JPH095372A - 電気伝導率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数の削減及び測定精度の向上が可能な
電気伝導率測定装置の提供を目的とする。 【構成】 電気伝導率測定装置は、基準交流電圧を発生
する基準交流電圧発生回路２と、被測定物に接触し基準
交流電圧が印加される電極１と、電極１からの出力信号
に直流電圧を重畳するバイアス設定回路７と、バイアス
設定回路７からの出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換器５
とを備える。電極１から得られた電気伝導率に対応する
振幅を有する交流信号にバイアス電圧を与えることで、
この信号をＡＤ変換器５で変換可能な電圧範囲に納め
る。電極からの出力信号を直流信号に変換することを要
しないので、整流及び平滑回路が不要となり、更に、電
源が１つの正電源で済むので、回路構成が簡素化され
る。基準交流電圧、バイアス電圧、及び、参照電圧の各
電源を共通にすることにより、測定精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工業用水や水道水、あ
るいは純水や蒸留水等の各種水の純粋度を測定する電気
伝導率測定装置に関し、特に、ＡＤ変換器を用いて電気
伝導率をデシタル信号に変換して出力する形式の電気伝
導率測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、純水や蒸留水等の水の純粋度は、
その水中に溶存するイオン量を測定する方法、即ち、水
の電気伝導率を測定する方法によって計測されている。
水の電気伝導率による純粋度の計測方法は、工業用水の
試験法として日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ０１０１）に記
載されている。

【０００３】工業用水等の水の電気伝導率は、水中に浸
した一対の電極端子に電圧を印加して、電極間を流れる
電流を測定することにより算出する。電極に印加する基
準電圧として直流電圧を用いると、電気分解によるガス
等のために測定誤差が発生するので、一般に、交流電圧
が基準電圧として用いられている。

【０００４】電極間には、正確な振幅を有する基準交流
電圧を印加する必要があり、その電圧源として安定化電
源が使われている。電極間を流れる信号電流は、整流・
平滑回路（整流及び平滑回路）によって直流電圧に変換
された後に、ＡＤ変換器に入力され、その出力がコンピ
ュータに入力されて電気伝導率が得られる。

【０００５】以下、従来の電気伝導率測定装置につい
て、図５の回路ブロック図を参照して説明する。電極１
は、その電極端子１ａ、１ｂが被測定対象物である水中
に浸されており、一方の電極端子１ａが基準交流電圧発
生回路２の出力に接続されている。他方の電極端子１ｂ
は、整流回路３及び平滑回路４を介してＡＤ変換器５の
被測定電圧入力端子に接続されている。

【０００６】また、ＡＤ変換器５の他方の入力端子に
は、直流の正電圧源Ｅ１から参照電圧が印可されてい
る。ＡＤ変換器５は、入力された参照電圧を基準として
被測定電圧を計測してこれをデジタル信号に変換する。
このデジタル信号をコンピュータで読み取ることによ
り、電気伝導率が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気伝導率測定
装置では、整流回路３が演算増幅器Ａ１、整流用のダイ
オードＤ１、Ｄ２、及び、帰還抵抗Ｒ１から構成され、
また平滑回路４が演算増幅器Ａ２、コンデンサＣ２、Ｃ
３、及び、抵抗Ｒ２、Ｒ３からなる低域通過フィルタと
して構成されている。このため、部品点数が多く必要で
あると共に、これらの回路では温度特性を特に安定にす
ることが要求され、品質及び精度が高い部品の使用によ
りコストがかさむという問題がある。また、これらを作
動させるために、正電源Ｅ１及び負電源Ｅ２の２つの電
源が必要である。

