JP4739536B2 - 水質センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の水質を電気化学的な手法により測定する、特に水道水の水質検出用として好適に用いることができる水質センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水道水等の塩素濃度や酸化還元電位を電気化学的に測定する水質センサとしては、従来から、ガラス管に封入された銀/塩化銀電極等に液絡部を形成した基準電極と、白金電極等の作用電極とを備えたものが用いられており、この電極を液中に浸漬すると共に電極間に発生する起電力を測定することにより、水質の測定を行なっていた。
【0003】
しかし、このような従来の水質センサでは基準電極の構成が複雑となってしまい、製造コストが高く、また作製にも手間がかかってしまうものであり、このため簡易な構成を有する水質センサが求められていた。
【0004】
また、水質センサを作製するにあたっては、電極とリード線との間の電気的な接続性も大きな問題となるものであり、塩化銀被膜を形成した銀電極とリード線とを接続する場合には、絶縁性の塩化銀被膜によって電極とリード線との間の抵抗値が上昇し、信頼性が悪化するおそれがあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成を有すると共にリード線と電極との間の接続信頼性の高い水質センサを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る水質センサは、検知対象の液体に一対の端子電極2を直接接触させて端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力に基づいて水質を測定する水質センサ1であって、銀製の端子電極2aと白金製の端子電極2bとがそれぞれリード線3(3a,3b)に接続され、銀製の端子電極2aには端子電極2aとリード線3aとの接続部よりも先端側に塩化銀被膜が形成されていることを特徴とするものである。
【0007】
また請求項1の発明は、端子電極2の周囲を覆うキャップ体4を設け、キャップ体4には検出対象である液体を通過させる開口としてキャップ体の側面から前端面を通って反対側の側面に亘るスリット状の開口部が形成されていると共に、空気を通過させるための開口として開口部の両端部にこの開口部に連通すると共にこの開口部の幅よりも大径な連通孔を形成して成ることを特徴とするものである。
【0008】
また請求項2の発明は、請求項1において、水道水の残留塩素濃度測定用として形成して成ることを特徴とするものである。
【0009】
また請求項3の発明は、請求項1において、検出対象である液体の酸化還元電位測定用として形成して成ることを特徴とするものである。
【0010】
また水質センサの製造方法は、検知対象の液体に一対の端子電極2を直接接触させて端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力に基づき水質を測定する水質センサ1の製造方法であって、二本のリード線3(3a,3b)の先端に白金製の端子電極2bと銀製の端子電極2aとをそれぞれ接続した後、端子電極2のリード線3との接続部よりも先端側を塩素を含む電解水溶液中に浸漬させた状態で端子電極2間に通電を起こさせることにより、銀製の端子電極2aの、リード線3との接続部よりも先端側の表面に塩化銀被膜を形成することを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図1〜6に基づいて説明する。
【0012】
本発明に係る水質センサ1は、ハウジング30にセンサ部、電源部、制御部、操作部及び表示部を備えた、携帯可能な小型の水質センサ1である。
【0013】
ハウジング30は樹脂成形品にて形成されており、内部に電源部及び制御部が内装されていると共に外面に操作部や表示部が設けられた本体部33と、本体部33の前部から前方に突出するように形成された、先端部に一対の端子電極2(2a,2b)からなるセンサ部が設けられている検知部27とから構成されている。このハウジング30は外因性内分泌撹乱化学物質(環境ホルモン)を含まない材質にて形成することが好ましく、例えばABS樹脂等のような樹脂成形品にて形成される。
【0014】
