JPH0288955A

JPH0288955A - 流体の状態変化を測定するディスポーザブルセンサー

Info

Publication number: JPH0288955A
Application number: JP63240522A
Authority: JP
Inventors: Tomoshige Hori; 堀　友繁; Kensuke Ito; 健介伊藤
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1990-03-29
Also published as: DE68914762T2; EP0361278A2; DE68914762D1; US5017875A; CA1315850C; JPH0567907B2; EP0361278B1; EP0361278A3

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、流体の物性、状態等を測定するための、使い
捨て可能に構成されたディスポーザブルセンサーに関す
るものである。

（従来の技術）流体の比重、粘度などの物性や、流体の温度、流速、流
量などの状態を知ることは、各種産業や学術の分野など
において重要なことであり、従来これらを測定するため
のセンサーとして種々のものが知られている。

例えば、本出願人が先に開示した特開昭６２−１８５１
４６号の流体の状態の測定方法においては、流体の熱伝
達率を計測してその値から流体の粘度等を知るようにし
ており、これに使用するセンサーとして、ステンレス棒
に白金線を巻き付け、それをテフロンで被覆したものが
記載されている。

また、特開昭６１−２１０９５９号公報に示されたよう
に、液体中の化学成分の検出等を行うものにおいて、液
体標本を流入させる流路を形成して、その流路内で成分
の検出等を行うようにし、その流路及び流路内にある検
出センサー、ポンプなどをカートリッジ式にして使い捨
てにするようにしたものもある。

（発明が解決しようとする課題）流体の物性、状態等を正確に測定するためには、流体と
接触するセンサー表面が清潔なものでなければならない
。

しかしながら、上記したものは、センサーがテフロンで
被覆されているとはいっても、流体がゲル化物質や血液
、或は人体に有害な物質などであると、センサー表面に
付着したものが取りづらく完全な洗浄は困難であり、ま
た、洗浄が充分でないために次の測定が正しく行われな
い恐れもある。

しかも、流体が溶鉱炉中の鋳鉄などの場合には、測定毎
にセンサーを回収することが不可能である。

また、カートリッジ式のものは、その内部にポンプなど
を備えているなめに、カートリッジ自体がかなり高価な
ものとならざるを得す、結局ある程度の回数は洗浄して
再利用するという使用方法が採られており、このものも
センサーの洗浄にかかる手間が煩雑である上、洗浄が不
十分なために次の測定に及ぶ悪影響があるなどの問題を
解決するには至っていない。

（課題を解決するための手段）従って、本発明はかかる技術的課組を解決することを目
的とするものであり、そのための手段として、発熱体に
接続したリード線を保持体に固定し、その固定されたリ
ード線で端子を形成してディスポーザブルセンサーを構
成するようにした。

また、該発熱体を容器形状に構成した保持体の容器内に
配置して、センサーを容器ごと使い捨て可能にした。

（ｆｔ！用）以上のように構成されたセンサーを被測定物を充填した
容器中等に配置し、発熱体を流体に接触させる。

そして、リード線を介して通電した電流で発熱体を発熱
させ、これら発熱体と流体との間で熱伝達を行わせる。

保持体に固定されたリード線で形成された端子には電流
源と電圧計を接続して、電流源からリード線を介して発
熱体に一定の電流を通電し、その時に印加されている電
圧を電圧計で計測する。

そして、通電せしめた電流値と計測された電圧値から、
発熱体の温度と発熱量を算出し、これらと流体の温度か
ら流木の種々の物性の変化を測定する。

一度流体と接触させて測定を行ったセンサーは、これを
洗浄等して改めて使用することはせず、使用済みのセン
サーを取り外して廃棄し新しいセンサーと付は替える。

（実施例）以下本発明の詳細な説明する。

先ず、流体の物性値を知る一例として、発熱体の温度と
発熱量及び流体温度から流体の物性値である動粘性率ν
を得る手順を説明する。

流体中に固定された発熱体の表面の熱伝達率αは次式で
表される。

α＝Ｑ／Ｓ　（θＳ−θｏｏ）　　　　　　　・・・■
［Ｑ：発熱体の発熱量、Ｓ：発熱体の表面積、 θ３：発熱体の表面温度 θψ：流体の温度コまた先に本出願人によって開示されている特開昭６３−
１３２１４９号に示すように、発熱体の表面温度θ３は
、発熱体の平均温度θ、を用いると次式で表されること
が知られている。

θ３＝θ■＋ｋｒ（θ、−θｏｏ）’２　　　　　・＠
［ｋｒ、ｋ２：発熱体固有の定数コ従って、発熱体の表面から放出される発熱量Ｑ及び発熱
体の表面積Ｓが既知であれば、上記温度差θＳ−θ■か
ら熱伝達率が算出できる。

