JP7277722B2 - 電気伝導率セル - Google Patents

Description

本発明は、液体の電気伝導率を測定するための電気伝導率セルに関するものである。

従来、河川水などの環境水、飲料水、産業などで使用される水溶液などの液体の電気伝導率を測定するために電気伝導率セルが用いられている（特許文献１）。図９は、従来の電気伝導率セル２０１の概略断面側面図である。電気伝導率セル２０１は、複数の電極２０３が設けられた略円柱状の電極部２０２と、電極部２０２を囲むように設けられた略円筒状の外筒２０５と、を有する。電極部２０２は、例えば略円柱状（又は円板状）の電極２０３と、電気絶縁体２０４と、が交互に繋げられて構成されている。外筒２０５は、電気絶縁体で形成され、電極部２０２の軸線方向（以下「電極軸線方向」ともいう。）における電極部２０２の先端部（以下「電極先端部」ともいう。）２０２ａ側の端部に開口部２０５ｃが設けられている。電気伝導率セル２０１を用いて電気伝導率を測定するには、電気伝導率セル２０１を被検液中に浸漬することで、電極部２０２と外筒２０５との間の略円筒状の空間（測定空間）Ｔに被検液を導入する。そして、電極部２０２の電極２０３を用いて測定空間Ｔ内の被検液に電流を流し、被検液の電気抵抗を測定することで、被検液の電気伝導率を測定する。電気伝導率セル２０１には、２極式、３極式、４極式、５極式などが知られているが、図９では３極式の例を示している。また、一般に、電気伝導率の測定には交流電流が用いられてインピーダンス（交流抵抗）が測定される。

外筒２０５は、例えば電気伝導率セル２０１が被検液を収容した容器の壁面付近で用いられた場合に壁面の材料や壁面と電極２０３との間の距離などによって測定値が変動することなどを抑制するために設けられる。しかし、例えば電気伝導率セル２０１を被検液に浸漬する際などに、測定空間Ｔ内に気泡を巻き込んでしまうことがある。測定空間Ｔ内に気泡があると、例えば電極２０３と外筒２０５との間に気泡が挟まるなどして、測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスが本来よりも大きく（電気伝導率が本来よりも小さく）測定されてしまう。

そこで、従来、外筒２０５には、測定空間Ｔ内の気泡を外筒２０５の外部へと排出するために、電極軸線方向における電極部２０２の基端部（以下「電極基端部」ともいう。）２０２ｂよりに、貫通孔（気泡抜き孔）２０６が設けられている。つまり、通常、電気伝導率セル２０１は、電極先端部２０２ａ側を下方、電極基端部２０２ｂ側を上方に向けて被検液に浸漬されて用いられる。そのため、電気伝導率セル２０１を被検液に浸漬する際などに測定空間Ｔに入った気泡が上方へ移動し、上方に配置された貫通孔２０６を通して外筒２０５の外部に排出されることが企図されている。

特開平１－２５９２４９号公報

しかしながら、従来の電気伝導率セル２０１の構成では、測定空間Ｔ内の気泡を十分に外筒２０５の外部に排出できないことがあった。

外筒２０５の貫通孔２０６は、従来一般に、円形（真円や楕円）とされている。貫通孔２０６を通した気泡の排出（気泡抜き）をしやすくするために、単純に貫通孔２０６の大きさ（直径）を大きくすることが考えられる。しかし、貫通孔２０６の大きさを単純に大きくすると、気泡の排出はしやすくなるものの、測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスを正しく測定できなくなることがある。つまり、本来は図１０（ａ）中の実線で示す電流による測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスが測定目的である。しかし、貫通孔２０６の大きさを単純に大きくすると、電極先端部２０２ａ側の外筒２０５の開口部２０５ｃと貫通孔２０６との間での、外筒２０５の外側の液体などを通る回路（図１０（ａ）の破線）のインピーダンスが小さくなる。その結果、外筒２０５の外側のインピーダンスの影響（外来の影響）が大きくなって、測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスを正しく測定できなくなることがある。

これに対して、次のような方法で、測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスに対する外筒２０５の外側の液体などを通る回路のインピーダンスを大きくし、外筒２０５の外側のインピーダンスの影響を低減することが考えられる。つまり、図１０（ｂ）に示すように最も電極先端部２０２ａ側の電極２０３よりもさらに電極先端部２０２ａ側に絶縁部を設けたり、図１０（ｃ）に示すように最も電極基端部２０２ｂ側の電極２０３と貫通孔２０６との間の距離を大きくしたり、図１０（ｄ）に示すように電極先端部２０２ａ側の外筒２０５の長さを延長したりすることである。しかし、これらの方法で十分な効果を得ようとすると、電気伝導率セル２０１が大きくなるため、電気伝導率セル２０１の小型化を妨げる要因となる。