図6は水質センサの動作を示すブロック図であり、本体部33内に内装される電源部は制御部に対して駆動用の電力を供給するものであり、ボタン型アルカリ電池等の小型の電池を用いることができる。また制御部は回路形成されたプリント配線板に抵抗、トランジスタ、コンデンサ、ICチップ等の電子部品を実装するなどして構成されるものであり、センサ部からの出力が入力されて、この入力に基づいて水質の検知を行ない、この検知結果に基づいて表示部を制御するものである。
【0015】
表示部はセンサ部からの出力に基づいて制御部にて検出された水質の検知結果を表示するものであり、図5に示す例では複数個の発光ダイオード31にて構成されている。この表示部は、例えば表示部を構成する複数個の発光ダイオード31のうち、制御部にて検出された水質に対応する特定の発光ダイオード31が点灯するように制御されるものである。
【0016】
また、操作部としては電源スイッチ32や測定モードを変更するための設定スイッチ等の操作スイッチを設けることができ、例えば押しボタン式のスイッチ等にて構成することができる。
【0017】
またハウジング30の検知部27は前後方向に長い円筒状に形成されており、その内部の中空部は後端側にて本体部33内に連通し、前端側が前方に向けて開口している。ここで、検知部27の前端部には、図4に示すように、開口の周縁の全周に亘って、前方に突出すると共に検知部27の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する円筒状の嵌合リブ24が設けられており、この嵌合リブ24の外周面には全周に亘って嵌合凹部26が凹設されると共に、嵌合凹部26よりも前端側は嵌合凹部26よりも外周側に突出した嵌合凸部25として形成されている。
【0018】
検知部27の先端部には、検知部27の内外の水密性を確保すると共に端子電極2(2a,2b)を固定するための固定部材10が装着されている。固定部材10は環境ホルモンを含まない材質にて形成することが好ましく、例えばABS樹脂等のような樹脂成形品にて形成されるものであり、図3に示すように円柱状に形成された係止部11の前端側に係止部11よりも小径の円筒状の突出部13を形成し、係止部11の後端側に係止部11よりも小径の円筒状の挿入部12を形成したものである。このとき突出部13には前方に開口する前側凹部17が形成され、挿入部12には後方に開口する後側凹部16が形成されているものであり、この前側凹部17と後側凹部16とは係止部11によって仕切られている。またこの係止部11には、前側凹部17と後側凹部16とを連通する二つの挿通孔20が形成されている。また、固定部材10の挿入部12の外周面には、全周に亘る凹溝14が形成されている。
【0019】
この固定部材10は、図1に示すように挿入部12をハウジング30の検知部27の前端開口から挿入することにより検知部27の前端に取り付けられるものであり、このとき挿入部12にオーリング15(Oリング)を取着することにより挿入部12の外面と検知部27の内面との間の水密性を確保することができる。また更に挿入部12の外面と検知部27の内面との間の隙間に接着剤を充填して検知部27と固定部材10とを接着することにより、固定部材10を検知部27に対して強固に固定すると共に挿入部12の外面と検知部27の内面との間の水密性を更に向上することができる。また、固定部材10の挿入部12の前部には、外側方に突出する突部28が設けられていると共に、検知部27の嵌合リブ24には突部28に合致する切欠部29が凹設されており、固定部材10は突部28が切欠部29に嵌合するように位置合わせされた状態で検知部27の先端に装着されているものである。
【0020】
検知部27の中空部内には二本のリード線3(3a,3b)が配設されており、各リード線3a,3bの後端部はハウジング30の本体部33に引き出されて制御部に接続され、前端部は固定部材10に固定されている。また二本のリード線3(3a,3b)の先端にはそれぞれ端子電極2(2a,2b)が接続されている。
【0021】
ここで、リード線3(3a,3b)は固定部材10の係止部11の挿通孔20に挿通されて後端側が挿入部12の後側凹部16内から後端開口を介して固定部材10の後方に引き出されている。またリード線3(3a,3b)の先端の末端部には挿通孔20の内径よりも大きい球状の瘤部9が形成されており、この瘤部9によってリード線3(3a,3b)の先端は突出部13の前側凹部17内において係止部11の前面側に係止されている。このリード線3(3a,3b)の先端の瘤部9にはそれぞれ線状の端子電極2(2a,2b)の後端が埋設されており、これによりリード線3(3a,3b)の先端には端子電極2(2a,2b)が接続されている。各端子電極2(2a,2b)は先端側は固定部材10の突出部13の前側凹部17の開口から前方に突出するように配設されている。
