JP4795767B2 - 測定器および水質測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定体の測定に用いられる測定器、容器および水質測定装置に関するものである。

工業用水や下水、河川湖沼の水などは、水質測定装置にて定期的に水質を測定して監視していく必要がある。その測定項目としては、例えばｐＨ、濁度等の監視目的に応じた種々の項目が採用され、それに応じた各種のセンサ類が水質測定装置にセットされる。
例えば、工業用ｐＨ計は、種々の要因により不斉電位および感度が経時変化することから、定期的に校正することが必要であり、また、電極部の汚れを取るために洗浄することが必要である。そのために、種々の構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、次のような構造が開示されている。すなわち、洗浄・校正ユニットは、洗浄校正器と電極保持具とを備えている。この洗浄校正器は、被測定液内に配置され、本体に固定されて下方部が被測定液に配置されると共に、下端にパッキンが設けられたパイプを有するものである。電極保持具は、パイプとの間に電極洗浄・校正用空間部を持つようにパイプの長手方向に沿って上下動し、かつ下端部に測定電極を収容した電極カバーを有するものである。
このように構成された洗浄校正ユニットは、測定時には電極カバーは最下位に配置されて測定電極が被測定液に接触し、洗浄・校正時には電極カバーは最上位に配置されて電極カバーの先端部の大径部がパイプの下端に設けられたパッキンと接触して電極洗浄・校正用空間部が密閉されるように作用する。電極洗浄・校正用空間部に被測定液が導入されないようにエアが抵抗管を通して供給されている。

特開平３−１３７５５４号公報(第４および５頁、図２)

しかしながら、電極洗浄・校正用空間部を密閉するためにパッキンを用いていることから、電極カバーが上下移動する際にパッキンは電極カバーと摺動する。このため、使用期間が長くなればなるほどパッキンが磨耗等していく。パッキンが磨耗等すると、電極洗浄・校正用空間部の密閉状態を確保できなくなり、液漏れ等の不具合を生じるおそれがある。そして、磨耗したパッキンは装置の内部に設けられているため、パッキンの交換作業は、水質測定装置を分解する必要があり、メンテナンス性を容易に行うことは困難である。とりわけ、自動で水質を測定する装置にとっては、メンテナンス性が重要な要素になる。
また、電極カバーは、パッキンに摺動して上下移動するため、電極カバーを上下移動させる駆動力がその分余計に必要になり、駆動源の大型化に伴う水質測定装置の大型化や複雑化、コストの上昇等を招いてしまう。

本発明は、以上のような技術的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、メンテナンス性の向上が可能な測定器、容器および水質測定装置を提供することにある。
また、別の目的は、装置の小型化やコストダウンを実現可能な測定器、容器および水質測定装置を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される測定器は、被測定液が入れられる槽を有する容器本体と、容器本体の槽に入れられた被測定液を測定するセンサを備え、上下方向に移動可能な部材と、容器本体の槽の中で部材との間に位置するように容器本体に取り付けられ、加圧流体を供給して膨張すると部材に接触し、かつ、加圧流体の供給を中止して収縮すると部材から離れるチューブ状の膨張収縮部材と、を含み、膨張収縮部材は、容器本体の槽の中での膨張により槽の内面と部材の外面との間をシールし、これによって槽内に別の槽が形成され、膨張収縮部材は、容器本体の槽の中での収縮により容器本体の槽と部材との間に隙間を形成し、これによって別の槽の液体を槽に排水することを特徴とするものである。

また、膨張収縮部材は、容器本体の槽の中での膨張により部材を槽内で保持することを特徴とすることができる。また、膨張収縮部材は、中央部に貫通する空間を有する筒形状であり、空間に部材が位置することを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用される水質測定装置は、被測定液を入れるための第１の槽を有する測定部と、測定部の第１の槽に入れられた被測定液を排出するためのドレンと、測定部の第１の槽に入れられた被測定液の水質を測定する電極を有し、上下方向に移動可能な部材と、加圧流体が供給されて第１の槽において膨張すると第１の槽に位置する部材と共に第１の槽を仕切って第２の槽を形成し、加圧流体の供給が中止されて収縮すると部材との間の隙間が形成されて隙間から第２の槽の液体を第１の槽に移してドレンを介して排出するためのチューブ状部材と、を含むものである。

