JPH06502256A - 材料の誘電特性及び形状特性を測定するための装置及び方法 - 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】 材料の誘電特性及び形状特性を測定するための装置及び方法本発明は、ジョン・ Ｆ・ケネディ・スペース・センターとの間で締結された契約筒ＮＡｌ０−１１６ ５７号に基づき米国政府と共同して成された発明である。

米国政府は本発明に関し、所定の権利を所有している。

発明の背景 本発明は、誘電率の測定に関するものであり、より詳しくは、電気的パラメータ であって、しかもその電気的パラメータの値に基づいて、被検材料（ｍａｔｅｒ ｉａｌｕｎｄｅｒ　ｔｅｓｔ：以下、ＭＵＴと略記する）の物理的特性を推論に よってめることができる電気的パラメータを、測定することに関するものである 。

誘電センサを用いてＭＵＴの様々な物理的特性を測定することができる。誘電セ ンサによって測定できる特性の例を挙げるならば、例えば誘電率、導電損失、誘 電損失、厚さ、それに、その誘電センサの電極に対するＭＵＴの近接度や相対位 置、等々を挙げることができる。更に１以上に列挙した諸特性に対して影響を及 ぼす補助的な特性は、そのＭＵＴに関する基本的法則や経験的な較正を利用する ことによって、推定することができる。その例を挙げるならば、例えば溶液中の 食塩濃度を測定することも可能であり、なぜならば、溶液の導電率は溶液中の食 塩濃度に比例するからである。

誘を率の測定のための装置や方法には様々なものがある。最も簡明なデバイスは 、浸漬形の電極構造を採用したものである。この種の装置は１例えば、互いに平 行な平面板、互いに同心関係にある円筒形の板、或いは、互いに近接した球面形 の板の形状のものとなる。主電界が一様電界である場合には、検出用電極の周囲 に防護用電極を配設することによって外縁都電界の影響を非常に小さく抑えるこ とができる。防護用リングを配設しておかない場合には、ジオメトリツク・セル ・コンスタントを測定する際に、外縁都電界を考慮に入れなければならない。

アドミッタンスの値は、ＭＵＴの誘電率の値と導電率の価とに左右されると共に その構造体の形状（ジオメト１月にも左右される。測定して得られる信号は、低 い周波数領域（ωて、（１）ではＭＵＴの導電率に対する感度が高く、一方、高 い周波数領域（ωτ、）１）では、ＭＵＴの誘電率に対する感度が高い。ＭＵＴ と電極との間の界面における電気化学的影響によって測定結果が左右されること がないようにするには、ＤＣ１位を利用した導電率測定を用いることは、避けね ばならない。以上の構造を採用した場合の限界は、非侵入的な測定を行なうこと ができないこと、即ち、ＭＵＴに接触することなしに測定を行なえないというこ とにある。しかしながら、　ＭＵＴが電極に接触したならば、界面現象のために 測定値に誤差が導入されるおそれがある。更には、長期に亙る使用によって発現 する影響、即ち、汚れの付着や、腐蝕、汚染、等々によっても、その種の装置の 有用性が低いものとなっている。

非侵入的な測定を行なう場合には１通常、Ｗ極どうしを同一平面上に配置し、そ れら電極をＭＵＴから絶縁した構成にしておく。この構成とすれば、電極どうし の間にＭＵＴを取り込む必要がなく、そのため、ＭＵＴが管の中を流れていると きに、そのＭＵＴの状態をモニタするという使い方をすることができる。しかし ながらこの種のデバイスでは、絶縁層が存在しているために低い周波数領域にお ける導電プロセスに対する感度が低下している。浸漬型の構成の感度と同程度の 感度を達成するためには、周波数をより高くする（ωτ、〜ｌ）必要がある。

例えばＭＵＴが食塩水である場合には、ギガヘルツ単位の周波数領域の周波数が 必要である。ところが、そのような周波数領域では、測定して得られる損失の値 は、誘電損失の影響を強く受けることがある。低い周波数での測定と比較して。

高い周波数での測定では、複雑度が増大し、また、センサ並びにそれに付随する 装置類のコストも増大する。

従来例の中には、外縁都電界を利用して非侵入型測定を行なうようにしたデバイ スが幾種類か記載されている。それらデバイスのうち、典型的なものは、２つの 主電極をシールドして防護するように機能する第３の電極を採用したものである 。その具体例は、米国特許第３８２６９７９号（シュタインマン）、米国特許第 ４５６８８７４号（クレイマー及びモルビー）、及び米国特許第４７５７２５２ 号（モルビーら）に開示されている。しかしながら、それらデバイスは、導電性 を有するＭＵＴの特性を測定するには好適とは言えない。

ＭＵＴの特性を非侵入的に測定するためのより良いデバイス並びに方法が現在求 められており、特に、ＭＵＴが導体である場合の、その種のデバイス並びに方法 がめられている。また、低い周波数領域においても充分な感度を持って非侵入的 な測定を行なλる装置がめられている。更には、あるＭＵＴのただ１つの測定値 に基づいて、そのＭＵＴの複数の特性値を推論により判定することができる方法 であって、好ましくはその判定を連続的且つ即時的に行なえる方法がめられてい る。その例を挙げるならば、例えば、溶媒中の溶質の相対濃度の値と、ある表面 上の溶液の厚さの値との両方の値を同時に判定することができれば好都合であろ う。また、複素量を測定するようにすれば、その実部と虚部とに基づいて、２つ の変数（例えば導電率の値と厚さの値）をめることができる。

発明の概要 本発明は、その１つの局面においては、ＭＵＴの特性を測定するためのセンサを 提供する。このセンサは、ＭＵＴに近接した位置に配置する駆動用電極と検出用 電極とから成る電極対を含んでいる。また、駆動用電極を電気信号発生手段に接 続してこの駆動用電極に電気信号を供給するターミナルを備えており、この駆動 用電極に電気信号を供給することによって、検出用電極に結合する電界を発生さ せるようにしている。これによって検出用電極に電気信号が発生する。また更に 、検出用電極を電気信号受信手段に接続するターミナルを備えており、この電気 信号受信部は、検出用電極に発生した電気信号を受信する。尚、検出用電極と駆 動用電極とは、互いの機能を交替させることができ、それらの機能を交替させた 場合でも、測定して得られる信号は変化しない。このセンサは更にシャント用電 極を含んでおり、このシャント用電極は、電極対の外側の、その電極対に近接し 、しかもＭＵＴにも近接した位置に配置する。ここで重要なことは、このシャン ト用電極を、前記電界の検出用電極への結合に対して、ＭＵＴの特性に関係した 程度に影響を及ぼすような電位に位置させて保持するということである。このセ ンサは、これによって、検出用電極における信号に基づいてＭＵＴの特性の測定 を行な＾るようになっている。

ある好適実施例においては、駆動用電極へ供給する電気信号をＡＣ信号としてお り、また、シャント用電極を、例えば接地電位等の一定の電位に保持するように している。

また、ある実施例では、複数の電極を実質的に平坦な形状とし、シャント用電極 の表面積を検出用電極の表面積よりも充分に広くしている。幾つかの特定の実施 例では、複数の電極を導電性材料製の、互いに平行な帯状部材ないしは互いに同 心的なリング状部材として形成し、シャント用電極の幅寸法を、検出用１４極の 幅寸法よりも、また駆動用電極の幅寸法よりも広くしている。

ある実施例では、前記電極対のうちの一方の電極を、２つの別々の、ただし電気 的には互いに接続した導電性構造体として形成し、それら２つの導電性構造体を 前記電極対のうちの他方の電極の両側に夫々に配設し、また、前記シャント用電 極を、２つの別々の、ただし電気的には互いに接続した導電性構造体として形成 し、それら２つの導電性構造体を前ＭｉＦ！電極対の両側に夫々に配設するよう にしている。特に、ある１つの実施例では、前記電極対のうちの一方の電極を、 導電性材料製の第１の帯状部材として形成し、前記電極対のうちの他方の電極を 、互いに電気的に接続した導電性材料製の第２の帯状部材及び導電性材料製の第 ３の帯状部材として形成し、それら第２の帯状部材と第３の帯状部材とを、前記 第１の帯状部材に対して平行にしかも該第１の帯状部材の両側に夫々に配設し、 前記シャント用電極を、互いに電気的に接続した導電性材料製の第４の帯状部材 及び導電性材料製の第５の帯状部材として形成し、それら第４の帯状部材と第５ の帯状部材とを、前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯 状部材に対して平行に配設し、前記第４の帯状部材を前記第２の帯状部材に近接 させて配設し、前記第５の帯状部材を前記第３の帯状部材に近接しで配設してい る。

また、ある１つの実施例では５前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び 前記第３の帯状部材を互いに略々同じ長さにし、前記第１の帯状部材の幅寸法を 前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の幅寸法の略々２倍にし、前記第１ の帯状部材と前記第２の帯状部材との間の間隔と、前記第１の帯状部材と前記第 ３の帯状部材との間の間隔とを、前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の 幅寸法と略々等しくしている。そして、前記第４の帯状部材及び前記第５の帯状 部材の長さを、前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状 部材の長さと略々等しくし、前記第４の帯状部材及び前記第５の帯状部材の幅寸 法を、前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材の幅 寸法よりも広くし、前記第２の帯状部材と前記Ｍ４の帯状部材との間の間隔と、 前記第３の帯状部材と前記第５の帯状部材との間の間隔とを、前記第２の帯状部 材及び前記第３の帯状部材の幅寸法と略々等しくしている。

また、実施例によっては、センサが、前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前 記シャント用電極の全てに近接させて配設した接地電位電極を更に備えているよ うにしたものもある。そして、ある１つの実施例では、複数の電極を、接地背面 部材を備えた絶縁体製の基板部の上に形成している。前記接地背面部材と前記シ ャント用電極とは、互いに電気的に接続するようにしても良い、また特に、前記 接地背面部材と前記シャント用電極とを導電性材料製の連続した帯状部材として 形成するようにしても良い。

ある実施例では、前記駆動用電極、前記検出量電極、及び前記シャント用電極を 、絶縁体製の層によってＭＵＴから隔てるようにしている。別のある実施例では 、前記シャント用電極を、ＭＵＴに対して露出させている。また特に、前記シャ ント用電極を多孔質にしてＭＵＴに対しで露出させ、これによって、ＭＵＴが該 シャント用電極の中を流動できるようにしても良い。

ある実施例では−ｆｆＪｇｃ！駆動用電極、前記検出用を極、及び前記シャント 用電極を実質的に平胆な形状として同一平面上に配設している。別のある実施例 では、可撓性を有するようにセンサを形成したものもある。

ある特別の実施例では、前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用 電極を、ＭＵＴがその中を流れる管ないしはその他の収容構造体の、壁面に配設 するようにしている。この実施例の１つの変形例では、前記駆動用電極及び前記 検出用電極を、ＭＵＴがその中を流れる導電性の管の、その内壁から絶縁してそ の内壁に取り付けている。この形態とすることによって、その導電性の管が前記 シャント用電極として機能し、また接地面部材としても機能するようになる。

また、この実施例の別の変形例では、前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前 記シャント用電極を、ＭＵＴをその中に収容しでいる例えば管等の絶縁性構造体 の外壁に配設するようにしでいる。

実施例によっては、前記駆動用電極及び前記検出用電極を第」の面に配設し、前 記シャント用電極を、該第１の面に対して平行な第２の面に配設したものもある 。更に具体的には、前記第１の面と前記第２の面とを、互いに同心的な円筒面と した実施例がある。

実施例によっては、ＭＵＴの温度を測定するための温度センサを更に備えたもの もある。

本発明は、別の局面においては、ＭＵＴの特性を測定するための装置を提供する 。この装置は、ＭＵＴに近接した位１に配置する駆動用電極と検出用電極とから 成る電極対を含んでいる。駆動用電極には電気信号発生手段を接続してあり、こ の電気信号発生手段は、駆動用電極に電気信号を供給して、前記検出用電極に結 合する電界を発生させるようにしたものである。こｎによって検出用電極に電気 信号が発生する。この検出用電極には電気信号受信手段を接続してあり、この電 気信号受信手段が検出用電極における信号を受信する。この装置は更に、前記電 極対に近接し、しかもＭＵＴに近接した位置に配！するシャント用電極を含んで いる。ここで重要なことは、このシャント用電極を、前記電界の検出用電極への 結合に対しで、ＭＵＴの特性に関係した程度に影響を及ぼすような電位に位置さ せて保持するようにしているということである。更に、前記駆動用電極と前記横 ８用電極との間の電界の結合を表わす電気的パラメータを測定するための測定装 置を備えている。この測定は、前記駆動用電極における電気信号と前記検出用電 極における電気信号とに応じて行なうようにしている。更に、測定したパラメー タの値に基づいて、ＭＵＴの特性に関係した１種類ないし複数種類の量を評価し てめるための計算処理装置を備えている。