【0022】
また固定部材10の挿入部12の後側凹部16内には封止材19が充填されており、これにより固定部材10の挿入部12の後側凹部16内においてリード線3(3a,3b)が固定されている。また固定部材10の突出部13の前側凹部17内にも封止材18が充填されており、これによりこれ固定部材10の突出部13の前側凹部17内において端子電極2(2a,2b)が固定されている。また、これらの封止材18,19によって、固定部材10の前端側と後端側との間の水密性が確保される。
【0023】
一対の端子電極2(2a,2b)は、一方の端子電極2bが白金線、他方の端子電極2aが銀線にて形成されており、この端子電極2(2a,2b)によって、センサ部が構成されている。各端子電極2(2a,2b)は後端側は固定部材10の突出部13の前側凹部17内において封止材18内に埋設されている埋設部8として形成され、前端側はこの封止材18から前方に向けて突出する検知端子部7として形成されている。白金線からなる端子電極2bの線径は50μm以上とすると、端子電極2bの折れ曲がりを防ぐと共に折れ曲がりが発生した際に容易に修正をすることができるものであり、好ましくは線径を0.1mm程度とするものである。また白金線よりも銀線の方が柔らかいため、銀線からなる端子電極2aの線径は白金線からなる端子電極2aの線径よりも大径とすることが好ましく、0.2mm程度の線径とすることが好ましい。
【0024】
銀線からなる端子電極2aには検知端子部7の表面のみに塩化銀被膜が形成され、埋設部8の表面には塩化銀被膜は形成されていないものであり、このため、端子電極2aとリード線3aとの接続部には塩化銀被膜は形成されることがなく、端子電極2aとリード線3aとの電気的接続が塩化銀被膜によって阻害されることがないものである。尚、銀線からなる端子電極2aの塩化銀被膜は、端子電極2aとリード線3aとの接続部よりも前方側において、少なくとも検知端子部7の表面に形成されていれば良く、埋設部8における表面にもリード線3aとの接続部よりも前方側であれば塩化銀被膜を形成しても良いものであるが、検知端子部7のみに塩化銀被膜を形成するようにすれば、端子電極2aの製造過程における塩化銀被膜の形成作業がより簡便なものとなる。
【0025】
更に、検知部27の先端には、固定部材10及び端子電極2(2a,2b)の検知端子部7を覆うようにキャップ体4が設けられ、これにより検知端子部7の保護が行なわれる。このキャップ体4は図2にも示すように、前端側が閉塞すると共に後端側が開口した有底円筒状に形成されており、その外径寸法は検知部27の外径寸法と略同一に形成される。またキャップ体4の後端部は、内径寸法が前端側よりも大きくかつ固定部材10の係止部11の外径と略同一の寸法に形成された、被嵌合リブ21として形成されており、この被嵌合リブ21の後端部の内周面には全周に亘って、検知部27の嵌合リブ24の嵌合凸部25に合致する被嵌合凹部22が形成されると共に、この被嵌合凹部22よりも更に後端側は被嵌合凹部22よりも内周側に突出した、嵌合リブ24の嵌合凹部26に合致する被嵌合凸部23として形成されている。そしてキャップ体4の被嵌合リブ21を固定部材10の係止部11の外周側から検知部27の嵌合リブ24の外周側にかけて配置し、嵌合凹部26と被嵌合凸部23とを嵌合させると共に嵌合凸部25と被嵌合凹部22とを嵌合させることにより、キャップ体4が検知部27の前端に取り付けられるものであり、このとき嵌合リブ24と被嵌合リブ21との間の隙間に接着剤を充填してキャップ体4と検知部27とを接着することにより、キャップ体4を検知部27に対して強固に固定すると共に嵌合リブ24と被嵌合リブ21との間の水密性を確保することができるものである。
【0026】
このキャップ体4には、二つの平行並列なスリット状の開口部5が形成されており、この開口部5により、キャップ体4の内側と外側とが連通されている。この開口部5はキャップ体4の側面から前端面を通って反対側の側面に亘るように形成されている。尚、開口部5の形状や個数はこのようなものに限られず、開口部5を一つのみ形成したり三個以上形成したりしても良く、また複数の開口部5を交差するように形成しても良い。またキャップ体4には各開口部5の両端部に、この開口部5と連通すると共にキャップ体4の内側と外側とを連通する連通孔6が形成されており、この連通孔6は各開口部5の幅よりも大径に形成されている。
【0027】