チューブ状部材は、部材の電極により被測定液の水質が測定されるときに加圧流体が供給されて膨張し、これにより部材を保持固定することを特徴とすることができる。

部材を上下方向に移動させる移動手段を更に含み、移動手段により部材を上下方向に移動させるときには、チューブ状部材を収縮させることを特徴とすることができる。また、測定部の第１の槽に入れられる被測定液を、水質を監視する水域からポンプアップして第１の槽に導入するための導入手段を更に含むことを特徴とすることができる。

本発明によれば、使用に伴う消耗部品の交換作業を従来よりも減らすことが可能になるので、メンテナンス性を向上させることが可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る水質測定装置１を示す概略構成図である。同図の（ａ）は、水質測定装置１の正面図であり、（ｂ）はその左側面図である。
同図に示すように、水質測定装置１は、ベース１ａと、ベース１ａに立設して取り付けられたフレーム１ｂとを備えている。このフレーム１ｂには、操作・制御部２、センサモジュール３、測定部（容器本体）４、送液部５およびタンクユニット６が取り付けられている。なお、この水質測定装置１は、管理者が直接操作しなくても予め定められた時間ごとに自動的に測定するもので、測定後には、予め定められた手順に従って自動校正等を行うことができるように構成されている。

センサモジュール３は、いわゆる基本５項目を測定できるように構成されている。すなわち、センサモジュール３は、一般測定項目である水温、ｐＨ、導電率（ＥＣ）、濁度（ＴＵＲＢ）および溶存酸素（ＤＯ）を測定できるように構成されている。具体的な構成は後述する。

センサモジュール３は、ワイヤ（移動手段）３５に取り付けられており、このワイヤ３５により吊り下げられている。このワイヤ３５は、図示しない巻取り器（移動手段）に接続されている。図示しない巻取り器は、操作・制御部２によりその作動が制御されている。すなわち、図示しない巻取り器がワイヤ３５を巻き取るように作動すると、センサモジュール３は上方に移動する。また、図示しない巻取り器が、ワイヤ３５が繰り出されるように作動すると、センサモジュール３は自重により下方に移動する。
このように操作・制御部２が図示しない巻取り器を制御することによって、測定部４内でセンサモジュール３の上下方向の位置を変えることができる。

測定部４は、導かれた検水（被測定体、被測定液）の測定をセンサモジュール３にて５項目を測定するための部分である。また、測定部４は、センサモジュール３の検出部３４（図２参照）を校正液にて校正すると共に洗浄液にて洗浄するための部分である。

送液部５は、測定部４への校正液および洗浄液（精製水、水道水）の供給を行うと共に、校正液および洗浄液の測定部４からの排出を行うための各種の流体関連部品が配設されている。流体関連部品を図示しないが、流体関連部品としては、例えば配管やポンプ、電磁弁等である。タンクユニット６は、校正用標準液が収容されたタンクからなり、具体的には、標準液（例えばｐＨ７）用のタンク６１と標準液（例えばｐＨ４）用のタンク６２とを備えている。

また、操作・制御部２は、センサモジュール３及び送液部５の作動等を制御する。また、操作・制御部２は、センサモジュール３での検出結果の入力を受けて図示しない記憶媒体に記憶し、必要に応じて検出結果を、通信手段（例えば携帯電話）により外部機器へ出力する。

図２は、センサモジュール３および測定部４の各々の構成を説明するための縦断面図である。
同図に示すように、測定部４は、校正液が導かれる校正液槽（別の槽、第２の槽）４１と、検水が導かれる検水槽（槽、第１の槽）４２と、校正液槽４１と検水槽４２とを仕切るためのチューブ（膨張収縮部材、チューブ状部材）４３と、センサモジュール３の検出部３４（図２参照）を洗浄するための洗浄部材４４と、を備えている。

チューブ４３は、空気封入式チューブであり、測定部４の内部空間における上下方向略中央部に位置している。校正液槽４１は、チューブ４３の上側に配置されている。検水槽４２は、チューブ４３の下側に配置されている。チューブ４３の詳細については後述する。

