JP4707893B2 - 導電率計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電率測定ケーブルの抵抗を考慮して溶液の真の導電率を測定可能とした導電率計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶液の導電率（電気電導度）を測定する方法として、電磁誘導法及び電極法が知られている。
このうち、電磁誘導法は、測定溶液を導体と見なしてこの溶液に流れる電流を電磁誘導により検出し、溶液の導電率を測定する方法である。また、電極法は、測定溶液に浸漬した電極間に電圧を印加し、その分圧値に基づいて算出した溶液の抵抗から導電率を測定する方法である。特に、電極法を用いた導電率計は微小な導電率の測定も可能であるため、河川等の水質管理、下水処理場や各種工場の排水管理、プロセス監視等に広く利用されている。
【０００３】
なお、この種の導電率計では溶液の温度によってその導電率（抵抗率）が変化するため、サーミスタ等の温度測定素子を導電率測定用の電極（測定セル）とは別個に設け、この温度測定素子による温度測定値に基づいて導電率測定値を自動的に補正するように構成されている。
【０００４】
以下では、測定セルと温度測定素子とを組み合わせた部分を検出器と呼び、検出器による測定信号を処理して導電率測定や温度補償のための演算を行う部分を変換器と呼ぶことにする。
通常、これらの検出器と変換器とは測定ケーブルを介して接続されており、導電率測定時には、回路的に、測定溶液自体の抵抗と導電率測定ケーブルの抵抗とが直列に接続されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記検出器と変換器との間の距離が短い場合には、両者間の測定ケーブルも短いため、測定ケーブルの抵抗が導電率測定値に及ぼす影響はほとんど無視することができ、いわゆる誤差範囲として処理することが可能である。
しかし、下水や工場排水等を対象とした導電率測定においては、測定環境が汚染されていて変換器にとって劣悪である場合が多く、検出器からかなり離れた場所に変換器を設置せざるを得ない状況が多々ある。
【０００６】
このため、必然的に検出器と変換器との間の距離が長くなって両者間の測定ケーブルの抵抗を無視できなくなり、導電率測定値は誤差を含んだものとなってしまう。
例えば、セル定数が１〔ｃｍ^−１〕の測定セル（面積１〔ｃｍ^２〕の金属板からなる一対の電極を１〔ｃｍ〕間隔で配置したもの）を用いて、導電率が２０００〔μＳ／ｃｍ〕の溶液の抵抗を測定すると５００〔Ω〕となり、導電率が１０００〔μＳ／ｃｍ〕の溶液の抵抗を測定すると１０００〔Ω〕となる。しかし、検出器と変換器とを結ぶ測定ケーブルの抵抗が２５〔Ω〕ある場合には、溶液抵抗との直列合成抵抗がそれぞれ５２５〔Ω〕，１０２５〔Ω〕となるため、溶液の導電率はそれぞれ約１９０５〔μＳ／ｃｍ〕，約９７６〔μＳ／ｃｍ〕として測定されることになり、何れの場合も大きな誤差となる。
【０００７】
上記測定誤差を低減するためには、測定セルのセル定数を大きく（金属板相互間の距離を長く、または金属板の面積を小さく）して溶液の抵抗を測定ケーブルの抵抗に対して相対的に大きくしたり、測定ケーブルの導体を太くしてその抵抗を小さくすることが考えられる。
しかしながら、これらの対策をとる場合、測定セルの大型化や高価格化、ケーブルの高価格化、重量増大を招くという問題があり、いずれにしても既存の測定セルやケーブル等をそのまま使用できない不都合があった。
【０００８】
更に、ＣＰＵを搭載した変換器では、別の測定器により予め測定したケーブルの抵抗を用いたり、ケーブル長から換算した抵抗を用いて導電率測定値を自動的に補正するといった方法が採られているが、事前にケーブルの抵抗を測定する作業が煩雑であると共に、実際の測定現場ではケーブル長が設計値通りにならず、その都度ケーブル長を実測しなければならない等の問題を生じていた。
【０００９】