したがって、本発明の目的は、外筒の貫通孔を通した外筒の内部から外部への気泡の排出がしやすい電気伝導率セルを提供することである。

上記目的は本発明に係る電気伝導率セルにて達成される。要約すれば、本発明は、略円柱状の電極部であって、前記電極部の軸線方向に沿って相互に間隔をあけて複数の電極が設けられた電極部と、前記電極部を囲むように設けられた外筒であって、前記外筒の内周面と前記電極部の外周面との間に間隔をあけて前記電極部との間に測定空間を形成するように配置され、前記軸線方向における前記電極部の先端部側の端部が開口しており、前記軸線方向における前記電極部の基端部側の端部よりに貫通孔が形成されている外筒と、を有し、前記軸線方向における前記先端部側から被検液に浸漬されることで、前記外筒の前記開口から前記測定空間に導入された被検液が前記貫通孔に向けて流され、前記外筒の前記先端部側に対して前記基端部側が上方に配置されて前記測定空間内の被検液の電気伝導率の測定に用いられる電気伝導率セルにおいて、前記外筒は、前記軸線方向における少なくとも前記複数の電極のうち最も前記先端部側に配置された先端電極と対向する位置から最も前記基端部側に配置された基端電極と対向する位置までの領域に、前記軸線方向に沿って前記先端部側から前記基端部側に向かうにつれて内径が小さくなるようにテーパーが設けられた、前記軸線方向と略直交する断面が円形の内周面を有していることを特徴とする電気伝導率セルである。

本発明によれば、外筒の貫通孔を通した外筒の内部から外部への気泡の排出をしやすくすることができる。

電気伝導率測定用プローブの断面図である。 電気伝導率測定用プローブ及びセンサユニット（電気伝導率セル）の側面図である。 電極部及び外筒の近傍の断面側面図である。 外筒の内周面のテーパーの作用を説明するための模式図である。 気泡が溜まる様子を示す模式図である。 電極部の根本の近傍の断面図である。 外筒の貫通孔の配置を説明するための模式図である。 外筒の内周面のテーパーの測定値に対する影響を説明するための比較例及び実施例の外筒の要部の模式的な断面側面図である。 従来の電気伝導率セルの概略断面側面図である。 従来の課題を説明するための模式図である。

以下、本発明に係る電気伝導率セルを図面に則して更に詳しく説明する。

［実施例１］
１．電気伝導率測定用プローブの全体構成
図１は、本発明を適用した電気伝導率測定用プローブ（以下「ＥＣプローブ」ともいう。）１００の断面図である。また、図２（ａ）は、ＥＣプローブ１００の側面図であり、図２（ｂ）は電気伝導率セルで構成された後述するセンサユニット１の側面図である。なお、図１は、図２（ａ）中のＡ－Ａ線断面を示している。ここでは、上下は重力方向の上下であり、ＥＣプローブ１００は、通常、後述する電極先端部２ａ側を下方、電極基端部２ｂ側を上方に向けて用いられるものとする。

本実施例では、ＥＣプローブ１００は、電気伝導率セルで構成されたセンサユニット１と、測定ユニット１１０と、を有する。測定ユニット１１０は、センサユニット１から取得したアナログ信号をセンサユニット１の測定結果を示すデジタル信号に変換する測定回路１１１ａを有している。本実施例では、測定ユニット１１０は、ケーブル１２０を介して計測装置本体（図示せず）に接続され、測定回路１１１ａで変換したデジタル信号を計測装置本体に送信する。計測装置本体は、測定ユニット１１０から取得したデジタル信号を処理して測定結果の表示などを行う。また、本実施例では、計測装置本体に対してＥＣプローブ１００が着脱可能であると共に、測定ユニット１１０に対してセンサユニット１が着脱可能とされている。ＥＣプローブ１００と計測装置本体とによって電気伝導率計測装置が構成される。

センサユニット１は、略円柱状の電極部２と、電極部２を囲むように設けられた略円筒状の外筒５と、を有する。電極部２には、電極部２の軸線方向（「電極軸線方向」）Ｖに沿って相互に間隔をあけて複数の電極３（３ａ、３ｂ、３ｃ）が設けられている。外筒５は、外筒５の内周面５ａと電極部２の外周面２ｃとの間に間隔をあけて電極部２との間に略円筒状の空間（測定空間）Ｔを形成するように配置されている。また、外筒５は、電極軸線方向Ｖにおける電極部２の先端部（「電極先端部」）２ａ側の端部が開口している。すなわち、外筒５は、電極先端部２ａ側の端部に開口部５ｃを有する。さらに、外筒５は、電極軸線方向Ｖにおける電極部２の基端部（「電極基端部」）２ｂ側の端部よりに貫通孔６が形成されている。本実施例では、センサユニット１は、３極式の電気伝導率セルで構成されている。

更に説明すると、センサユニット１は、支持部材１０及び電極棒１１を備えたセンサ本体１Ａと、外筒５と、を有して構成される。支持部材１０は、略円筒状とされ、電極軸線方向Ｖの電極先端部２ａ側の端部に、他の部分よりも小径とされた支持部１０ａが設けられている。また、電極棒１１は、略円柱状とされ、電極軸線方向Ｖの電極基端部２ｂ側の端部に、他の部分よりも小径とされた接続部１１ａが設けられている。そして、支持部材１０の支持部１０ａに形成された開口部に電極棒１１の接続部１１ａが嵌合されて、センサ本体１Ａが構成される。センサユニット１は、全体として略細長円柱状とされている。支持部材１０の支持部１０ａと、電極棒１１の接続部１１ａ以外の部分の外径と、は略同一とされている。本実施例では、電極棒１１と、支持部材１０の支持部（外筒５との接合部７よりも電極先端部２ａ側の部分）１０ａと、によって、略円柱状の電極部２が構成されるものとする。