ある実施例では、前記シャント用電極を、前記電極対の前記駆動用電極と前記検 出用電極との外側の位置に配置するようにしている。尚、上でセンサに関して説 明した。その他の電極の構成や実施例は全て、このＨａに用いるのにも適したも のである。

本発明は、そ−の更に別の局面においては、ＭＵＴの特性を測定するための方法 を提供する。この方法は、駆動用電極と検出用電極とから成る電極対を、ＭＵＴ に近接した位置に配置するステップを含んでいる。そして、駆動用電極に電気信 号を供給して電界を発生させ、この電界が検出用電極と結合するようにする。こ れによって、検出用電極に電気信号が発生する。この方法は更に、シャント用電 極を、前記電極対と前記ＭＵＴとに近接した位置に配置するステップを含んでい る。ここで重要なことは、そのシャント用電極を、前記電界の前記検出用電極へ の結合に対して、ＭＵＴの特性に関係した程度に影響を及ぼすような電位に位置 させて保持するようにするということである。この方法では、前記駆動用電極と いて、ＭＵＴの特性に関係した１種類ないし複数種類の量を評価してめるようと の間で測定する複素伝達７ドミツタンスないし複素利得としており、また、前記 複数の電極をＲＬＣ回路の中に組み込むようにした実施例では、前記電気的パラ メータを、共振周波数及びＱファクターとしている。

この方法によって測定することのできるＭＵＴの特性に関係した量には、ＭＵＴ の誘電率、ＭＵＴの導電損失ないし誘電損失、ＭＵＴの厚さ、ＭＵＴに対する前 記複数の電極の相対的な位置関係、或いは、ＭＵＴの特性のうちでそのＭＵＴの 誘電率ないし導電損失ないし誘電損失に影響を及ぼす特性を表わす量、等が含ま れる。特に具体的な例を挙げるならば、溶媒中の溶質の濃度や、乳化度等が、測 定することのできる量に該当する。

ある実施例では、この方法は更に、必要としている測定価に適合した最適の感度 が得られるように、前記シャント用電極の大きさを選定したり前記駆動用電気で は、パラメータ評価法を用いて、測定して得られたパラメータの値に基づいてＭ ＵＴの特性に関係した量を推論によってめるようにしている。

本発明の用途の１つは１例えば溶媒中の溶質の測定であり、特に水溶液中の食塩 量の測定である６本発明のセンサは１例えば水質測定をして、ＥＰＡガイドライ ンに照して工業的に使用可能な条件を満たしているか否かをテストするという用 途に使用することができる。また、その溶質は栄養分であっても良く、従ってこ のセンサを植物の成長の制御に使用することも可能であり、特に、宇宙ステーシ ョンの中などのように、環境をｔｌ密に制御している状況において植物の成長を 制御するのに適している。

本発明の用途の更に別のものとしでは、エマルジョンの分散度の測定を挙げるこ とができる。この用途は、石油化学産業から化粧品産業に至るまでの、幅広い産 業上の利用可能性を有するものである。エマルジョンの１つの具体例を挙げるな らば、ナイロンやポリエステル等のポリマー繊維に塗布して衣料やカーペットに 適するようにする、表面仕上げ剤がある。この種のエマルジョンの典型的なもの は、１０重量％以下の濃度で使用する水中に分散させた界面活性剤である。界面 活性剤が解離すると、その分散液の導！率がその解離の影響を受けて変化するた め、損失の測定値が、エマルジョンの解離度の相対的指標となる。この種の測定 は、オンライン・プロセスを制御するための手段を提供し得るものである。

図面の簡単な説明 図１は、基本的な構成の、本発明に係るシャント用電極を組み込んだ誘電センサ の模式的断面図、 図２は、図１の誘電センサの模式的上面図、図３８、図３ｂ、及び図３０は、駆 動用電極と検出用！極との間に発生する電界をの模式的説明図であって、順番に 、シャント用電極が存在していない場合、シャント用電極が存在しでいる場合、 それに、シャント用電極と導電性を有するＭＵＴとが存在している場合を示した 図、図４は、電極を対称形に配置した、本発明に係る別実施例の誘電センサの模 式図５は、更に接地電位平面板を備えた、本発明に係る更に別の実施例の誘電セ ンサの模式的断面図、 図６は、シャント用電極と接地電位平面板とを単一の部品として形成した、不発 明に係る更に別の実施例の誘電センサの模式的断面図、図７は、シャント用電極 と接地電位平面板とを単一の部品として形成し、更にシャント用電極をＭＵＴに 対して露巴した、本発明に係る更に別の実施例の誘電センサの模式的断面図、 図８は、重要な電気的接続と寸法パラメータと電気的パラメータとを示した、本 発明に係る一実施例の誘電センサの模式的断面図、図９は、複数の電極が互いに 同心的なリングを形成するようにした、本発明に係る誘電センサの模式的上面図 、 図１０は、シャント用電極によって、検出用電極と駆動用電極とが囲繞されるる ようにした、本発明に係る誘電センサの模式的上面図、図１１ａ及び図１１ｂは 、いずれも、その中をＭＵＴが流れる管に配設した。

本発明に係る夫々の誘電センサの模式図、図１２ａ及び図１２ｂは、電極対とシ ャント用電極とを、互いに同心的な夫々の円筒部材に配設した１本発明に係る誘 電センサの模式図、図１３は、本発明の誘電センサを用いたシステムのブロック 図、図１４ａ、図１４ｂ、及び図１４ｃは、様々な測定状況で使用されているセ ンサの模式図、 図１５ａ、図１５ｂ、図１５ｃ、及び図１５ｄは、図８に示した誘電センサの集 中パラメータ・モデルの回路図。

図１６ａ及び図１６ｂは、集中パラメータ・モデルによって予測される、正規化 した複素伝達アドミッタンスを、「ωτ、」及び「λ／ＷＪの関数として表わし たグラフ、 図１７ａ及び図１７ｂは、集中パラメータ・モデルによって予測される。正規化 した複素伝達アドミッタンスを、ｒ　ｂ　／　ｗ　Ｊ及びｒ　１２　／　ｗ　Ｊ の関数として表わしたグラフ、 図１８は、集中パラメータ・モデルによって予測される、正規化した複素伝達ア ドミッタンスを、「ωτ、」及びｒ　Ｑ　／　ｗ　Ｊの関数として表わした極座 標グラフ、 図１９は、集中パラメータ・モデルによって予測される、正規化した複素伝達ア ドミッタンスを、ｒ　ｂ　／　ｗ　Ｊ及び「１２／ｗＪの関数として表わした極 座標グラフ。

図２０ａ及び図２０ｂは、集中パラメータ・モデルによって予測される、正規化 した複素伝達アドミッタンスを、「（ωτ、）／　（ｂ／ｗ）Ｊ及びｒｂ／ｗＪ の関数として表わしたグラフ、 図２１ａ及び図２１ｂは、連続体モデルによって予測される、正規化した複素伝 達アドミッタンスを、「ωて、」及びｒ　Ｉ２／ＷＪの関数として表わしたグラ フ、 図２２ａ及び図２２ｂは、連続体モデルによって予測される、正規化した複素伝 達アドミッタンスを、「ｂ／Ｗ」及びｒＩ２／ＷＪの関数として表わしたグラフ 、 図２３は、連続体モデルによって予測される、正規化した複素伝達アドミッタン スを、「ω１：、」及びｒ　１２　／　ｗ　Ｊの関数として表わした極座標グラ フ。

区２４は、連続体モデルによって予測される、正規化した複素伝達アドミッタン スを、ｒｂ／ｗＪ及び「β／ＷＪの関数として表わした極座標グラフ、図２５ａ 及び図２５ｂは、連続体モデルによって予測される、正規化した複素伝達アドミ ッタンスを、［（ωｚ、）／　（ｂ／ｗ）Ｊ及びｒ　ｂ　／　ｗ　Ｊの関数とし て表わしたグラフ、 図２６ａ及び図２６ｂは、集中パラメータ・モデルと連続体モデルとによって夫 々に予測される、「ωτ、」及びｒ　１２　／　ｗ　Ｊの関数としての、正規化 した複素伝達アドミッタンスどうしを比較して示したグラフ、■２７ａ及び図２ ７ｂは、測定して得られる。ＭＵＴの濃度の関数としての。

正規化した複素伝達アドミッタンスを、本発明のシャント用電極を備えたセンサ と備えていないセンサとについて示したグラフ、そして、図２８ａ及び図２８ｂ は、測定しで得られる、ＭＵＴの濃度の関数としての、正規化した複素伝達アド ミッタンスを、本発明のシャント用電極を備えたセンサと備えていないセンサと について示した、更に別のグラフである。

好適実施例の説明 ヱヱ二囚形状遺瓜 本発明に関してここで説明する誘電センサの、簡明な構成の一実施例を図１及び 図２に示してあり、図１はその断面図、図２はその上面図である。これらの図に 示した実施例では、センサ２は、互いに同一平面上に位置している３枚の電極４ ．６．８を含んでおり、それら３枚の電極は絶縁層１０によって完全に絶縁され ており、即ち、それら電極どうしの間でも絶縁されており、またＭＵＴ１２から も絶縁されるようにしである。ＭＵＴ１２は、均質な材料であっても良く、不均 質な材料であっても構わない。駆動用電極４は、好ましくは、ある特定の周波数 のＡＣｔＥＥを供給されるようにしておく。検出用を極６は、この電極を囲繞し ている媒質を通して作用する電界の結合度を検出する。駆動用電極４及び検出用 電極６の上の準静的電界の浸透深さは、電極の分離度に略々等しい。電気的な測 定を行なうときに、駆動用電極４と検出用電極６とで、それらの機能を互いに交 替させることも可能であり、そのようにしても、測定して得られる信号に変わり はない。この相互的条件は、テレジエンの理論（この理論については、Ｉｎｔｒ ｏｄｕｃｔｏｒｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｂｙ　Ａ、Ｇ、　Ｂｏｓｅ 　ａｎｄ　Ｋ、Ｎ、　５ｔｅｖｅｎｓ、　Ｈａｒｐｅｒ　！＋　Ｒｏ浴A　Ｎｅ ｗ　Ｙｏｕ ｒｋ　１９６５．　Ｃｈａｐｔｅｒ　７　を参照されたい）から直接的に導出す ることができる。第３の電極８は、シャント用電極である。この電極８は、通常 は接地電位にしておくようにし、検出用電極６から発生する電界をシャントする ための電極である。

従って、このシャント用電極８の効果は、検出用電極６によって測定される信号 を、ＭＵＴ１２の諸性性に関係した程度に低減させるものである。

シャント用電極を備えていない、従来の構成のセンサでは、電界の分布は、例え ば図３ａに例示したような分布になる。尚、同図では、電極が位１している平面 より上側の電界だけを図示しである。シャント用電極８を付加することによって 、電界の分布は図３ｂに例示したように変化する。導電性のＭＵＴ１２が存在し ている場合には、それによって、図３０に例示したように、シャント効果が大幅 に増大している。この理由から、この装置は、ＭＵＴ１２の誘電特性並びに形状 特性に対して感度を有するものとなっている。測定して得られる信号の大きさは 、検出用電極６の位置における電界の強さに比例するため、ＭＵＴ１２の誘電特 性ないし形状特性が変化すると、測定して得られる信号の大きさが、それによっ て影響を受けるのである。

