JP6624610B2 - Temperature sensor and temperature measurement method - Google Patents
Temperature sensor and temperature measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6624610B2 JP6624610B2 JP2016034806A JP2016034806A JP6624610B2 JP 6624610 B2 JP6624610 B2 JP 6624610B2 JP 2016034806 A JP2016034806 A JP 2016034806A JP 2016034806 A JP2016034806 A JP 2016034806A JP 6624610 B2 JP6624610 B2 JP 6624610B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- temperature
- change
- wire
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
本発明は、温度センサ及び温度測定方法に関する。 The present invention relates to a temperature sensor and a temperature measuring method.
管路を流れる流体の断面内の多点における気液二相流中の液体と気体の存在量の時系列情報を得るためのセンサとして、非特許文献1に示すようなワイヤメッシュセンサ(Wire−Mesh Sensor:WMS)が知られている。かかるワイヤメッシュセンサは、流体が流れる管路の軸方向において所定の距離を隔てて交差させると共に、管路の断面内で正方格子状に配設された第1のワイヤ電極及び第2のワイヤ電極を有しており、第1のワイヤ電極を励起電極及び第2のワイヤ電極を計測電極とするインピーダンス計測センサである。ワイヤメッシュセンサにおいては、ワイヤ同士は近接しているが、接触はしていない。以下、このワイヤ同士が近接している部分を便宜的に交点という。 As a sensor for obtaining time-series information of the abundance of liquid and gas in a gas-liquid two-phase flow at multiple points in a cross section of a fluid flowing through a pipeline, a wire mesh sensor (Wire- Mesh Sensor (WMS) is known. Such a wire mesh sensor includes a first wire electrode and a second wire electrode which cross each other at a predetermined distance in an axial direction of a conduit through which a fluid flows, and are arranged in a square lattice in a cross section of the conduit. And an impedance measurement sensor using the first wire electrode as an excitation electrode and the second wire electrode as a measurement electrode. In the wire mesh sensor, the wires are close to each other but not in contact. Hereinafter, a portion where the wires are close to each other is referred to as an intersection for convenience.
上記ワイヤメッシュセンサを有するインピーダンス計測センサでは、第1のワイヤ電極で形成する入力線に、各スイッチにより一列目から順に励起パルスが印加される。ここで、励起パルスは、電源から切替スイッチを介して供給される。かかる励起パルスの印加に伴い、第1のワイヤ電極及び第2のワイヤ電極の各交点におけるインピーダンスは、各交点を短絡する流体の状態に応じて変化する。その結果、インピーダンス計測センサでは、第2のワイヤ電極で形成する出力線に、各交点のインピーダンスを反映した計測信号が行毎に出力される。そして、出力された計測信号を演算処理部で処理することにより、各交点における、例えば気液二相流における気液の割合等、所望の物質の存在量を演算により計測することができる。 In the impedance measurement sensor having the wire mesh sensor, the excitation pulse is applied to the input line formed by the first wire electrode by each switch in order from the first row. Here, the excitation pulse is supplied from a power supply via a changeover switch. With the application of the excitation pulse, the impedance at each intersection of the first wire electrode and the second wire electrode changes according to the state of the fluid that short-circuits each intersection. As a result, in the impedance measurement sensor, a measurement signal reflecting the impedance at each intersection is output to an output line formed by the second wire electrode for each row. Then, by processing the output measurement signal in the arithmetic processing unit, the abundance of a desired substance, such as a gas-liquid ratio in a gas-liquid two-phase flow, at each intersection, can be measured by calculation.
ところで、近年、上記ワイヤメッシュセンサを適用した計測センサや計測システムが開発されている。そのような適用例としては、例えば、気液二相流のボイド率の計測を目的として流れ媒体中の伝導率分布を測定する格子センサ(特許文献1参照)や、複数のロッド状部材の間及び周囲に存在する媒体(例えば流体)を測定対象とするインピーダンス計測センサ(特許文献2,3参照)、或いは、流路中の測定対象(例えば気泡)のインピーダンスに基づき三次元速度を計測する三次元速度の計測システム(特許文献4,5参照)等が挙げられる。 By the way, in recent years, measurement sensors and measurement systems to which the above wire mesh sensors are applied have been developed. Examples of such applications include, for example, a grid sensor (see Patent Document 1) for measuring the conductivity distribution in a flowing medium for the purpose of measuring the void fraction of a gas-liquid two-phase flow, and a method for measuring the void ratio between a plurality of rod-shaped members. And an impedance measurement sensor (see Patent Documents 2 and 3) for measuring a medium (for example, a fluid) existing in the surroundings, or a tertiary that measures a three-dimensional velocity based on the impedance of a measurement target (for example, a bubble) in a flow path. An original speed measurement system (see Patent Documents 4 and 5) and the like.
しかしながら、近年、上述のワイヤメッシュセンサの更なる応用が期待されている。 However, in recent years, further application of the above wire mesh sensor is expected.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ワイヤメッシュセンサを適用した新規な温度センサ及び温度測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a novel temperature sensor and a temperature measurement method to which a wire mesh sensor is applied.
上記目的を達成するための本発明の第1の態様に係る温度センサは、測定対象物中に配設される、相互に間隔をあけて配設された複数の第1のワイヤ電極からなる励起電極と、相互に間隔をあけて配設され且つ前記複数の第1のワイヤ電極と交差して設けられた複数の第2のワイヤ電極からなる計測電極とを有するワイヤメッシュセンサと、前記第1のワイヤ電極に励起信号を入力する入力手段と、前記第2のワイヤ電極から出力されたキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号を検出する検出手段と、前記キャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した前記計測信号を演算処理して前記測定対象物の温度変化を検知する演算処理手段とを有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a temperature sensor, comprising: a plurality of first wire electrodes arranged in a measurement object and spaced apart from each other; A wire mesh sensor comprising: an electrode; and a measurement electrode including a plurality of second wire electrodes disposed at intervals from each other and provided to intersect with the plurality of first wire electrodes. Input means for inputting an excitation signal to the wire electrode, detecting means for detecting a measurement signal reflecting the capacitance, inductance or conductance output from the second wire electrode, and detecting the capacitance, inductance or conductance. Arithmetic processing means for arithmetically processing a measurement signal to detect a temperature change of the measurement object.
本発明の第1の態様では、ワイヤメッシュセンサが測定対象物中に配設されるという新規な着想に基づいた温度センサを提供することができる。即ち、測定対象物の温度変化を経時的に且つ容易に計測することが可能な温度センサを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a temperature sensor based on a novel idea that a wire mesh sensor is provided in an object to be measured. That is, it is possible to provide a temperature sensor capable of easily and easily measuring a temperature change of a measurement object with time.
本発明の第2の態様に係る温度センサは、前記測定対象物は、緩衝剤を添加したものであることを特徴とする。 A temperature sensor according to a second aspect of the present invention is characterized in that the object to be measured has a buffer added thereto.
本発明の第2の態様では、測定対象物が緩衝剤を添加したものであることにより、測定対象物の温度変化に対して安定性の高い導電率を示すと共にS/Nを向上させて、計測精度の向上を図ることが可能な温度センサを提供することができる。 In the second aspect of the present invention, since the measurement object is a substance to which a buffer is added, it exhibits high conductivity with high stability against temperature change of the measurement object and improves S / N, A temperature sensor that can improve measurement accuracy can be provided.
本発明の第3の態様に係る温度センサは、前記演算処理手段は、前記第2のワイヤ電極から出力された計測信号を演算処理して前記測定対象物の水素イオン濃度の変化、水酸化物イオン濃度の変化又は溶存酸素濃度の変化を計測することを特徴とする。 In a temperature sensor according to a third aspect of the present invention, the arithmetic processing means performs arithmetic processing on a measurement signal output from the second wire electrode to change a hydrogen ion concentration of the measurement object, It is characterized in that a change in ion concentration or a change in dissolved oxygen concentration is measured.
本発明の第3の態様では、温度以外に、pH、pOH及び溶存酸素量を単独で又は複数のパラメータを組み合わせて計測することができ、より自由度の高い計測を行うことが可能な温度センサを提供することができる。 In the third aspect of the present invention, in addition to temperature, pH, pOH and dissolved oxygen amount can be measured alone or in combination of a plurality of parameters, and a temperature sensor capable of performing measurement with higher flexibility Can be provided.
本発明の第4の態様に係る温度センサは、前記第1のワイヤ電極及び前記第2のワイヤ電極は、互いに交差する領域を除いて絶縁材料で被覆されていることを特徴とする。 A temperature sensor according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the first wire electrode and the second wire electrode are covered with an insulating material except for regions that intersect each other.
本発明の第4の態様では、各ワイヤ電極が互いに交差する領域を除いて絶縁材料で被覆されることで、温度センサのノイズが低減され、互いの干渉が防止されるので、計測感度を向上させることが可能な温度センサを提供することができる。 In the fourth aspect of the present invention, since the wire electrodes are covered with the insulating material except for the region where they intersect with each other, noise of the temperature sensor is reduced and mutual interference is prevented, so that the measurement sensitivity is improved. It is possible to provide a temperature sensor that can be operated.
上記目的を達成するための本発明の第5の態様に係る温度測定方法は、相互に間隔をあけて配設された複数の第1のワイヤ電極からなる励起電極と、相互に間隔をあけて配設され且つ前記複数の第1のワイヤ電極と交差して設けられた複数の第2のワイヤ電極からなる計測電極とを有するワイヤメッシュセンサを測定対象物中に配設し、前記第1のワイヤ電極に励起信号を入力し、前記第2のワイヤ電極から出力されたキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号を検出し、前記キャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した前記計測信号に基づいて、前記測定対象物の温度変化、水素イオン濃度の変化、水酸化物イオン濃度の変化及び/又は溶存酸素濃度の変化を検知することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a temperature measuring method according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that an excitation electrode composed of a plurality of first wire electrodes arranged at intervals from each other, A wire mesh sensor having a plurality of first wire electrodes and a plurality of second wire electrodes and a measurement electrode formed of a plurality of second wire electrodes provided intersecting the first wire electrode; An excitation signal is input to the wire electrode, a capacitance signal output from the second wire electrode, a measurement signal reflecting the inductance or conductance is detected, and the capacitance, the inductance or the conductance is reflected. It is characterized by detecting a change in temperature of the measurement object, a change in hydrogen ion concentration, a change in hydroxide ion concentration, and / or a change in dissolved oxygen concentration.