電極棒１１は、略円柱状（又は円板状）の電極３と、電気絶縁体で形成された略円筒状のセパレータ４と、が交互に繋げられて構成されている。３個の電極３のうち最も電極先端部２ａ側の第１電極３ａは、円板状とされ、円形の端面が電極先端部２ａに露出し、環状の周面が電極部２の外周面２ｃから露出するように形成されて、セパレータ４に取り付けられている。また、３個の電極のうち中央の第２電極３ｂ、及び最も電極基端部２ｂ側の第３電極３ｃは、それぞれ環状の周面が電極部２の外周面２ｃから露出するように形成されて、セパレータ４に固定されている。各電極３は、電極棒１１の内部でリード線８に接続され、このリード線８は、支持部材１０へと引き出され、支持部材１０の内部を通って、支持部材１０に設けられた回路基板１２に接続されている。本実施例では、各電極３は、チタンで形成されている。ただし、これに限定されるものではなく、電気伝導率セルの電極として適した、典型的には導電性材料で形成されていればよく、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）、ハステロイ（ニッケル基合金の商品名）、白金、グラッシーカーボンなどであってもよい。また、本実施例では、セパレータ４は、ＰＰ（ポリプロピレン）で形成されている。ただし、これに限定されるものではなく、典型的に樹脂材料とされる電気絶縁性材料で形成されていればよい。

外筒５は、電極基端部２ｂ側の端部の内周面に設けられたネジ部が、支持部材１０の外周面に設けられたネジ部に螺合されることで、センサ本体１Ａに固定される。外筒５は電極部２と略同軸的に配置される。外筒５の構成、及び外筒５と電極部２との位置関係などについては後述して更に詳しく説明する。

支持部材１０の、電極軸線方向Ｖにおける電極棒１１が取り付けられる側とは反対側の端部近傍には、回路基板１２が設けられており、上述のようにこの回路基板１２に電極棒１１から引き出されたリード線８が接続されている。また、この回路基板１２には、センサユニット側コネクタ１３が設けられており、後述する測定ユニット１１０の回路基板１１１に設けられた測定ユニット側コネクタ１１２と接続可能とされている。本実施例では、支持部材１０は、ＰＰ（ポリプロピレン）で形成されているが、これに限定されるものではなく、上記セパレータ４の場合と同様の電気絶縁性材料で形成されることが好ましい。

測定ユニット１１０には、測定回路１１１ａを備えた回路基板１１１が設けられている。また、この回路基板１１１には、測定ユニット側コネクタ１１２が設けられており、上述のセンサユニット１の回路基板１２に設けられたセンサユニット側コネクタ１３と接続可能とされている。また、測定ユニット１１０は、センサユニット１の電極軸線方向Ｖにおける電極先端部２ａ側とは反対側の端部が挿入されて嵌合される凹部１１３を有する。そして、センサユニット１が測定ユニット１１０の凹部１１３に挿入され、センサユニット側コネクタ１３と測定ユニット側コネクタ１１２とが着脱可能に接続されることで、センサユニット１と測定ユニット１１０とが一体化されて、ＥＣプローブ１００が構成される。

なお、本実施例では、支持部材１０の電極軸線方向Ｖにおける電極棒１１が取り付けられる側とは反対側の端部近傍の外周面と、測定ユニット１１０の凹部１１３の内周面と、の間に、封止部材としてのＯリング１４が配置されて、センサユニット１の内部が液密に保たれている。また、本実施例では、センサユニット１は、スライド移動させられて測定ユニット１１０の凹部１１３に嵌合される。そして、センサユニット１の外周を取り巻くように配置された固定部材としての袋ナット１５が、測定ユニット１１０のセンサユニット１側の端部に螺合されることで、センサユニット１は測定ユニット１１０に対して固定されるようになっている。

また、センサユニット１は、上記とは逆に測定ユニット１１０から取り外されて、交換することが可能とされている。また、測定ユニット１１０の回路基板１１１から引き出された配線は、ケーブル１２０としてまとめられて計測装置本体に接続される。本実施例では、測定ユニット１１０は、上記ケーブル１２０の端部に設けられたプローブ側コネクタ（図示せず）と、計測装置本体に設けられた本体側コネクタ（図示せず）と、によって、計測装置本体に対して着脱可能に接続される。

ＥＣプローブ１００を用いて電気伝導率を測定するには、センサユニット１の電極先端部２ａ側を下方に向けて被検液中に浸漬することで、電極部２と外筒５との間の略円筒状の測定空間Ｔに被検液を導入する。そして、センサユニット１の電極３を用いて測定空間Ｔ内の被検液に交流電流を流し、被検液のインピーダンスを測定することで、被検液の電気伝導率を測定する。本実施例では、センサユニット１は、概略、第２電極３ｂと第１電極３ａとの間、及び第２電極３ｂと第３電極３ｃとの間に交流電圧を印加して、測定空間Ｔ内の被検液に交流電流を流し、測定空間Ｔ内の被検液のインピーダンスを測定することで、測定空間Ｔ内の被検液の電気伝導率を測定する。

