JPH02309240A - ｐＨ変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ガラス電極と比較電極との間に発生する直流
起電力から前記測定液のｐＨ値を測定するｐＨ変換器に
係り、特にこれ等のガラス電極、及び比較電極の破損な
どの異常を検知することができるｐＨ変換器に関する。

〈従来の技術〉 第３図はこの種の従来のｐＨ変換器の構成の概要を示す
ブロック図であり、第４図は第３図に示すガラス電極と
比較電極の具体的な構成を示す概略図である。以下、第
４図と第３図を用いて従来のｐＨ変換器についてその概
要を説明する。

容器１０は例えば接地Ｅされており、この中に測定：ａ
ＬＱが満なされている。

１１はガラス電極であり、その周囲はｐＨ＝７の塩化カ
リ溶液ＫＣＬ（７）で囲まれ、この中に塩化銀ＡｇＣ１
と銀Ａｇが配置されこれ等を介してリード線１　ｗ　１
でその電位が端子ＧＴに引き出され、また下部の塩化カ
リ溶液ＫＣＬ（７）と測定液ＬＱとの間には薄いガラス
膜ＧＳが配置されている。

１２は比較電極であり、その周囲は飽和状態の塩化カリ
溶゛液ＫＣＬ　（Ｓ）で囲まれ、この中に塩化銀ＡｇＣ
１と銀Ａｇが配置されこれ等を介してリード線１ｗ２に
よりその電位が端子ＲＴに引き出され、また下部の塩化
カリ溶液ＫＣＬ　（Ｓ）と測定液ＬＱとの間には液絡部
ＬＳとして例えば多孔質のセラミックスなどが配置され
ている。

さらに、測定液ＬＱの中にはこの測定液ＬＱに電圧を印
加するための液電［ｉ１３が挿入されこれは端子ＬＴに
接続されている。

ところで、ガラス電極１１はガラス電極の単極電位ｖ９
とそのインピ−ダンスＲ９の直列回路、同様に比較＠極
１２は比較！極の単極電位ＶＴとそのインピーダンスＲ
ｒの直列回路、液電極１３は液電位Ｖｓとそのインピー
ダンスＲＳとの直列回路として第３図に示すようにそれ
ぞれ等価的に簡便に表現することができる。

端子ＧＴとＧＴ−１ＬＴとＬＴ−１ＲＴとＲＴ−との間
はそれぞれゲーブルｌ＋　、１２．１３で接続されてい
る。

端子ＧＴ−はボルテージフォロワとして機能する演算増
幅器Ｑ１の非反転入力端（十）に接続され、その出力端
は交流成分を平滑する平滑機能を有する減算器１４の入
力の一端に接続されている。

また、端子ＧＴ゛と共通電位点ＣＯＭとの間にはリレー
ＲＬ、の接点Ｓ１と抵抗Ｒ１との直列回路が接続されて
いる。さらに、抵抗Ｒ１の両端の電圧はコンデンサＣ１
を介して整流平滑回路１５に出力され、その出力は出力
端Ｔ２に異常信号ｖＡ１を出力する。

端子ＲＴ−はボルテージフォロワとして機能する演算増
幅器Ｑ２の非反転入力端（＋）に接続され、その出力端
は減算器１４の入力の他の一端に接続されている。また
、端子ＲＴ−と共通電位点ＣＯＭとの間にはリレーＲＬ
２の接点Ｓ２と抵抗Ｒ１との直列回路が接続されている
。さらに、抵抗Ｒ２の両端の電圧はコンデンサＣ２を介
して整流平滑回路１６に出力され、その出力は出力端Ｔ
３に異常信号ｖＡ、を出力する。