【０００８】本発明は、従来の電気伝導率測定装置を改
良して、その部品点数及び電源の数を減らし、これによ
り、製造コストの低減を可能とした電気伝導率測定装置
の提供を目的としている。更に、本発明は、上記目的達
成にあたり、測定精度が高い電気伝導率測定装置提供す
ることをも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するためになされたものであって、基準交流電圧を
発生する基準交流電圧発生回路と、被測定物に接触し前
記基準交流電圧が印加される電極と、該電極からの出力
信号をＡＤ変換するＡＤ変換器とを備えた電気伝導率測
定装置において、前記電極から得られる交流の出力信号
に直流電圧を重畳するバイアス設定回路を設け、前記直
流電圧を重畳した出力信号をＡＤ変換器に入力すること
を特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の好ましい電気伝導率測定
装置の態様では、前記直流電圧が重畳された出力信号
は、例えばソース接地の電界効果型トランジスタを介し
てＡＤ変換器に入力される。この場合、ＡＤ変換器の例
えば１００ＫΩ程度の低い入力インピダンスにおいても
良好なＡＤ変換が可能となる。

【００１１】また、電極に基準電圧を印加する基準交流
電圧発生回路の電源と、ＡＤ変換器の参照電圧のための
電源と、バイアス設定回路の直流電圧とを共通の電圧源
から形成することも好ましい態様である。この場合、Ａ
Ｄ変換器における変換精度の向上が可能である。

【００１２】

【作用】本発明の電気伝導率測定装置は、上述のように
構成されており、電極から得られる交流信号である出力
信号に所定の直流電圧を重畳してＡＤ変換器に入力する
ことにより、電極からの出力信号をＡＤ変換器で変換可
能な信号範囲に納めることができ、出力信号を直流信号
に変換することなくＡＤ変換できる。この場合、整流及
び平滑回路が不要になるばかりか、これらを動作させる
ために正電源及び負電源の２種類の電源が必要であった
従来の電気伝導率測定装置とは異なり、１つの電圧源の
みで動作させることが出来る。

【００１３】また、基準交流電圧発生回路の電圧源を、
上記バイアス設定回路及びＡＤ変換器の参照電圧の電圧
源と共通の電圧源とすると、電圧源に電圧変動が生じた
としても、電極から出力される出力電流及びバイアス直
流電圧を含む被測定電圧を参照電圧と同じ方向に且つ同
じ比率で変動させ、ＡＤ変換器の双方の入力の電圧変動
を互いに相殺させることができ、ＡＤ変換器の出力に誤
差が生じない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例に基づいて、本
発明に係る電気伝導率測定装置について図面を参照して
更に詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例の電気伝導率測
定装置を示す回路図である。同図において、電極１の一
対の電極端子１ａ、１ｂは被測定対象である、容器内の
水に浸されており、電極端子１ａ、１ｂ間に交流電圧が
印加されると、水に溶存するイオン量に応じて電極端子
１ａ、１ｂ間に交流信号電流が流れる。例えば、１μＳ
／cmの電気伝導率の水の測定のときには、水の抵抗Ｒは
Ｒ＝１００ｋΩとなり、電極端子１ａ、１ｂ間に電圧１
Ｖを印加すると、電極端子１ａ、１ｂ間には１０μＡの
信号電流が流れる。電極端子１ａには、基準交流電圧発
生回路２から所定電圧の基準交流電圧が印加され、電極
端子１ｂはコンデンサＣ１を介してバイアス設定回路７
に接続されている。バイアス設定回路７は抵抗Ｒ５とＲ
６の直列回路からなり、抵抗Ｒ５の一端が直流の電圧源
Ｅ３に接続され、抵抗Ｒ６の他端は接地されている。

【００１６】抵抗Ｒ５とＲ６の接続ノードは、ソース接
地回路を形成するｎチャネル電界効果トランジスタ（ｎ
チャネルトランジスタ）Ｑ１のゲートに接続されてお
り、そのドレインが電圧源Ｅ３に接続され、ソースは抵
抗Ｒ７を介して接地されている。ｎチャネルトランジス
タＱ１のソースと抵抗Ｒ７との接続ノードがＡＤ変換器
５の被測定電圧入力端子に接続されている。また、ＡＤ
変換器５の参照電圧入力端子は電圧源Ｅ３に接続され、
ＡＤ変換器５の出力端子はコンピュータ６に接続されて
いる。ＡＤ変換器５からは被測定対象の電気伝導率に応
じたデジタル信号がコンピュータ６に出力される。本実
施例の構成によると、電極の出力を直流信号に変換する
必要がないので、整流及び平滑回路が不要となり、部品
数が低減できる。また、出力の変動要因となる部品数が
削減できるので測定精度を高めることもできる。更に、
電源には正電源のみが必要で負電源を設けなくともよ
い。