２．外筒の構成、及び外筒と電極部との位置関係
次に、本実施例における外筒５について更に詳しく説明する。図３は、センサユニット（以下「電気伝導率セル」という。）１の電極部２及び外筒５の近傍を拡大して示す断面側面図である。

電極部２には、上述のように、第１、第２、第３電極３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。本実施例では、第１電極３ａが、電極軸線方向Ｖにおいて複数の電極３のうち最も電極先端部２ａ側に配置された「先端電極」であり、第３電極３ｃが、最も電極基端部２ｂ側に配置された「基端電極」であり、第２電極３ｂが、中央に配置された「中央電極」である。本実施例では、第１、第２、第３電極３ａ、３ｂ、３ｃの電極軸線方向Ｖにおける幅Ｗは、略同一であり、３ｍｍである。また、本実施例では、電極軸線方向Ｖにおける少なくとも電極先端部２ａから貫通孔６に隣接する位置までの領域の電極部２の直径Ｄ１は、略同一であり、１０ｍｍである。また、本実施例では、第１、第２、第３電極３ａ、３ｂ、３ｃの直径もこの直径Ｄ１と略同一であり、１０ｍｍである。また、本実施例では、第１、第２、第３電極３ａ、３ｂ、３ｃは、電極軸線方向Ｖにおいて略等間隔に設けられている。なお、各電極３の位置は、電極軸線方向Ｖにおける各電極３の中央位置で代表するものとする。本実施例では、第１電極３ａの位置と第２電極３ｂの位置との間の距離Ｌ１、第２電極３ｂの位置と第３電極３ｃの位置との間の距離Ｌ２は、それぞれ３３ｍｍである。

外筒５は、電極部２を取り囲むように配置され、電極軸線方向Ｖにおける電極基端部２ｂ側の端部が、支持部材１０に螺合されて接合される。本実施例では、この外筒５と支持部材１０との螺合による接合部が、電極部２と外筒５との接合部７である。本実施例では、この接合部７に隣接して、外筒５の周方向に相互に間隔をあけて複数の貫通孔６が設けられている。本実施例では、外筒５には、複数の貫通孔６として、外筒５の周方向に沿って略等間隔に４つの貫通孔６が設けられている。つまり、外筒５の周方向において互いに対向する位置に配置された２つの貫通孔６の組が２組設けられている。本実施例では、貫通孔６は、平面視において直径８ｍｍの円形とされている。なお、貫通孔６の数は４個に限定されるものではなく、典型的には２～４個である。また、貫通孔６が円形である場合、貫通孔６の直径は６ｍｍ以上、８ｍｍ以下程度が好適である。貫通孔６の大きさが小さすぎると、気泡の排出がしにくくなる。また、貫通孔６の大きさが大きすぎると、測定値に対する外筒５の外側のインピーダンスの影響が大きくなる傾向がある。なお、貫通孔６の直径は、外筒５の内周面側の貫通孔６の開口部の直径で代表するものとする。

そして、外筒５の内周面５ａは、電極軸線方向Ｖにおける少なくとも第１電極（先端電極）３ａと対向する位置から第３電極（基端電極）３ｃと対向する位置までの領域に、電極軸線方向Ｖに沿って電極先端部２ａ側から電極基端部２ｂ側に向かうにつれて内径が小さくなるようにテーパーが設けられている。上記領域は、より詳細には電極軸線方向Ｖにおける第１電極３ａの電極先端部２ａ側の端部（下端）から、第３電極３ｃの電極基端部２ｂ側の端部（上端）までの領域である。特に、本実施例では、外筒５のテーパーは、電極軸線方向Ｖにおいて、電極先端部２ａ側の外筒５の端部から、貫通孔６の電極先端部２ａ側の端部までの領域に設けられている。本実施例では、電極軸線方向Ｖにおける外筒５のテーパーが設けられた領域の距離Ｌ３は７０ｍｍである。なお、本実施例では、電極軸線方向Ｖにおける第１電極３ａの電極先端部２ａ側の端部（すなわち、電極先端部２ａ）から外筒５の電極先端部２ａ側の端部までの距離Ｌ９は０．５ｍｍ程度である。