このキャップ体4のスリット状の開口部5は、水質の測定時にキャップ体4の内側に水道水等の検出対象の液体を侵入させて端子電極2の検知端子部7をこの液体に浸漬させたり、水質の測定後にキャップ体4の内側から液体を排出したりするためのものであり、このように検出対象の液体が開口部5を通過するためには、開口部5の幅を好ましくは0.5mm以上、更に好ましくは0.6mm以上とするものである。また連通孔6は水質の測定時にキャップ体4の内側から空気を排出してキャップ体4の内側に検出対象の液体がスムーズに侵入するようにし、あるいは水質の測定後にキャップ体4の内側に空気を侵入させてキャップ体4の内側から液体がスムーズに排出されるようにするためのものであり、このように空気が連通孔6を通過するためには、連通孔6の開口径を好ましくは1.5mm以上、更に好ましくは2mm以上とするものである。
【0028】
ここで、検出対象である液体を通過させるための開口や、空気を通過させる開口の形成位置や形状は、本実施形態のような開口部5や連通孔6のようなものに限られず、適宜の位置や形状に形成することができる。
【0029】
上記のように構成される水質センサ1における、センサ部の作製方法について説明する。まずニッケル製の二つのリード線3(3a,3b)のうちの一方のリード線3bの先端に白金線からなる端子電極2bの端部をスポット溶接やかしめ等にて埋設して接続すると共に、同様にして他方のリード線3aの先端に銀線からなる端子電極2aの先端を埋設して接続する。このとき端子電極2(2a,2b)と接続されるリード線3(3a,3b)の端部は球状の瘤部9として形成するものであるが、予め先端を叩打するなどして球状の瘤部9が形成されたリード線3(3a,3b)に対して白金線や銀線を接続しても良い。この時点では銀線からなる端子電極2aには塩化銀被膜が形成されていないので、銀線からなる端子電極2aとリード線3aとの間の電気的接続を容易に確保することができる。
【0030】
次に、各リード線3(3a,3b)を、端子電極2(2a,2b)が接続されていない側の端部側から、固定部材10の係止部11の二つの挿通孔20にそれぞれ挿通する。このときリード線3(3a,3b)は固定部材10の突出部13側から係止部11材の挿通孔20に挿通する。このときリード線3(3a,3b)の先端の瘤部9が突出部13の前側凹部17内において係止部11の前面側に係止されて、端子電極2(2a,2b)が固定部材10の突出部13の前側凹部17の開口から前方に突出した状態となり、またリード線3(3a,3b)の後端側は固定部材10の挿入部12の後側凹部16の開口から後方に引き出された状態となる。
【0031】
この状態で、固定部材10の突出部13の前側凹部17内と、挿入部12の後側凹部16内とに、それぞれ封止材18,19を充填して封止する。このとき、突出部13の前側凹部17内に充填される封止材18は検出対象である液体と直接接触することになるために、環境ホルモンとはならない材質からなるものを用いることが好ましく、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。一方、挿入部12の後側凹部16内に充填される封止材19は検出対象である液体とは直接接触することがないため、環境ホルモンとなる材質か否かを考慮する必要がなく、適宜の材質のものを用いることができるが、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
【0032】
次に、端子電極2(2a,2b)の検知端子部7を洗浄する。例えば超音波洗浄機を用い、検知端子部7を容器中の洗浄液中に浸漬して、この容器に超音波振動を加えることにより、洗浄を行なうことができる。このとき固定部材10の前端側も洗浄液に浸漬すると検知端子部7の全体を確実に洗浄液中に浸漬させて、検知端子部7の全体を確実に洗浄することができる。洗浄液としては、界面活性剤等の洗浄剤の溶液、蒸留水、水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ性溶液、塩酸溶液等の酸性溶液といった複数種のものを用いることができ、検知端子部7をこの複数種の洗浄液に順次浸漬させて洗浄を行なうことができる。例えばまず洗浄液として洗浄剤の6倍希釈溶液を用いて検知端子部7を洗浄した後、蒸留水を用いて洗浄し、次いで水酸化ナトリウムの1mol/L溶液を用いて検知端子部7をアルカリ洗浄した後、蒸留水を用いて洗浄し、次いで塩酸の1mol/L溶液を用いて検知端子部7を酸洗浄した後、蒸留水を用いて洗浄し、更にもう一度蒸留水を用いて洗浄することにより、検知端子部7を洗浄することができる。
【0033】