洗浄部材４４には、配管４４ａが接続され、この配管４４ａを通じて洗浄部材４４に、センサモジュール３の検出部３４（図２参照）を洗浄するのに用いる洗浄流体が供給される。配管４４ａには、操作・制御部２により開閉動作が制御される電磁弁４４ｂが取り付けられている。

測定部４の校正液槽４１に相当する領域の内周面には、送液部５に配管にて連通する供給口４１ａと、供給口４１ａより下方に位置する排出口４１ｂと、供給口４１ａよりも上方に位置するオーバーフロードレン４１ｃとが形成されている。このように構成されているため、校正液は、送液部５（図１参照）から供給口４１ａを介して校正液槽４１に供給され、排出口４１ｂを介して排出される。
なお、排出口４１ｂおよびオーバーフロードレン４１ｃは、装置外に導かれる図示しない配管に接続されている。また、排出口４１ｂに接続されている配管４１ｄには、操作・制御部２により開閉動作が制御される電磁弁４１ｅが取り付けられている。

測定部４の検水槽４２に相当する領域の底面には、装置外から検水槽４２内に検水を導入するための入口４２ａと、検水槽４２内の検水を装置外に排出するための出口４２ｂとが形成されている。この出口４２ｂには、配管４２ｄが接続されている。そして、この配管４２ｄには、操作・制御部２により開閉動作が制御される電磁弁４２ｅが取り付けられている。また、測定部４の検水槽４２に相当する領域の内周面には、オーバーフロードレン４２ｃが形成されている。このように構成されているため、検水は、入口４２ａから検水槽４２に供給され、オーバーフロードレン４２ｃから排出される。
なお、検水槽４２内には、検水の量を検知するための図示しないフロートスイッチが配設されている。

測定部４内には、センサモジュール３が位置している。このセンサモジュール３は、電極ボディーないしは本体部３１と、本体部３１から下方に延びる支持部材３２と、支持部材３２に保持され、センサモジュール３の下端に位置する仕切り部材（仕切り板）３３と、本体部３１に取り付けられ、本体部３１と仕切り部材３３との間に位置する水質計電極ないしは検出部３４と、を備えている。
なお、検出部３４は、５項目を検出するための各種のセンサ及び内蔵アンプで構成されている。各種のセンサについての詳細は後述する。

ここで、測定部４に設けられたチューブ４３は、両端が開放状態になっている略円筒形状（略ドーナツ形状）のゴム材からなる。すなわち、チューブ４３の外面は、外周面４３ａおよび内周面４３ｂを有する。そして、センサモジュール３は、チューブ４３の内周面４３ｂに囲まれた空間を貫通するように配置されている。
なお、チューブ４３の内部に所定圧（例えば、０．０４ＭＰａ）のエア（加圧流体）が注入可能な図示しない空気圧装置を、上述した送液部５内に備えている。また、図示しない空気圧装置は、上述した操作・制御部２により制御されている。

図示しない空気圧装置からチューブ４３に所定圧のエアが注入されると、それまで収縮していたチューブ４３は、膨張する。この場合、チューブ４３の内周面４３ｂ側が膨らむようにチューブ４３は膨張する。そして、所定圧のエアの注入を中止すると、チューブ４３は萎んでチューブ４３の内周面４３ｂは元に戻る。このように、チューブ４３は、所定圧のエアの注入の有無に応じてチューブ４３の内周面４３ｂの形状が変わるように構成されている。

図３は、図２に示すセンサモジュール３の検出部３４の概略構成を示す斜視図である。図３の（ａ）および（ｂ）において、支持部材３２および仕切り部材３３の図示を省略している。また、図３の（ｂ）については、温度センサ部７１と電気伝導率セル部７３と濁度セル部７４とを図示するために、検出部３４の一部の図示を省略して表している。
同図に示すように、センサモジュール３の検出部３４は、５項目を検出するための複数のセンサ類が本体部３１に一体化されて構成されている。具体的には、検出部３４は、検水の水温を検出する温度センサ部７１と、検水のｐＨを検出するｐＨ電極部７２と、検水の導電率を検出する電気伝導率セル部７３と、検水の濁度を検出する濁度セル部７４と、検水の溶存酸素を検出するＤＯ電極部７５と、を備えている。