減算器１４はこれ等の演算増幅器Ｑｌ、Ｑ２の出力を減
算して出力端Ｔ１にｐＨ信号ＶＰＨを出力する。

リレーＲＬ、、ＲＬ２の接点Ｓ１、Ｓ２は操作信号ＳＡ
がマニュアル的に又は自動的に与えられたリレー駆動回
路１７からの制御信号により開閉される。

また、液電極１３には矩形波発生回路１８から矩形波電
圧Ｖにが印加されている。

次に、以上のように構成されたＰＨ変換器の動作につい
て説明する。

通常のｐＨ測定状態では、リレーＲＬ、、ＲＬ２の接点
Ｓ１、Ｓ２は解放されており、したがって、端子Ｔ１に
はガラス電極１１と比較型＠１２に発生する起電力の差
に対応する電圧、すなわち測定液ＬＱのｐＨ値に対応す
るｐＨ信号ＶＰＨが得られている。

次に、ガラス電極１１の異常の有無を検知するためには
異常検知信号ＳＡを印加してリレーＲＬ、に電流を流し
て接点Ｓ、を閉じる。この状態で抵抗Ｒ１の両端に発生
する異常信号ＶＡ１はＶＡ　＋　＝ＲＫ　ＶＫ　／　（
Ｒ１＋Ｒｓ　＋Ｒ１）・＝　（１）となる、但し、一般
にＲ９（Ｒｓであるので、Ｖ　Ａ　　１　　：ＲＫ　　
Ｖに　／　（Ｒｓ　　＋Ｒ１）　・・・　（２）となる
。

また、比較電極１２の異常の有無を検知するなめには異
常検知信号Ｓ＾を印加してリレーＲＬ。

に電流を流して接点Ｓ２を閉じる。この状態で抵抗Ｒ２
の両端に発生する異常信号ＶＡ２はＶＡ　２　＝ＲＫ　
ＶＫ　／　（ＲＴ　＋Ｒ６＋Ｒ＋　）　・＝　（３）と
なる、但し、一般にＲ６＜Ｒ，であるので、ＶＡＴ中Ｒ
ＫＶＫ　／　（ＲＴ　＋Ｒ１）”　（４）となる。

したがって、ガラス電極１１のガラスＷ！ＡＧＳ、或い
は比較！’／＆１２の液絡部ＬＳが破損するなどの異常
があれば抵抗Ｒ９、Ｒｆが正常な場合に比べて大幅に異
なるので（２）、（４）式の関係から分かるように異常
信号ＶＡ　＋　、ＶＡ　２を測定することによりこれ等
の大きさから容易に破損を知ることができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような従来のｐＨ変換器では、第
１にガラス電極１１、或いは比較電極１２の破損などの
異常を知るためには、第１に異常検知を行っている間は
ｐＨ値を知ることができず、第２にガラス電極或いは比
較電極のような高インピーダンスを介して抵抗Ｒｔ　、
　Ｒ２で電圧を検出するのでリレーＲＬ、　、ＲＬ２と
して高絶縁のリレーを用いなければならない不便がある
、などの欠点がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、測定液に浸積
されたガラス電極と比較電極との間に発生する直流起電
力から測定液のｐＨ値を測定するｐＨ変換器において、
測定液に液電極を介して交流電圧を印加する電圧発生手
段と、ガラス電極と液電極との間に発生する第１交流電
圧成分を検出する第１信号検出手段と、比較電極と液電
極との間に発生する第２交流電圧成分を検出する第２信
号検出手段とを具備し、第１交流電圧成分からガラス電
極の異常を、第２交流電圧成分から比較電極の異常をそ
れぞれ検知″するようにしたものである。

く作　用〉 電圧発生手段から液電極を介して測定液に交流電圧を常
時印加しており、ガラス電極からはこの交流電圧に関連
する第１交流電圧成分を検出することによりこの交流電
圧の大きさの程度からガラス電′極の異常を検出し、ま
た比較電極からは電圧発生手段の交流電圧に関連する第
２交流電圧成分を検出することによりこの交流電圧の大
きさの程度から比較電極の異常を検出すると共にこれ等
のガラス電極と比較ｔｉとの直流起電力の差から、つま
りｐＨ値から、常時ｐＨ信号を得る。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図である
。なお、第３図、第４図に示す実施例と同一の機能を有
する部分には同一の符号を付して適宜にその説明を省略
する。