外筒５のテーパーは、０．１°以上、５°以下の角度θで形成されていることが好ましい。なお、この角度θは、電極軸線方向Ｖに対してなす角度である。この角度θが０．１°より小さいと、気泡の排出をしやすくする効果を十分に得にくくなる。また、この角度θが５°より大きいと、測定値に対する外筒５の外側のインピーダンスの影響が大きくなる傾向がある。本実施例では、この角度θは０．５°である。外筒５にテーパーを設けると、第１電極３ａと外筒５の内周面５ａとの間の距離Ｌ４と、第２電極３ｂと外筒５の内周面５ａとの間の距離Ｌ５と、第３電極３ｃと外筒５の内周面５ａとの間の距離Ｌ６と、は異なる値となる（Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌ６）。なお、各電極３と外筒５の内周面５ａとの間の距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、電極軸線方向Ｖにおける各電極３の中央位置における各電極３と外筒５の内周面５ａとの間の距離で代表するものとする。各電極３と外筒５の内周面５ａとの間の距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましい。この距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６が１ｍｍより小さいと、気泡を排出しにくくなる。また、この距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６が３ｍｍより大きいと、測定値の直線性が低下しやすくなることがある。本実施例では、この距離Ｌ６、Ｌ５、Ｌ４は、それぞれ１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍである。なお、本実施例では、第１電極３ａの位置での外筒５の内径Ｄ２は１２．９ｍｍ、第２電極３ｂの位置での外筒５の内径Ｄ３は１３．４ｍｍ、第３電極３ｃの位置での外筒５の内径Ｄ４は１３．９ｍｍである。また、本実施例では、外筒５は壁面の厚さが２．４ｍｍで略一定とされており、内周面５ａにテーパーが設けられた領域では、対応して外周面５ｂにも略同一角度θのテーパーが設けられている。

なお、外筒５のテーパーは、典型的には直線状に形成された傾斜面であるが、例えば電極軸線方向Ｖにおける一部又は全部が、電極基端部２ｂ側に向かうにつれて外筒５の内径が小さくなるように曲線上に形成されていてもよい。この場合、外筒５のテーパーの角度θは、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間の中央位置における曲線の接線が電極軸線方向Ｖとなす角度で代表することができる。

このように、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けると、電極先端部２ａ側の電極部２と外筒５の内周面５ａとの間の隙間よりも、電極基端部２ｂ側の電極部２と外筒５の内周面５ａとの間の隙間が狭くなる。そのため、この隙間が狭くなる電極基端部２ｂ側、すなわち、上方において、電気伝導率セル１を被検液に浸漬する際に測定空間Ｔに流入する被検液の流速を大きくすることができる。つまり、流速をＱ、断面積（電極部２と外筒５の内周面５ａとの間）をＡ、流速をＶとしたとき、次式、Ｑ＝Ａ・Ｖが成り立つ。電気伝導率セル１を被検液に同様の条件で浸漬し、流量Ｑが実質的に変わらない場合、断面Ａが小さくなれば流速Ｖは大きくなる。ここで、外筒５内においては、隣接する貫通孔６の境界部分の特に上方などには気泡が溜まりやすい（図５）。これに対して、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けることで、電気伝導率セル１を被検液に浸漬する際に、気泡が溜まりやすい測定空間Ｔの上方に向かうにつれて被検液の流速が大きくなる。したがって、貫通孔６を必要以上に大きくしなくても（つまり、前述した電気伝導率の測定値に対する外筒５の外側のインピーダンスの影響が許容範囲を超えて大きくなることを抑制しつつ）、貫通孔６を通した気泡の排出のしやすさを向上させることができる（図４）。また、貫通孔６を必要以上に大きくしなくてよいため、外筒５の外側のインピーダンスの影響を低減するために図１０（ｂ）～（ｄ）を参照して説明したような方法による対策が必要なくなり、電気伝導率セル１の小型化を図ることができる。

ここで、従来一般に、外筒５の内径を一定に保ちやすいなどの理由から、切削加工により外筒５の製造を行っていた。本実施例では、金型を用いた成型により外筒５を製造した。この場合、外筒５の内周面５ａ、更に本実施例では外周面５ｂに設けられたテーパーは、成型品を金型から離型しやすくする抜き勾配としても働き、外形が一定に整った外筒５の製造がしやすくなる。また、外筒５を金型による成型で製造することは、切削加工により製造する場合に比べて生産性の向上を図りやすい。

また、本実施例における電気伝導率セル１は、以下に示すような追加の特徴を有している。

本実施例では、図６に示すように、電極軸線方向Ｖにおける、電極部２と外筒５との接合部７に隣接し、少なくとも一部が貫通孔６と対向する領域（これを電極部２の「根本」ともいう。）９の電極部２の外周面２ｃに、電極軸線方向Ｖに沿って電極先端部２ａ側から電極基端部２ｂ側に向かうにつれて外径が大きくなるようにテーパーが設けられている。このように電極部２の根本９にテーパーを設けることで、測定空間Ｔ内の気泡を貫通孔６に向けて導きやすくなり、貫通孔６を通した気泡の排出のしやすさを更に向上させることができる。気泡の排出のしやすさを更に向上させる観点から、この電極部２の根本９のテーパーは、５°以上、６０°以下の角度αで形成されていることが好ましい。なお、この角度αは、電極軸線方向Ｖと略直交する方向に対してなす角度である。本実施例では、この角度αは４５°である。

また、電極軸線方向Ｖにおいて、電極基端部２ｂ側の貫通孔６の端部（上端）の位置は、電極部２と外筒５との接合部７と略同じ位置、又はこの接合部７に対して電極先端部２ａとは反対側であることが好ましい。つまり、図７に示す距離Ｌ７が０ｍｍ以上であることが好ましい。このような位置関係とすることで、貫通孔６より上方に気泡が溜まるデッドスペースが形成されないようにすることができる。本実施例では、図３に示すように、貫通孔６の上端の位置を、電極部２と外筒５との接合部７と略同じ位置とした。なお、貫通孔６の上端の位置は、外筒５の内周面側の貫通孔６の開口部における上端の位置で代表するものとする。