本発明の第5の態様では、上述のワイヤメッシュセンサを測定対象物中に配設して得られるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号によって、測定対象物の温度変化、水素イオン濃度の変化、水酸化物イオン濃度の変化、及び/又は溶存酸素濃度の変化を検知するという新規な着想に基づいた温度測定方法を提供することができる。即ち、測定対象物の温度変化等を経時的に且つ容易に計測することができると共に、測定対象物の形態に応じて二次元の計測分布を適宜変更することができ、より自由度の高い計測を行うことができる。 In the fifth aspect of the present invention, the temperature change and the hydrogen ion concentration of the measurement object are changed by the measurement signal reflecting the capacitance, inductance or conductance obtained by disposing the wire mesh sensor in the measurement object. And a temperature measurement method based on a novel idea of detecting a change in hydroxide ion concentration and / or a change in dissolved oxygen concentration. That is, it is possible to easily measure the temperature change and the like of the measurement target over time and easily, and to appropriately change the two-dimensional measurement distribution according to the form of the measurement target. It can be performed.
本発明は、ワイヤメッシュセンサを適用した新規な温度センサ及び温度測定方法を提供することができる。 The present invention can provide a novel temperature sensor and a temperature measurement method using a wire mesh sensor.
(第1の実施形態)
図1及び図2に基づいて本発明の一実施形態にかかるワイヤメッシュセンサ、及び、ワイヤメッシュセンサを有する計測装置の構成を説明する。
(1st Embodiment)
A configuration of a wire mesh sensor according to an embodiment of the present invention and a measurement device having the wire mesh sensor will be described with reference to FIGS.
図1は、ワイヤメッシュセンサを有する計測装置を示す模式図である。また、図2は、かかる計測装置の部分断面図であり、(a)は計測装置においてワイヤメッシュセンサを配設した管状容器の軸方向の部分断面図であり、(b)は管状容器の径方向の部分断面図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a measuring device having a wire mesh sensor. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of such a measuring device, in which (a) is a partial cross-sectional view in the axial direction of a tubular container provided with a wire mesh sensor in the measuring device, and (b) is a diameter of the tubular container. FIG.
図示するように、ワイヤメッシュセンサを有する計測装置(以下、「計測装置1」と称する)は、測定対象物11を収容して保持する管状容器10と、管状容器10内にそれぞれ配設された複数のワイヤメッシュセンサ20と、ワイヤメッシュセンサ20に励起信号PIを入力する入力手段30と、ワイヤメッシュセンサ20から出力された計測信号PO1〜PO4を検出する検出手段40と、検出手段40に検出された計測信号PO1〜PO4を演算処理して測定対象物11の温度変化を検知する演算処理手段50とを備えている。 As shown in the figure, a measuring device having a wire mesh sensor (hereinafter, referred to as a “measuring device 1”) is provided in a tubular container 10 that holds and holds a measurement target 11 and in the tubular container 10, respectively. A plurality of wire mesh sensors 20, input means 30 for inputting an excitation signal PI to the wire mesh sensor 20, detection means 40 for detecting measurement signals PO1 to PO4 output from the wire mesh sensor 20, and detection means 40 An arithmetic processing means 50 for arithmetically processing the measured signals PO1 to PO4 and detecting a temperature change of the measurement object 11 is provided.
計測装置1では、管状容器10内に測定対象物11を収容する際に、測定対象物11中に複数のワイヤメッシュセンサ20を配設し、その状態が保持される。即ち、計測装置1は、ワイヤメッシュセンサ20が測定対象物11中に配設されるという新規な着想に基づいた温度センサである。かかる構成により、計測装置1は、測定対象物11の温度変化を経時的に且つ容易に計測することができる。 In the measuring device 1, when the measuring object 11 is accommodated in the tubular container 10, a plurality of wire mesh sensors 20 are arranged in the measuring object 11, and the state is maintained. That is, the measuring device 1 is a temperature sensor based on a novel idea that the wire mesh sensor 20 is disposed in the measurement target 11. With this configuration, the measuring device 1 can easily and easily measure the temperature change of the measurement target 11 over time.
管状容器10は、複数のワイヤメッシュセンサ20が配設された測定対象物11を内部に収容し、その状態を保持する。管状容器10は、測定対象物11中に配設された複数のワイヤメッシュセンサ20を破損させることなく収容状態を保持することができればよく、材質、形状、サイズ等は特に制限されず、測定対象物11や計測装置1に応じて適宜変更され得る。本実施形態では、図示されていないが、軸方向上面に測定対象物11を注入するための開口部が設けられ、軸方向下面が閉塞された筒状の管状容器10を用いた。 The tubular container 10 accommodates the measurement target 11 on which the plurality of wire mesh sensors 20 are disposed, and holds the state. The tubular container 10 is only required to be able to maintain the housed state without damaging the plurality of wire mesh sensors 20 disposed in the measurement object 11, and the material, shape, size, etc. are not particularly limited, and the measurement object It can be appropriately changed according to the object 11 and the measuring device 1. In the present embodiment, although not shown, an opening for injecting the measurement object 11 is provided on the upper surface in the axial direction, and the cylindrical tubular container 10 in which the lower surface in the axial direction is closed is used.
ここで、ワイヤメッシュセンサ20は、測定対象物11の温度変化を計測することができると共に、測定対象物11のpH、pOH、溶存酸素量(DO:Dissolved Oxygen)、インダクタンス、コンダクタンス、キャパシタンス等を計測することもできる。計測装置1では、これらのパラメータの計測を単独で行ってもよいし、複数のパラメータを同時に計測してもよい。このように、計測装置1は、必要に応じて計測パラメータを適宜選択することができ、自由度の高い計測を行うことができる。 Here, the wire mesh sensor 20 can measure the temperature change of the measurement target 11 and measure the pH, pOH, dissolved oxygen (DO: Dissolved Oxygen), inductance, conductance, capacitance, and the like of the measurement target 11. It can also be measured. The measurement device 1 may measure these parameters independently, or may measure a plurality of parameters simultaneously. As described above, the measurement device 1 can appropriately select measurement parameters as needed, and can perform measurement with a high degree of freedom.
本実施形態では、液体、気体、プラズマ等の流動体の他、非流動体である固体も測定対象物11となり得る。本実施形態の測定対象物11は、液体であることが好ましい。なお、測定対象物11が固体であり、その温度変化を経時的に計測する場合には、予めワイヤメッシュセンサ20を測定対象物11中に配設するので、温度変化の計測に支障がなければ管状容器10を用いなくてもよい。 In the present embodiment, in addition to a fluid such as a liquid, a gas, and a plasma, a solid that is a non-fluid can also be the measurement target 11. The measurement target 11 of the present embodiment is preferably a liquid. When the measurement object 11 is a solid and the temperature change is measured over time, the wire mesh sensor 20 is disposed in the measurement object 11 in advance. The tubular container 10 may not be used.
測定対象物11は、温度変化に対して安定性の高い導電率を示すと共に、S/Nを向上させて計測精度の向上を図る観点から、緩衝剤を添加して用いてもよい。測定対象物11に緩衝剤を添加することで、温度に対するセンサ電位の変化率を上昇させることができる。これにより、測定対象物11の温度変化に対する導電率変化の安定性を高めることができる。緩衝剤の添加量は、測定対象物11の全重量に対して1/1000程度であればよい。また、測定対象物11が純水である場合には、純水の導電率が非常に小さいため、少量のゴミ等の混入(コンタミ)が計測感度に悪影響を及ぼす。しかしながら、測定対象物11に緩衝剤を添加することで、導電率を高めてコンタミの影響を無視できる電位レベルに上昇させることができる。即ち、ワイヤメッシュセンサ20のゲインを上げる必要がないため、雑音量(Noise)を変化させずに信号量(Signal)のみを大きくすることができ、S/Nを向上させることができる。更に、測定対象物11への緩衝剤の添加により、温度変化に対して安定性の高い導電率が得られることから、計測装置1のキャリブレーションも不要である。ただし、必要に応じてキャリブレーションを行っても構わない。 The measurement object 11 may be used with a buffer added from the viewpoint of exhibiting a highly stable conductivity with respect to a temperature change and improving the S / N to improve the measurement accuracy. By adding a buffer to the measurement target 11, the rate of change of the sensor potential with respect to temperature can be increased. Thereby, the stability of the conductivity change with respect to the temperature change of the measuring object 11 can be improved. The amount of the buffer added may be about 1/1000 with respect to the total weight of the measurement object 11. Further, when the measurement object 11 is pure water, the conductivity of the pure water is extremely small, so that a small amount of dust (contamination) adversely affects the measurement sensitivity. However, by adding a buffer to the measurement object 11, the conductivity can be increased and the potential level can be increased to a level where the influence of contamination can be ignored. That is, since there is no need to increase the gain of the wire mesh sensor 20, only the signal amount (Signal) can be increased without changing the noise amount (Noise), and the S / N can be improved. Further, by adding a buffer to the measurement object 11, a highly stable conductivity with respect to a temperature change can be obtained, so that the calibration of the measurement device 1 is unnecessary. However, calibration may be performed as needed.
本実施形態に適用可能な緩衝剤としては、温度変化に対して安定性の高い導電率を示すと共に、S/Nを向上させて計測精度の向上を図ることができれば特に限定されないが、測定対象物11が液体である場合には、緩衝剤を含む溶液(緩衝液)として添加することが好ましい。本実施形態では、測定対象物11に応じて酸性、アルカリ性又は中性付近(pH5〜pH8)の緩衝液を使い分けることができる。酸性の緩衝液は、緩衝剤としてローダミンB等を適用することが好ましく、アルカリ性の緩衝液は、緩衝剤として水酸化ナトリウム、ウラニン等を適用することが好ましく、中性付近のpHの緩衝液は、緩衝剤として硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等を適用することが好ましい。本実施形態では、これらの緩衝剤を水等の溶媒に溶解させて緩衝液として用いることができる。上述のローダミンBやウラニン等の蛍光染料は、化学反応が見られず、且つイオン濃度が高いために緩衝剤に適しているが、これらの蛍光染料は、特に粒子イメージ流速計測法(PIV:Particle Image Velocimetry)等の可視化計測と併用する場合に適用可能である。 The buffer applicable to the present embodiment is not particularly limited as long as it exhibits high conductivity with stability against temperature change and can improve S / N to improve measurement accuracy. When the substance 11 is a liquid, it is preferably added as a solution (buffer solution) containing a buffer. In the present embodiment, an acidic, alkaline, or near-neutral (pH 5 to pH 8) buffer solution can be used depending on the measurement target 11. For an acidic buffer, it is preferable to apply rhodamine B or the like as a buffer, and for an alkaline buffer, it is preferable to apply sodium hydroxide, uranine or the like as a buffer, and a buffer having a pH around neutrality is preferably used. It is preferable to use sodium sulfate, potassium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate or the like as a buffer. In this embodiment, these buffers can be dissolved in a solvent such as water and used as a buffer. The above-mentioned fluorescent dyes such as rhodamine B and uranine are suitable for buffers because they do not show a chemical reaction and have a high ion concentration. However, these fluorescent dyes are particularly suitable for particle image velocimetry (PIV: Particle). This is applicable when used in combination with visualization measurement such as Image Velocimetry.