シャント用電極８の機能は、米国特許第３８２６９７９号に開示されているシー ルド用電極の機能と対照的である。即ち、同米国特許の中でシュタインマンが教 示しているのは、送信用電極と受信用電極との間にシールド用電極を配置すると いうことである。送信用電極に電圧を供給して発生させた電界は、主としてシー ルド用電極に結合する。しかるに、！極どうしの間に存在している媒体の誘電率 よりもはるかに大きな誘１を率を有する材料が電極構成体の近傍に近付くと、そ の電界のうちの大部分が受信用電極に結合するようになり、それによって測定信 号の大きさが増大する。また、シャント用電極８の機能は、米国特許第４５６８ ８７４号や米国特許第４７５７２５２号に開示されている保護用電極の機能とも 対照的である。即ち、これら米国特許に教示されているのは、プローブ電極と接 地電極との間に防護用電極を配置するということである。防護用電極は、プロー ブ電極の電位と略々等しい電位に保持され、プローブ電極と接地電極との間の電 界の浸透深さを増大させるように、また、それら電極の上方に薄い導電性の層が 存在することによって測定信号の大きさが影響を受ける程度を低減させるように 働く。

シャント用電極８の配設位置を、駆動用電極４と検出用１ｉ極６との間とするこ とも不可能ではないが、図１及び図２に示したように、駆動用電極４と検圧用電 極６との外側にシャント用電極８を配置することが好ましく、そのようにすれば シャント効果を非常に大きなものとすることができる。ここでは、この構成形態 における駆動用電極と検出用電極とに対するシャント用電極の相対的な位１関係 を表現するために「（それら電極の）外側で、（それら電極に）近接させて」と いう用語を使用する。

実用上は、図１に示した装置を更に改良した装置とすれば良い。例えば１図４に 例示したように電極どうしの２雪関係を対称形にすれば、センサの反応のモデル 化をより容易に行なえるようになる。また、ＭＵＴ１２がセンサ２の一方のＩＩ Ｉにしか存在しない場合には、図５に示すように、接地電位平面板として形成し たの誘電特性の変化に対するセンサの感度を増大させる効果を発揮する。また、 図６に示すようにシャント用電極８を延在させることによっても、接地電位平面 板１４と同じ効果を達成することができる。

更には、図７に例示したように、ＭＵＴ１２がシャント用電極８と接触できるよ うにしておくという改良を加えても良い。シャント用電極と材料とが接触しても 腐蝕等の悪影響が発生するおそれがない用途では、特にこのようにすることが勧 められる。また、用途によっては、シャント用電極を多孔性材料で形成して、Ｍ ＵＴが、そのシャント用電極の中を流動できるようにすることが望ましい場合も ある。多孔性材料でシャント用電極を形成する場合の適当な材料の一例を挙げる ならば１例えば焼結ステンレス鋼等を挙げることができる。

図８は、本発明の一好適実施例に係る誘電センサの図であり、夫々の電極への電 気的接続を示したものである。この実施例では、シャント用電極８と接地電位平 面板１４との両方を接地しである。駆動用電極４と検出用電極６とは、電気回銘 に接続しである。この図では、駆動用電極４の機能と検出用電極６の機能とが相 互に交替可能であることを強調するために、それら電極のターミナルの接続部に は、夫々Ｖ、／Ｖ、及びＶ、／Ｖ、と記入してあり、これによって、それら接続 部には、駆動用電気信号が印加されることと、検出電気信号が発生することとの いずれもあり得ることを示している。

図８には特に重要な部分の寸法と電気的パラメータとを示しである。この図８に 示した実施例では、駆動用電極の幅寸法は、２枚の互いに完全に同一の検出用電 極の幅寸法の２倍の大きさにしである。これは即ち、駆動用電極と検出用電極と で合計面積が互いに面積が等しくなるようにしているということである。各々の 検出用電極の幅寸法をＷで表わすならば、駆動用電極の幅寸法は２ｗである。

２枚のシャント用ＩＩ極の幅寸法は互いに等しく、これをβで表わした。この実 施例では、隣り合う電極どうしの間の間隔寸法を全て等しくしてあり、それをＷ にしである。ＭＵＴは、その導′Ｗ１″４が０．誘電率がε、厚さがｂであるも のとしている。ＭＵＴと電極との間に存在する絶縁体製の基礎部は、その誘電率 がε５゜厚さがａであるものとしている。また、接地電位平面板と電極との間に 存在する絶縁体製の基板部は、その誘電率がε１．厚さがｈであるものとしてい る。全ての電極は、図８の紙面に対して垂直な方向の奥行き寸法がｄである。

図８のセンサの形状特性のうちで最も重要なものは、幅寸法βの、幅寸法Ｗに対 する比である。この比（ρ／ｗ）が太き（なるにつれて、ＭＵＴの変化に対する 、測定信号の感度が顕著に増大する。更に、これと同様に重要なことは、この（ Ｉ２／Ｗ）が大きくなるにつれて、ピーク応答の周波数が低下して行（ことであ る。これらの特性については、後に、集中パラメータ・モデルと連続体モデルと を用いて説明する。

検出用電極に発生する信号の大きさは、を極の長さｄに対して正比例する。従っ て、予想されるＭＵＴの応答に合わせて長さｄを調節することによって、測定値 がノイズ・レベルを超えて充分に大きくなるように、またそれと共に、その測定 価が、測定用装置を飽和させるほどには大きくならないようにすべきである。

従って、実用上は、比較的導電性が大きいＭＵＴ　（例えば食塩水や、各種エマ ルジョン等）に対しては、長さの短いセンサを使用するようにし、一方、比較的 絶縁性が大きいＭＵＴ　（例えば、オイル等の炭化水素や、各種ポリオール等の 有機物１等々）に対しては、電極の長さの長いものとする必要がある。

駆動用電極と検出用電極との間の間隔の大きさは、電極を囲繞している媒体の中 への、電界の浸透深さを決定する。従って、この距離は、測定しようとしている 諸性性の中に、ＭＵＴの厚さや、ＭＵＴからセンサまでの距離等が含まれている 場合に重要なものとなる。

電界の強度は、電極が存在している平面に対して垂直の方向に、指数関数的に減 衰して行くため、ＭＵＴと電極との間に存在する絶縁体製の基ｆ！１部の厚さａ は可能な限り薄くすべきである。こうすることによって、電界の大部分がＭＵＴ の中へ浸透するようになり、また、ＭＵＴの諸性性の変化に対する測定信号の感 度を増大させることができるようになる。

の厚さｈと誘電率ε８とを適当に選択するようにする。即ち、その厚さｈは、電 ことによって感度が低下するとは言え、この厚さｈを最適値を超えて更に減少さ せた場合には、信号雑音比が許容可能なレベル以下に低下してしまう、所与のセ ンサ構造における、この比（Ｗ／ｈ）の値の最適値は、経験的に決定することも でき、また、センサの応答を正確に記述したモデルを使用して決定することもで の１の厚さに選定すれば良い（これについては、”Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ　Ｐｒｏ ｐｅｒｔｉｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　 Ｄｉｅｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ、”　ｂｙ　Ｍ、Ｃ，Ｚａｒｅｔｓｋｙ、　Ｌ、　 Ｍｏｕａｙ≠пA　ａｎｄ Ｊ、Ｒ，Ｍｅｌｃｈｅｒ＋　ｉｎ　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ 　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｉｒ＋５ｕｌａｔｉｏｎ、　Ｖｏ戟A　ＥＩ−２３゜ Ｎｏ、　６．　ｐｐ、８９７−９１７．　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９８８を参照さ れたい。尚、この文献を、以下の説明ではザレツキーらの文献と称する）。

基礎部及び基板部に使用する絶縁体材料は、絶縁特性並びに障壁特性に優れた材 料とすべきである。理想的には、ＭＵＴが絶縁体材料に浸透することがないよう にすべきであり、その理由は、もしそのような事態が生じたならば、それによっ て測定信号が変化する可能性があるからである。従って、ガラス系材料は、この 目的に適した好適な材料であると言える。また、更に実用的な材料としては、例 えばテフロン（ポリテトラフルオロエチレン〕等のフルオロポリマーや、その他 のポリマーである、バリレーン（ポリバラキシリレン）等のポリマー等の、製造 が容易で多くの用途にξいて適切な安定性を有する様々なポリマーがある。

本発明のＭ囲に含まれるセンサ装置の実施例には、更に多くの様々な実施例があ る。先ず、電極の形状を、様々な形状にすることができる。具体的には、例えば 図９の実施例において例示したように、電極の形状をリング状にすることも可能 である。また１図１０の実施例において例示したように、シャント用電極が、駆 動用電極と横出用電極とを囲繞するまつな形状にしても良い。更にこの図１Ｏの 実施例に成度を加えで、その横出用電極または駆動用電極を１図４に示した実施 例のように分割して、対称形の電極構造としても良い。更に、電極の形状は、必 ずしも平板形状にする必要はなく、また、１［極どうしを必ずしも同一平面上に 配置する必要もない。本発明に係るセンサは、可撓性を有するフィルムの形態で 製造することも可能であり、そうした場合には、そのセンサを１例えば円筒面や 螺旋面等の、様々な形状に沿わけて変形させることができるようになる。また、 センサを適当なｅｌｌ道で形成することによって、そのセンサを、ＭＵＴの中に 浸漬して使用したり、或いは、ＭＵＴに近接した固定した位置に取り付けたり、 或いは、ＭＵＴがその中を流れる管の管壁に取り付けたり、ＭＵＴをその中に収 容している構造体の壁面に取り付けたりすることも可能であり、それらについて 以下に説明する。

ある製造工程の一部分としてＭＵＴ１２をポンプで管の中を流動させている場合 に適用するのに特に適した実施例として、図１１に示したように、管１６の内壁 面１６にセンサ２を配設したり、或いは、管１６にセンサ２を一体的に形成した 実施例がある。尚、図１１では管を破断して、その管の内部に設けたセンサが見 えるようにしである。この場合のセンサは、ＭＵＴの流れの中に突出しないよう にすることが望ましく、それは、ＭＵＴの中に粒子状物質や物体等が浮遊してい ることもあり得るため、それら粒子状物質ないし物体に対してそのセンサが障害 物とならないようにするためである。従って、センサを管の内壁に取り付けるの であれば、そのセンサが、凹凸を生じさせない平坦なもの、即ち、その管の内壁 と面一にすることのできるものであることが望ましい。

その管を導電性材料で形成するのであれば１図１１に示したように、管それ自体 をシャント用電極として利用することができ、それによって好都合な結果が得ら れる。図１１ａに示したように、電極の延在方向を管の細心方向とした場合には 、シャント用電極の幅寸法は、管の半径の大きさによって決まることになる。

一方、図１１ｂに例示したように、電極の延在方向を管の周方向とし、電極を円 筒形に（或いは円筒形の一部を成すように）形成した場合には、シャント用電極 の幅寸法は、管の長さによって決まることになる。これらいずれの構成態様にお いても、管は、シャント用電極として機能することに加えて更に、電極の下側の 接地電位面としでも機能することになる。

一方、その管を非導電性材料で形成するのであれば、使用するセンサの具体的な 形状的構成と、測定すべきＭＵＴの具体的な８！頚とに関して、そのセンサが充 分な感度を有するものとなり得るように、その管の管壁が充分に薄いものであり さえすれば、その管の外壁面に、検出用電極、駆動用電極、及びシャント用電極 を形成することも可能である。そして、この概念を更に拡張すれば、ＭＵＴをそ の中に収容している任意の種類の絶縁性構造体をも包含するものとなり、それに 関して好適な非侵入型の測定のための手段を提供するものとなる６以上に説明し た実施例については、そのプロトタイプ（原形装置）を、以下のようにして実際 に構成した。即ち、そのプロトタイプでは、センサの厚さを非常に薄くシ（０， ００４インチ＝約０．Ｏｌミリメートル）、それをスーパーグルー（即ちシアノ アクリレート）等の適当な接着剤を用いてステンレス鋼管の内壁面に貼着するよ うにした。駆動用４！Ｌ極及び検出用！極の各々の幅寸法、並びにそれら電極ど うしの間の間隔は、０，１インチ（約２．５ミリメートル）にした。