また、図７に示すように、電極軸線方向Ｖにおいて、最も電極基端部２ｂ側に配置された第３電極（基端電極）３ｃの電極基端部２ｂ側の端部から、電極先端部２ａ側の貫通孔６の端部（下端）までの距離Ｌ８は、０ｍｍ以上、２ｍｍ以下（貫通孔６の端部（下端）の方が電極基端部２ｂ側）であることが好ましい。このような位置関係とすることで、電気伝導率セル１の小型化を図ることができる。本実施例では、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けることで、貫通孔６を必要以上に大きくすることなく気泡の排出を良好に行うことができる。そのため、外筒５の外側のインピーダンスの影響による測定値の誤差を抑制しつつ、貫通孔６と電極３（第３電極３ｃ）との間の距離を可及的に小さくすることができる。本実施例では、上記距離Ｌ８は０ｍｍである。なお、貫通孔６の下端の位置は、外筒５の内周面側の貫通孔６の開口部における下端の位置で代表するものとする。

３．セル定数に対する影響など
従来の電気伝導率セル１では、外筒５の内径の変化による測定値への影響を抑制するなどの観点から、外筒５の内径は電極軸線方向Ｖにおいて略一定とされていた。例えば、従来の電気伝導率セル１の外筒５に代えて本発明に従う外筒５を適用し、本発明に係る電気伝導率セル１を構成する場合、外筒５の違いにより測定値（セル定数）が大幅に変化することを避けることが望ましい。通常、個々の電気伝導率セル１のセル定数を測定して、このセル定数を用いた補正を行って測定値を求める。そのため、例えば、電気伝導率の測定可能領域の中領域では外筒５の内径の変化による測定値の誤差は問題とならない。しかし、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けたことにより大幅にセル定数が変化すると、電気伝導率の測定可能領域の下限・上限付近で、測定値の真値に対する誤差が大きくなることがある。

これに対して、外筒５の内周面５ａにテーパーを設ける場合に、電極軸線方向Ｖにおける最も電極先端部２ａ側に配置された先端電極３ａと最も電極基端部２ｂ側に配置された基端電極３ｃとの間のある位置での外筒５の内径が略同一であれば、テーパーの勾配が変化しても測定値（セル定数）は大幅に変化しないことがわかった。このとき、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間の略中央位置での外筒５の内径を略同一とすることがより好ましい。３極式の電気伝導率セル１の場合、典型的には、電極軸線方向Ｖにおける中央に配置された中央電極３ｂの位置での外筒５の内径を略同一とすればよい。つまり、上述のように従来の電気伝導率セル１の外筒５に代えて本発明に従う外筒５を適用する場合、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間、好ましくはその間の中央位置（典型的には中央電極３ｂの位置）での外筒５の内径を従来の電気伝導率セル１の外筒５の内径と略同一とすれば、測定値（セル定数）は大幅には変化しないことがわかった。

これは、次のような理由によるものと考えられる。外筒５の内周面５ａにテーパーを設ける場合に、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間、好ましくはその間の中央位置（典型的には中央電極３ｂの位置）を基準として、電極先端部２ａ側に向けて内径を大きくし、電極基端部２ｂ側に向けて内径を小さくすると、外筒５の外側のインピーダンスの影響を低減することができ、また各極と外筒５の内周面５ａと間の距離の違いの影響をキャンセルすることができる。つまり、例えば、３極式の電気伝導率セル１では、中央の電極（中央電極３ｂ）と両端の電極（先端電極３ａ、基端電極３ｃ）との間に電圧を印加してインピーダンスの測定を行っている。この場合に、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けると、各極と外筒５との間の隙間が変化するため、インピーダンスの測定に影響が出ることが考えられる。しかし、中央電極３ｂの位置での外筒５の内径を基準としてテーパーを設けることで、基端電極３ｃと外筒５の内周面５ａとの間の距離が小さくなってインピーダンスが大きくなったとしても、先端電極３ａと外筒５の内周面５ａとの間の距離が大きくなってインピーダンスが小さくなることで、これらが相互にキャンセルし合い、テーパーの大きさによるインピーダンスの測定への影響が見かけ上無くなる。これにより、テーパーの大きさによる測定値（セル定数）の変化は抑制される。したがって、例えば上述のように従来の電気伝導率セル１の外筒５に代えて本発明に従う外筒５を適用する場合でも、中央電極３ｂの位置での外筒５の内径を従来の電気伝導率セル１の外筒５の内径と略同一とすることで、両電気伝導率セル１のセル定数が大幅に変化することはなく、典型的には略同一となる。その結果、電気伝導率の測定可能領域の下限・上限付近においても、従来の電気伝導率セル１と本発明に従う電気伝導率セル１とで測定値に許容範囲を超えた差が生じることはない。

一方、例えば基端電極３ｃあるいは更に電極基端部２ｂ側を基準として外筒５の内周面５ａにテーパーを設けると、電極先端部２ａ側の外筒５の開口部５ｃの内径が大きくなり過ぎて、外筒５の外側のインピーダンスの影響を受けやすくなることがある。