次いで、銀線からなる端子電極2aの検知端子部7の表面に、塩化銀被膜を形成する。このとき、次亜塩素酸ナトリウム水溶液や塩化リチウム水溶液、塩化カリウム水溶液等のような塩素を含む電解質の水溶液中に各端子電極2(2a,2b)の検知端子部7を浸漬して、検知端子部7間に通電を起こさせることにより、銀線からなる端子電極2aの、検知端子部7の表面に塩化銀被膜を形成することができる。例えば塩素を含む電解質の0.01〜1mol/L水溶液中に各検知端子部7を浸漬すると共に、二つのリード線3(3a,3b)間に1.4〜2Vの電圧を、銀線からなる端子電極2a側がより高電位となるようにして、1〜3分間印加すると、銀線からなる端子電極2aの、検知端子部7の表面には、電気化学反応により塩化銀被膜が形成されるものである。このように電解電圧を印加することにより塩化銀被膜を形成する場合には、塩素を含む電解質の水溶液の濃度が0.01〜1mol/Lの範囲に満たないと塩化銀被膜の形成速度が低下して製造効率が低下し、またこの範囲を超えるとセンサ特性が特に向上しないにも関わらず製造コストが増大する。また、印加される電解電圧が1.4〜2Vの範囲に満たないと塩化銀被膜の形成速度が低下して製造効率が低下し、またこの範囲を超えると反応中に白金線からなる端子電極2bの表面に水素の気泡が付着して電気化学反応が停止してしまうおそれがある。
【0034】
このようにして、封止材18を充填した後に、銀線からなる端子電極2aの、検知端子部7の表面のみに塩化銀被膜を形成すると、封止材18によってリード線3aと端子電極2aとの接続部が封止されているため、電解液がリード線3a,3bに浸漬されることが確実に防止され、リード線3a,3bにおける電気化学反応の発生を防止して、塩化銀被膜の形成を効率よく行なうことができるものである。
【0035】
上記のようにして構成される水質センサ1を用いて液体の水質を測定するにあたっては、検知部27の先端を検出対象である液体中に浸漬した状態で電源スイッチ32をオンにする。このとき検知部27の先端においては、キャップ体4のスリット状の開口部5からキャップ体4の内側に液体が侵入すると共に、開口部5の両端の連通孔6を介してキャップ体4の内側から外側に空気が排出されて、キャップ体4の内側が液体に満たされることになり、キャップ体4の内側に配置されている一対の検知端子部7が液体中に浸漬される。このとき検知端子部7間には液体の酸化還元電位や遊離塩素濃度に起因した電位差が生じて起電力が発生する。
【0036】
このとき、制御部は二つのリード線3(3a,3b)間に生じた電圧を検出して、この検出結果に基づいて表示部の発光ダイオード31を点灯させ、使用者に液体の水質を知らせる。
【0037】
水質の測定が終了したら、検知部27の先端を液体中から引き上げる。このときキャップ体4のスリット状の開口部5からキャップ体4の内側の液体が排出されると共に、開口部5の両端の連通孔6を介してキャップ体4の外側から内側に空気が侵入して、キャップ体4の内側の液体がキャップ体4から排出される。
【0038】
このように形成される本発明の水質センサ1は水の酸化還元電位の測定や塩素濃度の測定に用いることができるが、水質センサ1の検知端子部7間に発生する起電力は、特に遊離塩素濃度との相関が強く、このためこの水質センサ1は、水道水中の遊離塩素濃度測定用として好適に用いることができる。また、水道水中には殺菌のために常に次亜塩素酸ナトリウムが含有されているため、何らかの理由により検知端子部7の表面の塩化銀被膜が剥離したとしても、検知端子部7を水道水中に浸漬させることにより検知端子部7の表面に電気化学反応によって塩化銀被膜が再形成されるものであり、このためこの水質センサ1を水道水の水質検出用として用いると検知端子部7を高寿命化させることができるものである。
【0039】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
【0040】
(センサ部の作製)
リード線3(3a,3b)としては線径0.45mmのニッケル線を二本用い、各リード線3(3a,3b)の先端を叩打して直径0.6〜0.7mmの瘤部9を形成した。
【0041】
また端子電極2となる白金線や銀線は、取扱性が良く安価なものとして、線径0.1mmの白金線と、線径0.2mmの銀線を用いた。
【0042】
そして、一方のリード線3bの瘤部9と白金線の端部とをスポット溶接により接続して、一方のリード線3bの瘤部9に白金線の端部を埋設させてこのリード線3bに白金線からなる端子電極2bを接続し、また他方のリード線3aの瘤部9と銀線の端部とをスポット溶接により接続して、他方のリード線3aの瘤部9に銀線の端部を埋設させてこのリード線3aに銀線からなる端子電極2aを接続した。
