電極7から第1の電極8へ流れる電流が、第2の電極7の内部に限定されるので、食塩水の注入量や周囲部の形状に影響されない高精度な塩分濃度測定が可能となる。
Thus, in the salinity concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the second electrode 7 is provided around the
また、第2の電極7と第1の電極8との間に充填される程度の少量のサンプルで塩分濃度の測定が可能となるので、測定作業を簡素化することができる。
In addition, since the salinity concentration can be measured with a small amount of sample that is filled between the second electrode 7 and the
更に、電圧検出回路25は、第2の電極7と直接接続して電圧を検出するので、高精度な電圧検出が可能となり、コンダクタンスgを高精度に求めることができ、ひいては、塩分濃度の測定精度を向上させることができる。
Further, since the
また、CPU28は、予め設定されたコンダクタンスgと塩分濃度との関係を示す特性データ(図6)を備え、求められたコンダクタンスgをこの特性データに代入することにより塩分濃度を求めるようにしているので、高精度に且つ容易にコンダクタンスgを塩分濃度に変換することができる。
Further, the
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。 The concentration measuring apparatus of the present invention has been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. Can do.
例えば、上記した実施形態では、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コンダクタンス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。
For example, in the embodiment described above, the
また、上記した実施形態では、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コンダクタンス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、コンダクタンスgを求めるようにしても良い。
In the embodiment described above, a constant level AC voltage signal is output from the
更に、上記した実施形態では、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コンダクタンス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。 Furthermore, in the above-described embodiment, the salinity concentration measuring device for measuring the salinity concentration contained in the saline solution has been described as an example. However, the concentration measuring device according to the present invention is not limited to this, and liquid It is also possible to employ other substances to be measured whose conductance changes depending on the concentration of the substance dissolved therein.
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。 It is extremely useful for easily and accurately measuring the salinity in saline.
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
11a ガード電極(周囲電極)
12 Oリング
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)
26 バッファアンプ
27 AD変換回路
28 CPU(濃度測定手段)
1 Salinity concentration measuring device (concentration measuring device)
2
10a,
12 O-
25 Voltage detection circuit (voltage detection means)
26
Claims (5)
上部拡開円筒形状をなし、前記液体を注入するサンプルステージと、
前記サンプルステージの略中央部に設けられる第1の電極と、
前記第1の電極と同一平面上で、且つ、前記第1の電極の周囲部に設けられる第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極との間に交流電力を供給する電源手段と、
前記第2の電極の周囲部に設けられ、第2の電極と同一電位とされた周囲電極と、
前記第1の電極と第2の電極との間に生じる電圧、及び前記第1の電極と第2の電極との間に流れる電流を測定する検出手段と、
測定対象物のコンダクタンスと前記測定対象物の濃度との関係を示す特性曲線データを備え、前記検出手段で検出された電流値及び電圧値に基づいて、前記測定対象物のコンダクタンスを求め、求めたコンダクタンスに基づき、前記特性曲線データを参照して、前記測定対象物の濃度を求める濃度測定手段と、
前記求められた濃度を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする濃度測定装置。 In a concentration measuring device that measures the concentration of a measurement object dissolved in a liquid,
A sample stage for injecting the liquid;
A first electrode provided at a substantially central portion of the sample stage;
A second electrode provided on the same plane as the first electrode and around the first electrode;
Power supply means for supplying AC power between the first electrode and the second electrode;
A peripheral electrode provided around the second electrode and having the same potential as the second electrode;
Detecting means for measuring a voltage generated between the first electrode and the second electrode, and a current flowing between the first electrode and the second electrode;
Characteristic curve data indicating the relationship between the conductance of the measurement object and the concentration of the measurement object is provided, and the conductance of the measurement object is obtained based on the current value and the voltage value detected by the detection means. Based on conductance, referring to the characteristic curve data, a concentration measuring means for determining the concentration of the measurement object;
Display means for displaying the determined concentration;
A concentration measuring apparatus comprising:
前記検出手段は、前記電源手段と前記第1または第2の電極との間に設けられるシャント抵抗と、該シャント抵抗の両端に生じる電圧に基づいて第1の電極と第2の電極との間に流れる電流を求める電流検出手段と、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、
前記濃度測定手段は、前記電流検出手段で検出された電流と前記電圧検出手段で検出された電圧からコンダクタンスを求め、該コンダクタンスに基づいて前記測定対象物の濃度を求めることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の濃度測定装置。 The power supply means is a voltage source that outputs a constant AC voltage,
The detecting means includes a shunt resistor provided between the power supply means and the first or second electrode, and a voltage between the first electrode and the second electrode based on a voltage generated at both ends of the shunt resistor. Current detecting means for obtaining a current flowing through the first electrode, and voltage detecting means for detecting a voltage between the first electrode and the second electrode,
The concentration measuring means obtains a conductance from the current detected by the current detecting means and the voltage detected by the voltage detecting means, and obtains the concentration of the measurement object based on the conductance. The concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
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