この０．１インチという値は、それら電極とＭＵＴとの間に存在するポリエチレ ン製の絶縁体層の厚さである０、００１インチ（約０．０２５ミリメートル）と いう値と比較して、充分に大きな値となるように選定した値である。このセンサ を貼着する管の直径は、比（β／Ｗ）の値が望ましい値となるような大きさでな ければならず、この比（１２／　ｗ　）の値は、大部分のＭＵＴでは、少なくと も１０以上にすべきである。センサの延在方向を管の軸心方向とする場合には、 氾の値は、管の周囲の長さから「８Ｗ」を減じた値となり、この８ｗという値は 、２枚の駆動用電極と、２枚の検出用電極と、それら電極の間の４箇所の間隔と を計算に入れた値である。直径が１インチ（約２５ミリメートル）の管の場合に は、２の値をこのように定めれば、比（β／Ｗ）の値を「１１」にすることがで きる。

実用性を考慮すれば、電極の長さｄは、１．５〜１０インチ（約２８〜２５０ミ リメートル）の範囲内の値となろう。既述の如く、比較的導電性の大きいＭＵＴ に対しては、長さの短いセンサを使用するようにし、一方、比較的絶縁性の大き いＭＵＴに対しては、電極の長さの長いものを使用するようにする。手の指な交 互に組合せた形状の構造に関連して上で説明した接地電位面と電極との間に存在 する絶縁体の厚さについては、経験則を適用するならば、！極の幅寸法が０．　 １インチ（約２，５ミリメートル）のとき、この絶縁体の厚さは、０．０１イン チ（約０．２５ミリメートル）か、それ以下にすべきである。このプロトタイプ では、この絶縁体の厚さを０．００３インチ（約０．０７５ミリメートル）とす ることにより、比（ｗ／ｈ）の値を「３３」にしである。この値とすることによ って、充分な余裕が得られると共に、装置を充分に駆動することが可能になって いる。

用途によっては、ＭＵＴの厚さをできる限り薄くすることが望まれるものがある 。このことは、２つの面の間にＭＵＴを取り込むような構成とすることによって 達成することができる。スペースをできるだけ小さくするためには、例えば、そ れら２つの面のうちの一方の面に電極対を配設し、その面に対して平行な他方の 面にシャント用電極を配設して、シャント用電極が電極対に対向するようにすれ ば良い。具体的には、それら２つの面を曲面にすることも可能である。その種の 実施例として、図１２ａに示すように、それら２つの面を互いに同心的な円筒面 とした実施例がある。この実施例のセンサの構造態様を表わした断面図を示した のが図１２ｂである。この図１２ｂの実施例では、駆動用電極と検出用電極とは 、内側の円筒部材に配設してあり、一方、シャント用電極は、外側の円筒部材を 形成している。尚、このセンサ構造において、駆動用電極と検出用電極とから成 る電極対と、シャント用電極とは、夫々の位置を互いに交替させることができる 。

図１２の実施例は、センサをＭＬＩＴの中に浸漬して、互いに同心的な２つの円 筒部材の間の環状空間の中にＭＵＴが入り込むようにするという使い方をする場 合に特に適した実施例である。このようにすることによって、ＭＵＴの厚さを。

２つの円筒部材の夫々の半径によって定まる一定の値にすることができる。また それによって、比（ｂ　／　ｗ　）の値を最適価にすることができる。

ｌ考ｎ惠足ｘ厘 本発明のセンサを使用した電気的測定製雪の全体概略構成を図１３に示した。

ターミナル２０と２２との間には駆動用信号を供給し、ターミナル２４と２６と の間にはシャント用信号を供給し、そして、ターミナル２８と３０との間で、検 出信号を測定するようにしている。駆動用信号とシャント用信号とを供給するた めの信号供給装置は図示省略した。一般的には、ターミナル２２．２４．２６、 及び３０は接地しておくようにする。ここで特に述べておくと、これらのターミ ナルは、必ずしも電極ｉ遺体の一部を成すものとして備えられているとは限らな い。なぜならば、センサのうちには、接地電位面を備えていないものもあり、ま た、シャント用電極を接地電位にしないセンサもあるからである。

測定器３２は、好ましくは、４端子デバイスを測定するように構成することので きるＲＣブリッジないしメータとするのが良い。適当な測定器としては、ヒユー レット・パラカード社が供給しているｒ４２７５型ブリッジ」や、ジエンラッド 社が供給しているそれに類似した幾つかの製品がある。

測定器３２の出力は、例えば、測定しようとしている誘電特性ないし形状特性を 、ターミナルから得られる電気的測定値に基づいて、以下に説明する方法によっ て算出するようにプログラムしである計算処理菌１３４に供給するようにしても 良い。また別法として、実施例の構成によっては、測定装置３２の出力をプロセ ス・コントローラ３６へ直接供給するようにし、このプロセス・コントローラ３ ６が、その供給された測定値に基づいて、そのＭＵＴに関係した工程（プロセス ）を制御するようにしても良い。

好適実施例では、測定装置には更に、例えば熱電対等の温度センサ３８を備える ようにしており、この温度センサ３８でＭＵＴの温度を測定するようにしている 。この温度センサは、例えば、この誘電センサの一部分として、この誘電センサ に一体に形成しておいても良く、また、別部品として形成するようにしても良い 。ある種の用途では、この温度センサが重要となることがあり、なぜならば。

測定しようとしている材料の特性が温度に従って変化するものであることがある からである。温度センサ３８が測定した温度は、計算処理装置３４ないしプロセ ス・コントローラ３６の入力として扱われ、測定結果に較正を施したり、温度の 動揺の影響に対処するために使用される。

例えばＭＵＴの誘電率、導電率、誘電損失、厚さ、それに、ＭＵＴに対するセン サの近接度等の１種々のパラメータを判定するために必要な情報を提供すること のできる測定装置には様々な種類があり、その具体例の幾つかを、図１４に例示 した。概念的には、複素伝達アドミッタンスを測定するためには、図１４ａに示 したように、接地電位に対するＡＣ電圧を信号源４０から駆動用電極へ供給して 、検出用電極においてアンメータ４２で短絡回路電流の形の信号を測定するよう にする。また、複素利得を測定するためには、図１４ｂに示したように、接地電 位に対するＡｃ１圧を信号源４４から駆動用電極へ供給して、検出用電極におい てボルトメータ４６で開回路電圧の形の信号を測定するようにする。また、共振 回路測定を行なうためには、図１４ｃに示したように、センサをＲＬＣ回路の一 部とするようにして、回路４８を付加する。この回路４８は、インダクタンスだ けを含んでいる回路としても良く　（なぜならば、センサが抵抗とキャパシタン スとを含んでいるからである）、或いは、インダクタの他に更に、応答をチュー ニングするための抵抗器ないしキャパシタを併せて備えた回路としても良い。こ の回路４８の１組のターミナル５０で測定するパラメータは、好ましくは、共振 周波数とＱファクタとを含んでいるパラメータとするのが良い。

尚、本明細書において説明する方法を実施するために使用することのできる測定 装置としては、当業者には周知の、更に別の種類の装置も存在している。

欠乞隻に五Ω玉ヱ四 好適実施例においては、検出用電極に作用するシャントの効果の程度が、ＭＵＴ の誘電特性及び形状特性によって直接的に影響を受けるようになっている。従っ て、ターミナルにおける電気的測定値から直接、それら誘電特性及び形状特性を 推論して決定することが可能である。ただし、このプロセスには、材料の誘電特 性と厚さとに対するセンサ応答を、正確にモデル化する作業が必要とされている 。このモデル化作業は、手の指を交互に組合せた形に配設した電極を用いた誘電 率測定値に基づいて連続体特性を行なう際に行なわれるモデル化作業（ザレツス キーらの文献を参照されたい）と類似したものである。このモデル化作業に続け て、パラメータ評価のための技法を用いることによって、デコンボリューション のプロセスを実行することができ、このデコンボリューションによって、目的と するパラメータの値がめられる。また、以上のようにモデル化したモデルを使用 して、電極に対するＭＵＴの近接度もめることができる。更には、接地電位面と 電極が配設されている面との間の近接度も、以上の技法と同じ技法を用いてモデ ル化することができるため、ターミナルにおける測定値からめることができる。

以上に挙げたパラメータの値や近接度等の特性はいずれも、センサの電気的反応 の記述モデルを用いることによって、ターミナルにおける測定価から直接的にめ ることができる。従って以上のプロセスは、較正作業を必要としていない。

図８に示して説明したセンサ構造における電界をモデル化するに際しては、その 電界が準静的な電界であるものと見なしてモデル化し、また、その電界がセンサ の奥行き寸法（長さ）表わす座標には影響されないものと見なしてモデル化する ようにする。これらのうち後者の、電界がセンサの奥行き寸法には影響されない ものと見なすという条件を成り立たせるためには、センサの奥行き寸法ｄが、電 極の特性幅寸法Ｗと比較してはるかに大きなものである必要があり、これを式で 表わすと次のようになる。

ｄ）ｗ また、準静的な電界であるものと見なすいう近似条件を満足するためには、電磁 波の波長が電極構造体の特性長さと比較してはるかに長いことが必要とされる。

従ってこの近似条件に必要とされるのは、励振周波数ｆが充分に低いということ であり、ここで、Ｃは光の速度（３Ｘ１０”　ｍ／ｓ）である。比較的条件の悪 い場合として、例えば電極の長さが１メートルのときには、この式から、励振周 波数が３００メガヘルツ以下であることが必要とされることになる。

このセンサに関係する周波数範囲（ｆ＜１０メガヘルツ）では、ＭＵＴの内部に おける損失の大きさは、導電損失によって決まるものと見なすことができる。

誘電損失は、一般的に、これよりはるかに高い周波数で生じるものであるため、 この周波数範囲では無視し得るものと見なされる６例えば水の双極子損失が無視 し得ない大きさになるのは、周波数が１ギガヘルツ以上になってからである。

集中パラメータ・モデル これより、集中パラメータ・モデルを提示することによって、薄い層を成してい るＭＵＴに対するセンサの応答を説明すると共に、そのセンサの応答に対して主 たる影響力を及ぼす様々な特徴的性質を明らかにして行く。以下に提示する集中 パラメータ・モデルは、幾つかの前提条件にしばられており、それら前提条件に ついては、以下の説明の中で順次説明して行く。図１５ａは１分布集中パラメー タの一例を例示した図である。そして、この分布集中パラメータから得られる等 価回路を示したのが図１５ｂである。続いて行なうべきことは、この等価回路の 各要素の値をめることである。

先ず、駆動用電極に関しては、この駆動用電極を基板部を介して接地電位面に結 合しているキャパシタンスが存在している。基板部の厚さｈが駆動用電極の幅寸 法である２ｗと比較して充分に小さいという前提条件の下では、このキャパシタ ンスＣ１を、平行板構造におけるキャパシタンスであると見なすことができるた め、 となり、ここで、ｄは電極の長さである。検出用電極の幅寸法は駆動用電極の幅 寸法の２分の１であるため、２枚の検出用電極を下方の接地電位面に結合してい る夫々のキャパシタンスの大きさも、合計すると、上式のキャパシタンスの値に 等しくなる。

駆動用電極と検出用電極との間の結合は、検出用電極とＭＵＴとの間のキャパシ タンスと、抵抗と、ＭＵＴと駆動用電極との間の同じ大きさのキャパシタンスと を、直列に接続したものであると考えることができる。ＭＵＴは、モデル化に際 しては純粋な抵抗と見なすことができ、なぜならば、励振周波数の値（１メガヘ ルツ）が、ＭＵＴの電気的緩和時間の逆数と比較して充分に小さな値だからであ る。例えばある食塩水において、その食塩水の導電率σの値が、一般的な食塩水 の導電率の値であるＩｓ／ｍであり、また、その食塩水の比誘電率ε／ε。の値 が８０であったとすれば、以上のことは、次のように無次元量で表わすことがで きる。

ωτ、＝０．００４（１ ここで、周波数ωと、電気的緩和時間り、とは、夫々次のように定義される。

従って、上の無次元量で表わした前提条件は、０．０５５／ｍよりも大きい導電 率の値を持つＭＵＴに関して有効である。導電率の値がこの範囲内にあれば、あ たかも電界がＭ、ＵＴの内部に包含されており、そしてＭＵＴの厚さｂの全体に 亙って一様に分布しているかのように見なすことができることから、ＭＵＴをモ デル化したときの抵抗の値を近似値でめることができる。駆動用電極の幅を２Ｗ としてあり、また検出用電極の合計幅も２Ｗとしであることから、これに関する ＭＵＴの２つの抵抗を並列に接続したものの抵抗値は、次の式で与えられる。