なお、電極間の抵抗をＲ、電極間の距離をＬ（ｍ）、電極の面積をＳ（ｍ^２）、電気伝導率をκ（Ｓ／ｍ）とすると、次の関係が成り立つ。
Ｒ＝Ｌ／Ｓ×１／κ
κ＝Ｌ／Ｓ×１／Ｒ
上記式中のＬ／Ｓは電気伝導率セル１に固有の値でセル定数と呼ばれる。セル定数が大きければ大きいほど、同じ溶液でもインピーダンスの測定結果は大きくなる。電極間の距離Ｌ及び電極の面積Ｓが変わっていない場合に、セル定数Ｌ／Ｓが変われば、外筒５の外側のインピーダンスの影響を受けていることになる。そのため、所定の電気伝導率の被検液を用いてセル定数を測定する（あるいはセル定数を固定して所定の電気伝導率の被検液の電気伝導率を測定する）ことで、外筒５の外部のインピーダンスの影響の有無、程度を判断することができる。

ここで、内周面５ａのテーパーの設定が異なる外筒５を用いて、測定値に対する影響について調べた。ここでは、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ模式的に示す比較例１、比較例２、本実施例の外筒５について調べた。比較例１の外筒５は、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けなかったものである（θ＝０°）。比較例２は、外筒５の内周面５ａに、本実施例と同じ勾配のテーパーを、基端電極３ｃよりも更に電極基端部２ｂ側の位置を基準として設けたものである（θ＝０．５°）。本実施例の外筒５は、上述のように、外筒５の内周面５ａに比較例２と同じ勾配のテーパーを、中央電極３ｂの位置を基準として設けたものである（θ＝０．５°）。比較例１の外筒５では、内径は１３．４ｍｍの略一定であり、各電極３と外筒５の内周面５ａとの間の距離は１．７ｍｍであった。これに対して、比較例２の外筒５では、基端電極３ｃより更に電極基端部２ｂ側の位置における電極部２と外筒５の内周面５ａとの間の距離が１．７ｍｍであった。また、本実施例の外筒５では、中央電極３ｂの位置での電極３ｂと外筒５の内周面５ａとの間の距離が１．７ｍｍであった。

上記各例の外筒５を同じ電気伝導率セル（東亜ディーケーケー株式会社製、ＣＴ－２７１１２Ｂ）１に装着し、セル定数として同じ値である２５０ｍ^－１を用いて被検液としての標準液の電気伝導率の測定を行った。標準液としては、２５℃に温調したＫＣｌ水溶液（０．０１ｍｏｌ／ｋｇ、０．１ｍｏｌ／ｋｇ、１ｍｏｌ／ｋｇ）を用いた。また、これら各標準液を用いて各例の電気伝導率セルを校正し、それぞれの標準液でのセル定数を求めた。

なお、上述のように異なる構成の外筒５を用いた他は、比較例１、比較例２及び本実施例の電気伝導率セル１の構成は実質的に同じであり、同一の計測装置を用いて、実質的に同じ環境で測定を行った。また、いずれの測定も外筒５の内部には気泡が実質的に無い状態で行った。実験に用いた電気伝導率セル１の主要部（電極部２の電極の構成や配置など）は、前述の本実施例の電気伝導率セル１と同等のものである。

結果を表１、表２に示す。表１（ａ）は、各例について電気伝導率の測定値と、各標準液の電気伝導率の理論値と、を示す。また、表１（ｂ）は、表１（ａ）の結果に基づく、比較例１の電気伝導率の測定値に対する、比較例２及び本実施例の電気伝導率の測定値の差（相対値（％）：比較例１の測定値を１００％とした場合の比較例２及び本実施例の測定値の１００分率）を示す。表２（ａ）は、各例の電気伝導率セルを各標準液で校正した場合のセル定数を示す。また、表２（ｂ）は、表２（ａ）の結果に基づく、比較例１の電気伝導率セルのセル定数に対する、比較例２及び本実施例の電気伝導率セルのセル定数の差（相対値（％）：比較例１のセル定数を１００％とした場合の比較例２及び本実施例のセル定数の１００分率）を示す。

表１、表２からわかるように、本実施例では、外筒５の内周面５ａにテーパーが設けられていない比較例１に対して測定値、セル定数の有意の差はみられなかった。一方、比較例２では、比較例１に対する測定値、セル定数の差が比較的大きかった。本発明者の検討によれば、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間のある位置を基準としてテーパー（θ＝０．１°～５°）を設けることで、セル定数の差を±３％以内に抑制できることがわかった。特に、電極軸線方向Ｖにおいて先端電極３ａと基端電極３ｃとの間の中央位置を基準としてテーパー（θ＝０．１°～５°）を設けることで、セル定数の差を±１％以内程度まで抑制できることがわかった。