【0043】
次いで、リード線3(3a,3b)を図3に示す形状を有するABS樹脂製の固定部材10の挿通孔20に、端子電極2(2a,2b)が接続されていない側の端部から挿通し、リード線3(3a,3b)の先端の瘤部9を突出部13の前側凹部17内において係止部11の前面側に係止させた。
【0044】
次いで、シリコーン樹脂(信越化学工業株式会社製の「KE109−A」と「KE109−B」との1:1混合物)を脱泡した後、固定部材10の突出部13の前側凹部17内に充填し、100℃で1時間加熱させた。
【0045】
次いで、エポキシ樹脂(日本ペルノックス社製「エポキシME−352」の、主剤と硬化促進剤の100:15混合物)を固定部材10の挿入部12の後側凹部16に充填し、100℃で30分間加熱させた。
【0046】
このとき、固定部材10の突出部13の前側凹部17に充填された封止材18からは、各端子電極2(2a,2b)の検知端子部7が突出した状態となり、このときの検知端子部7の封止材18からの突出寸法は2.2mm、検知端子部7間の距離は1.5mmとなった。
【0047】
次に、二つのリード線3(3a,3b)をニッケル線で縛ることにより接触させ、この状態でまず検知端子部7を洗浄剤(井内盛栄堂製「ピュアーソフト」)の6倍希釈溶液中に30秒間浸漬した後、蒸留水中に30秒間浸漬した。次に検知端子部7を水酸化ナトリウムの1mol/L溶液中に30秒間浸漬した後、蒸留水中に30秒間浸漬した。次に検知端子部7を塩酸の1mol/L溶液中に30秒間浸漬した後、蒸留水中に30秒間浸漬した。更にもう一度検知端子部7を蒸留水中に30秒間浸漬した。ここで、検知端子部7をこれらの液中の浸漬している間、超音波洗浄機を用いて液中に超音波振動を加えるものとした。
【0048】
次いで、二つのリード線3(3a,3b)をニッケル線で縛って電気的に接続させたままの状態で、検知端子部7を次亜塩素酸ナトリウムの10%水溶液中に30分間浸漬して、銀線からなる端子電極2aの、検知端子部7の表面に塩化銀被膜を形成した。
【0049】
(塩素濃度依存性評価)
0ppmから2ppmの範囲の塩素濃度を有する次亜塩素酸ナトリウム水溶液に上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を浸漬し、このときに端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、塩素濃度と端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力との相関関係を調査した。
【0050】
この結果を表1及び図7に示す。
【0051】
【表1】
【0052】
この結果から明らかなように、塩素濃度と端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力との間には強い相関関係があり、このようなセンサ部を備える水質センサ1を水道水の遊離塩素濃度検出用として好適に用いることができることがわかる。
【0053】
(再現性評価)
上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を、0.4ppmの塩素濃度を有する次亜塩素酸ナトリウム水溶液中に繰り返し浸漬し、このときに端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0054】
この結果を表2及び図8に示す。
【0055】
【表2】
【0056】
この結果から明らかなように、水溶液の測定を繰り返し行なっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い再現性を有することがわかる。
【0057】
また、上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を、0.4ppmの塩素濃度を有する次亜塩素酸ナトリウム水溶液中と、塩素濃度0ppmの水中に交互に繰り返し浸漬し、このときに端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0058】
この結果を表3及び図9に示す。
【0059】
【表3】
【0060】
このように、塩素濃度の異なる水溶液の測定を交互に繰り返し行なっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い再現性を有することがわかる。
【0061】
(耐熱性評価1)