基礎部の厚さａが、駆動用電極及び検出用電極の幅寸法と比較して充分に小さい ということを前提条件とすれば、それら電極とＭＵＴとの間のキャパシタンスは 、平行板構造のキャパシタンスとして近似することができ、次の式で与えられる 。

更にまた重要なものに、検出用電極からシャント用電極への結合がある。この結 合は、ＭＵＴの抵抗に、ＭＵＴからシャント用電極へのキャパシタンスを直列に 接続したものから成る。ここで５導電経路の長さを、検出用電極とシャント用電 極との中心間距離であるものとすれば、これに関するＭＵＴの２つの抵抗を並列 に接続したものの抵抗値は、次のようにめられる。

ＭＵＴから２枚のシャント用電極への結合キャパシタンスは、２つの平行板構造 を並列に接続したもののキャパシタンスとして得られ、ここで、各々の平行板構 造では、１枚のシャント用電極の面積が、その平行板構造の面積に相当し、また 基礎部の厚さが、その平行板構造における平行板間の離隔距離に相当する。従っ て、ＭＵＴから２枚のシャント用電極への結合キャパシタンスは次の式で表わさ れる。

そして、この式で表わされている結合が、ＭＵＴに対するセンサの応答を決定す るのである。

更に、図１５ｂの等価回路を変形して、駆動用電極を表わしている回路要素と検 出用電極を表わしている回路要素とを引き離し、それら電極に接続したターミナ ルが両端部に位置するようにすると、その結果、図１５ｃに示した等価回路が得 られる。

この図１５ｃの等価回路において、そのキャパシタンスの値とセンサ損失の値と をＡＣ測定するためには、例えば、図１５ｄに示した４端子測定システムを使用 すれば良い。アンメークが仮想接地電位にあるものとすれば、励振電圧Ｖ、の測 定値に対する電流１２の測定値の比として、複素伝達アドミッタンスの値が得ら れ、従って次の式のようになる。

ここで、ＧとＣとは、この複素伝達アドミッタンスに対応した、損失の測定値と キャパシタンスの測定値とである。

一方、この複素伝達アドミッタンスの値は、回路要素の値から算出することも容 易であり、そのためには１周波数ドメイン法（これについては、Ｃ１ｒｃｕｉｔ ｓ、　Ｓｉｇｎａｌｓ、　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂｙ　Ｗ、Ｍ、　５ｉｅｂ ｅｒｔ、　ＭＩＴ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、　ＭＡ、　１X８６． ５ｅｃｔ ｉｏｎ　２．５を参照されたい）を使用すれば良い。こうして算出しな複素伝達 アドミッタンスは次の式で表わされる。

従って、損失の値とキャパシタンスの値とは、この複素伝達アドミッタンスを用 いれば、次のように表わすことができる。

一方、駆動用電極及び検出用電極が存在している平面上に、シャント用電極を設 けていない構成では、抵抗Ｒ８とキャパシタンスＣ６とで表わされる結合が存在 しないため、複素伝達アドミッタンスは次のような簡単な形で表わされる。

シャント用電極の役割を理解するためには、先ず、複素伝達アドミ・ンタンスを 表わす上の２つの式の中に含まれているＲＣ時定数の値（ＲゎＣわと、Ｒ，Ｃ， ）を算出することが重要である。先ず、駆動用電極と検出用電極との間の結合は 、時定数（ＲｂＣ，）を用いて次のように表わすことができる。

一方、シャント用電極への結合は、同様にして１時定数（Ｒ，Ｃ，）を用いて次 のように表わすことができる。

時定数を用いて結合を表わしたこれら２つの式を比較すれば、シャント用電極の 幅寸法が駆動用電極及び検出用電極の幅寸法よりはるかに大きなものであるとき には、２番目の式の時定数（Ｒ，Ｃ，）が１番目の式の時定数（ＲｂＣＩ、）よ りもはるかに大きく、そのため、主としてシャント用電極への結合の大きさによ って、駆動用電極と検出用電極との間の結合の大きさが決定される状態となるこ とが分かる。このことは、とりもなおさず、シャント用電極を備えているセンサ では、シャント用電極を備えていないセンサと比較して、はるかに低い周波数を 使用して、ＭＵＴの導電損失に対して窩い感度を有する信号を得ることができる ということを意味している。これは、本発明の装置（センサ）に独特の特徴であ る。従って、ＭＵＴが比較的導電性が大きいものである場合には、シャント用電 極を備えているセンサを用いれば、そのＭＵＴの導電率を、非侵入的な測定方式 で、しかも、シャント用電極を備えてセンサに必要とされる周波数領域と比較し て、より低い周波数領域において測定することができる。一方１以上に示したモ デルによれば、このような低い周波数領域においては、このセンサの応答は、Ｍ ＵＴの誘電率に対しては非常に感度が低くなっている。このことは、ＭＵＴの誘 １ｉ率という量が、複素伝達アドミッタンスを表わす式の中に出てこないことに よっても分かる。そこで、以下に、ＭＵＴの諸性性の変化に対するこのセンサの 応答を詳述することによって、このセンサの性能を更に明らかにして行く。

複素伝達アドミッタンスを表わす止揚の式を用いれば、キャパシタンスの値と損 失の値とを、その式の様々なパラメータの関数として算出することができる。

センサの応答のうちでも特に重要なものは、ＭＵＴの導電率の変化に対するセン サの応答である。ＭＵＴの導電率は、例えば、溶媒中の溶質の濃度の変化に影響 されて変化するものである。図１６には、正規化したキャパシタンスの値及び正 規化した損失の値を、励振周波数に対して正規化した緩和時間の値の関数として 表わしたグラフを示した。このグラフでは、シャント用電極の幅寸法をパラメー タとして変化させて示している。また、キャパシタンスの値は、自由空間におけ る誘電率（ε。＝８．８５４ｘ１０”　Ｆ／ｍ）と電極の長さｄとに対して正規 化した値で示しである。損失の値は、これら２つのパラメータ（即ち、自由空間 に８ける誘電率ε。及び電極の長さｄ）と、更に励振周波数ωとに対して正規化 した値で示しである。緩和時間の値は励振周波数に対して正規化しであるため、 このグラフにおいて変化させているパラメータは、導電率の逆数と考えることも でき、また周波数であると考えることもできる。

グラフには電極の長さと幅との比の値を幾つか選択して示しであるが、それらの 値が代表的な比の値だというわけではな（、性能を比較する上で基準とするため の値として、先に集中パラメータ・モデルに関して前提条件として示した。この 比の値の限界範囲の中に含まれる幾つかの値を選択したものである。図１６のグ ラフにおいて、２＝０の曲線は、シャント用電極を備えていないセンサの場合を 示すために描き入れたものである。その他の曲線は、シャント用電極を備えたセ ンサの性能を示している。グラフから分かるように、シャント用電極を備えてい ないセンサでは、キャパシタンスの値は略々一定であり、また損失の値は、正規 化した緩和時間の関数として一次関数的に増大している。一方、シャント用電極 を備えたセンサでは、応答が顕著に変化している。即ち、低い周波数におけるキ ャパシタンスの値は著しく小さくなっており、このキャパシタンスの値は、緩和 時間が増大すると共に増大している。一方、損失の値は、ゼロから次第に減少す るように変化しており、その下向きピークの位置は、シャント用電極の幅寸法が 大きくなるにつれてより低い周波数の方へ移動して行くことが分かる。この損失 の値が負の値を取っているということは、検出用電極において測定した電流の位 相が、駆動用電極に印加されている励振電圧の位相からずれていることを表わし ているのであって、決して負の抵抗値が付随しているということではない。この ように下向きピークの周波数の位置が移動して行くのは、シャント用電極によっ て導入されるＲＣ時定数によるものである。従って、シャント用電極の幅寸法を 調節することによって、このピークが生じる周波数を低下させ、また、曲線の勾 配を大きくできるということが分かる。そして、これによって、低い周波数領域 において高い感度で測定を行なうことが可能になっているのである。

キャパシタンス及び損失をＭＵＴの厚さの関数として表わしたグラフからも、以 上と同じ効果を見て取ることができる。そのグラフを示したのが、図１７である 。この図１７は、正規化したキャパシタンスの値及び損失の値を、駆動用電極の 幅寸法に対して正規化したＭＵＴの厚さの値の関数としてグラフに示したもので ある。シャント用電極の幅寸法が増大するにつれて、ＭＵＴの厚さの変化に対す るセンサの感度は、ＭＵＴの厚さが小さい範囲で向上しているのみならず、それ と共に更に、対象となる領域の全域に互って、シャント用電極を備えていないセ ンサによって得られる感度と比較して感度が向上している。従って、シャント用 ｘｉの幅寸法を調節することによって、このセンサに関係した全領域においで最 適の性能を提供することが可能になっている。

ＭＵＴの誘電特性及び形状特性を、測定値に基づき推論によってめるためには、 経験的に決定した曲線を利用するようにしても良く、また、正確なモデルによっ て決定した曲線を利用するようにしても良い。損失特性は、二値性を有しており （即ち、同一の損失の価に対して４パラメータの異なった２つの値が対応してい る）、このことが、パラメータをめるプロセスの制約となることがある。

そこで、図１６及び図１７に対応した、正規化したキャパシタンスの値及び正規 化した損失の値の極座標グラフを、図１８及び図１９に示した。これら極座標グ ラフからは、測定値の各々の組が、変化させているパラメータに対して、一意性 を有することを明示している。もし仮に、ある１本の曲線が、みずから交わるこ とによって閉曲線の部分を形成していたとすれば、その交わり部においては、同 じ測定値の組みから、２とるりのパラメータ値が結果として導かれるという状況 を生じてしまうが、そのような閉曲線は実際には存在していないことが分かる。

尚、以上のグラフは、キャパシタンス及び損失の測定値からただ１種類だけのパ ラメータをめるための情報しか提供していないことに注意されたい。

このバラメーク領域では、ＭＵＴの導電性の測定値とＭＵＴの厚さの測定値とは 互いに独立してはいない。この性質が存在することは、極座標どうしを重ね合わ せると同一の曲線となることによって分かる。更には、キャパシタンスと損失と を、正規化したＭＵＴの厚さの値に対する正規化した纒和時間の値の比の関数と してグラフ化した場合には、ＭＵＴの３通りの厚さの値に対応した夫々の応答が 互いに同一のものとなる。この状態を示したのが、図２０である。３つの曲線が 全く異なっていないことから、この場合、ＭＵＴの導電率と厚さとを個々にめる ことは不可能である。このことは、複素伝達アドミッタンスの値がＭＵＴの抵抗 値によって定まり、そしてこのＭＵＴの抵抗値が、ＭＵＴの導電率と厚さとの積 に逆比例するという事実によって証明される。これは、とりもなおさず、考慮対 象の周波数領域の全域に亙ってパラメータの値をめるならば、１組の測定値から 、ただ１種類のパラメータの値しかめられないということを意味している。そこ で、ＭＵＴの測定値に基づいて、２種類のパラメータの両方の値をめるためには 、２つの異なった測定構造を併用すれば良い６例えば、先ず、駆動用電極の幅寸 法と比較してＭＵＴの厚さが充分に大きな領域において、ＭＵＴの導電率だけを めるようにする。これによってＭＵＴの導電率が分かったならば。

続いて、それとは別の領域において、別の第２の測定値に基づいてＭＵＴの厚さ をめるようにすれば良い。ただし、以上の方式では、ＭＵＴの厚さが、電極の幅 寸法と比較して充分に厚くなければならないため、この２段階方式のパラメータ の値をめるプロセスを実行しようとすると、集中パラメータ・モデルを使用する 場合に課せられる制約を解除することができるように、モデルを発展させること が望まれることになる。

連続体モデル 集中パラメータ・モデルを使用する場合に課せられる制限を超えてセンサの応答 を調査できるようにするために、以下に、連続体モデルを、その特性応答と共に 提示することにする。電極が存在している面より上方に存在する、部分一様性を 有する材料の分布は、表面キャパシタンス密度によって記述することができる（ これについては、前述のザレツスキーらの文献を参照されたい）。従って、半無 限半空間の中の各層の厚さ特性及び誘電特性が与えられれば、それら特性に基づ いて、表面キャパシタンス密度を電気的変数の伝達関係式を用いてめることがで きる（これについては、”Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉ ｃｓ”　ｂｙ　Ｊ、Ｒ，Ｍｅｌｃｈｅｒ。