ワイヤメッシュセンサ20は、4本の第1のワイヤ電極(トランスミッタワイヤ)21a〜21dからなる励起電極22と、4本の第2のワイヤ電極(レシーバーワイヤ)23a〜23dからなる計測電極24とから構成されている。本実施形態では、各ワイヤ電極の本数はこれに限定されず、ワイヤメッシュセンサ20の計測精度や、測定対象物11の形態に応じて適宜変更され得る。 The wire mesh sensor 20 includes an excitation electrode 22 composed of four first wire electrodes (transmitter wires) 21a to 21d and a measurement electrode 24 composed of four second wire electrodes (receiver wires) 23a to 23d. It is configured. In the present embodiment, the number of each wire electrode is not limited to this, and can be appropriately changed according to the measurement accuracy of the wire mesh sensor 20 and the form of the measurement target 11.
励起電極22は、第1のワイヤ電極21a〜21dが相互に間隔をあけて平行に同一平面上に配設されている。また、計測電極24は、第2のワイヤ電極23a〜23dが相互に間隔をあけて平行に同一平面上に配設され、且つ第1のワイヤ電極21a〜21dと交差して設けられている。励起電極22が配設された平面と計測電極24が配設された平面とは、管状容器10内に存在する互いに異なるが一定の間隔を置いて平行に配設された平面である。即ち、励起電極22と計測電極24とが、相互が離隔距離を有して矩形格子状に配設されてワイヤメッシュセンサ20となる。ただし、ワイヤメッシュセンサ20は、励起電極22と計測電極24とが互いに干渉せずに、測定対象物11の温度変化の計測に支障が無ければ、上記構造に限定されない。例えば、各ワイヤ電極間及び各電極が相互に平行に配設されなくてもよいし、メッシュ形状が矩形状でなくてもよい。 In the excitation electrode 22, first wire electrodes 21a to 21d are arranged on the same plane in parallel with each other at intervals. The measurement electrode 24 has second wire electrodes 23a to 23d arranged in parallel on the same plane at an interval from each other, and is provided to intersect with the first wire electrodes 21a to 21d. The plane on which the excitation electrode 22 is disposed and the plane on which the measurement electrode 24 is disposed are planes which are present in the tubular container 10 but are different from each other but are disposed in parallel at a predetermined interval. That is, the excitation electrode 22 and the measurement electrode 24 are arranged in a rectangular lattice shape with a distance from each other, and the wire mesh sensor 20 is obtained. However, the wire mesh sensor 20 is not limited to the above structure as long as the excitation electrode 22 and the measurement electrode 24 do not interfere with each other and do not hinder the measurement of the temperature change of the measurement target 11. For example, the wire electrodes and the electrodes do not have to be arranged in parallel with each other, and the mesh shape does not have to be rectangular.
また、本実施形態では、上記複数のワイヤメッシュセンサ20が、管状容器10の深さ方向に対して互いに一定の間隔を置いて平行に管状容器10内に配設されている。ワイヤメッシュセンサ20の配設数は、測定対象物11に応じて適宜変更され得るが、計測精度の観点から複数のワイヤメッシュセンサ20を配設することが好ましい。 Further, in the present embodiment, the plurality of wire mesh sensors 20 are arranged in the tubular container 10 in parallel with a certain interval in the depth direction of the tubular container 10. Although the number of the wire mesh sensors 20 can be changed as appropriate according to the measurement target 11, it is preferable to provide a plurality of wire mesh sensors 20 from the viewpoint of measurement accuracy.
上述した通り、ワイヤメッシュセンサ20において、励起電極22と計測電極24とは、近接しているが接触はしていない。以下、各電極のワイヤ電極同士が近接している領域を便宜的に交点という。本実施形態では、この交点が測定対象物11の温度変化の計測点([1,1],[2,1],[3,1],[4,1]・・・[1,4],[2,4],[3,4],[4,4])となる。これらの計測点は、各電極のワイヤ電極間の空間に存在する。具体的には、図2(a)に示すように、例えば、計測点[1,1]は、第1のワイヤ電極21aと第2のワイヤ電極23aとの間に存在する。即ち、ワイヤメッシュセンサ20では、第1のワイヤ電極21aと第2のワイヤ電極23aとの間の各計測点において存在する測定対象物11の温度変化を二次元の計測分布により検知する。 As described above, in the wire mesh sensor 20, the excitation electrode 22 and the measurement electrode 24 are close to but not in contact with each other. Hereinafter, a region where the wire electrodes of each electrode are close to each other is referred to as an intersection for convenience. In the present embodiment, this intersection is the measurement point of the temperature change of the measurement object 11 ([1, 1], [2, 1], [3, 1], [4, 1],... [1, 4] , [2,4], [3,4], [4,4]). These measurement points exist in the space between the wire electrodes of each electrode. Specifically, as shown in FIG. 2A, for example, the measurement point [1,1] exists between the first wire electrode 21a and the second wire electrode 23a. That is, the wire mesh sensor 20 detects a temperature change of the measurement target 11 existing at each measurement point between the first wire electrode 21a and the second wire electrode 23a by a two-dimensional measurement distribution.
また、図1及び図2に示すように、ワイヤメッシュセンサ20における計測点([1,1],[2,1],[3,1],[4,1]・・・[1,4],[2,4],[3,4],[4,4])は、1組の励起電極22と計測電極24とが存在する面内に分散されて、複数のワイヤメッシュセンサ20を組み合わせて多数形成されている。即ち、ワイヤメッシュセンサ20は、多点電極センサであるので、各計測点における測定対象物11の温度変化を三次元の計測分布により検知することができる。例えば、二次元の計測分布によりワイヤメッシュセンサ20毎に測定対象物11の温度変化を比較して、測定対象物11の部分的な温度変化の有無を検知することができる。従って、計測装置1は、より精度の高い測定対象物11の温度変化の計測を行うことができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, measurement points ([1, 1], [2, 1], [3, 1], [4, 1],. ], [2, 4], [3, 4], [4, 4]) are distributed in a plane where a pair of the excitation electrode 22 and the measurement electrode 24 exist, and a plurality of wire mesh sensors 20 are formed. Many are formed in combination. That is, since the wire mesh sensor 20 is a multipoint electrode sensor, it is possible to detect a temperature change of the measurement target 11 at each measurement point by a three-dimensional measurement distribution. For example, it is possible to detect the presence or absence of a partial temperature change of the measurement target 11 by comparing the temperature change of the measurement target 11 for each wire mesh sensor 20 based on the two-dimensional measurement distribution. Therefore, the measuring device 1 can measure the temperature change of the measurement target 11 with higher accuracy.
なお、本実施形態では、第1のワイヤ電極21a〜21dからなる励起電極22と、第2のワイヤ電極23a〜23dからなる計測電極24を用いる形態を採用したが、必要に応じて第2のワイヤ電極23a〜23dからなる励起電極と、第1のワイヤ電極21a〜21dからなる計測電極を用いる形態を採用してもよい。 In the present embodiment, the mode using the excitation electrode 22 composed of the first wire electrodes 21a to 21d and the measurement electrode 24 composed of the second wire electrodes 23a to 23d is employed. A mode using an excitation electrode composed of the wire electrodes 23a to 23d and a measurement electrode composed of the first wire electrodes 21a to 21d may be adopted.
また、本実施形態では、第1のワイヤ電極21a〜21d及び第2のワイヤ電極23a〜23dの素材として、ステンレス鋼(SUS304)を用いたが、所定のワイヤ電極としてそれぞれ機能し、測定対象物11との接触や測定形態に応じた温度変化により劣化が生じない素材であれば特に限定されない。また、各ワイヤ電極は、計測装置1のノイズの低減や干渉防止効果により計測感度を向上させる観点から、互いに交差する領域を除いて絶縁材料からなる被覆材でコーティングされてもよい。ここで、各ワイヤ電極における互いに交差する領域を除く領域とは、後述する各パラメータを反映した計測信号の検出に関与せず、測定点として機能しない領域である。被覆材となり得る絶縁材料としては、フッ素樹脂、パラキシリレン樹脂、エナメル等が挙げられ、必要に応じて材料を適宜選択することができる。 Further, in the present embodiment, stainless steel (SUS304) is used as a material of the first wire electrodes 21a to 21d and the second wire electrodes 23a to 23d. The material is not particularly limited as long as the material does not deteriorate due to contact with 11 or a temperature change according to the measurement mode. Further, each wire electrode may be coated with a covering material made of an insulating material except for regions intersecting with each other, from the viewpoint of improving measurement sensitivity by reducing noise and preventing interference of the measurement device 1. Here, the region of each wire electrode other than the region that intersects each other is a region that does not participate in detection of a measurement signal reflecting each parameter described later and does not function as a measurement point. Examples of the insulating material that can be a coating material include a fluororesin, a paraxylylene resin, and an enamel, and the material can be appropriately selected as needed.
入力手段30は、電源31と切替スイッチSPとスイッチS1〜S4とから構成され、スイッチS1〜S4にそれぞれ接続された第1のワイヤ電極21a〜21dが入力線となる。入力手段30では、電源31から切替スイッチSPを介して励起信号PIが供給され、スイッチS1〜S4により一列目の第1のワイヤ電極21aから順に励起信号PIがそれぞれ印加される。なお、入力手段30の構成は、第1のワイヤ電極21a〜21dに励起信号PIを供給することができれば上記に限定されず、必要に応じて適宜変更され得る。 The input means 30 includes a power supply 31, a changeover switch SP, and switches S1 to S4, and the first wire electrodes 21a to 21d connected to the switches S1 to S4 serve as input lines. In the input means 30, the excitation signal PI is supplied from the power supply 31 via the changeover switch SP, and the excitation signals PI are applied in order from the first wire electrodes 21a in the first row by the switches S1 to S4. Note that the configuration of the input unit 30 is not limited to the above as long as the excitation signal PI can be supplied to the first wire electrodes 21a to 21d, and can be appropriately changed as needed.