検出部３４を構成するセンサ類について簡単に説明する。ｐＨ電極部７２は、ガラス電極法によりｐＨを検出するものである。そして、ｐＨ電極部７２は、先端に設けられたガラス電極チップ７２ａと、保護カバー７２ｂと、交換式の液絡部７２ｃと、比較電極７２ｄと、補充口栓７２ｅとを有する。
また、ＤＯ電極部７５は、隔膜形ガルバニ電極法により溶存酸素を検出するものである。そして、ＤＯ電極部７５は、先端に設けられた隔膜セット７５ａと、隔膜セット７５ａに隣接して設けられた外筒７５ｂとを有する。

次に、センサモジュール３および測定部４の測定時、校正時および洗浄時の各々の状態について説明する。
図４は、測定時におけるセンサモジュール３および測定部４の概略縦断面図である。
同図に示すように、検水の測定時には、検水槽４２に検水が供給されると共に、センサモジュール３が降下する。これにより、センサモジュール３の検出部３４が検水槽４２の検水に沈められ、検出部３４が５項目について検水を測定する。なお、この状態では、センサモジュール３の仕切り部材３３も検水槽４２の検水に沈んでいる。
そして、チューブ４３は、所定圧のエアが注入されている。このため、チューブ４３は、センサモジュール３の本体部３１に当接する。したがって、チューブ４３によってセンサモジュール３の本体部３１を固定維持することができ、検水槽４２内で液流の乱れがあったとしても、安定した測定を行うことができる。

なお、チューブ４３は、所定圧のエアの注入により膨らんでセンサモジュール３を保持するので、センサモジュール３の外形が異なる部分であっても、より確実に保持することができる。また、外形が異なる部分に当接して保持する場合には、チューブ４３に注入するエアの圧力を必要に応じて変えることも考えられる。

一方、センサモジュール３の検出部３４による検水の測定が終了したら、チューブ４３へのエア注入を中止する。これにより、チューブ４３がセンサモジュール３の本体部３１と当接しない状態になり、センサモジュール３はチューブ４３に対してフリーになる。このため、この状態で、センサモジュール３を上昇させても、センサモジュール３とチューブ４３とが摺動しない。したがって、摺動によりチューブ４３の内周面４３ｂが傷つけられることを回避することができる。また、センサモジュール３の上昇移動に伴い、センサモジュール３がチューブ４３から抵抗力を受けることがない。すなわち、センサモジュール３の上下方向の動きにストレスがない。

図５は、校正時における測定部４およびセンサモジュール３の概略縦断面図である。
同図に示すように、センサモジュール３の検出部３４の校正時には、センサモジュール３の検出部３４が検水槽４２から引き上げられる。すなわち、チューブ４３に所定圧のエアを注入しない状態にした後に、センサモジュール３の仕切り部材３３をチューブ４３の高さ位置と同じ位置まで上昇させる。その後、チューブ４３に所定圧のエアが注入されると、チューブ４３の内周面４３ｂが膨張し、センサモジュール３の仕切り部材３３の外周面３３ａがチューブ４３の内周面４３ｂと全周にわたって当接する。そして、仕切り部材３３に当接しているチューブ４３は、シール材として機能することになる。このようにして、測定部４の内部空間は、チューブ４３によって校正液槽４１と検水槽４２とに仕切られる。

この状態で校正液槽４１に校正液が供給されると、校正液槽４１に校正液が溜まる。校正液が検水槽４２に漏れることはない。このようにして、センサモジュール３の検出部３４を校正液内に入れることができ、検出部３４の校正を行うことができる。

検出部３４の校正が完了すると、校正液槽４１内の校正液を排出口４１ｂから排出する。その後、校正液槽４１の内部を精製水等で洗浄する。すなわち、センサモジュール３の検出部３４の校正が完了し、校正液槽４１の排出口４１ｂから校正液を排出した後に、供給口４１ａから洗浄液を供給する。このときは、チューブ４３に所定のエアを注入した状態であるので、洗浄液が校正液槽４１内に溜まっていく。このようにして、洗浄液により校正液槽４１等の洗浄を行う。