ＭＩＴ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、　ＭＡ、　１９８２．５ｅｃｔｉ ｏｎ　２．１６を参照されたい。尚、この文献を、以下、メルヒャーの文献と称 する）。

表面キャパシタンス密度は、単一の空間モードに対する系の応答を表わす。それ ゆえ、フーリエ級数ないしフーリエ変換における全てのモードを重ね合わせるこ とによって、その構造体（センサ構造体）の応答が得られる。その場合に必要と されるのは、電極表面の電位分布記述である。必要とされる電位分布の解は、混 合境界値問題を解（ことによって得られる（これについては、前述のザレッスキ ーらの文献を参照されたい）。そのための数学的アプローチにおいては、先ず電 極どうしの間の電位差を、配列点どうしの間の部分連続線形セグメントによって 近似する。続いて、それら離散点（即ち、配列点）における電位の値をめるよう にし、それには、配列点どうしの間の電荷保存則を表わす積分式を適用すること によって得られる行列の逆行列を取れば良い。ここでは説明を簡明にするために 、電極どうしの間では電位が線形に変化しているものとする。このようにして表 わした電位分布記述が、電極どうしの間の実際の電位をどれ程までに正確に記述 しているかの程度に応じて、このモデルの近似度が定まる。尚、この電位分布記 述においては、駆動用電極の役割と検出用電極の役割とは逆になっている。

更にまた、電界は、装置（センサ）の外縁部においては、完全にその外縁部の接 線方向を向いているものと見なすことにする。これによって、電極が存在してい る面における電位分布を１次のようにフーリエ級数で記述することができる。

ここで、各々のモードの波数は次のように定義される。

また２フーリエ係数は次の式で与えられる。

Ａ、、＝−Ａ−ｉｃｏｓ　ｃ、ｕ＋　−ｃｏｓ　２ｋｎｗ　−ｃｏｓ　３；ｃ、 ｗ　”−ｃｏｓ　４に、ｕｌ（ｋイｗ）２ シャント用電極を備えていないセンサでは、電気分布は次の式で表わされる形を 取る。

ここで、各々のモードの波数は次のように定義される。

また、フーリエ係数は次の式で与えられる。

基礎部の材料は、絶縁体であるとしているのであるから、検出用電極における電 荷保存則を適用することによって、測定電流を、正規化した電界に関係付けた関 係式が得られ、その結果、正規化した複素伝達アドミッタンスが、次の式で表わ されることになる。

表面キャパシタンス密度によって、電気的変位の垂直成分と電位とが関係付けら れるため、次の式が成り立つ。

従って、複素伝達アドミッタンスを、表面キャパシタンス密度と各モードの電位 とを用いて、次の式で表わすことができる。

上に示した電位分布を表わす式を使用すれば、この複素伝達アドミッタンスを、 更にフーリエ係数を用いて、次の式で表わすことができる。

この式において、正規化した表面キャパシタンス密度は、均質層における伝達関 係式（これについては、前述のメルヒャーの文献を参照されたい）を用いること により、次のように表わされる。即ち、且つ、 である。更にここで、ＭＵＴの複素誘電定数は、次の式で定義される。

シャント用電極を備えていないセンサでは、複素伝達アドミッタンスを、フーリ エ係数と正規化した表面キャパシタンス密度とを用いて表わす場合に、次のよう にも表わされる。

複素伝達アドミッタンスを表わす止揚の夫々の式を使用して、実際にセンサの応 答を、シャント用電極の幅寸法をパラメータとし、正規化した緩和時間の関数と して算出してみた。尚、この応答の算出に際しては、センサのパラメータは。

集中パラメータ・モデルの場合に用いたものと同一のパラメータを用いたが、た だし、ＭＵＴのその厚さは、それより厚いものとして応答を算出した。それによ って得られた、正規化したキャパシタンスの値及び損失の値を、図２１にグラフ で示した。この図２１のグラフにおいても、正規化した緩和時間の値が小さい領 域では、集中パラメータ・モデルの場合と同様の特性応答が発生していることが 分かる。また、シャント用電極の幅寸法が増大するにつれて、応答の感度が上昇 している。損失の値の下向きピークが発生する周波数は、シャント用電極の幅寸 法が増大するにつれて低い周波数の方へ移動している。この図２１からは更に、 その他の情報も得ることができ、それは、この３２１のグラフは、集中パラメー タ・モデルがしばられている前提条件によってしばられてはいないからである。

即ち、この図２１のグラフは、正規化した緩和時間の値が大きい領域におけるセ ンサ応答をも示している。尚、正規化した緩和時間の値が「１」に近付くにつれ て、シャント用電極を備えた２通りの構成の間の差異が小さくなって行（ことが 分かる。

集中バラメーク・モデルの場合と全く同じように、この連続体モデルにおいても 、ＭＵＴの厚さの変化に対するセンサの応答が、シャント用電極を備えたことに よって改善されている。この改善の状態を図２２に示した。図２２からは、正規 化したＭＵＴの厚さの値が小さい領域において、シャント用電極の幅寸法が増大 するにつれてセンサの感度が上昇していることが分かる。更に、シャント用電極 を備えていないセンサにおいて得られる感度と比較して、全領域において感度が 上昇している。事実、ＭＵＴの厚さが電極の幅寸法と同程度である場合には。

装置（センサ）の感度は、それがいかに小さくとも、シャント用電極を備えてい ない装置（センサ）によって得られる感度と比較して尚、優れた感度となってい る。

図２３及び図２４は、ＭＵＴの緩和時間の変化とＭＵＴの厚さの変化とに対する センサの応答の、極座標グラフを示したものである。これらの図のグラフにおい ては、いずれの曲線もみずから交わって閉曲線を成してはいないため、各々の測 定値の組に基づいて、必要とするパラメータの評価値として、一意性のある値が 得られるようになっている。更には、シャント用電極を備えたことによって、正 規化したキャパシタンスの値及び損失の値のダイナミックレンジが広がっており 、そのため、パラメータの評価値をめるプロセスにおいて、より大きな解像度が 得られるようになっている。尚、正規化した緩和時間の値が大きい領域や、ＭＵ Ｔの厚さが大きい領域においては、シャント用電極の幅寸法を増大しても、それ によってセンサの感度が影響を受けることはない。

図２３及び図２４のグラフからは、パラメータ空間の領域のうち、キャパシタン スまたは損失のうちの一方の値を測定するだけで、その測定値に基づいて、必要 な特性を推論によってめることのできる領域を特定することができる。例えば、 キャパシタンスの値は略々一定であるが損失の値はバラメークの変化に伴って変 化する領域が存在している。同様に、損失の値は一定であるがキャパシタンスの 値は変化する領域も存在している。これらの領域では、複素伝達アドミッタンス のうちの一部分だけを測定すれば良いため、測定装置のコストを低減することの できる手段が提供されているといえる。

集中パラメータ・モデルでは、ＭＵＴの導電率と厚さとの両方のバラ−メータを 同時にめることを、許容パラメータ領域の全域に亙って行なうことは不可能であ った。これに対して連続体モデルでは、両方のパラメータを同時にめることので きるパラメータ領域を拡張しており、それによって、２種類のパラメータをめる ことのできる領域の可能性を調べるられるようになっている。図２５に示したグ ラフは、正規化したキャパシタンスの値及び正規化した損失の値を、正規化した ＭＵＴの厚さの値に対する正規化した緩和時間の値の比の関数としてグラフ化し たものである。この図２５のグラフにおいて、３本の曲線は、正規化したＭＵＴ の厚さの値の、その３通りの値の夫々に対応した曲線である。このグラフからは 、２箇所の領域を特定することができる。即ち、先ず、上述の比の値が小さい領 域では、３本の曲線が１本に収束している。この領域は、集中バラメーク・モデ ルの場合に、２種類の特性の値を個々に評価してめることが不可能な領域として 特定された領域と同一の領域である。また、上述の比の値が増大するにつれて、 それら３本の曲線は互いに離れ離れになって行く。それら曲線がばれ離れになる ということは、ＭＵＴの導電率と厚さとを１組の測定値からめることができると いうことに他ならない。更に加えて、ＭＵＴの厚さの値が小さくなるにつれて、 ２種類の特性の値を個々に評価してめることのできるバラメーク領域がせばまっ ている。この点については、図２０に示した集中パラメータ・モデルの場合に得 られる結果と同じである。

モデルの比較 集中パラメータ・モデルによって予測される応答と連続体モデルによって予測さ れる応答とを比較するために、図１６の集中パラメータ・モデルの応答において 用いた３ｉ！りの特性長さ比の値（電極の長さと幅寸法との比の値）を用いて、 連続体モデルに従って、正規化したキャパシタンス及び損失の値を、正規化した 緩和時間の関数として表わしたグラフを作成した。それらモデルの比較結果を表 わすこのグラフを、図２６に示してあり、このグラフにおいて、破線で示した曲 線は集中パラメータ・モデルに従って作成した応答を表わしており、一方、実線 は連続体モデルに従って作成した応答を表わしている。

正規化したキャパシタンスの値どうしを比較すれば分かるように、集中パラメー タ・モデルに従ってパラメータの値を評価してめた場合には、シャント用電極の キャパシタンスが過大評価されている。これに対して、基礎部のキャパシタンス の値は正しく評価されていることが分かる。これは、正規化したキャパシタンス の値は、シャント用電極を備えていないセンサにも適合するからである。正規化 した緩和時間の値の変化につれて生じる、このキャパシタンスの値の変化の様子 は、正規化した緩和時間の値がｒＯ，０４Ｊに達するまでは、２種類のモデルの 間で相違はない。この点を超えると、集中パラメータ・モデルによる値が、連続 体モデルによる値から次第に離れて行くが、これは、集中抵抗をめる際の前提条 件が崩れるからである。

２種類のモデルの夫々によって予測される正規化した損失の値は、低い周波数領 域では互いに一致しているが、正規化した緩和時間の値が０，０２を超えると互 いに垂離し始めることが分かる。実際に、損失の値の下向きピークが生じる周波 数は、集中パラメータ・モデルの場合と比較しで、連続体モデルの場合の方が低 くなっている。このことは、集中バラメーク・モデルが、緩和時間の逆数と比較 して低い周波数領域（ωて、（１）でのみ有効であるという事実の証明となって いる。シャント用電極を備えていないセンサにおける損失特性は、同様の傾向を 示してはいるものの、集中パラメータ・モデルの前提条件の崩壊によっても、そ れ程大きな影響を受けてはいない。

結論 以上に、ＭＵＴの誘電特性及び形状特性の測定値に対する、シャント用電極の影 響を記述する２種類のモデルを提示した。それらモデルによって表わされた応答 は、ＭＵＴの特性の変化に対するセンサの応答が、シャント用電極の存在によっ て顕著に向上することを明らかに示した。また更に、シャント用電極の幅寸法を 増大させるにつれて、ピーク応答が生じる周波数が低下して行くことも明らかに した。これらの特徴は、ＭＵＴの導電損失の測定を、シャント用電極を備えてい ないセンサにおいて必要とされる周波数より低い周波数で行なうことを、可能に するものである。

更に、それらモデルによる特性応答に基づいて、然るべき動作領域を選択するこ とも可能であり、そのためには、電極形状ないし励振周波数を変化させるように すれば良い。然るべき誘電特性領域を特定したならば、それに続いて、ＭＵＴの 特性の変化に対するセンサの感度が所望感度になるように、シャント用電極の幅 寸法を最適化することも可能である。更には、出力信号が、励振周波数に対して 正規化した緩和時間の変化に対して感度を有するため、その感度を向上させるよ うに励振周波数を選択するようにしても良く、それも可能である。

出力信号は、導電損失に対しては、低い周波数領域（ωτ、（１）において感度 を有するが、ＭＵＴの誘電定数に対しては、これより高い周波数領域（ωＬ。

が「１」程度以上）でなければ感度を持たない。従ってこの装置（センサ）は、 比較的導電性が大きいＭＵＴの導電率を測定するのに特に適したものである。更 には、この出力信号がＭＵＴの厚さに対して非常に高い感度を有するのは、ＭＵ Ｔの厚さが電極の幅寸法と比較して充分小さい領域においてである。