換言すると、本実施例の電気伝導率セル１は、次のような構成を有する。つまり、当該電気伝導率セル１のセル定数に対して±３％以内のセル定数を有し、テーパーが設けられておらず先端電極３ａと対向する位置から基端電極３ｃと対向する位置までの領域の内径が略同一である外筒を当該電気伝導率セル１の外筒５に取り替えて設けた電気伝導率セル１を基準の電気伝導率セル１とする。このとき、本実施例の電気伝導率セル１は、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間のある位置での外筒５の内径が、基準の電気伝導率セル１の外筒５の内径と略同一である。また、電極軸線方向Ｖにおける先端電極３ａと基端電極３ｃとの間の略中央位置での外筒５の内径が、基準の電気伝導率セル１の外筒５の内径と略同一であることが好ましい。

４．効果
本実施例の電気伝導率セル１を様々な条件で被検液に浸漬して確認したところ、従来の内径が略一定の外筒５を有する電気伝導率セル１よりも気泡を排出しやすいことがわかった。

以上説明したように、本実施例によれば、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けることで、電気伝導率セル１を被検液に浸漬する際に測定空間Ｔ内に気泡が入った場合でも、気泡が溜まりやすい測定空間Ｔの上方での被検液の流速が速くなるので、貫通孔６を通して気泡をスムーズに排出することができる。これにより、貫通孔６を必要以上に大きくすることで外筒５の外側のインピーダンスが測定値に影響することを抑制しつつ、外筒５の貫通孔６を通した外筒５の内部から外部への気泡の排出をしやすくすることができる。更に、外筒５の内周面５ａにテーパーを設けることにより、外筒５の射出成型が可能となり、外筒５の製造コストが１／２～１／３に低減する。

［その他の実施例］
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。

上述の実施例では、電気伝導率セルは測定回路を備えた電気伝導率測定用プローブのセンサユニットとして構成されていたが、実質的に電気伝導率セルからなり、アナログ信号を計測装置本体に送り、計測装置本体が備えた測定回路によって電気伝導率が求められるものであってもよい。

また、上述の実施例では電気伝導率セルは３極式のものであったが、２極式、４極式、５極式などのものであってもよい。

１ 電気伝導率セル（センサユニット）
２ 電極部
３ 電極
５ 外筒
１００ 電気伝導率測定用プローブ
１１０ 測定ユニット

Claims (10)

1. 略円柱状の電極部であって、前記電極部の軸線方向に沿って相互に間隔をあけて複数の電極が設けられた電極部と、
   前記電極部を囲むように設けられた外筒であって、前記外筒の内周面と前記電極部の外周面との間に間隔をあけて前記電極部との間に測定空間を形成するように配置され、前記軸線方向における前記電極部の先端部側の端部が開口しており、前記軸線方向における前記電極部の基端部側の端部よりに貫通孔が形成されている外筒と、
   を有し、
   前記軸線方向における前記先端部側から被検液に浸漬されることで、前記外筒の前記開口から前記測定空間に導入された被検液が前記貫通孔に向けて流され、前記外筒の前記先端部側に対して前記基端部側が上方に配置されて前記測定空間内の被検液の電気伝導率の測定に用いられる電気伝導率セルにおいて、
   前記外筒は、前記軸線方向における少なくとも前記複数の電極のうち最も前記先端部側に配置された先端電極と対向する位置から最も前記基端部側に配置された基端電極と対向する位置までの領域に、前記軸線方向に沿って前記先端部側から前記基端部側に向かうにつれて内径が小さくなるようにテーパーが設けられた、前記軸線方向と略直交する断面が円形の内周面を有していることを特徴とする電気伝導率セル。
2. 前記テーパーは、前記軸線方向において、前記先端部側の前記外筒の端部から前記貫通孔の前記先端部側の端部までの領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気伝導率セル。
3. 前記テーパーは、０．１°以上、５°以下の角度で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気伝導率セル。
4. 前記複数の電極の各電極と前記外筒の内周面との間の距離は、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。
5. 当該電気伝導率セルのセル定数に対して±３％以内のセル定数を有し、前記テーパーが設けられておらず前記先端電極と対向する位置から前記基端電極と対向する位置までの領域の内径が略同一である外筒を当該電気伝導率セルの前記外筒に取り替えて設けた電気伝導率セルを基準の電気伝導率セルとしたとき、前記軸線方向における前記先端電極と前記基端電極との間のある位置での前記外筒の内径が、前記基準の電気伝導率セルの前記外筒の前記内径と略同一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。
6. 前記軸線方向における前記先端電極と前記基端電極との間の略中央位置での前記外筒の内径が、前記基準の電気伝導率セルの前記外筒の前記内径と略同一であることを特徴とする請求項５に記載の電気伝導率セル。
7. 前記電極部には、前記複数の電極として、前記軸線方向において略等間隔に３つの電極が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。
8. 前記軸線方向における、前記電極部と前記外筒との接合部に隣接し、少なくとも一部が前記貫通孔と対向する領域の前記電極部の外周面に、前記軸線方向に沿って前記先端部側から前記基端部側に向かうにつれて外径が大きくなるようにテーパーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。
9. 前記軸線方向において、前記基端部側の前記貫通孔の端部の位置は、前記電極部と前記外筒との接合部と略同じ位置、又は前記接合部に対して前記先端部とは反対側であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。
10. 前記軸線方向において、前記基端電極の前記基端部側の端部から、前記先端部側の前記貫通孔の端部までの距離は、０ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気伝導率セル。

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