図６は、検水槽４２の洗浄時におけるセンサモジュール３および測定部４の概略縦断面図である。
同図に示すように、チューブ４３に所定圧のエアを注入しない状態にしてチューブ４３を収縮させると、萎んだチューブ４３とセンサモジュール３の仕切り部材３３との間には隙間が形成される。このため、校正液槽４１内に溜まっていた洗浄液は、検水槽４２に直接排出される。このように、洗浄に用いた洗浄液のドレンとして検水槽４２の出口４２ｂ等を利用することができる。

これについて更に説明すると、洗浄液用のドレンを特別に配設しなくても、チューブ４３を収縮させることにより生ずるセンサモジュール３との隙間や検水槽４２の出口４２ｂを、洗浄液用のドレンとして利用することができる。
すなわち、校正液用のドレンと洗浄液用のドレンの２つを設ける必要がなく、校正液用のドレンを配設するだけで足りる。とりわけ、校正液と洗浄液とを１つのドレン（排出口４１ｂ）にて兼用する場合には、校正液を排出する場合と洗浄液を排出する場合とで異なる流路になるので、電磁弁等の切換え手段が必要になり、装置の小型化等を実現するのが困難になってしまう。本実施の形態では、このような問題点を回避することができる。

また、チューブ４３とセンサモジュール３の仕切り部材３３との間に形成された隙間を通じて、排出口から排出できなかった洗浄液等が検水槽４２に落ちる。すなわち、完全にドレンできる。このため、残液によるコンタミ(contamination)等を軽減することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、チューブ４３を膨ませると、チューブ４３の内周面４３ｂはセンサモジュール３の外周面３３ａと当接する。これにより、チューブ４３は、保持部材としての機能を果たすことができる。また、チューブ４３の内周面４３ｂとセンサモジュール３の外周面３３ａとが全周にわたって当接すると、チューブ４３は、シール材としての機構を果たすことができる。

その一方で、チューブ４３を萎ませると、チューブ４３の内周面４３ｂはセンサモジュール３の外周面３３ａと当接しなくなり、チューブ４３の内周面４３ｂとセンサモジュール３の外周面３３ａとの間にスペースが形成されるようになる。これにより、チューブ４３は、ドレンとしての機能を果たすことができる。

付言すると、例えば、本実施の形態のようなチューブ４３の代わりに、図示しないＯリングを用いると、Ｏリングとセンサモジュール３との当接関係は変わらない。このため、センサモジュール３の上下方向の動きに伴い、Ｏリングがセンサモジュール３と常に摺動することになる。したがって、Ｏリングがセンサモジュール３との磨耗等により保持力が低下し、シール力も低下するおそれがあるので、装置内部に位置するＯリングの交換の作業性を考慮すると、水質測定装置１としてはメンテナンス性（保守作業性）に問題がある。また、センサモジュール３自体にも不要なストレスを与える結果となり、センサモジュール３を上下動する駆動源に大きな駆動力が求められ、装置の大型化やコストの上昇等の観点から好ましくない。

これに対して、本実施の形態では、所定のエアの注入の有無に応じて内周面４３ｂが変化するチューブ４３を用いているので、チューブ４３がセンサモジュール３と摺動することを回避することができる。このため、メンテナンス性にも優れ、センサモジュール３を上下動する駆動源も小出力のものを用いることができるので、装置の小型化やコストダウンに寄与することができる。
また、本実施の形態では、チューブ４３を収縮させることにより、校正液槽４１用洗浄水のドレンとして兼用することができるので、装置の簡素化等を図ることができる。