ＭＵＴの誘電特性ないし形状特性に対して影響を及ぼす物理的現象の値は、電気 的測定値に基づいて直接的に推論によってめることができる。例えば、溶媒中の 溶質の濃度は、その溶液の導電率に影響を及ぼすため、較正作業の際には、その 濃度を、測定値に基づいて推論によってめるようにすれば良い。更に別の例とし て、異なった種類のイオンの間で、夫々の移動度が互いに充分に異なっている場 合には、励振周波数を変化させれば、導電率に及ぼすそれらイオンの夫々の影響 度を互いに分離することができるため、複数の成分を含んでいる混合物における 夫々の成分の濃度を測定することも可能である。尚、その種の混合物であるＭＵ Ｔは、上で説明したモデルで表わしたオーム抵抗材料とは異なり、周波数に応じ て変化する移動度を用いて記述することになろう。生物の体組織や膜の化学的変 化の結果としで発生する膨出等も、材料の厚さの変化としてモニタすることがで きる。尚、測定している特性に対する、以上に列挙した物理的現象の関係を記述 する基本法則さえ分かっていれば、較正作業は不要である。

パラメータの値を評価してめるための方式は、必要としている特性の測定値を得 るための、応答にデコンボリューションを施す手段を提供するものである。

特性応答の極座標グラフは、ＭＵＴの導電率と厚さとのいずれかを１組の測定値 から評価してめることができることを明らかに示した。更に、パラメータ空間の 領域のうち、キャパシタンスの測定値と損失の測定値とのうちのいずれか一方さ え得られれば、その測定値に基づいて、必要としている特性の値を推論によって めることのできる領域を特定することも可能であった。更なる解析の結果、ある 限られたパラメータ領域においては、１組の測定値から２種類のパラメータの両 方の値を評価してめることができることも明らかとなった。このパラメータ領域 は、ＭＵＴの厚さが増大するにつれて次第にせばまって行く。尚、パラメータ空 間に基づき、必要としている特性の値を評価してめるためには、２次誤差ノルム の最小化（これについては、”Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ： 　Ｔｈｅｏｒｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅＵｓｅｒ″ｂｙ　Ｌ、　Ｌｊｕｎｇ、　Ｐｒｅ ｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、　ＮＪ、　１９８７．　ｐ、　２８２を参照されたい） を含んでいる、簡単な数学的方法（これについては、”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｒ ｅｃｉｐｅｓ：　ｔｈｅ　Ａｒｔｏｆ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｃｏｏ＋ｐｕｔ ｉｎｇ”　ｂｙ　１１．Ｈ，Ｐｒｅｓｓ　ｅｔ　ａｔ、　、　Ｃａｍｂｒｉｄｇ ｅ　Ｕｎｉｖ■窒唐奄狽凵@Ｐｒｅｓ ｓ、　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、　１９８６．　Ｃｈａｐｔｅｒｓ　９　ａｎｄ　１ ０を参照されたい）を使用することができる。

Ｘ翳例 シャント用電極を採用することによって得られる感度の上昇が、どれ程のものか を示すために、センサにシャント用電極を備えた場合と、備えない場合とについ て、実際に測定を行なってみた。使用したセンサは、図１１ａに示した、管形状 に構成したものである。シャント用電極を備えない場合の実験には、絶縁体製の 管を使用した。一方、シャント用電極を備えた場合の実験のためには、金属製の 管を使用し、この金属製の管をシャント用電極として機能させるようにした。

このセンサの構成は、電極の幅寸法Ｗを００１インチ（約２．５ミリメートル） とし、絶縁体製の基礎部の厚さａを０．００１インチ（約０．０２５ミリメート ル）とし、電極の長さｄを１．５インチ（約３８ミリメートル）としたものであ る。金属製の管を使用した場合には、この管の周方向の長さのうち、センサによ って覆われていない部分の周方向長さが、シャント用電極の幅寸法ｉに相当する ことになり、このβは、１．１インチ（約２８ミリメートル）であった。被検材 料として使用したのは、工業的ボリマ一工程に用いられる仕上げ用エマルジョン である。

図２７と図２８とは、２種類のエマルジョンについて、そのキャパシタンスの値 と損失の値とを、水分を含まない成分の濃度の関数としてグラフにしたものであ る。エマルジョンＢは、エマルジョンＡよりも導電性が大きいことが分かつてい る。各々のエマルジョンの導電率はその濃度の増大と共に増大する。励振周波数 は１メガヘルツとした。各々のグラフにおいて、センサにシャント用電極を備え た場合と備えない場合との間で比較を行なった。導電性が小さい方のエマルジョ ンＡに関しては、センサにシャント用電極を備えた場合の、そのセンサのキャパ シタンスの値だけを示した。センサにシャント用電極を備えない場合の、そのセ ンサのキャパシタンスの値は、測定した濃度領域の全域に亙って一定の値を保つ 。センサの損失の値からは、シャント電極がセンサの感度に及ぼす影響が顕著で あることが明らかである。このセンサの損失を表わしでいる曲線の勾配は、シャ ント電極を備えたことによって５倍に増大している。導電性が大きい方のエマル ジョンＢに関しても同じ効果が得られていることが分かる。低い濃度の領域では 、センサにシャント用電極を備えることによって、キャパシタンスの値の感度が ５倍に増大しており、また損失の値の感度は８倍に増大している。濃度が５％以 上の濃度領域では、この勾配は小さくなるが、それでも尚、感度は向上している 。感度の上昇は、キャパシタンスの値に関しては３倍であり、損失の値に関して は４倍になっている。

これらのグラフは更に、１種類のパラメータだけを測定すれば、その測定値に基 づいてエマルジョンの濃度を推論によってめることのできる領域を明らかにして いる。即ち、導電性が小さい方のエマルジョンＡに関しては、損失の測定値が、 濃度の値を推論によってめる上での充分な情報を提供する。一方、導電性が大き い方のエマルジョンＢに関しては、キャパシタンスの測定値が、そのエマルジョ ンの濃度の値を推論によってめるための充分な情報となる。尚、後者のエマルジ ョンＢの場合には、その損失の値が二値性を有するため、その損失の値だけを使 用して、全濃度領域の中から、そのエマルジョンの濃度を推定することは不可能 である。

浄書（内容に変更なし） 奥行き寸法（長さ）ｄ　ε０・σ＝○　エ。

浄書（内容に変更なし） Ｖ。

ｏ／ｗ：ｏ、Ｉ　ｂ／ｗ＝ｏ、ｌ　ｌ／ｗ：Ｃ，５，１０ωτ８ ωτ８ ｂ／ｗ ０／ｗ；Ｏｌ　ｂ／ｗ；ｏｌ　Ｉ／ｗ：ｏ、５．：Ｏｌ　。

電 ′「− ０／ｗ　：Ｏ，ｌ　ｌ／ｗ　：０，５，１０　ω′ｃｅ＝Ｏ，Ｏ１（ωで一／ｌ ／ｗｌ ａ／ｗ　”０．１　ｂ／ｗ”ｏ、５　ｌ／ｗ　”０，５．ＩＱａ／ｗ：０．１　 ｂ／ｗ：０．５　１／ｗ：０．５．　ＩＣｂ／ｗ ｏ／ｗ：ｏ、Ｉ　ｂ／ｗ：０．５　１／ｗ：０．５．１０ａ／＊；Ｏ，ｌ　Ｉ／ ｗ”ｏ、５．ＩＱ　ωτｅ＝ＯＯＩＧ色ε。ｄ −浄書（円容、二変更なし） ・　浄ａ（内容に変更なし） ○ニジヤント有り　ロ：シャント無し 浄書（内容に変更なし） 濃度７１１．ノ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９２１０４４１４ 平成　５年特許願第５００５１５号 ２、発明の名称 材料の誘電特性及び形状特性を測定するだめの装置及び方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　アークシオマチソクス・コーポレーション４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 電話３２７０−６６４１〜６６４６ 氏名（２７７０）弁理士湯浅恭三 ５、補正命令の日付　平成　５年１０月１２日　（発送日）６、補正の対象 （１〉図面翻訳文