ガラス電極１１はここではより正確に表現するためにガ
ラス電極１１のインピーダンスＲ９に並列にガラス膜Ｇ
Ｓの等価容量Ｃｓが接続され、更に液電極１３と比較電
極１２間の液抵抗Ｒ４＋　と、液電極１３とガラス電極
１１間の液抵抗Ｒ４＋とが追加されている。

端子ＧＴ−は共通電位点ＣＯＭとの間にコンデンサＣ３
を介して接続されると共に出力端が反転入力端（−）に
接続された演算増幅器Ｑ３の非反転入力＠（＋）に抵抗
Ｒ，を介して接続されている。さらに、その反転入力端
（−）は抵抗Ｒ４を介して端子ＧＴＳを経由してケーブ
ル１１のシールドに接続されている。

演算増幅器Ｑ３の出力端はローパスフィルタＬＰＦｊを
介してバッファ増幅器Ｑ４の非反転入力端（＋）に接続
され、この出力端は出力端子Ｔ１に接続されてここにＰ
Ｈ信号ＶｐＨを出力する。

また、演算増幅器Ｑ３の出力端はバイパスフィルタＨＰ
Ｆ、を介してスイッチＳ　Ｗ　＋の一方の切換端に接続
されている。他方の切換端は抵抗Ｒ５とコンデンサＣ４
の直列回路を介して共通電位点ＣＯＭに接続されている
。その共通端はローパスフィルタＬＰＦ２を介して出力
端Ｔ２に接続され、ここにガラス電極１１の異常を検出
する異常信号■Ａコを出力する。

端子ＲＴ−は抵抗ＲｆＩを介して非反転入力端（十）が
抵抗’Ｒｖを介して共通電位点ＣＯＭに接続された演算
増幅器Ｑ、の反転入力端（−）に接続されている。

また、この反転入力端（−）と出力端との間にはコンデ
ンサＣ６と抵抗Ｒ８との直列回路が接続されている。こ
のコンデンサＣ６と抵抗Ｒ日との接続点は抵抗Ｒ９を介
してボルテージフォロワとして機能する増幅器Ｑ６の反
転入力端（−）に接続されている。

この増幅器Ｑ６の出力端はスイッチＳＷ２の一方の切換
端に接続されている。他方の切ｖＡ＠は抵抗Ｒ，ｏを介
して共通電位点ＣＯＭに接続されている。そして、その
共通端はローパスフィルタしＰＦ３を介して出力端Ｔ３
に接続され、ここに比較を極１２の異常を検出する異常
信号ＶＡａを出力する。

正電源ＶＣＣと共通電位点ＣＯＭとの間には抵抗Ｒ１１
とツェナダイオードＤ１との直列回路が接続され、これ
等の接続点は抵抗Ｒ１２を介して非反転入力端（＋）が
抵抗Ｒ１３を介して共通電位点ＣＯＭに接続され出力端
と反転入力端（−）との間に抵抗Ｒｚが接続された反転
増幅器Ｑ７の反転入力端（−）に接続されている。

そして、ツェナダイオードＤ１の両端には正の定電圧＋
ＶＲが、反転増幅器Ｑ７の出力端には負の定電圧−ＶＲ
をそれぞれ発生させ、これ等はスイッチＳＷコの各切換
端に印加されている。

スイッチＳＷ３の共通端はコンデンサＣ７、抵抗Ｒ１５
を介して端子ＬＴ−に接続され、さらにコンデンサＣ７
と抵抗Ｒ１５との接続点は抵抗Ｒ１６を介して増幅器Ｑ
５に接続されている。