次に、本実施の形態に係る水質測定装置１の設置例について説明する。
図７は、本実施の形態に係る水質測定装置１の設置例を説明するための説明図である。
本実施の形態に係る水質測定装置１は、主に河川や湖沼等の水質測定に用いられる。すなわち、図７に示すように、水質測定装置１は、選定された地点の観測室８１に設置されるものである。そして、水質測定装置１は、河川水等を連続的に自動採水した検水を測定し、測定値を図示しない指示計（図１の操作・制御部２を参照）に指示するとともに記録する。さらに、測定値を図示しないテレメータ装置に接続して伝送し、別の場所の管理事務所等にてデータの作表・解析を行うことも可能である。
河川水等の自動採水を行うために、図７に示す設置例では、河床に設置されたパイルで組み込まれた架橋８２に、河川水をポンプアップするための採水ポンプ８３や、異物を取り除くフィルタ８４等を支持させている。そして自動採水のための揚水管８５や、測定後の検水を排出するための図示しない排水管等も設置されている。すなわち、水質測定装置１は、いわゆる浸漬型ではない。
このように、水質測定装置１は、センサモジュール３の検出部３４を河川等に常時浸漬して連続測定するものではない。すなわち、水質測定装置１は、河川等からポンプアップした検水を検水槽４２に導いてセンサモジュール３の検出部３４を検水槽４２内に入れて測定するものであり、測定時以外には、検出部３４が検水槽４２内から引き上げられる。

本実施の形態に係る水質測定装置を示す概略構成図である。 センサモジュールおよび測定部の各々の構成を説明するための縦断面図である。 図２に示すセンサモジュールの検出部の概略構成を示す斜視図である。 測定時におけるセンサモジュールおよび測定部の概略縦断面図である。 校正時におけるセンサモジュールおよび測定部の概略縦断面図である。 検水槽の洗浄時におけるセンサモジュールおよび測定部の概略縦断面図である。 本実施の形態に係る水質測定装置の設置例を説明するための説明図である。

符号の説明

１…水質測定装置、３…センサモジュール、３１…本体部（部材）、３３…仕切り部材、３４…検出部（センサ）、４…測定部（容器本体）、４１…校正液槽（第２の槽）、４２…検水槽（槽、第１の槽）、４３…チューブ（膨張収縮部材）

Claims (7)

1. 被測定液が入れられる槽を有する容器本体と、
   前記容器本体の前記槽に入れられた被測定液を測定するセンサを備え、上下方向に移動可能な部材と、
   前記容器本体の前記槽の中で前記部材との間に位置するように当該容器本体に取り付けられ、加圧流体を供給して膨張すると当該部材に接触し、かつ、加圧流体の供給を中止して収縮すると当該部材から離れるチューブ状の膨張収縮部材と、
   を含み、
   前記膨張収縮部材は、前記容器本体の前記槽の中での膨張により当該槽の内面と前記部材の外面との間をシールし、これによって当該槽内に別の槽が形成され、
   前記膨張収縮部材は、前記容器本体の前記槽の中での収縮により当該容器本体の当該槽と前記部材との間に隙間を形成し、これによって前記別の槽の液体を当該槽に排水することを特徴とする測定器。
2. 前記膨張収縮部材は、前記容器本体の前記槽の中での膨張により前記部材を当該槽内で保持することを特徴とする請求項１に記載の測定器。
3. 前記膨張収縮部材は、中央部に貫通する空間を有する筒形状であり、当該空間に前記部材が位置することを特徴とする請求項１に記載の測定器。
4. 被測定液を入れるための第１の槽を有する測定部と、
   前記測定部の前記第１の槽に入れられた被測定液を排出するためのドレンと、
   前記測定部の前記第１の槽に入れられた被測定液の水質を測定する電極を有し、上下方向に移動可能な部材と、
   加圧流体が供給されて前記第１の槽において膨張すると当該第１の槽に位置する前記部材と共に当該第１の槽を仕切って第２の槽を形成し、加圧流体の供給が中止されて収縮すると当該部材との間の隙間が形成されて当該隙間から当該第２の槽の液体を当該第１の槽に移して前記ドレンを介して排出するためのチューブ状部材と、
   を含む水質測定装置。
5. 前記チューブ状部材は、前記部材の前記電極により被測定液の水質が測定されるときに加圧流体が供給されて膨張し、これにより当該部材を保持固定することを特徴とする請求項４に記載の水質測定装置。
6. 前記部材を上下方向に移動させる移動手段を更に含み、当該移動手段により当該部材を上下方向に移動させるときには、前記チューブ状部材を収縮させることを特徴とする請求項４に記載の水質測定装置。
7. 前記測定部の前記第１の槽に入れられる被測定液を、水質を監視する水域からポンプアップして当該第１の槽に導入するための導入手段を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の水質測定装置。

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