そこで本発明は、測定ケーブルの抵抗を簡単に求めて溶液の導電率を高精度に算出可能とした導電率計を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、請求項１に記載した発明は、溶液の導電率を測定するための電極を有する測定セル、及び、温度補償用の温度測定素子を備えた検出器と、前記測定セルによる測定抵抗値から導電率を測定し、かつ、前記温度測定素子による測定抵抗値を用いて温度補償演算を行う変換器と、前記測定セルと変換器とを接続する導電率測定ケーブルと、前記温度測定素子と変換器とを接続する温度測定ケーブルと、を備えた導電率計において、
前記温度測定素子の両端を短絡する短絡スイッチを有し、この短絡スイッチにより前記温度測定素子の両端を短絡して測定した温度測定ケーブルの抵抗値を導電率測定ケーブルの抵抗値と見なし、導電率測定時の測定抵抗値から導電率測定ケーブルの抵抗値を減じて溶液抵抗値を求め、その溶液抵抗値から導電率を算出するものである。
【００１１】
なお、本発明の導電率計においては、請求項２に記載するように温度測定ケーブルの抵抗値と導電率測定ケーブルの抵抗値とが同一であることが望ましいが、両抵抗値が異なる場合には、請求項３に記載するように、両抵抗値の比を係数として一方の抵抗値に乗じることにより、両抵抗値の大きさを合わせれば良い。
【００１２】
また、前記短絡スイッチは、請求項４に記載する如く、変換器からの遠隔制御信号によりオン・オフ制御することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１はこの実施形態の主要部を示す説明図である。
図１において、１０は変換器であり、溶液の導電率測定及び温度補償用の演算を行うＣＰＵ等の演算部、電源（何れも図示せず）等が設けられている。また、２０は検出器であり、導電率測定用の一対の電極からなる測定セル２１と、サーミスタ等の温度測定素子２２とを備えている。
【００１４】
測定セル２１と変換器１０とは導電率測定ケーブル３１によって接続され、また、温度測定素子２２と変換器１０とは、上記測定ケーブル３１と同一仕様（導体の材質、直径が同一であって抵抗率が同一）の温度測定ケーブル３２によって接続されている。更に、測定ケーブル３１，３２の往復長さも同一であり、その全長の抵抗も同一であるとする。
【００１５】
温度測定素子２２の両端には、短絡スイッチ４２が接続されている。この短絡スイッチ４２は、ＭＯＳＦＥＴやホトＭＯＳ等の半導体スイッチ、リレー接点等の電磁スイッチ、手動操作される機械的スイッチ等からなり、温度測定素子２２の両端を短絡する機能を有していればいかなる動作原理、構造のものでも良い。
また、短絡スイッチ４２は、変換器１０側からの遠隔操作によりオン・オフ制御できることが望ましく、そのための制御信号は測定ケーブル３２に重畳したり、あるいは無線伝送しても良い。
【００１６】
次に、図２は、温度測定ケーブル３２（言い換えれば導電率測定ケーブル３１）の抵抗を測定するための回路の説明図である。
図２では、温度測定ケーブル３２の往路３２ａ及び復路３２ｂの抵抗をＲ_Ｃとして表してあり、変換器１０内には直流電源（基準電圧）Ｅ及び基準抵抗Ｒが測定ケーブル３２と直列に接続されている。
【００１７】
ここで、基準抵抗Ｒの一端は変換器１０内の温度測定回路（図示せず）に接続されており、温度測定回路では、基準電圧Ｅを基準抵抗Ｒ及び温度測定素子２２の抵抗Ｒ_Ｔにより分圧した値から抵抗Ｒ_Ｔを求め、この抵抗Ｒ_Ｔから測定溶液の温度を換算している。
なお、一般に温度測定素子２２は、その抵抗が常温で数百〔Ω〕から数〔ｋΩ〕のものが使用されており、基準抵抗Ｒにも同程度の値の抵抗を使用することで分解能を向上させている。
【００１８】
本実施形態では、温度測定ケーブル３２について測定した抵抗を導電率測定ケーブル３１の抵抗と見なし、導電率測定時の測定抵抗値が、前記ケーブル抵抗と溶液抵抗との直列合成抵抗であることに着目したものである。
すなわち、図２において短絡スイッチ４２をオンすることにより温度測定回路に入力される電圧分圧値Ｅ’は、
Ｅ’＝｛２Ｒ_Ｃ／（Ｒ＋２Ｒ_Ｃ）｝・Ｅ
であり、Ｅ，Ｒは既知であるから、分圧値Ｅ’を測定することで抵抗Ｒ_Ｃ（２Ｒ_Ｃ）を求めることができる。従って、この抵抗２Ｒ_Ｃを導電率測定時の測定抵抗（測定ケーブル３１の抵抗と溶液抵抗との直列合成抵抗）から差し引けば、真の溶液抵抗を算出することができる。
【００１９】