検出手段40は、A/D変換器41a〜41dと検出部42とから構成され、A/D変換器41a〜41dにそれぞれ接続された第2のワイヤ電極23a〜23dが出力線となる。検出手段40では、入力手段30により第1のワイヤ電極21a〜21dにそれぞれ印加された励起信号PIが、第1のワイヤ電極21a〜21dと第2のワイヤ電極23a〜23dとの交点、即ち計測点([1,1],[2,1],[3,1],[4,1]・・・[1,4],[2,4],[3,4],[4,4])において、測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4に変換され、A/D変換器41a〜41dを介してそれぞれ出力され、この計測信号PO1〜PO4が検出部42で検出される。 The detection means 40 includes A / D converters 41a to 41d and a detection unit 42, and the second wire electrodes 23a to 23d connected to the A / D converters 41a to 41d become output lines. In the detection means 40, the excitation signal PI applied to the first wire electrodes 21a to 21d by the input means 30 is applied to the intersection of the first wire electrodes 21a to 21d and the second wire electrodes 23a to 23d, ie, measurement. Points ([1,1], [2,1], [3,1], [4,1] ... [1,4], [2,4], [3,4], [4,4] ]), The signals are converted into measurement signals PO1 to PO4 reflecting the temperature change of the measurement object 11 and output via the A / D converters 41a to 41d, respectively, and the measurement signals PO1 to PO4 are detected by the detection unit 42. Is done.
図1では、図面の煩雑さを回避する観点から、計測信号PO1〜PO4のみを記載しているが、実際には、励起信号PIが一つの交点において一つの計測信号に変換され、この信号が検出部42で検出される。各計測信号は、検出のタイミングによって判別される。例えば、スイッチS1から一列目の第1のワイヤ電極21a印加された励起信号PIは、各交点、即ち各計測点([4,1],[3,1],[2,1],[1,1])の順に印加されることになる。従って、最初に検出部42で検出される計測信号は、計測点[4,1]において変換されたものである。ただし、各計測信号の検出のタイミングは、スイッチS1〜S4の開閉によって適宜変更することができる。 FIG. 1 shows only the measurement signals PO1 to PO4 from the viewpoint of avoiding the complexity of the drawing. However, in practice, the excitation signal PI is converted into one measurement signal at one intersection, and this signal is The detection is performed by the detection unit 42. Each measurement signal is determined based on the detection timing. For example, the excitation signal PI applied to the first line of the first wire electrode 21a from the switch S1 is applied to each intersection, that is, each measurement point ([4,1], [3,1], [2,1], [1] , 1]). Therefore, the measurement signal first detected by the detection unit 42 is a signal converted at the measurement point [4, 1]. However, the detection timing of each measurement signal can be appropriately changed by opening and closing the switches S1 to S4.
ここで、測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4とは、例えば、測定対象物11の温度変化に基づく計測パラメータ、即ちキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスの変化を反映したものである。これらのパラメータは、各物質によって固有値が存在し、物質の温度に応じて固有値が変化する。つまり、キャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスは、温度に対する依存性を有しているので、本実施形態では、このような物質の特性を利用する。即ち、これらの計測パラメータを測定して演算処理手段50で演算処理を行うことにより、間接的に測定対象物11の温度変化を検知することができる。なお、検出手段40の構成は、第2のワイヤ電極23a〜23dから検出部42に計測信号PO1〜PO4を出力することができれば上記に限定されず、必要に応じて適宜変更され得る。 Here, the measurement signals PO1 to PO4 reflecting the temperature change of the measurement target 11 reflect, for example, a measurement parameter based on the temperature change of the measurement target 11, that is, a change in capacitance, inductance, or conductance. These parameters have eigenvalues for each substance, and the eigenvalues change according to the temperature of the substance. That is, since the capacitance, the inductance, or the conductance has a dependency on the temperature, the present embodiment utilizes the characteristics of such a substance. That is, by measuring these measurement parameters and performing arithmetic processing by the arithmetic processing means 50, it is possible to indirectly detect a temperature change of the measurement object 11. Note that the configuration of the detection unit 40 is not limited to the above as long as the measurement signals PO1 to PO4 can be output from the second wire electrodes 23a to 23d to the detection unit 42, and can be appropriately changed as needed.
演算処理手段50は、演算処理部51と記憶部52とから構成されている。演算処理手段50では、検出手段40から出力された計測信号PO1〜PO4を、記憶部52に記憶された各種データに基づき演算処理部51において演算処理が行われ、この結果に基づき測定対象物11の温度変化が検知される。 The arithmetic processing unit 50 includes an arithmetic processing unit 51 and a storage unit 52. In the arithmetic processing means 50, the arithmetic processing section 51 performs arithmetic processing on the measurement signals PO1 to PO4 output from the detection means 40 based on various data stored in the storage section 52, and based on the result, the measurement object 11 Is detected.
ここで、記憶部52に記憶された各種データとは、測定対象物11の計測パラメータであるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスと温度との関係を示すデータ(温度依存性データ)である。即ち、記憶部52には、測定対象物11に対応した計測パラメータの温度依存性データが記憶されており、検出手段40から出力された計測信号PO1〜PO4に対応する温度依存性データを読み出し、測定対象物11の温度変化を検知することができる。 Here, the various types of data stored in the storage unit 52 are data (temperature-dependent data) indicating the relationship between capacitance, inductance, or conductance, which is a measurement parameter of the measurement target 11, and temperature. That is, the storage unit 52 stores temperature dependency data of measurement parameters corresponding to the measurement target object 11, reads out temperature dependency data corresponding to the measurement signals PO1 to PO4 output from the detection unit 40, A temperature change of the measurement target 11 can be detected.
また、本実施形態では、測定対象物11の計測パラメータであるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを直接計測せずに、電圧(電位)及び電流を計測することにより、間接的に計測パラメータを計測することもできる。即ち、測定対象物11のキャパシタンス、インダクタンス及びコンダクタンスは、電圧(電位)及び電流を計測し、その計測値からそれぞれ算出することができる。そして、上述の温度依存性データを用いて測定対象物11の温度変化を検知することができる。 In the present embodiment, the measurement parameter may be measured indirectly by measuring the voltage (potential) and the current without directly measuring the capacitance, inductance, or conductance, which is the measurement parameter of the measurement target 11. it can. That is, the capacitance, inductance, and conductance of the measurement target 11 can be calculated from the measured values of the voltage (potential) and the current. Then, it is possible to detect a temperature change of the measuring object 11 using the above-described temperature dependency data.
測定対象物11のキャパシタンスCpは、下記式(1)に示すように誘電率εより算出することができ、誘電率εは、電圧の計測値V、電流の測定値I、及び下記式(2)〜(4)により算出することができる。ただし、下記式(1)〜(4)中において、Cpは測定対象物11のキャパシタンス、Vは測定対象物11の計測電圧値、Qは電荷、dは第1及び第2のワイヤ電極の間隔、εは測定対象物11の誘電率、Sは第1及び第2のワイヤ電極の間の面積、Iは測定対象物11の計測電流値、tは時間を表す。
Cp=εS/d ・・・(1)
V=Qd/εS ・・・(2)
I=Q/t ・・・(3)
ε=Idt/VS ・・・(4)
The capacitance Cp of the measuring object 11 can be calculated from the dielectric constant ε as shown in the following equation (1), and the dielectric constant ε is obtained by measuring the voltage V, the current I, and the following equation (2). ) To (4). Here, in the following equations (1) to (4), Cp is the capacitance of the measurement target 11, V is the measured voltage value of the measurement target 11, Q is the charge, and d is the distance between the first and second wire electrodes. , Ε is the permittivity of the measurement object 11, S is the area between the first and second wire electrodes, I is the measured current value of the measurement object 11, and t is the time.
Cp = εS / d (1)
V = Qd / εS (2)
I = Q / t (3)
ε = Idt / VS (4)
インダクタンスLは、電圧の計測値V、電流の測定値I、及び下記式(5)及び(6)により算出することができる。ただし、下記式(5)及び(6)中において、Vは測定対象物11の計測電圧値、Lは測定対象物11のインダクタンス、Iは測定対象物11の計測電流値、tは時間を表す。
V=L(dI/dt) ・・・(5)
L=V(dt/dI) ・・・(6)
The inductance L can be calculated from the measured value V of the voltage, the measured value I of the current, and the following equations (5) and (6). However, in the following equations (5) and (6), V is the measured voltage value of the measurement object 11, L is the inductance of the measurement object 11, I is the measurement current value of the measurement object 11, and t represents time. .
V = L (dI / dt) (5)
L = V (dt / dI) (6)
コンダクタンスGは、電圧の計測値V、電流の測定値I、及び下記式(7)及び(8)により算出することができる。ただし、下記式(7)及び(8)中において、Rは測定対象物11の抵抗値、Vは測定対象物11の計測電圧値、Iは測定対象物11の計測電流値、Gはコンダクタンスを示す。
R=V/I ・・・(7)
G=1/R=I/V ・・・(8)
The conductance G can be calculated from the measured value V of the voltage, the measured value I of the current, and the following equations (7) and (8). Here, in the following equations (7) and (8), R is the resistance value of the measurement object 11, V is the measurement voltage value of the measurement object 11, I is the measurement current value of the measurement object 11, and G is the conductance. Show.
R = V / I (7)
G = 1 / R = I / V (8)
また、測定対象物11の計測パラメータとして電圧(電位)や電流を用い、これらと温度との関係を示すデータ(電圧(電位)又は電流温度依存性データ)を記憶部52に記憶させて測定対象物11の温度変化を検知することもできる。例えば、記憶部52に測定対象物11の温度に対する電位の変化を示した検量データ(図4参照)と、この検量データに基づいて作成された温度の経時変化に関する経時変化データ(図5参照)とを記憶させて、演算処理手段50で記憶部52に記憶された温度の経時変化データにより、測定対象物11の温度変化を検知(計測)することができる。本実施形態では、計測パラメータとして、電圧(電位)を適用し、電圧(電位)と温度との検量線を予め作成することにより、測定対象物11の温度変化を検知できるようにした。 In addition, a voltage (potential) or a current is used as a measurement parameter of the measurement target 11, and data (voltage (potential) or current temperature dependency data) indicating a relationship between these and a temperature is stored in the storage unit 52, and the measurement target is measured. It is also possible to detect a temperature change of the object 11. For example, calibration data (see FIG. 4) indicating a change in the potential of the measurement object 11 with respect to the temperature in the storage unit 52, and temporal change data relating to a temporal change in the temperature created based on the calibration data (see FIG. 5). Is stored, and the temperature change of the measurement target 11 can be detected (measured) by the temperature change data stored in the storage unit 52 by the arithmetic processing unit 50. In the present embodiment, a voltage change (potential) is applied as a measurement parameter, and a calibration curve between the voltage (potential) and the temperature is created in advance, so that a temperature change of the measurement target 11 can be detected.