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．被検材料の特性を測定するためのセンサにおいて、被検材料に近接した位置 に配置する駆動用電極と検出用電極とから成る電極対と、 前記駆動用電極を電気信号発生手段に接続することによって、該駆動用電極に電 気信号を供給して電界を発生させ、この電界が前記検出用電極と綜合することに よって該検出用電極に電気信号が発生するようにする、ターミナル手段と、前記 検出用電極を電気信号受信手段に接続することによって、該検出用電極における 信号を受信させるようにする、ターミナル手段と、前記電極対の外側の、該電極 対に近接し、しかも前記被検材料に近接した位置に配置するシャント用電極であ って、前記電界の前記検出用電極への結合に対して、被検材料の特性に関係した 程度に影響を及ぼすような電位に位置させて保持することにより、前記検出用電 極における信号に基づいて前記被検材料の特性の測定を行なえるようにする、シ ャント用電極と、を備えたことを特徴とするセンサ。 ２．前記駆動用電極へ供給する前記電気信号を、ＡＣ信号としたことを特徴とす る請求項１記載のセンサ。 ３．前記シャント用電極を一定の電位に保持するようにしたことを特徴とする請 求項１記載のセンサ。 ４．前記シャント用電極を接地電位に保持するようにしたことを特徴とする請求 項１記載のセンサ。 ５．前記複数の電極を実質的に平坦な形状とし、前記シャント用電極の表面積を 前記検出用電極の表面積よりも充分に広くしたことを特徴とする請求項１記載の センサ。 ６．前記複数の電極を電電性材料製の互いに平行な帯状部材として形成したこと を特徴とする請求項１記載のセンサ。 ７．前記複数の電極を導電性有料製の互いに同心的なリンク状部材として形成し たことを特徴とする請求項１記載のセンサ。 ８．前記シャント用電極の幅寸法を、前記検出用電極の幅寸法よりも、また前記 駆動用電極の幅寸法よりも広くしたことを特徴とする請求項６または７記載のセ ンサ。 ９．前記電極対のうちの一方の電極を、２つの別々の、ただし電気的には互いに 接続した導電性構造体として形成し、それら２つの導電性構造体を前記電極対の うちの他方の電極の両側に夫々に配設し、前記シャント用電極を、２つの別々の 、ただし電気的には互いに接続した導電性構造体として形成し、それら２つの導 電性構造体を前記電極対の両側に夫々に配設するようにしたことを特徴とする請 求項１記載のセンサ。 １０．前記電極対のうちの一方の電極を、導電性材料製の第１の帯状部材として 形成し、前記電極対のうちの他方の電極を、互いに電気的に接続した導電性材料 製の第２の帯状部材及び導電性材料製の第３の帯状部材として形成し、それら第 ２の帯状部材と第３の帯状部材とを、前記第１の帯状部材に対して平行にしかも 該第１の帯状部材の両側に夫々に配設し、前記シャント用電極を、互いに電気的 に接続した導電性材料製の第４の帯状部材及び導電性材料製の第５の帯状部材と して形成し、それら第４の帯状部材と第５の帯状部材とを、前記第１の帯状部材 、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材に対して平行に配設し、前記第 ４の帯状部材を前記第２の帯状部材に近接させて配設し、前記第５の帯状部材を 前記第３の帯状部材に近接して配設したことを特徴とする請求項１記載のセンサ 。 １１．前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材を互 いに略々同じ長さにし、前記第１の帯状部材の幅寸法を前記第２の帯状部材及び 前記第３の帯状部材の幅寸法の略々２倍にし、前記第１の帯状部材と前記第２の 帯状部材との間の間隔と、前記第１の帯状部材と前記第３の帯状部材との間の間 隔とを、前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の幅寸法と略々等しくした ことを特徴とする請求項１０記載のセンサ。 １２．前記第４の帯状部材及び前記第５の帯状部材の長さを、前記第１の帯状部 材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材の長さと略々等しくし、前記 第４の帯状部材及び前記第５の帯状部材の幅寸法を、前記第１の帯状部材、前記 第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材の幅寸法よりも広くし、前記第２の帯 状部材と前記第４の帯状部材との間の間隔と、前記第３の帯状部材と前記第５の 帯状部材との間の間隔とを、前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の幅寸 法と略々等しくしたことを特徴とする請求項１１記載のセンサ。 １３．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極の全てに近接 させて配設した接地電位電極を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のセン サ。 １４．前記複数の電極を、接地背面部材を備えた絶縁体製の基板部の上に形成し たことを特徴とする請求項１記載のセンサ。 １５．前記接地背面部材と前記シャント用電極とを電気的に接続したことを特徴 とする請求項１４記載のセンサ。 １６．前記接地背面部材と前記シャント用電極とを導電性材料製の連続した帯状 部材として形成したことを特徴とする請求項１４記載のセンサ。 １７．前記駆動用電極、前記検出量電極、及び前記シャント用電極を、絶縁体製 の層によって被検材料から隔てるようにしたことを特徴とする請求項１記載のセ ンサ。 １８．前記シャント用電極を、被検材料に対して露出させてあることを特徴とす る請求項１記載のセンサ。 １９．前記シャント用電極を多孔質にして被検材料に対して露出させてあり、こ れによって、被検材料が該シャント用電極の中を流動できるようにしたことを特 徴とする請求項１記載のセンサ。 ２０．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、実質的に 平坦な形状として同一平面上に配設したことを特徴とする請求項１記載のセンサ 。 ２１．可撓性を有するようにセンサを形成してあることを特徴とする請求項１記 載のセンサ。 ２２．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、被検材料 がその中を流れる管の、管壁に配設したことを特徴とする請求項１記載のセンサ 。 ２３．前記駆動用電極及び前記検出用電極を、被検材料がその中を流れる導電性 の管の、その内壁から絶縁してその内壁に取り付け、これによって、その導電性 の管が、前記シャント用電極として機能し、また接地面部材としても機能するよ うにしたことを特徴とする請求項１記載のセンサ。 ２４．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、被検材料 をその中に収容している絶縁性構造体の外壁に配設したことを特徴とする請求項 １記載のセンサ。 ２５．前記駆動用電極及び前記検出用電極を第１の面に配設し、前記シャント用 電極を、該第１の面に対して平行な第２の面に配設したことを特徴とする請求項 １記載のセンサ。 ２６．前記第１の面と前記第２の面とを、互いに同心的な円筒面としたことを特 徴とする請求項２５記載のセンサ。 ２７．被検材料の温度を測定するための温度検出手段を更に備えたことを特徴と する請求項１記載のセンサ。 ２８．被検材料の特性を測定するための装置において、被検材料に近接した位置 に配置する駆動用電極と検出用電極とから成る電極対と、 前記駆動用電極に接続した、該駆動用電極に電気信号を供給して電界を発生させ 、この電界が前記検出用電極と待合することによって該検出用電極に電気信号が 発生するようにするための、電気信号発生手段と、前記検出用電極に接続した、 該検出用電極における信号を受信するための、電気信号受信手段と、 前記電極対に近接し、しかも前記被検材料に近接した位置に配置するシャント用 電極であって、前記電界の前記検出用電極への結合に対して、被検材料の特性に 関係した程度に影響を及ぼすような電位に位置させて保持する、シャント用電極 と、 前記駆動用電極と前記検出用電極との間の電界の結合を表わす電気的パラメータ を測定するための測定装置であって、その測定を前記駆動用電極における電気信 号と前記検出用電極における電気信号とに応じて行なうようにした、測定装置と 、 測定したパラメータの値に基づいて、被検材料の特性に関係した１種類ないし複 数種類の量を評価して求めるための、計算処理装置と、を備えたことを特徴とす る装置。 ２９．前記シャント用電極を、前記電極対の前記駆動用電極と前記検出用電極と の外側の位置に配置したことを特徴とする請求項２８記載の装置。 ３０．前記駆動用電極へ供給する前記電気信号を、ＡＣ信号としたことを特徴と する請求項２８記載の装置。 ３１．前記シャント用電極を一定の電位に保持するようにしたことを特徴とする 請求項２８記載の装置。 ３２．前記シャント用電極を接地電位に保持するようにしたことを特徴とする請 求項２８記載の装置。 ３３．前記複数の電極を実質的に平坦な形状とし、前記シャント用電極の表面積 を前記検出用電極の表面積よりも充分に広くしたことを特徴とする請求項２８記 載の装置。 ３４．前記複数の電極を導電性材料製の互いに平行な帯状部材として形成したこ とを特徴とする請求項２８記載の装置。 ３５．前記複数の電極を導電性材料製の互いに同心的なリング状部材として形成 したことを特徴とする請求項２８記載の装置。 ３６′前記シャント用電極の幅寸法を、前記検出用電極の幅寸法よりも、また前 記駆動用電極の幅寸法よりも広くしたことを特徴とする請求項３４または３５記 載の装置。 ３７．前記電極対のうちの一方の電極を、２つの別々の、ただし電気的には互い に接続した導電性構造体として形成し、それら２つの導電性構造体を前記電極対 のうちの他方の電極の両側に夫々に配設し、前記シャント用電極を、２つの別々 の、ただし電気的には互いに接続した導電性構造体として形成し、それら２つの 導電性構造体を前記電極対の両側に夫々に配設するようにしたことを特徴とする 請求項２８記載の装置。 ３８．前記電極対のうちの一方の電極を、導電性材料製の第１の帯状部材として 形成し、前記電極対のうちの他方の電極を、互いに電気的に接続した導電性材料 製の第２の帯状部材及び導電性有料製の第３の帯状部材として形成し、それら第 ２の帯状部材と第３の帯状部材とを、前記第１の帯状部材に対して平行にしかも 該第１の帯状部材の両側に夫々に配設し、前記シャント用電極を、互いに電気的 に接続した導電性材料製の第４の帯状部材及び導電性材料製の第５の帯状部材と して形成し、それら第４の帯状部材と第５の帯状部材とを、前記第１の帯状部材 、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材に対して平行に配設し、前記第 ４の帯状部材を前記第２の帯状部材に近接させて配設し、前記第５の帯状部材を 前記第３の帯状部材に近接して配設したことを特徴とする請求項２８記載の装置 。 ３９．前記第１の帯状部材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材を互 いに略々同じ長さにし，前記第１の帯状部材の幅寸法を前記第２の帯状部材及び 前記第３の帯状部材の幅寸法の略々２倍にし、前記第１の帯状部材と前記第２の 帯状部材との間の間隔と、前記第１の帯状部材と前記第３の帯状部材との間の間 隔とを、前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の幅寸法と略々等しくした ことを特徴とする請求項３８記載の装置。 ４０．前記第４の帯状部材及び前記第５の帯状部材の長さを、前記第１の帯状部 材、前記第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材の長さと略々等しくし、前記 第４の帯状部材及び前記第５の帯状部材の幅寸法を、前記第１の帯状部材、前記 第２の帯状部材、及び前記第３の帯状部材の幅寸法よりも広くし、前記第２の帯 状部材と前記第４の帯状部材との間の間隔と、前記第３の帯状部材と前記第５の 帯状部材との間の間隔とを、前記第２の帯状部材及び前記第３の帯状部材の幅寸 法と略々等しくしたことを特徴とする請求項３９記載の装置。 ４１．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極の全てに近接 させて配設した接地電位電極を更に備えたことを特徴とする請求項２８記載の装 置。 ４２．前記複数の電極を、接地背面部材を備えた絶縁体製の基板部の上に形成し たことを特徴とする請求項２８記載の装置。 ４３．前記接地背面部材と前記シャント用電極とを電気的に接続したことを特徴 とする請求項４２記載の装置。 ４４．前記接地背面部材と前記シャント用電極とを導電性材料製の連続した帯状 部材として形成したことを特徴とする請求項４２記載の装置。 ４５．前記騒動用電極、前記検出量電極、及び前記シャント用電極を、絶縁体製 の層によって被検材料から隔てるようにしたことを特徴とする請求項２８記載の 装置。 ４６．前記シャント用電極を、被検材料に対して露出させてあることを特徴とす る請求項２８記載の装置。 ４７．前記シャント用電極を多孔質にして被検有料に対して露出させてあり、こ れによって、被検材料が該シャント用電極の中を流動できるようにしたことを特 徴とする請求項２８記載の装置。 ４８．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、実質的に 平坦な形状として同一平面上に配設したことを特徴とする請求項２８記載の装置 。 ４９．前記騒動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、可撓性を 有するように形成してあることを特徴とする請求項２８記載の装置。 ５０．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、被検材料 がその中を流れる管の、管壁に配設したことを特徴とする請求項２８記載の装置 。 ５１．前記駆動用電極及び前記検出用電極を、被検材料がその中を流れる導電性 の管の、その内壁から絶縁してその内壁に取り付け、これによって、その導電性 の管が、前記シャント用電極として機能し、また接地面部材としても機能するよ うにしたことを特徴とする請求項２８記載の装置。 ５２．前記駆動用電極、前記検出用電極、及び前記シャント用電極を、被検材料 をその中に収容している絶縁性構造体の外壁に配設したことを特徴とする請求項 ２８記載の装置。 ５３．前記駆動用電極及び前記検出用電極を第１の両に配設し、前記シャント用 電極を、該第１の面に対して平行な第２の面に配設したことを特徴とする請求項 ２８記載の装置。 ５４．前記第１の面と前記第２の面とを、互いに同心的な円筒面としたことを特 徴とする請求項５３記載の装置。 ５５．被検材料の温度を測定するための温度検出手段を更に備えたことを特徴と する請求項２８記載の装置。 ５６．材料の特性を測定するための方法において、駆動用電極と検出用電極とか ら成る電極対を、被検材料に近接した位置に配置するステップと、 前記駆動用電極に電気信号を供給して電界を発生させ、この電界が前記検出用電 極と結合することによって該検出用電極に電気信号が発生するようにするステッ プと、 前記電界の前記検出用電極への結合に対して被検材料の特性に関係した程度に影 響を及ぼすような電位に位置させて保持するシャント用電極を、前記電極対に近 接し、しかも前記被検材料に近接した位置に配置するステップと、前記駆動用電 極と前記検出用電極との間の電界の結合を表わす電気的パラメータを測定し、し かもその測定を、前記駆動用電極における電気信号と前記検出用電極における電 気信号とに応じて行なうようにするステップと、測定したパラメータの値に基づ いて、被検材料の特性に関係した１種類ないし複数種類の量を評価して求めるス テップと、を含んでいることを特徴とする方方法。 ５７．前記電気的パラメータを、前記駆動用電極と前記検出用電極との間で測定 する複素伝達アドミッタンスとしたことを特徴とする請求項５６記載の方法。 ５８．前記電気的パラメータを、前記駆動用電極と前記検出用電極との間で測定 する複素利得としたことを特徴とする請求項５６記載の方法。 ５９．前記複数の電極をＲＬＣ回路の中に組み込むようにし、前記電気的パラメ ータを、共振周波数及びＱファクターとしたことを特徴とする請求項５６記載の 方法。 ６０．前記少なくとも１種類の量に、被検材料の誘電率を含めていることを特徴 とする請求項５６記載の方法。 ６１．前記少なくとも１種類の量に、被検材料の導電損失ないし誘電損失を含め ていることを特徴とする請求項５６記載の方方法。 ６２．前記少なくとも１種類の量に、被検有料の厚さを含めていることを特徴と する請求項５６記載の方法。 ６３．前記少なくとも１種類の量に、被検材料に対する前記複数の電極の相対的 な位置関係を含めていることを特徴とする請求項５６記載の方法。 ６４．前記少なくとも１種類の量に、被検材料の特性のうちでその被検材料の誘 電率ないし導電損失ないし誘電損失に影響を及ぼす特性を表わす量を含めている ことを特徴とする請求項５６記載の方法。 ６５．前記量が溶媒中の溶質の濃度であることを特徴とする請求項６４記載の方 法。 ６６．前記量が乳化度であることを特徴とする請求項６４記載の方法。 ６７．必要としている測定値に適合した最適の感度が得られるように前記シャン ト用電極の大きさを選定するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項 ５６記載の方方法。 ６８．必要としている測定値に適合した最適の感度が得られるように前記駆動用 電気信号の周波数を選定するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項 ５６記載の方方法。 ６９．電気的パラメータを測定する際に複数通りの周波数で測定することによっ て、複数成分から成る被検材料の特性を定量するようにしたことを特徴とする請 求項５６記載の方法。 ７０．前記少なくとも１種類の量を評価して求める際にパラメータ評価法を用い ることを特徴とする請求項５６記載の方方法。