一方、発熱体を、物性値が既知である流体、例えば蒸留
水中にセットして、該発熱体に種々の値の定電流、例え
ば直流定電流を通じて蒸留水と（加熱される）発熱体表
面との温度差θＳ−θ（１）を測定すると、熱伝達率の
無次元量であるヌッセルト（Ｎ　ｕｓｓｅｌｔ）数Ｎｕ
と、動粘性率の無次元量であるプラントル（Ｐ　ｒａｎ
ｄｌｔ）数Ｐｒ及び温度差の無次元量であるグラスホッ
フ（Ｇ　ｒａｓｈｏｆ　）数Ｇｒとの関係式、即ち、上
記発熱体周囲における自由対流熱伝達現象を一般的に表
示する方程式、例えばＮｕ　　＝＝Ｃ（ＩＧｒ”Ｐｒ”
　　　　　　　　　　−・−■［Ｃｏ、Ｃ１，Ｃ２：定
数］が求められるなお、Ｎｕ、Ｇｒ及びＰｒは下記の関係式で表される。

Ｎｕ　　＝　　αＬ／λ　　　　　　　　　　　　・・
・■Ｇｒ　　＝　　Ｌ３　ｇβ（θ５−θｃｏ　）　／
　ｖ　２−■Ｐｒ　　＝　　ν／ａ　　　　　　　　　
　　　　・・・■［Ｌ：流れの代表長さ、＾：熱伝導率、ｇ：重力加速度、 β：体積膨張率、 ν；動粘性率、ａ：温度伝導率コ従って、被測定物質の動粘性率νは、上記式■〜■より
下記式で表される。

ｙ　２　Ｃ＋　−Ｃ２＝Ｃｓ　ｇ　Ｃｌ　！３ＬＩ　Ｃ
Ｉ　−Ｉ　Ｑ−１λβＣＩＢ−Ｃ２（θＳ　−θｏ：＋
）（ｌ奢・・■ ここで、発熱体にｔ流ｉを通電加熱した場合Ｑ　　＝　
　Ｒｉ”　　　　　　　　　　　　　・・・■［Ｒ：発
熱体（白金線）の電気抵抗、ｉ：発熱体に通電された電流［］上記式（７）において、ｇ、Ｓ、Ｌは定数であり、さら
にλ、β及びａについては、その変化がνの変化幅に比
べて十分に小さい多くの系では、結局、動粘性率νは発
熱量Ｑとθ３−θＱのみの関数として、次式（９）で表
される。

Ｗ　２ｃ’−ｃ２＝　　Ｃ３Ｑ　−’　（θ３−θｃｏ
）ＣＩ”１・・・■ ［Ｃ３：定数］従って、例えば流体中に固定した発熱体に発熱量Ｑが一
定になるように電流を通電し、流体温度と発熱体の平均
温度もしくは表面温度を求めることによって、動粘性率
νが求められるのである。

次に、図面をもとにして本発明ディスポーザブルセンサ
ーを説明する。

第１図に示されるセンサー（Ｓ）において、（１）は鉛
直に張った白金線からなる発熱体、（２ａ）（２ｂ）（
２ｃ）（２ｄ）は発熱体（１）の両端に接続されたリー
ド線、（３）はこれらリード線（２ａ）（２ｂ）（２ｃ
）（２ｄ）を固定する保持体であって絶縁材からなるも
のである。

なお、発熱体（１）及び保持体（３）の上面（３′　）
から露出したリード線（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）（２ｄ
）は、後述するように流体中に挿入される部分であるの
で、これらには電流が流体中にリークするのを防止する
ための被覆（ａ）が施されている。

保持＃（３）の下面（３”）には、リード線（２ａ）（
２ｂ）（２ｃ）（２ｄ）が適当な配列で突出しており、
これら突出したリード線（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）（２
ｄ）によって、次に説明するコネクターに接続される端
子（４）が形成されている。

第２図において、（５ンはコネクターであって、このコ
ネクター（５）には保持体（３）下面に設けられた端子
（４）のリードＩｔ（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）（２ｄ）
にそれぞれ嵌合し合うソケット（６ａ）（６ｂ）（６ｃ
）（６ｄ）が配設されている。

ソケット（６ａ）（６ｂ）（６ｃ）（６ｄ）は、リード
線（７ａ）（７ｂ）（７ｃ）（７ｄ）によって測定機本
体（Ａ）側の定電流源（８）及び電圧計（９）に接続さ
れている。