【００１７】図２は、本発明の他の実施例を示してい
る。図１の実施例は、ＡＤ変換器５の被測定電圧入力端
子からみた入力インピーダンスが比較的低い場合であ
り、図２の実施例は、ＡＤ変換器５の被測定電圧入力端
子からみた入力インピーダンスが高い場合である。この
ような場合には、インピーダンス変換のための電界効果
トランジスタを必要としない。他の回路構成及び作用は
図１の実施例と同様であるのでその説明は省略する。

【００１８】図３は、本発明の更に別の実施例を示して
いる。同図において、矩形波を出力する基準交流電圧発
生回路２は、交流信号源２ａと、ｐＭＯＳトランジスタ
Ｑ２及びｎＭＯＳトランジスタＱ３からなるＣＭＯＳイ
ンバータ回路とにより構成され、交流信号源２ａが、ｐ
ＭＯＳトランジスタＱ２及びｎＭＯＳトランジスタＱ３
の双方のゲートに接続されている。安定化電源８は、電
圧源Ｅ３に接続された抵抗Ｒ８及びその他端に接続され
た定電圧ダイオードＤ３から構成され、抵抗Ｒ８と定電
圧ダイオードＤ３との接続ノードがｐＭＯＳトランジス
タＱ２のドレインに接続されている。

【００１９】バイアス設定回路７は直列接続された抵抗
Ｒ５及びＲ６で形成され、抵抗Ｒ５の一端が安定化電源
８の出力に接続され、抵抗Ｒ６の他端が接地されてい
る。また、安定化電源８の出力はＡＤ変換器５の参照電
圧入力端子にも接続されている。電極端子１ａはｐＭＯ
ＳトランジスタＱ２とｎＭＯＳトランジスタＱ３の共通
接続されたドレインに接続され、電極端子１ｂはコンデ
ンサＣ１を介して抵抗Ｒ５とＲ６の接続ノードに接続さ
れるとともに、ＡＤ変換器５の被測定電圧入力端子に接
続され、ＡＤ変換器５の出力端子がコンピュータ６に接
続される。

【００２０】本実施例の場合にも、ＡＤ変換器５の入力
インピーダンスが低い場合には、図１の実施例のように
ＡＤ変換器５の入力側に接合型電界効果トランジスタを
用いて、その入力インピーダンスを高い値に変換するこ
とが可能である。これにより、抵抗Ｒ５及びＲ６からな
るバイアス設定回路７の出力をＡＤ変換器５でデジタル
信号に変換することが出来る。本実施例においても、先
の実施例と同様な作用が得られ、且つ、それに加えて、
基準交流電圧、バイアス電圧及び参照電圧の全ての電圧
を１つの電圧源から得ることにより、電圧源の電圧が変
動した場合にも、その電圧変動がＡＤ変換器の双方の入
力で相殺されるので、精度が高い測定が可能となる。

【００２１】次に、各部の信号波形を示す図４を参照し
て、上記各実施例の電気伝導率測定装置の共通の作用に
ついて更に詳細に説明する。Ｓ１は、基準交流電圧発生
回路２の出力である基準交流電圧の波形を示しており、
この電圧はゼロ電位を中心に振動している。Ｓ２は、電
極１からの出力信号波形を示す微小な交流信号であり、
同様にゼロ電位を中心に振動している。出力信号Ｓ２
は、コンデンサＣ１を介してバイアス設定回路７に入力
され、所定電圧（Ｖ３）の直流電圧が重畳される。これ
により波形Ｓ３が得られ、ＡＤ変換器５の被測定入力端
子に印加される。

【００２２】バイアス設定回路７から出力される信号Ｓ
３の直流成分Ｖ３は、バイアス設定回路７の抵抗Ｒ５及
びＲ６の分圧によって設定される。ここで、電圧Ｖ１〜
Ｖ２は、ＡＤ変換器５でデジタル信号に変換可能な電圧
範囲を示している。同図に示すように、交流信号Ｓ２に
重畳される直流成分Ｖ３は、ＡＤ変換器５の変換可能な
電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の略中間電位に設定され、これによ
り、バイアスされた信号Ｓ３はこの電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２
に納まっている。