なお、演算処理手段50の構成は、検出手段40から出力された計測信号PO1〜PO4に基づき、測定対象物11の温度変化を検知することができれば上記に限定されず、必要に応じて適宜変更され得る。例えば、公知のキャパシタンス(誘電率)、インダクタンス又はコンダクタンスの計測器を適用し、測定対象物11の温度変化を検知してもよい。また、測定対象物11の特性値の計測には、公知のpH計測器、pOH計測器、DO計測器等を用いてもよい。 The configuration of the arithmetic processing means 50 is not limited to the above as long as it can detect a temperature change of the measurement target 11 based on the measurement signals PO1 to PO4 output from the detection means 40, and may be appropriately changed as necessary. Can be done. For example, a known capacitance (dielectric constant), inductance or conductance measuring device may be applied to detect a temperature change of the measurement target 11. In addition, a known pH measuring device, pOH measuring device, DO measuring device, or the like may be used for measuring the characteristic value of the measurement target 11.
次に、計測装置1を用いた測定対象物11の温度測定方法について詳細に説明する。 Next, a method for measuring the temperature of the measuring object 11 using the measuring device 1 will be described in detail.
まず、計測装置1では、ワイヤメッシュセンサ20を配設した測定対象物11を管状容器10の内部に収容して保持し、励起電極22側に入力手段30を接続し、計測電極24側に検出手段40を介して演算処理手段50をそれぞれ接続する。 First, in the measuring device 1, the measurement object 11 provided with the wire mesh sensor 20 is housed and held inside the tubular container 10, the input means 30 is connected to the excitation electrode 22 side, and the detection is performed on the measurement electrode 24 side. The arithmetic processing means 50 are connected via the means 40 respectively.
次に、入力手段30の電源31から切替スイッチSPを介して励起信号PIを供給し、スイッチS1〜S4により一列目の第1のワイヤ電極21aから順に励起信号PIをそれぞれ印加する。これにより、第1のワイヤ電極21a〜21dにそれぞれ印加された励起信号PIが、第1のワイヤ電極21a〜21dと第2のワイヤ電極23a〜23dとの交点(計測点([1,1],[2,1],[3,1],[4,1]・・・[1,4],[2,4],[3,4],[4,4])において、測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4に変換される。そして、これらの信号が第2のワイヤ電極23a〜23dからA/D変換器41a〜41dへ出力される。 Next, the excitation signal PI is supplied from the power supply 31 of the input means 30 via the changeover switch SP, and the excitation signals PI are applied in order from the first wire electrodes 21a in the first row by the switches S1 to S4. Thereby, the excitation signal PI applied to each of the first wire electrodes 21a to 21d is applied to the intersection (measurement point ([1, 1]) of the first wire electrodes 21a to 21d and the second wire electrodes 23a to 23d. , [2,1], [3,1], [4,1] ... [1,4], [2,4], [3,4], [4,4]) The signals are converted into measurement signals PO1 to PO4 reflecting the temperature change of 11. These signals are output from the second wire electrodes 23a to 23d to the A / D converters 41a to 41d.
次に、第2のワイヤ電極23a〜23dから出力された測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4を、A/D変換器41a〜41dでA/D変換した後に検出部42へ出力する。そして、これらの信号を検出部42で検出し、演算処理部51へ出力する。 Next, after the A / D converters 41 a to 41 d A / D convert the measurement signals PO <b> 1 to PO <b> 4 reflecting the temperature change of the measurement target 11 output from the second wire electrodes 23 a to 23 d, the detection unit 42. Output to Then, these signals are detected by the detection unit 42 and output to the arithmetic processing unit 51.
次に、検出部42から出力された測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4を演算処理部51で受信する。そして、演算処理部51では、記憶部52に記憶された測定対象物11の計測パラメータであるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスと温度との関係を示すデータ(温度依存性データ)に基づき、測定対象物11の温度変化を反映した計測信号PO1〜PO4を演算処理する。即ち、演算処理部51では、検出手段40から出力された計測信号PO1〜PO4に対応する温度依存性データを読み出し、測定対象物11の温度変化を検知する。その結果、計測装置1では、各交点(計測点([1,1],[2,1],[3,1],[4,1]・・・[1,4],[2,4],[3,4],[4,4])における測定対象物11の温度変化を計測することができる。 Next, the arithmetic processing unit 51 receives the measurement signals PO1 to PO4 that reflect the temperature change of the measurement target 11 output from the detection unit 42. Then, in the arithmetic processing unit 51, based on the data (temperature-dependent data) indicating the relationship between the capacitance and the inductance or the conductance, which are the measurement parameters of the measurement target 11, and the temperature stored in the storage unit 52, the measurement target 11 The arithmetic processing is performed on the measurement signals PO1 to PO4 reflecting the temperature change. That is, the arithmetic processing unit 51 reads the temperature dependency data corresponding to the measurement signals PO1 to PO4 output from the detection unit 40, and detects a temperature change of the measurement target 11. As a result, in the measuring device 1, each intersection (measurement point ([1, 1], [2, 1], [3, 1], [4, 1], ..., [1, 4], [2, 4] ], [3, 4], [4, 4]), the temperature change of the measurement target 11 can be measured.
本実施形態の計測装置1を用いて測定対象物11のpHを計測する場合には、演算処理部51では、記憶部52に記憶された測定対象物11の計測パラメータであるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスとpHとの関係を示すデータ(pH依存性データ)に基づき、測定対象物11のpH変化を反映した計測信号PO1〜PO4を演算処理する。 When measuring the pH of the measurement target 11 using the measurement device 1 of the present embodiment, the arithmetic processing unit 51 uses the measurement parameter of the measurement target 11 stored in the storage unit 52 such as capacitance, inductance, or conductance. Based on data (pH-dependent data) indicating the relationship between the measurement signals PO1 and PO4, the measurement signals PO1 to PO4 reflecting the pH change of the measurement object 11 are processed.
本実施形態の計測装置1を用いて測定対象物11の溶存酸素量を計測する場合には、演算処理部51では、記憶部52に記憶された測定対象物11の計測パラメータであるキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスと溶存酸素との関係を示すデータ(溶存酸素依存性データ)に基づき、測定対象物11の溶存酸素量変化を反映した計測信号PO1〜PO4を演算処理する。 When measuring the dissolved oxygen amount of the measurement target 11 using the measurement device 1 of the present embodiment, the arithmetic processing unit 51 uses the measurement parameters of the measurement target 11 stored in the storage unit 52 such as capacitance and inductance. Alternatively, based on data indicating the relationship between conductance and dissolved oxygen (dissolved oxygen dependence data), measurement signals PO1 to PO4 reflecting the change in the dissolved oxygen amount of the measurement target 11 are calculated.
以上で説明した通り、ワイヤメッシュセンサ20を有する計測装置1を用いることで、ワイヤメッシュセンサ20を測定対象物11中に配設し、測定対象物11のキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号PO1〜PO4を演算処理し、測定対象物11の温度変化、水素イオン濃度(pH)の変化、水酸化物イオン濃度(pOH)の変化、溶存酸素濃度(DO)の変化等を経時的に且つ容易に計測することができる。また、ワイヤメッシュセンサ20を測定対象物11中に配設することで、測定対象物11の形態に応じて二次元の計測分布を適宜変更することができ、より自由度の高い計測を行うことができる。また、複数のワイヤメッシュセンサ20を測定対象物11中にそれぞれ配設することで、三次元の計測分布によって、高い精度で測定対象物11の上述の温度変化等を検知することができる。 As described above, by using the measurement device 1 having the wire mesh sensor 20, the wire mesh sensor 20 is disposed in the measurement target 11, and the measurement signal reflecting the capacitance, inductance, or conductance of the measurement target 11 is reflected. PO1 to PO4 are subjected to arithmetic processing, and the temperature change of the measurement object 11, the change of the hydrogen ion concentration (pH), the change of the hydroxide ion concentration (pOH), the change of the dissolved oxygen concentration (DO), and the like are changed over time. It can be easily measured. In addition, by disposing the wire mesh sensor 20 in the measurement target 11, the two-dimensional measurement distribution can be appropriately changed according to the form of the measurement target 11, thereby performing measurement with higher flexibility. Can be. In addition, by disposing a plurality of wire mesh sensors 20 in the measurement target 11, the above-described temperature change and the like of the measurement target 11 can be detected with high accuracy by a three-dimensional measurement distribution.
次に、以下の実施例及び比較例を参照して、本発明を更に詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Comparative Examples.
(ワイヤメッシュセンサ)
図3は、後述する実施例1〜実施例10で用いたワイヤメッシュセンサの概略を示した斜視図である。図3に示した通り、ワイヤメッシュセンサ100は、本実施形態にかかるワイヤメッシュセンサ20を実験用に簡略化したものであり、4本のワイヤ電極(トランスミッタワイヤ121a,121b及びレシーバーワイヤ122a,122b)が交互に平行に配設され略正方格子状(メッシュ状)に形成されたものを、測定対象物130を保持する容器110の内部に配設したこと以外は計測装置1と同様にして作製した。ワイヤメッシュセンサ100では、トランスミッタワイヤ121a,121bは、それぞれ励起信号を入力する入力線となり、レシーバーワイヤ122a,122bは、それぞれ計測信号(ここでは電圧の変化に基づく信号)を出力する出力線となる。各実施例では、トランスミッタワイヤ121a,121b及びレシーバーワイヤ122a,122bの素材として、ステンレス鋼(SUS304)を用いた。また、ワイヤメッシュセンサ100では、ワイヤ同士が近接しているが接触していない部分を交点([1a,1b],[1a,2b],[2a,1b],[2a,2b])とし、これらを計測点とした。後述する各実施例では、特に説明のない限り、図示しない入力手段により、励起信号がトランスミッタワイヤ121a,121bにそれぞれ入力され、これらの信号が計測信号となってレシーバーワイヤ122a,122bからそれぞれ出力され、図示しない検出手段及び演算処理手段で計測され、測定時間に対する電圧の変化を計測した。
(Wire mesh sensor)
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a wire mesh sensor used in Examples 1 to 10 described later. As shown in FIG. 3, the wire mesh sensor 100 is a simplified version of the wire mesh sensor 20 according to the present embodiment for an experiment, and includes four wire electrodes (transmitter wires 121a and 121b and receiver wires 122a and 122b). ) Are alternately arranged in parallel and formed in a substantially square lattice shape (mesh shape) in the same manner as the measuring device 1 except that they are arranged inside the container 110 holding the measurement object 130. did. In the wire mesh sensor 100, the transmitter wires 121a and 121b are input lines for inputting excitation signals, respectively, and the receiver wires 122a and 122b are output lines for outputting measurement signals (here, signals based on voltage changes). . In each embodiment, stainless steel (SUS304) was used as a material of the transmitter wires 121a and 121b and the receiver wires 122a and 122b. In the wire mesh sensor 100, a portion where the wires are close to each other but not in contact with each other is defined as an intersection ([1a, 1b], [1a, 2b], [2a, 1b], [2a, 2b]). These were used as measurement points. In each of the embodiments described below, unless otherwise specified, an excitation signal is input to the transmitter wires 121a and 121b by input means (not shown), and these signals are output as measurement signals from the receiver wires 122a and 122b, respectively. The change of the voltage with respect to the measurement time was measured by a detecting means and an arithmetic processing means (not shown).