（１０）は定電流源（８）及び電圧計（９）の制御装置
、（１０ａ）はＣＰ−ＩＢケーブル（通信線）である。

次に、本発明ディスポーザブルセンサー（Ｓ）を使用し
た測定について説明する。

第３図のように、水槽（１１）内の流体（Ｆ）に、コネ
クター（５）に接続されたセンサー（Ｓ）の発熱体（１
）を鉛直に浸漬せしめ、リード線（２ａ＞（２ｃ）［も
しくは（２ｂ）（２ｄ）］及びリード線（７ａ）（７ｃ
）［もしくは（７ｂ）（７ｄ）］を介して定電流源（８
）で通電し、発熱体（１）から流体（Ｆ）中に熱量Ｑを
伝導及び対流熱伝達によって拡散するとともに、その時
に印加されている電圧をリード線（２ｂ）（２ｄ）［も
しくは（２ａ）（２ｃ）コ及びリード線（７ｂ）（７ｄ
）［もしくは（７ａ）（７ｃ）］を介して電圧計（９）
で計測する。

なお、制御装置（１０）によって熱量Ｑが常に一定とな
るように制御することが好ましいが、実用上はｉ＝一定
で代替しても利用できる場合が多い。また、発熱体（１
）の固定方向は鉛直方向が好ましいが、実用上は任意方
向で実施でき、第５図に示したセンサー（Ｓ）のごとく
水平方向であっても良い。

そうして、計測された値をもとに発熱体の表面温度θ３
を求め、このθＳと図示しない測温計で計測された流体
の温度から、例えば動粘性率νなどの流体の物性値の大
きさを測定することができるのである。

なお、測温計は何れの手段によるものでもよいが、本発
明センサー（Ｓ）と同一に構成されたものを流体（Ｆ）
中に装置し、これに１ｍＡ程度の微少電流を通じて、そ
の抵抗値の大きさからから流体温度と知ることが可能で
ある。

以上のようにして、流体の物性を測°定した後、コネク
ター（５）からセンサー（Ｓ）を収り外して廃棄し、新
しいセンサー（ＳＬ）をコネクター（５）に取り付けて
次の流体の測定等を行う（第４図参照）９しかして、困難で手間のかかるセンサー（Ｓ）の洗浄作
業の必要や、洗浄が不充分なため次の測定が正しく行わ
れないといった心配、が皆無となる。

なお、以上の実施例では白金線から成る発熱体を用いて
説明したが、発熱体の材料としてその他任意の金属等を
使用できるものであり、白金の他、例えば白金ロジウム
、ニッケル、タングステン、コバルト、モリブデン等が
使用できる。。

発熱体表面の被覆材料としては、セラミックスや各種高
分子物質、樹脂等が利用できる。

また、これらの代わりに、もしくはこれらの上に更に坑
体や坑原として機能する物質を固定して、流木中の発熱
体表面近値で坑体坑原反応を進行させ、流体の特殊条件
下における特性を検出することにも応用できる。

また、発熱体の大きさは特に限定されるものではないが
、発熱体の外径と長さの比が大体１対１０００程度であ
ると、発熱体端部から長平方向へ逃げる熱量を無視でき
るので、測定誤差が少なくなって都合が良いが、実用上
はその比が１体１０程度で良く、具体的には直径５〜１
００μｍで長さ１〜１００１ｍの白金線を用いると、測
定誤差が少なくて感度が良く、しかも強度的にも充分な
センサーを構成できるという利点がある。

第５図イ、口は、本発明の変形実施例にかかるセンサー
（Ｓ）をそれぞれ示している。

第５図イに示すセンサー（Ｓ）は、方形状となす保持体
（３）に円筒容器（１２）を収り付け、この容器（１２
）内に鉛直方向の発熱体（１）を張って両端を板状のリ
ード１１（２ａ）・・・で支持するようにしたものであ
る。

容器（１２）内に流体（Ｆ）をサンプリングして測定が
できるので、便利である。

なお、容器（１２）には蓋体（１３）やシートフィルム
等を収り付けておくと、測定を行う前に容器（１２）内
に汚れが進入して測定に悪影響を及ぼすことがなく、ま
たサンプリングした流体を容器（１２）内にいれたまま
持ち運んでもこぼれる心配がないので都合がよい。

第５図口に示すセンサー（Ｓ）も同様に保持体（３）に
容器（１４）を収り付けたものである。

このものは、容器（１４）内に水平に発熱体（１）が張
られているので、サンプリングされた流体が非常に少量
でも測定ができるといる利点がある。

（１５）は、センサー（Ｓ）をコネクター（５）に取り
付けた際に、その取り付は部分に外装して嵌合を確実な
らしめるとともに、その部分に流体が入り込んで電流が
リークしたりするのを防止するためのカバーである。

センサ一端子（４）がリード線（２ａ）・・・で形成さ
れてそれほど強いものでないことや、端子には絶縁被覆
が施されていないことを考慮したものである。

なお、このセンサー（Ｓ）にも蓋体（１６）等を取り付
けて、容器（１４）内への汚れの進入などを防ぐことが
できる。

第６図は、センサー（Ｓ）を中間コネクター（１７）を
介して測定機本体（Ａ）側のコネクター（５）に取り付
けるようにしたものである。

本発明ディスポーザブルセンサーは使い捨てにされるた
め、センサー（Ｓ）の収り外しが頻繁に行われ、測定機
本体（Ａ）側のコネクター（５）との接触抵抗に支障を
きたしやすい。