【００２３】上記のように構成したことにより、ＡＤ変
換器５は、電極から得られた出力信号を直流信号に変換
することなくデジタル信号に変換できる。従来は、ＡＤ
変換器の変換可能な入力電圧範囲に合わせるために、出
力信号を一旦直流信号に変換することを要した。このた
め、整流及び平滑回路が必要となり、電気伝導率測定装
置を高価なものとした。本発明では、バイアス設定回路
により、電極の出力信号をＡＤ変換器の変換可能な電圧
範囲にバイアスすることでＡＤ変換を可能にし、そのバ
イアス設定回路の簡素な構成により、電気伝導率測定装
置の構成を簡素化する。また、この場合、バイアス設定
回路は、正負の２電源を要しなく１つの電源で構成する
ことができるので、更に全体構成が簡素化される。

【００２４】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定
されるものではなく、上記各実施例の構成から種々の修
正及び変更を加えた電気伝導率測定装置も本発明の範囲
に含まれる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極から得られた出力信号に所定の直流電圧を重畳して
ＡＤ変換器に供給することにより、ＡＤ変換器に入力さ
れる被測定電圧信号をＡＤ変換可能な電圧範囲に納める
ことができる。即ち、本発明の電気伝導率測定装置で
は、従来の整流及び平滑回路に代えてバイアス設定回路
を採用することで、簡素な構成のバイアス設定回路によ
り全体の回路構成が簡素になるとともに、従来とは異な
り１つの電源で電気伝導率測定装置を動作させることが
可能となったので、更に回路が簡素化されるという利点
がある。

【００２６】また、基準交流電圧、ＡＤ変換器の参照電
圧、及び、バイアス設定回路の直流電圧を共通の電圧源
から得られるように構成すれば、電圧源の出力に電圧変
動があったとしても、ＡＤ変換器の双方の入力が同じ比
率でその電圧変動の影響を受けることから、互いの電圧
変動の影響が相殺でき、電極からの出力信号をを高精度
にＡＤ変換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気伝導率測定装置の一実施例を
示す回路図である。

【図２】本発明に係る電気伝導率測定装置の他の実施例
を示す回路図である。

【図３】本発明に係る電気伝導率測定装置の更に別の実
施例を示す回路図である。

【図４】本発明に係る電気伝導率測定装置における作用
を示すグラフである。

【図５】従来の電気伝導率測定装置の一例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１ 電極 １ａ、１ｂ 電極端子 ２ 基準交流電圧発生回路 ２ａ 交流信号源 ５ ＡＤ変換器 ６ コンピュータ ７ バイアス設定回路 ８ 安定化電源 Ｑ１ 電界効果トランジスタ Ｑ２ ｐチャネル電界効果トランジスタ Ｑ３ ｎチャネル電界効果トランジスタ Ｒ５〜Ｒ８ 抵抗 Ｃ１ コンデンサ Ｄ３ 定電圧ダイオード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準交流電圧を発生する基準交流電圧発
   生回路と、被測定物に接触し前記基準交流電圧が印加さ
   れる電極と、該電極からの出力信号をＡＤ変換するＡＤ
   変換器とを備えた電気伝導率測定装置において、 前記電極から得られる交流の出力信号に直流電圧を重畳
   するバイアス設定回路を設け、前記直流電圧を重畳した
   出力信号をＡＤ変換器に入力することを特徴とする電気
   伝導率測定装置。
2. 【請求項２】 前記直流電圧が重畳された出力信号を更
   に電界効果型トランジスタを介して前記ＡＤ変換器に入
   力する、請求項１に記載の電気伝導率測定装置。
3. 【請求項３】 前記基準電圧と、ＡＤ変換器の参照電圧
   と、バイアス設定回路の直流電圧とを共通の電圧源から
   形成する、請求項１又は２に記載の電気伝導率測定装
   置。