１９はクロック信号ＣＫを発生する発振器であり、この
クロック信号ＣＫはスイッチ制御回路２０に出力され、
ここでスイッチＳＷ、　、〜ＳＷ。

を開閉するタイミング信号ＳＴ＋　、ＳＴ２　、ＳＴ３
を出力する。

なお、各増幅器Ｑ３〜Ｑ７は正電源としてＶｃＣが、負
電源としてＶＥＥがそれぞれ印加されている。

次に、以上のように構成された実施例の動作について第
２図に示す波形図を用いて説明する。

第２図（イ）は発振器１９の出力であるクロック信号Ｃ
Ｋ、（ロ）はスイッチＳＷ３の共通端の電圧Ｖ、の波形
、（ハ）はコンデンサＣ７と抵抗Ｒ＋ａとの接続点の電
圧ｖ２の波形、（ニ）は演算増幅器Ｑ３の出力端の電圧
■３の波形、（ホ）はスイッチｓｗ、　、ｓｗ２を切換
えるタイミング信号Ｓ　Ｔ　ｔ　、Ｓ　Ｔ　２の波形を
示している。

先ず、ＰＨ値の測定について説明する。２つの入力端が
同電位になるように演算増幅器Ｑ５は動作するので、端
子ＲＴ−は等価的に共通電位点ＣＯＭの電位に等しい、
この共通電位点ＣＯＭの電位に対してガラス電極１１と
比較電極１２の単極電位Ｖｔ、Ｖ、が互いに差動的に加
算されて端子ＧＴ−に差電圧（Ｖ９　　Ｖｒ）が発生す
る。

この差電圧（Ｖｓ　　Ｖｒ）は測定液ＬＱのｐＨ値に対
応しており、これは演算増幅器Ｑ３を介してローパスフ
ィルタＬＰＦＩに出力される。このローパスフィルタＬ
ＰＦ＋は差電圧（Ｖｓ　　Ｖｒ）に端子ＬＴ−から・・
重畳される後述する矩形波の電圧を除去し、直流の差電
圧（Ｖｓ　　Ｖｒ）のみを取り出す、この取り出された
直流の差電圧（ＶｔＶｒ）は演算増幅器Ｑ４を介して出
力端子Ｔ１にＰＨ信号ＶＰＨとして出力する。

この場合に、ガラス電極１１の端子ＧＴ−ＧＴ−間のケ
ーブル１１はそのシールドが演算増幅器Ｑ３により端子
ＧＴＳを介して端子ＧＴ−と同一の電位に保持されてい
るので、ケーブル容量の影響を受けることはない。

次に、比較電極のインピーダンス測定について説明する
。

発振器１９から出力されたクロック信号ＣＫ（第２図（
イ））はスイッチ制御回路２０で第２図（ロ）に示す波
形と同様のタイミング信号ＳＴコでスイッチＳ　Ｗ　３
を切り換えその共通端にピーク値が±ＶＲの矩形波の電
圧Ｖ＋（第２図（ロ））を出力する。

一方、演算増幅器Ｑ５の出力端には液電位Ｖ。

と単極電位Ｖｒとの差電圧（Ｖｓ　　Ｖｒ）が直流の電
圧ｖ３として発生し、この差電圧と矩形波の電圧（第２
図（ロ））との和の電圧ｖ２がコンデンサＣ７と抵抗Ｒ
７６どの接続点に発生する。

そして、増幅器Ｑ６の入力に発生する電圧Ｖ４は次式の
ようになる。

Ｖ４＝ＶＩＲｓ　／　（Ｒ＋　５　＋Ｒｓ　＋Ｒｓ十Ｒ
ｒ　＋Ｒｊ　１）　　　　・・・（５）この電圧はスイ
ッチＳＷ２の切換端の一端に印加される。このスイッチ
ＳＷ２は第２図（ホ）に示すタイミング信号ＳＴ２によ
り開閉され同期整流され、さらにローパスフィルタＬＰ
Ｆ３で平滑されて出力端子Ｔ３に異常信号ＶＡｄとして
出力される。

ここで、第２図（ニ）に示す電圧Ｖ４の波形の切り換え
部分が微分状の波形となっているのは端子ＲＴ−と他の
端子間のケーブル容量のために生じているものであるが
、第２図（ホ）に示すように切り換え直前の波形が安定
している部分でスイヅチＳＷ２をオンとしているので異
常信号ＶＡ４はこの影響を受けない。