図３は本実施形態における導電率測定回路の一例を示すものであり、変換器１０の内部に交流電源ＡＣ、演算回路ＯＰ、基準抵抗Ｒ_１が設けられている。また、Ｒ_ｘは測定セル２１によって測定される溶液抵抗、Ｒ_Ｃ，Ｒ_Ｃは導電率測定ケーブル３１の往路及び復路の抵抗である。
【００２０】
図３の回路によれば、演算回路ＯＰの出力電圧Ｖ’は、
Ｖ’＝｛１＋Ｒ_１／（Ｒ_ｘ＋２Ｒ_Ｃ）｝・Ｖ
である。よって、既知であるＶ，Ｒ_１と、電圧測定値Ｖ’と、先に求めた測定ケーブル３１（３２）の抵抗２Ｒ_Ｃとを用いて、溶液抵抗Ｒ_ｘを算出することができ、その逆数から溶液の導電率を算出することができる。
なお、実際には、溶液抵抗Ｒ_ｘすなわち導電率を更に温度補償する必要があるのは言うまでもない。
【００２１】
ここで、図３に示す導電率測定回路においても、測定セル２１の両端を短絡すれば導電率測定ケーブル３１の抵抗に相当する信号を取り出すことが理論上可能であるが、実際には演算回路ＯＰの出力が飽和してオーバーフローするため、導電率測定ケーブル３１の抵抗のみを求めることはできない。
【００２２】
なお、上記実施形態は、各測定ケーブル３１，３２の抵抗値が同一であるという前提のもとで説明したが、導体の材質、直径等が異なって両ケーブル３１，３２の抵抗が異なる場合には、その抵抗比を係数として乗じることにより両抵抗値を見かけ上、同一にすれば良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、導電率測定ケーブルの実際の抵抗を別個の測定器により予め測定したり、ケーブル長を事前に測定するといった煩雑な手間を要することなく、測定ケーブルの抵抗を考慮した高精度な導電率測定が可能である。
また、ケーブルの抵抗を測定する回路としては変換器内の温度測定回路を利用できると共に、新たに必要な回路要素は短絡スイッチとその制御手段のみであるため、既存の導電率計に若干の部品を追加するだけで実現可能である。従って、製造が容易で低コストの導電率計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の主要部を示す説明図である。
【図２】温度測定ケーブルの抵抗を測定する回路図である。
【図３】導電率測定回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 変換器
２０ 検出器
２１ 測定セル
２２ 温度測定素子
３１，３２ 測定ケーブル
３２ａ 測定ケーブル（往路）
３２ｂ 測定ケーブル（復路）
４２ 短絡スイッチ
Ｅ 直流電源
ＡＣ 交流電源
ＯＰ 演算回路
Ｒ，Ｒ_１ 基準抵抗
Ｒ_Ｃ ケーブル抵抗

Claims (4)

1. 溶液の導電率を測定するための電極を有する測定セル、及び、温度補償用の温度測定素子を備えた検出器と、
   前記測定セルによる測定抵抗値から導電率を測定し、かつ、前記温度測定素子による測定抵抗値を用いて温度補償演算を行う変換器と、
   前記測定セルと変換器とを接続する導電率測定ケーブルと、
   前記温度測定素子と変換器とを接続する温度測定ケーブルと、
   を備えた導電率計において、
   前記温度測定素子の両端を短絡する短絡スイッチを有し、
   この短絡スイッチにより前記温度測定素子の両端を短絡して測定した温度測定ケーブルの抵抗値を導電率測定ケーブルの抵抗値と見なし、導電率測定時の測定抵抗値から導電率測定ケーブルの抵抗値を減じて溶液抵抗値を求め、その溶液抵抗値から導電率を算出することを特徴とする導電率計。
2. 請求項１記載の導電率計において、
   温度測定ケーブルの抵抗値と導電率測定ケーブルの抵抗値とが同一であることを特徴とする導電率計。
3. 請求項１記載の導電率計において、
   温度測定ケーブルの抵抗値と導電率測定ケーブルの抵抗値とが異なる場合に、両抵抗値の比を係数として一方の抵抗値に乗じることにより、両抵抗値の大きさを合わせることを特徴とする導電率計。
4. 請求項１，２または３記載の導電率計において、
   短絡スイッチを変換器からの遠隔制御信号によりオン・オフ制御することを特徴とする導電率計。

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