上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を蒸留水に浸漬した後、水道水と熱湯(80℃)とに繰り返し浸漬し、更に蒸留水に浸漬した、このときの、水道水及び蒸留水に浸漬した際の端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0062】
この結果を表4及び図10に示す。
【0063】
【表4】
【0064】
このように、端子電極2を熱湯に繰り返し浸漬した場合であっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い耐熱性が確認された。
【0065】
(耐熱性評価2)
上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を蒸留水、水道水に順に浸漬した後、熱湯(100℃)中に30分間浸漬し、更にその後、水道水、蒸留水の順に浸漬し、水道水及び蒸留水に浸漬した際の端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0066】
この結果を表5及び図11に示す。
【0067】
【表5】
【0068】
このように、端子電極2を熱湯に長時間浸漬した場合であっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い耐熱性が確認された。
【0069】
尚、水道水に浸漬した際における測定値が上記の耐熱性評価1と異なるのは、試験日が異なることにより水道水中の塩素濃度が変化したためであり、これは以下に示す試験において水道水に端子電極2を浸漬させた場合についても同様である。
【0070】
(耐酸性試験)
上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を蒸留水に浸漬した後、水道水と希塩酸(pH2)とに繰り返し浸漬し、更に蒸留水に浸漬した、このときの、水道水、希塩酸及び蒸留水に浸漬した際の端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0071】
この結果を表6及び図12に示す。
【0072】
【表6】
【0073】
このように、端子電極2を酸性溶液に繰り返し浸漬した場合であっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い耐酸性が確認された。
【0074】
(耐アルカリ性試験)
上記のように形成されたセンサ部の検知端子部7を蒸留水に浸漬した後、水道水と水酸化カリウム水溶液(pH11)とに繰り返し浸漬し、更に蒸留水に浸漬した。このときの、水道水、水酸化カリウム水溶液及び蒸留水に浸漬した際の端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力をリード線3(3a,3b)間の電位差を測定することにより導出して、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力の再現性を調査した。
【0075】
この結果を表7及び図13に示す。
【0076】
【表7】
【0077】
このように、端子電極2をアルカリ性溶液に繰り返し浸漬した場合であっても、端子電極2(2a,2b)間に発生する起電力には大きな変化がみられず、高い耐アルカリ性が確認された。
【0078】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る水質センサは、検知対象の液体に一対の端子電極を直接接触させて端子電極間に発生する起電力に基づいて水質を測定する水質センサであって、銀製の端子電極と白金製の端子電極とがそれぞれリード線に接続され、銀製の端子電極には端子電極とリード線との接続部よりも先端側に塩化銀被膜が形成されているため、簡便な構成にて水質センサを形成することができ、この水質センサにて水の酸化還元電位や塩素濃度等の測定を行なうことができるものであり、また銀製の端子電極とリード線との間の接続部には塩化銀被膜が形成されることがなく、塩化銀被膜によって端子電極とリード線との間の接続信頼性が向上して、信頼性の高い水質センサを得ることができるものである。
【0079】
また、端子電極の周囲を覆うキャップ体を設け、キャップ体には検出対象である液体を通過させる開口と、空気を通過させる開口とを形成すると、キャップ体によって端子電極を保護して、端子電極の損傷を防止することができ、また水質の測定時には検出対象である液体はキャップ体の内側に侵入すると共にキャップ体の内側の空気が外側に排出されて、液体がキャップ体の内側にスムーズに侵入して端子電極が浸漬されることになり、また測定終了後は検出対象である液体はキャップ体の内側から外側に排出されると共に空気がキャップ体の内側に侵入してキャップ体の内側の液体をスムーズに排出することができるものである。