(実施例1)
実施例1では、ワイヤメッシュセンサ100の容器110内に測定対象物130である沸騰水(100℃)を満たした後、容器110内に冷却水を注入して急速に冷却した際の沸騰水の温度変化をセンシングし、その結果を図4に示した。図4は、実施例1における沸騰水の温度と計測電位の関係を示したグラフである。図4に示した沸騰水の温度センシング結果より、沸騰水の温度(x)に対する計測電位(y)の関係を示した近似式(y=0.0263x+0.0734)が得られた。そして、この近似式により、下記式(9)に示した線形相関式を算出した。ただし、下記式(9)中、Tは沸騰水の温度、Vは沸騰水の計測電位を表す。
T=(V−0.0734)/0.0263 ・・・(9)
(Example 1)
In the first embodiment, the boiling water (100 ° C.), which is the measurement object 130, is filled in the container 110 of the wire mesh sensor 100, and then the cooling water is injected into the container 110 to rapidly cool the boiling water. Temperature changes were sensed, and the results are shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature of the boiling water and the measured potential in Example 1. An approximate expression (y = 0.0263x + 0.0734) showing the relationship between the temperature (x) of the boiling water and the measured potential (y) was obtained from the temperature sensing result of the boiling water shown in FIG. Then, a linear correlation equation represented by the following equation (9) was calculated from the approximate equation. Here, in the following equation (9), T represents the temperature of the boiling water, and V represents the measured potential of the boiling water.
T = (V−0.0734) /0.0263 (9)
次に、1000Hz/30秒毎に電位計測の切替スイッチをOFF/ONに2回切り替えて、計3回温度センシングを行い、図4により得られた線形相関式に基づいて温度の経時変化に変換した結果を図5に示した。 Next, the potential measurement changeover switch is switched OFF / ON twice every 1000 Hz / 30 seconds to perform temperature sensing a total of three times, and converted into a change with time in temperature based on the linear correlation equation obtained in FIG. The results are shown in FIG.
(比較例1)
比較例1では、ワイヤメッシュセンサ100の替わりに熱電対を用いたこと以外は実施例1と同様にして、沸騰水の温度(x)に対する計測電位(y)の関係から線形相関式を算出し、それに基づいて温度の経時変化に変換した結果を図5に示した。図5は、実施例1及び比較例1の各センサにおける沸騰水の温度の経時変化を示したグラフである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a linear correlation equation was calculated from the relationship between the measured potential (y) and the temperature (x) of boiling water in the same manner as in Example 1 except that a thermocouple was used instead of the wire mesh sensor 100. FIG. 5 shows the result of conversion into a change with time in temperature based on this. FIG. 5 is a graph showing the change over time in the temperature of boiling water in each sensor of Example 1 and Comparative Example 1.
図5に示した通り、実施例1のワイヤメッシュセンサ100は、比較例1の熱電対と同様にして、温度を計測する温度センサとして機能することが確認でき、また、実施例1のワイヤメッシュセンサ100を用いて二次元分布でのデータの取得が可能であることが確認できた。更に、ワイヤメッシュセンサ100では、空間分解能は、交点(測定点[1a,1b],[1a,2b],[2a,1b],[2a,2b])間隔により高めることが可能であり、時間分解能は、万Hzオーダーまで原理上可能であると考えられる。 As shown in FIG. 5, it can be confirmed that the wire mesh sensor 100 of the first embodiment functions as a temperature sensor for measuring the temperature in the same manner as the thermocouple of the first comparative example. It was confirmed that it was possible to acquire data in a two-dimensional distribution using the sensor 100. Further, in the wire mesh sensor 100, the spatial resolution can be increased by the interval between the intersections (measurement points [1a, 1b], [1a, 2b], [2a, 1b], [2a, 2b]), and time can be increased. It is considered that the resolution is theoretically possible up to the order of 10,000 Hz.
(実施例2)
実施例2では、上述のワイヤメッシュセンサ100について、下記表1に示した条件(試験パラメータ)に基づき温水の連続注入試験を行った。具体的には、ワイヤメッシュセンサ100の容器110内を予め測定対象物130である常温の純水(液相)で満たした。次に、得られた測定対象物130内の交点(測定点[1a,1b],[1a,2b],[2a,1b],[2a,2b])に対応する測定対象物130の上部に、95℃の温水を連続的に注入した。即ち、かかる温水の注入場を測定点近傍とした。そして、温水の注入に基づくワイヤメッシュセンサ100における電圧の変化を計測し、その結果を図6に示した。なお、図6の上部にある下向き矢印は、その時間において測定対象物130に温水の注入を開始したことを示している。また、計測した電圧値は、上述した4つの計測点から選択された任意の計測点における計測値である。
(Example 2)
In Example 2, a continuous injection test of hot water was performed on the wire mesh sensor 100 based on the conditions (test parameters) shown in Table 1 below. Specifically, the inside of the container 110 of the wire mesh sensor 100 was filled in advance with room temperature pure water (liquid phase) as the measurement object 130. Next, on the top of the measurement object 130 corresponding to the obtained intersection (measurement points [1a, 1b], [1a, 2b], [2a, 1b], [2a, 2b]) in the measurement object 130 , 95 ° C warm water was continuously injected. That is, the hot water injection field was set near the measurement point. Then, a change in voltage in the wire mesh sensor 100 based on the injection of hot water was measured, and the result is shown in FIG. Note that the downward arrow at the top of FIG. 6 indicates that the injection of warm water into the measurement object 130 has started at that time. The measured voltage value is a measured value at an arbitrary measurement point selected from the above-described four measurement points.
図6は、実施例2における95℃温水を強制注入した場合の温度感度を示したグラフである。図6に示した通り、測定対象物130(液相)に温水を注入する3秒手前まで測定対象物130の電圧値の大きさを確認すると、ここでは電圧値に大きな変化は無く、温水を連続的に注入した時間において、各測定点近傍の電圧値が増加した。即ち、測定対象物130の温度の上昇に伴って、電圧値も上昇した。 FIG. 6 is a graph showing temperature sensitivity when hot water of 95 ° C. is forcibly injected in Example 2. As shown in FIG. 6, when the magnitude of the voltage value of the measurement object 130 is confirmed up to three seconds before the injection of the hot water into the measurement object 130 (liquid phase), there is no large change in the voltage value. At the time of continuous injection, the voltage value near each measurement point increased. That is, as the temperature of the measuring object 130 increases, the voltage value also increases.
実施例2では、ワイヤメッシュセンサ100を配設した測定対象物130である常温の純水に、強制的に95℃の温水を注入したことにより、測定対象物130の電圧値が変化した。即ち、測定対象物130にワイヤメッシュセンサ100を配設して、その電圧値の変化を計測することにより、測定対象物130の温度変化を検知できることが確認できた。 In Example 2, the voltage value of the measurement target 130 was changed by forcibly injecting 95 ° C. hot water into the normal temperature pure water, which is the measurement target 130 on which the wire mesh sensor 100 was disposed. That is, it was confirmed that the temperature change of the measurement target 130 can be detected by arranging the wire mesh sensor 100 on the measurement target 130 and measuring the change in the voltage value.
(実施例3)
実施例3では、得られた測定対象物130内の交点(測定点[1a,1b],[1a,2b],[2a,1b],[2a,2b])から10cm離れた場所に対応する測定対象物130の上部に、95℃の温水を連続的に注入したこと以外は実施例2と同様にして、温水の連続注入試験を行った。そして、温水の注入に基づくワイヤメッシュセンサ100における電圧の変化を計測し、その結果を図7に示した。なお、計測した電圧値は、上述した4つの計測点から選択された任意の計測点における計測値である。
(Example 3)
In the third embodiment, the position corresponds to a position 10 cm away from the intersection (measurement points [1a, 1b], [1a, 2b], [2a, 1b], [2a, 2b]) in the obtained measurement object 130. A continuous hot water injection test was performed in the same manner as in Example 2 except that hot water at 95 ° C. was continuously injected into the upper portion of the measurement object 130. Then, a change in voltage in the wire mesh sensor 100 based on the injection of hot water was measured, and the result is shown in FIG. The measured voltage value is a measured value at an arbitrary measurement point selected from the above-described four measurement points.
図7は、実施例3における95℃温水を自然対流により注入した場合の温度感度を示したグラフである。図7に示した通り、測定対象物130(液相)に温水を注入する5秒手前まで測定対象物130での電圧値の大きさを確認すると、ここでは電圧値に大きな変化は無く、その後、徐々に電圧値が増加した。即ち、測定対象物130の温度勾配を駆動力とする自然対流により、測定対象物130の各測定点近傍の温度が上昇すると共に電圧値も上昇し、測定対象物130内の電圧値の増減を計測することができた。 FIG. 7 is a graph showing the temperature sensitivity when 95 ° C. hot water is injected by natural convection in Example 3. As shown in FIG. 7, when the magnitude of the voltage value at the measurement object 130 is confirmed up to 5 seconds before hot water is injected into the measurement object 130 (liquid phase), there is no large change in the voltage value here. , The voltage value gradually increased. That is, due to natural convection using the temperature gradient of the measurement object 130 as a driving force, the temperature near each measurement point of the measurement object 130 rises and the voltage value also increases, so that the voltage value inside the measurement object 130 increases and decreases. It could be measured.
実施例3では、ワイヤメッシュセンサ100を配設した測定対象物130である常温の純水に、各測定点から離れた地点から95℃の温水を注入したことにより、測定対象物130の電圧値が徐々に変化した。即ち、測定対象物130にワイヤメッシュセンサ100を配設して、その電圧値の変化が小さい場合であっても計測することができ、測定対象物130の小さな温度変化を検知できることが確認できた。従って、実施例3では、実施例2と同様にして、ワイヤメッシュセンサ100を配設することにより、測定対象物130の小さな温度変化であっても検知できることが確認できた。 In the third embodiment, 95 ° C. hot water is injected from a point distant from each measurement point into room temperature pure water, which is the measuring object 130 on which the wire mesh sensor 100 is disposed, so that the voltage value of the measuring object 130 is increased. Gradually changed. That is, it was confirmed that the wire mesh sensor 100 was disposed on the measurement target 130, and even when the change in the voltage value was small, measurement could be performed, and a small temperature change of the measurement target 130 could be detected. . Therefore, in Example 3, it was confirmed that even if a small change in temperature of the measurement target 130 could be detected by disposing the wire mesh sensor 100 in the same manner as in Example 2.