そこで、センサー（Ｓ）と測定機本体（Ａ）　開のコネ
クター（５）との間に中間コネクター（１７）を介在さ
せて、測定機本体（Ａ）側のコネクター（５）に対する
直接の取り外し回数を減らすようにしたものである。

この中間コネクター（１７）は１個だけでも良いが、図
示のように２個以上重ねて収り付けると、より測定機本
本開コネクター（５）に対する直接の収り外し回数を減
らすことができるものである。

第７図は、定電流源や電圧計などを備えた測定機本体（
Ａ）の側方にコネクター（５）を複数配設し、その測定
結果をデイスプレィＣｌ８）に表示するようにしたもの
である。

複数配設されたコネクター（５）・・・に収り付けられ
なセンサー（Ｓ）・・・によって、−度に多種多様の流
体の物性を測定することが可能である９なお、リード線
及び発熱体に施す被覆が絶縁性を有する場合はｔ流す−
クによる短絡を防止するものであるが、その必要性は使
用条件によって変わるものであり、このような被覆加工
は必要性に応じて必要な部分に施せば良い。

（発明の効果）以上のように構成された本発明によれば、測定機本体と
個別に形成されたセンサーを使い捨てにすることにより
、センサーの洗浄作業という面倒な作業をする必要が無
くなると共に、非測定液の毒性による操作者の危険性を
小さくする。

また、常に清潔なセンサーで測定が行われるので、セン
サー表面の汚れによって測定誤差を生ずることがなく、
流体も汚さない。

しかも、測定毎にセンサーを回収する必要がないので、
溶鉱炉中の鋳鉄などのセンサーの回収が不可能な流体に
も使用できる。

そして、センサー自体は、白金細線等の発熱体とリード
線とその保持体とで構成されるものであって、非常に低
置で、しかも簡易に製造できるので、使い捨てにしても
費用がかさむ心配がない。

また、発熱体の短い小型のセンサーとすることによって
、流体中のあらゆる位置の物性値などを測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ディスポーザブルセンサーの斜視図、第２図は測定機本体の説明図、第３．４図はセンサーの使用状態の説明図、第５図イ、
口は本発明の他の実施例にかかるセンサーの斜視図、第６図は中間コネクターを使用した場合の説明図、第７図は複数のコネクターが配設された測定機本体の斜
視図である。Ａ・・・測定機本体Ｆ・・・流体Ｓ・・・センサート・・発熱体２ａ〜２ｄ。３・・・保持体４・・・端子５・・・コネクター６ａ〜６ｄ・・・ソケット８・・・定電流源９・・・電圧計１０・・・制御装置１０　ａ−−−ＧＰ−ＩＢケーブル１１・・・水槽１２．１４・・・容器１３．１６・・・蓋体１５・・・カバー１７・・・中間コネクター１８・・・デイスプレィ７ａ〜７ｄ・・リード線（通信線）

Claims

【特許請求の範囲】（１）発熱体に接続したリード線を保持体に固定し、該
固定されたリード線で端子を形成した、ディスポーザブ
ルセンサー。（２）保持体は絶縁材からなる、請求項第１項に記載さ
れたディスポーザブルセンサー。（３）発熱体及びまた
はリード線に被覆がなされている、請求項第１、２項の
何れかに記載されたディスポーザブルセンサー。（４）被覆が電気的絶縁体で構成されている、請求項第
３項に記載されたディスポーザブルセンサー。（５）被覆が流体と可逆的もしくは不可逆的に反応する
物質、もしくはこれらを含有する物質で構成されている
、請求項第３、４項の何れかに記載されたディスポーザ
ブルセンサー。（６）可逆的もしくは不可逆的に反応する物質が坑体も
しくは坑原として機能する、請求項第５項に記載された
ディスポーザブルセンサー。（７）発熱体が白金、白金ロジウム、ニッケル、タング
スデン、コバルト、モリブデンの何れかで構成された、
請求項第１乃至第６項の何れかに記載されたディスポー
ザブルセンサー。（８）発熱体が、直径５〜１００μｍで長さ１〜１００
ｍｍの白金線である、請求項第１乃至第７項の何れかに
記載されたディスポーザブルセンサー。（９）保持体を容器状に形成し、もしくは保持体に容器
を取り付け、発熱体を該容器内に装置した、請求項第１
乃至第８項の何れかに記載されたディスポーザブルセン
サー。（１０）リード線が２端子、３端子もしくは４端子で構
成される、請求項第１乃至第９項の何れかに記載された
ディスポーザブルセンサー。