（５）式において、抵抗Ｒ８、Ｒ１５、Ｒｇは定数であ
り、かつＲｒ＞Ｒｓ　、Ｒｆ　１であるので電圧Ｖ４は
抵抗ＲＴに支配される。このため、例えば比較電極１２
の液絡部ＬＳの塩化カリ溶液ＫＣｆ（Ｓ）がなくなると
抵抗Ｒｔ−が極めて大きくなるので、電圧Ｖ４が小さく
なりこれに伴なって異常信号ＶＡｄが小さくなり、逆に
液絡部ＬＳに割れ或いは脱落があると抵抗ＲＴが極めて
小さくなるので、電圧ｖ４が大きくなりこれに伴なって
異常信号ＶＡｉｌが大きくなる。

従って、この異常信号ＶＡａを監視することにより比較
電極の１２の異常を知ることができる。

次に、ガラス電ｆ！１１のインピーダンスの測定につい
て説明する。この場合も、Ｒｇ　：＞　Ｒ１２、Ｒ９の
関係が成立するので、Ｒ１２、Ｒ５を省略し、かつ交流
分について考える。

演算増幅器Ｑ３の出力端に現れる交流の電圧Ｖ５は次式
で示される。

■ツ　−（Ｖ＋／ｊωＣ３）／＄ 但し、＄＝　［Ｒｓ　／　（１＋Ｊωｃｓ　Ｒ１）　］
＋（１／、＃ωＣ３）　　　　・・・（６）従って、例
えば、ガラス電極１１のガラス膜ＧＳが破損した場合に
はＲｓ＝Ｏとなるので■５＝ｖ１となり、ガラス電極１
１の白金線ｐｔが断線したときはＲ９／（１＋／ωＣｓ
　Ｒｓ　）　＝（１）となりＶツー０となる。

以上のことから、演算増幅器Ｑ３の出力端に現れる交流
の電圧■５のみをバイパスフィルタＨＰＦ１を介して取
り出しスイッチＳＷ、でタイミング信号Ｓ　Ｔ　＋の制
御の基に同期整流すれば出力端子Ｔ２にはガラス電極１
１の断線、破損を知ることの出来る異常信号ＶＡ３を出
力させることができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、測定液に液電極を介して交流電圧を印加する電圧
発生手段と、ガラス電極と液電極との間に発生する第１
交流電圧成分を検出する第１信号検出手段と、比較電極
と液電極との間に発生する第２交流電圧成分を検出する
第２信号検出手段とを具備し、第１交流電圧成分からガ
ラス電極の異常を、第２交流電圧成分から比較！極の異
常をそれぞれ検知するようにしたので、ガラス電極、或
いは比較電極の破損などの異常を常時監視することがで
き、またこの異常を常時監視していてもｐＨ値を絶えず
出力することができ、さらに従来のように高絶縁のリレ
ーを用いなければならない不便もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
３図は従来のｐＨ変換器の構成の概要を示すブロック図
、第４図は第３図に示すガラス電極と比較電極の具体的
な構成を示す概略図である。 １１・・・ガラス電極、１２・・・比較電極、１３・・
・液電極、１７・・・リレー駆動回路、１９・・・発振
器、２０・・・スイッチ制御回路、ｖｐ　Ｈ・・・ｐＨ
信号、ｖＡ、〜ｖＡ４・・・異常信号、ＧＳ・・・ガラ
ス膜、ＬＳ・・・液絡部、ＬＱ・・・測定液、ｖ、、Ｖ
丁・・・単極電位、ＳＴＩ〜ＳＴ３・・・タイミング信
号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定液に浸積されたガラス電極と比較電極との間に発生
   する直流起電力から前記測定液のｐＨ値を測定するｐＨ
   変換器において、前記測定液に液電極を介して交流電圧
   を印加する電圧発生手段と、前記ガラス電極と前記液電
   極との間に発生する第１交流電圧成分を検出する第１信
   号検出手段と、前記比較電極と前記液電極との間に発生
   する第２交流電圧成分を検出する第２信号検出手段とを
   具備し、前記第１交流電圧成分から前記ガラス電極の異
   常を、前記第２交流電圧成分から前記比較電極の異常を
   それぞれ検知することを特徴とするｐＨ変換器。