(実施例4)
実施例4では、トランスミッタワイヤ及びレシーバーワイヤを10本ずつ使用した10×10ワイヤメッシュセンサを用い、容器110内に測定対象物130として常温の純水を満たし、視覚的に分かりやすくするために、容器110の四隅の一方からメチレンブルーを含んだ90℃純水(温水)を連続的に注入したこと以外は実施例3と同様にして、温水の連続注入試験を行った。そして、温水の注入に基づく10×10ワイヤメッシュセンサにおけるマトリクス温度変化を計測し、その結果を図8に示した。図8は、実施例4における10×10ワイヤメッシュセンサの温度感度を示した結果であり、(a)〜(d)は、マトリクス温度変化の計測結果であり、(e)〜(h)は、容器110内の純水の温度差の経時変化を示した(a)〜(d)に対応する静止画像を示した。なお、図8(a)〜(d)は、色の変化により温度の違いを示している。また、メチレンブルーは、容器110内の温水の移動を視覚的に確認しやすくする着色剤として用いたものであり、温度を含む測定対象物130の変化(物質変化)に何ら影響を与えるものではない。
(Example 4)
In the fourth embodiment, a 10 × 10 wire mesh sensor using ten transmitter wires and ten receiver wires is used, and the container 110 is filled with room temperature pure water as the measurement target 130 to make it visually easy to understand. A continuous hot water injection test was performed in the same manner as in Example 3 except that 90 ° C. pure water (hot water) containing methylene blue was continuously injected from one of the four corners of the container 110. Then, a change in matrix temperature in a 10 × 10 wire mesh sensor based on the injection of hot water was measured, and the results are shown in FIG. FIGS. 8A and 8B are results showing the temperature sensitivity of the 10 × 10 wire mesh sensor according to the fourth embodiment. FIGS. 8A to 8D show the measurement results of the matrix temperature change, and FIGS. In addition, still images corresponding to (a) to (d) showing changes over time of the temperature difference of the pure water in the container 110 are shown. FIGS. 8A to 8D show a difference in temperature due to a change in color. In addition, methylene blue is used as a colorant that makes it easy to visually confirm the movement of warm water in the container 110, and does not have any effect on a change (substance change) of the measurement object 130 including temperature. .
(実施例5)
実施例5では、容器110内に測定対象物130として純水(pH=6.35)を満たし、視覚的に分かりやすくするために、容器110の四隅の一方からメチレンブルーを含んだ0.001wt%の水酸化ナトリウム水溶液(pH=10.34)を連続的に注入したこと以外は実施例4と同様にして、純水とはpHの異なる水溶液の連続注入試験を行った。そして、pHの異なる水溶液の注入に基づく10×10ワイヤメッシュセンサにおけるマトリクスpH変化を計測し、その結果を図9に示した。図9は、実施例5における10×10ワイヤメッシュセンサのpH感度を示した結果であり、(a)〜(d)は、マトリクスpH変化の計測結果であり、(e)〜(h)は、容器110内の純水のpH差の経時変化を示した(a)〜(d)に対応する静止画像を示した。なお、図9(a)〜(d)は、色の変化によりpH値の違いを示している。
(Example 5)
In the fifth embodiment, the container 110 is filled with pure water (pH = 6.35) as the measurement object 130, and 0.001 wt% containing methylene blue from one of the four corners of the container 110 for easy visual recognition. A continuous injection test of an aqueous solution having a pH different from that of pure water was conducted in the same manner as in Example 4 except that an aqueous sodium hydroxide solution (pH = 10.34) was continuously injected. Then, a change in matrix pH in a 10 × 10 wire mesh sensor based on injection of aqueous solutions having different pH values was measured, and the results are shown in FIG. FIG. 9 shows the results showing the pH sensitivity of the 10 × 10 wire mesh sensor in Example 5, (a) to (d) show the measurement results of the matrix pH change, and (e) to (h) show the results. In addition, still images corresponding to (a) to (d) showing changes with time of the pH difference of pure water in the container 110 are shown. FIGS. 9A to 9D show a difference in pH value due to a change in color.
(実施例6)
実施例6では、容器110内に測定対象物130として純水を満たして真空引きした脱気水(DO=1.65mg/L)を用い、視覚的に分かりやすくするために、容器110の四隅の一方からメチレンブルーを含んだ飽和水(DO=8.49mg/L)を連続的に注入したこと以外は実施例4と同様にして、純水とは溶存酸素量(DO)の異なる水溶液の連続注入試験を行った。そして、溶存酸素量の異なる水溶液の注入に基づく10×10ワイヤメッシュセンサにおけるマトリクス溶存酸素量変化を計測し、その結果を図10に示した。図10は、実施例6における10×10ワイヤメッシュセンサの溶存酸素量感度を示した結果であり、(a)〜(d)は、マトリクス溶存酸素量変化の計測結果であり、(e)〜(h)は、容器110内の純水の溶存酸素量差の経時変化を示した(a)〜(d)に対応する静止画像を示した。なお、図10(a)〜(d)は、色の変化により溶存酸素量の違いを示している。
(Example 6)
In the sixth embodiment, degassed water (DO = 1.65 mg / L) filled with pure water and evacuated as the measurement object 130 in the container 110 is used. In the same manner as in Example 4 except that methylene blue-containing saturated water (DO = 8.49 mg / L) was continuously injected from one side, a continuous aqueous solution having a different dissolved oxygen (DO) from pure water was obtained. An injection test was performed. Then, a change in the amount of dissolved oxygen in the matrix in a 10 × 10 wire mesh sensor based on the injection of aqueous solutions having different amounts of dissolved oxygen was measured, and the results are shown in FIG. FIG. 10 is a result showing the dissolved oxygen amount sensitivity of the 10 × 10 wire mesh sensor in Example 6, (a) to (d) are measurement results of changes in the amount of dissolved oxygen in the matrix, and (e) to (e). (H) shows the still images corresponding to (a) to (d) showing the change with time of the dissolved oxygen amount difference of the pure water in the container 110. FIGS. 10A to 10D show the difference in the amount of dissolved oxygen due to a change in color.
図8のマトリクス温度変化の結果と、実施例1で得られた図4の検量線で校正した電位との関係により、ワイヤメッシュセンサを用いた温度の詳細な計測が可能となる。また、図9のマトリクスpH変化の結果と、後述する実施例7の図11の検量線で校正した電位との関係により、ワイヤメッシュセンサを用いたpHの詳細な計測が可能となる。更に、図10のマトリクス溶存酸素量(DO)変化の結果と、後述する実施例8の図12の検量線で校正した電位との関係により、DOの詳細な計測が可能となる。 The detailed measurement of the temperature using the wire mesh sensor becomes possible by the relationship between the result of the matrix temperature change in FIG. 8 and the potential calibrated by the calibration curve in FIG. Further, detailed measurement of pH using a wire mesh sensor becomes possible based on the relationship between the result of the matrix pH change in FIG. 9 and the potential calibrated by the calibration curve in FIG. Further, the DO can be measured in detail by the relationship between the result of the change in the amount of dissolved oxygen (DO) in the matrix in FIG. 10 and the potential calibrated by the calibration curve in FIG.
(実施例7)
実施例7では、測定対象物130として水素イオン濃度(pH)の異なる溶液を用い、溶液のpH(x)に対する計測電位(y)の関係から線形相関式を算出したこと以外は実施例1と同様に試験を行った。実施例7では、得られた線形相関式に基づいてpHの経時変化に変換し、その結果を図11に示した。図11は、実施例7における溶液のpHと計測電位の関係を示したグラフである。図11に示した通り、実施例7のワイヤメッシュセンサ100は、pHを計測するpHセンサとして機能することが確認できた。
(Example 7)
The seventh embodiment is different from the first embodiment except that a solution having a different hydrogen ion concentration (pH) is used as the measurement object 130 and a linear correlation equation is calculated from the relationship between the measured potential (y) and the pH (x) of the solution. The test was performed similarly. In Example 7, conversion into a change with time in pH was performed based on the obtained linear correlation equation, and the result is shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the solution pH and the measured potential in Example 7. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the wire mesh sensor 100 of Example 7 functions as a pH sensor for measuring pH.
(実施例8)
実施例8では、測定対象物130として溶存酸素量(DO)の異なる溶液を用い、溶液のDO(x)に対する計測電位(y)の関係から線形相関式を算出したこと以外は実施例1と同様に試験を行った。実施例8では、得られた線形相関式に基づいてDOの経時変化に変換し、その結果を図12に示した。図12は、実施例8における溶液の溶存酸素量と計測電位の関係を示したグラフである。図12に示した通り、実施例8のワイヤメッシュセンサ100は、DOを計測するDOセンサとして機能することが確認できた。
(Example 8)
Example 8 Example 8 differs from Example 1 in that solutions having different dissolved oxygen amounts (DO) were used as the measurement target 130, and a linear correlation equation was calculated from the relationship between the measured potential (y) and DO (x) of the solution. The test was performed similarly. In Example 8, DO was converted into a change with time based on the obtained linear correlation equation, and the result is shown in FIG. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the dissolved oxygen amount of the solution and the measured potential in Example 8. As shown in FIG. 12, it was confirmed that the wire mesh sensor 100 of Example 8 functions as a DO sensor that measures DO.
また、物質の化学反応や蒸発等によってpH値やDO値が変化するため、実施例7及び実施例8の各種センサを用いることで、導電率やワイヤメッシュセンサ電位等の厳密な評価を行うことができる。 In addition, since the pH value and the DO value change due to the chemical reaction or evaporation of the substance, strict evaluation of the electrical conductivity, the potential of the wire mesh sensor, and the like is performed by using the various sensors of Embodiments 7 and 8. Can be.