【0080】
更に、本発明に係る水質センサを水道水の残留塩素濃度測定用として形成すると、端子電極間には水道水の残留塩素濃度と高い相関性を有する起電力が発生して、水道水の残留塩素を高い精度にて測定することができ、また水道水中には殺菌のために常に次亜塩素酸ナトリウムが含有されていることから、何らかの理由により端子電極の表面の塩化銀被膜が剥離したとしても、水質検出時に端子電極を水道水中に浸漬させることにより端子電極の表面に電気化学反応によって塩化銀被膜が再形成されるものであり、このため端子電極を高寿命化させることができるものである。
【0081】
また、本発明に係る水質センサを検出対象である液体の酸化還元電位測定用として形成することもでき、この場合は、端子電極間には液体の酸化還元電位に起因する起電力が発生することから、この起電力に基づいて液体の酸化還元電位の測定を行なうことができるものである。
【0082】
また本発明に係る水質センサの製造方法は、検知対象の液体に一対の端子電極を直接接触させて端子電極間に発生する起電力に基づき水質を測定する水質センサの製造方法であって、二本のリード線の先端に白金製の端子電極と銀製の端子電極とをそれぞれ接続した後、端子電極のリード線との接続部よりも先端側を塩素を含む電解水溶液中に浸漬させた状態で端子電極間に通電を起こさせることにより、銀製の端子電極の、リード線との接続部よりも先端側の表面に塩化銀被膜を形成するため、簡便な構成にて水質センサを形成することができ、この水質センサにて水の酸化還元電位や塩素濃度等の測定を行なうことができるものであり、また銀製の端子電極とリード線との間の接続部には塩化銀被膜が形成されることがなく、塩化銀被膜によって端子電極とリード線との間の接続信頼性が向上して、信頼性の高い水質センサを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、(a)は(b)の断面図、(b)は一部の側面図である。
【図2】キャップ体を示すものであり、(a)は正面図、(b)は側面の断面図である。
【図3】固定部材を示すものであり、(a)は正面図、(b)は側面の断面図、(c)は平面図である。
【図4】ハウジングの一部を示すものであり、(a)は側面図、(b)は一部の平面図、(c)は断面図である。
【図5】水質センサの全体構成を示す側面図である。
【図6】水質センサの動作を示すブロック図である。
【図7】塩素濃度依存性評価の試験結果を示すグラフである。
【図8】同一塩素濃度の水の測定を行なった際の再現性評価の試験結果を示すグラフである。
【図9】異なる塩素濃度の水の測定を行なった際の再現性評価の試験結果を示すグラフである。
【図10】水道水の測定と熱湯による加熱を繰り返し行なった耐熱性評価の試験結果を示すグラフである。
【図11】水道水の測定後、熱湯により30分間加熱した後、更に水道水の測定を行なった耐熱性評価の試験結果を示すグラフである。
【図12】耐酸性評価の試験結果を示すグラフである。
【図13】耐アルカリ性評価の試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 水質センサ
2,2a,2b 端子電極
3,3a,3b リード線
4 キャップ体
5 開口部
6 連通孔
Claims (3)
- 検知対象の液体に一対の端子電極を直接接触させて端子電極間に発生する起電力に基づいて水質を測定する水質センサであって、銀製の端子電極と白金製の端子電極とがそれぞれリード線に接続され、銀製の端子電極には端子電極とリード線との接続部よりも先端側に塩化銀被膜が形成され、端子電極の周囲を覆うキャップ体が設られ、キャップ体に、検出対象である液体を通過させる開口としてキャップ体の側面から前端面を通って反対側の側面に亘るスリット状の開口部が形成されていると共に、空気を通過させるための開口として開口部の両端部にこの開口部に連通すると共にこの開口部の幅よりも大径な連通孔が形成されていることを特徴とする水質センサ。
- 水道水の残留塩素濃度測定用として形成して成ることを特徴とする請求項1に記載の水質センサ。
- 検出対象である液体の酸化還元電位測定用として形成して成ることを特徴とする請求項1に記載の水質センサ。
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