(実施例9)
実施例9では、ワイヤメッシュセンサ100の容器110内に測定対象物130である0.005wt%の水酸化ナトリウム水溶液(pH=8.9、導電率=300μS/cm)を満たした後、その濃度を微量増加させていった場合の水酸化ナトリウム水溶液の25℃における導電率をそれぞれ測定し、その結果を図13に示した。図13は、0.005wt%の水酸化ナトリウム水溶液を基点として濃度を変化させた際のpHと導電率の関係を示したグラフである。図13に示した通り、水酸化ナトリウム水溶液のpHと導電率とは相関関係を示すことが分かった。また、実施例9の結果より、pHに導電率感度が存在することから、実施例1の温度センサと組み合わせて温度との同時計測を行うことができ、より精度の高い測定を行うことができる。同様にして、pOH(水酸化イオン濃度)やDO(溶存酸素量)にも導電率感度が存在することから、これらのpOHセンサやDOセンサと実施例1の温度センサを組み合わせることもできる。
(Example 9)
In the ninth embodiment, the container 110 of the wire mesh sensor 100 is filled with a 0.005 wt% aqueous solution of sodium hydroxide (pH = 8.9, conductivity = 300 μS / cm), which is the object 130 to be measured, and then its concentration is increased. The conductivity at 25 ° C. of the aqueous sodium hydroxide solution when the amount was slightly increased was measured, and the results are shown in FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the pH and the conductivity when the concentration is changed based on a 0.005 wt% aqueous sodium hydroxide solution. As shown in FIG. 13, it was found that the pH and the conductivity of the aqueous sodium hydroxide solution showed a correlation. In addition, according to the result of Example 9, since there is conductivity sensitivity in pH, simultaneous measurement with temperature can be performed in combination with the temperature sensor of Example 1 and more accurate measurement can be performed. . Similarly, since pOH (hydroxide ion concentration) and DO (dissolved oxygen amount) also have conductivity sensitivity, these pOH sensors and DO sensors can be combined with the temperature sensor of the first embodiment.
(実施例10)
実施例10では、ワイヤメッシュセンサ100の容器110内に測定対象物130である濃度の異なる水酸化ナトリウム水溶液を満たした後、容器110内に満たした水酸化ナトリウム水溶液の導電率をそれぞれ測定し、その結果を図14に示した。図14は、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を変化させた際のpHと導電率の関係を示したグラフである。図14に示した通り、実施例1の温度と同様にして、水酸化ナトリウム水溶液の濃度と導電率とは相関関係を示すことが分かった。これにより、実施例1のワイヤメッシュセンサ100を温度等のセンサとして用いる際に、特に測定対象物130が溶液である場合に、水酸化ナトリウム等の緩衝剤を添加することで、温度変化に対する導電率の安定性を高めると共にS/Nを向上させて計測精度の向上を図ることができる。
(Example 10)
In Example 10, after filling the container 110 of the wire mesh sensor 100 with aqueous sodium hydroxide solutions having different concentrations as the measurement object 130, the conductivity of the aqueous sodium hydroxide solution filled in the container 110 was measured, FIG. 14 shows the result. FIG. 14 is a graph showing the relationship between pH and conductivity when the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution is changed. As shown in FIG. 14, similarly to the temperature of Example 1, it was found that the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution and the electrical conductivity showed a correlation. Accordingly, when the wire mesh sensor 100 of the first embodiment is used as a sensor for temperature or the like, particularly when the measurement object 130 is a solution, by adding a buffer such as sodium hydroxide, the conductivity with respect to temperature change can be improved. The measurement accuracy can be improved by increasing the stability of the rate and improving the S / N.
本発明は、温度、pH、pOH、DO等のセンサを適用する産業分野で幅広く利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used in industrial fields to which sensors such as temperature, pH, pOH, and DO are applied.
1 計測装置
10 管状容器
11,130 測定対象物
20,100 ワイヤメッシュセンサ
21a,21b,21c,21d 第1のワイヤ電極
22 励起電極
23a,23b,23c,23d 第2のワイヤ電極
24 計測電極
30 入力手段
31 電源
40 検出手段
41a,41b,41c,41d A/D変換器
42 検出部
50 演算処理手段
51 演算処理部
52 記憶部
110 容器
121a,121b トランスミッタワイヤ
122a,122b レシーバーワイヤ
SP 切替スイッチ
S1,S2,S3,S4 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring device 10 Tubular container 11, 130 Measurement object 20, 100 Wire mesh sensor 21a, 21b, 21c, 21d First wire electrode 22 Excitation electrode 23a, 23b, 23c, 23d Second wire electrode 24 Measurement electrode 30 Input Means 31 Power supply 40 Detecting means 41a, 41b, 41c, 41d A / D converter 42 Detecting unit 50 Arithmetic processing unit 51 Arithmetic processing unit 52 Storage unit 110 Container 121a, 121b Transmitter wire 122a, 122b Receiver wire SP Switch S1, S2 , S3, S4 switch
Claims (5)
相互に間隔をあけて配設された複数の第1のワイヤ電極からなる励起電極と、相互に間隔をあけて配設され且つ前記複数の第1のワイヤ電極と交差して設けられた複数の第2のワイヤ電極からなる計測電極とを有するワイヤメッシュセンサと、
前記第1のワイヤ電極に励起信号を入力する入力手段と、
前記第2のワイヤ電極から出力されたキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号を検出する検出手段と、
前記キャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した前記計測信号を演算処理して前記測定対象物の温度変化を検知する演算処理手段と
を有することを特徴とする温度センサ。 Placed in the measurement object,
An excitation electrode including a plurality of first wire electrodes disposed at intervals from each other; and a plurality of excitation electrodes disposed at intervals from each other and intersecting the plurality of first wire electrodes. A wire mesh sensor having a measurement electrode composed of a second wire electrode;
Input means for inputting an excitation signal to the first wire electrode;
Detecting means for detecting a measurement signal reflecting the capacitance, inductance or conductance output from the second wire electrode;
Arithmetic processing means for arithmetically processing the measurement signal reflecting the capacitance, inductance or conductance and detecting a temperature change of the object to be measured.
前記第1のワイヤ電極に励起信号を入力し、
前記第2のワイヤ電極から出力されたキャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した計測信号を検出し、
前記キャパシタンス、インダクタンス又はコンダクタンスを反映した前記計測信号に基づいて、前記測定対象物の温度変化、水素イオン濃度の変化、水酸化物イオン濃度の変化及び/又は溶存酸素濃度の変化を検知する
ことを特徴とする温度測定方法。 An excitation electrode including a plurality of first wire electrodes disposed at intervals from each other; and a plurality of excitation electrodes disposed at intervals from each other and intersecting the plurality of first wire electrodes. A wire mesh sensor having a measurement electrode composed of a second wire electrode is disposed in the measurement object,
Inputting an excitation signal to the first wire electrode;
Detecting a measurement signal reflecting the capacitance, inductance or conductance output from the second wire electrode,
Detecting a change in temperature, a change in hydrogen ion concentration, a change in hydroxide ion concentration, and / or a change in dissolved oxygen concentration of the measurement object based on the measurement signal reflecting the capacitance, inductance, or conductance. Characteristic temperature measurement method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016034806A JP6624610B2 (en) | 2016-02-25 | 2016-02-25 | Temperature sensor and temperature measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016034806A JP6624610B2 (en) | 2016-02-25 | 2016-02-25 | Temperature sensor and temperature measurement method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017150995A JP2017150995A (en) | 2017-08-31 |
JP6624610B2 true JP6624610B2 (en) | 2019-12-25 |
Family
ID=59740577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016034806A Active JP6624610B2 (en) | 2016-02-25 | 2016-02-25 | Temperature sensor and temperature measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6624610B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021116540A1 (en) * | 2021-06-25 | 2022-12-29 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E. V. | Grid sensor, grid sensor system, measuring device and computer program product for correcting interference from one or more fluids |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4644263A (en) * | 1984-12-13 | 1987-02-17 | Marathon Oil Company | Method and apparatus for measuring water in crude oil |
JPH10282035A (en) * | 1997-04-02 | 1998-10-23 | Sekiyu Kodan | Mixture volume ratio measurement sensor |
US7768376B2 (en) * | 2006-10-31 | 2010-08-03 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Conformal mesh for thermal imaging |
JP5765637B2 (en) * | 2012-12-13 | 2015-08-19 | 株式会社タツノ | Foreign matter detection device |
JP6369856B2 (en) * | 2014-04-25 | 2018-08-08 | 一般財団法人電力中央研究所 | Impedance measuring device |
-
2016
- 2016-02-25 JP JP2016034806A patent/JP6624610B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017150995A (en) | 2017-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Terzic et al. | Capacitive sensor-based fluid level measurement in a dynamic environment using neural network | |
RU2612855C1 (en) | Circuit for determination of distribution in phases in multiphase medium comprising at least one highly conducting phase | |
CN102713592A (en) | Three dimensional imaging of a mass flow | |
Morrow et al. | The time-dependent development of electric double-layers in pure water at metal electrodes: the effect of an applied voltage on the local pH | |
CN113324623B (en) | Capacitance guided wave magnetic composite liquid level meter and measuring device | |
JP6624610B2 (en) | Temperature sensor and temperature measurement method | |
US8500327B2 (en) | Safety thermometer | |
JP4643832B2 (en) | Multiphase state distribution measuring apparatus and multiphase state distribution measuring method | |
US20140260601A1 (en) | Magnetostrictive transducer | |
US20110174061A1 (en) | Falling Speed Measuring Sensor For Falling Body Viscometer And Falling Speed Measuring Method | |
Kassim et al. | Performances study of distance measurement sensor with different object materials and properties | |
JP2010107487A (en) | Device and method for measuring multiphase flow | |
CN111189881A (en) | Two-phase flow grid sensor visualization method based on differential measurement mode | |
CN217331319U (en) | Multi-echo tracking magnetostrictive liquid level meter | |
JP6052090B2 (en) | Magnetic measurement system | |
CN215114746U (en) | Capacitance/guided wave magnetic composite liquid level meter and measuring device | |
RU143178U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE THICKNESS OF MAGNETIC DEPOSITS ON THE SURFACE OF PIPES BY THE VORTEX RAY METHOD | |
KR20160127385A (en) | Magnetorheological elastomer magnetic sensor | |
Tengesdal et al. | Electromagnetic and optical methods for measurements of salt concentration of water | |
CN111504172B (en) | Calibration device for thin liquid film sensor of conductive ring | |
CN208818255U (en) | A kind of multifunctional sensing device for tank container | |
CN105486360A (en) | Annular space double-sensor conducting probe for flow parameter measurement of two-phase flow | |
CN113959532B (en) | Multi-echo tracking magnetostrictive liquid level meter and liquid level measurement method | |
CN113670415B (en) | Multi-sensor magnetostrictive liquid level meter and liquid level detection method | |
Wrasse et al. | Capacitive direct-imaging sensor for two-phase flow visualization |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191120 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191120 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6624610 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |