KR100874779B1 - 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서 - Google Patents

감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감응부가 평편하여 측정수의 유속에 의한 응력에 대하여 영향을 받지 않도록 구조적으로 안정된 상태를 유지하는 동시에 측정감도의 저하를 방지하여 정확한 측정값을 얻을 수 있으며, 유량이 적은 측정환경에서도 측정이 가능하고, 평편한 감응부에 의해 측정수내에 함유된 부유물질의 흡착률을 저하시켜 측정수의 유동에 의한 자동세정 기능을 겸비한 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면이 형성된 몸체로 이루어진 몸체부와, 몸체부의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부에 연장되어 충진공간이 형성된 내부 충진되는 완충용액에 침적되어 케이블에 연결되는 전기적도선이 침적되어 이루어진 측정전극과, 전해액에 침적되어 케이블에 연결되는 기준전극과, 케이블에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서와, 몸체와 측정전극의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부로 구성되어 평판형감응부에 측정수의 유속에 의한 응력의 집중현상 및 부유물의 흡착과 흡착시 세정이 이루어는 효과가 있다.
수소이온농도, 페하, pH, 코닝유리, 측정전극, 기준전극, 평편형감응부

Description

감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서{plane surface measurement hydrogen ion concentration combination sensor}
본 발명은 수소이온농도 측정복합센서에 관한 것으로, 특히 감응부가 평편하여 측정수의 유속에 의한 응력에 대하여 영향을 받지 않도록 구조적으로 안정된 상태를 유지하여 보호캡의 필요성이 제거되는 동시에 측정감도의 저하를 방지하여 정확한 측정값을 얻을 수 있으며, 유량이 적은 측정환경에서도 측정이 가능하고, 평편한 감응부에 의해 측정수내에 함유된 부유물질의 흡착률을 저하시켜 측정수의 유동에 의한 자동세정 기능을 겸비하여 별도의 세정장치가 불필요하게 되어 구조적 간단화와 제작단가를 감소시킨 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서에 관한 것이다.
일반적으로, 수소 이온 농도는 화학에서 수소 이온의 해리농도를 로그의 역수를 취해 나타낸 값으로써 대부분 pH로 나타내는 물질의 산성, 알칼리성의 정도를 나타내는 수치로 수소이온(H+) 활동도의 척도이며 독일에서 유래한 pH(페하)라고 하는 기호로 나타내진다.
이러한, 수소이온농도(pH)값의 단위가 없다고 해서 임의로 크기를 정하는 것 은 아니며, 수소이온의 활동도에 근거하여 값으로써 1909년 S.P.L. Sørensen에 의해 수소이온농도(pH)의 개념이 처음 도입되었으며 산성도(acidity), 염기성도(alkalinity)의 척도로도 사용할 수 있는 것이다.
그리고, 수용액에서의 수소이온 활동도는 물의 해리상수(dissociation constant, Kw= 1.011×10-14(25℃, 1atm- 표준온도압력조건(STP))와 다른 이온과의 상호작용으로 나타내어진다. 이때의 해리상수 때문에 중성의 수용액은 약 pH 7(25℃, 1atm)의 값을 갖게되며, 수소이온농도(pH)가 7보다 낮으면 산성, 7보다 높으면 염기성이라고 한다. 수용액이 아니거나 표준온도압력(STP)조건이 아닌 경우 중성용액의 수소이온농도(pH)는 7이 아닐 경우도 있다. 이때는 용매를 포함한 주변조건에 따른 해리상수 값을 적용하여 수소이온농도(pH)를 결정하게 된다.
아울러, 수소이온농도의 계측은 화학 설비 프로세스라인, 식품 프로세스라인, 폐수처리장 중화설비, 수경재배, 정수 및 양어장, 도금처리설비, 기타 수질관리 관련분야에 적용이 되며 용액 속의 수소이온 농도로 수소지수로서 나타낸다.
또한, 계측에서 수소이온농도는 용액 1ℓ 속에 존재하는 수소이온의 그램이온수를 의미하며, 보통 1ℓ의 용액 속에 있는 수소이온의 그램이온수의 역수(逆數)의 상용로그로 나타내고 있다.
즉, 순수한 물일 경우 1기압 25℃에서 수소이온 H+의 농도가 약 10-7그램이온인 점을 기준으로 해서 pH=log 1/[H+]=7을 중성, pH가 7보다 작을 때 이 용액은 산성이며, 수소이온농도(pH)가 7보다 클 때에는 알칼리성이라고 하고, 물고기가 살고 있는 담수(淡水)의 수소이온농도(pH)는 6.7∼8.6이며, 이러한 수소이온농도(pH)는 폐수처리를 할 경우 중화·응집 등의 화학적 처리를 할 때 중요한 역할을 한다.
더불어, 구체적인 수소이온(水素-, hydrogen ion)의 의미를 알아보면 수소원자가 1개의 핵외전자를 잃고 1가의 양이온이 된 것으로 수소의 원자핵이며, 양성자(프로톤)에 해당하는데, H+로 나타낸다. 수소이온은 보통 단독으로 안정되게 존재하지 않고, 이온화되기 쉬운 수소원자를 가진 물질을 물 등에 녹일 때, 물에 첨가되어 생기는 히드로늄이온 H3O+(H+·H2O)를 말할 때가 많다.
이것은 산에서는 중요한 뜻을 지니며, 수소이온농도로 표시되고, 또한 수소원자는 1개의 전자를 받아들인 이온을 만드는 경우도 있다. 이것은 음이온 즉 H-이므로 수소화이온이라 하여 수소이온과 구별된다.
이러한, 수소이온농도(pH)값을 측정하는 방법으로는 비색측정법, 전위차측정법 등이 있다.
여기서, 비색측정법은 pH지시약을 분석용액에 첨가하여 지시약의 색변화로 수소이온농도(pH)의 변화를 알 수 있으며, 정성분석용의 측정에는 넓은 범위의 pH에 걸쳐 색이 변하는 지시약을 사용하고 정량분석용의 측정에는 좁은 범위의 pH에 걸쳐 색이 급격히 변하는 지시약을 사용한다. 넓은 범위에 걸쳐 여러 개의 평형상태를 가진 지시약(예, 아이오딘(H2I)과 분광학적 방법을 사용하여 용액색깔을 결정하는 pH의존적인 물질의 상대적 양을 알아내는 매우 정밀한 측정이 가능하다. 지시 약은 물질의 pH를 측정하는데 쓰인다. 이때 흔히 쓰이는 것으로는 리트머스 종이(litmus paper), 페놀프탈레인(phenolphthalein), 메틸 오렌지(methyl orange), 브로모티몰 블루(bromothymol blue) 등이 있다.
한편, 전위차측정법은 현재 공업분석으로 쓰이는 수소이온농도의 측정방법으로써 보통 유리전극(Glass Electrodes/측정전극)과 비교전극(Reference Electrodes)으로 된 복합전극막 양쪽에 다른 두 종류의 용액을 넣어 두었을 때 양 용액의 수소이온농도(pH)의 차에 비례한 기전력이 유리전극의 얇은 막 양면에 발생하는 것을 이용한 유리전극에 의한 측정 원리로, 이때 전극은 pH/선택성 전극 (pH 유리전극, 수소 전극, 퀸히드론 전극(quinhydrone electrode) 등과 기준전극을 함께 사용하여 수소이온농도(pH)를 측정한다.
이때, 전위차측정법에 의한 양전극간에 생성되는 기전력의 차를 이용하여 다음과 같은 식으로 정의된다.
Figure 112008002129613-pat00001
(여기서, pHx : 시료의 pH 측정값, pHs : 표준용액의 pH(-log10 [H+]), Ex : 시료에서의 유리전극과 비교전극간의 전위차(mV), Es : 표준액에서의 유리전극과 비교전극간의 전위차(mV), F : 패러데이(Faraday) 정수( 9.649×104 coulomb/mole), R : 기체정수(8.314 joule/oK, mole), T : 절대온도(oK)를 나타낸다.)
이와 같은 종래의 복합전극을 이용한 수소이온농도 센서의 전형적인 일예가 도 1a에 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 복합전극을 이용한 수소이온농도 센서는 상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블(1a)을 보호하는 케이블보호캡(1b)이 결합된 원통형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합되는 몸체(1c)로 이루어진 몸체부(1)와, 몸체부(1)의 몸체(1b) 중앙에 위치되며 측정을 위한 선단이 구형상이나 반구형상인 측정팁(2a)에 연장된 유리전극(2b) 내부에는 완충용액(2c)이 충진되고 완충용액(2c)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(1a)에 연결되는 전기적도선(2d)이 침적되어 이루어진 측정전극(2)과, 몸체(1b)와 측정전극(2)의 사이 공간에 충진되는 전해액(3a)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(1a)에 연결되는 기준전극(3)과, 케이블(1a)에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서(4)와, 몸체(1b)와 측정전극(2)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부(5)로 센서(6)가 구성된다.
상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 측정수에 센서(6)을 침적시킨 후 지시계의 제어를 통해 작동시키게 되면 측정전극(2)에 충진된 완충용액(2c)이 다공성 측정팁(2a)을 통해 측정수로 흘러들게 되는 동시에 전해액(3a) 또한 액락부(5)를 통해 측정수로 흘러들게 된다.
이때, 측정전극(2)의 전기적도선(2d)와 기준전극(3)의 사이에 두 개의 전위가 발생되어 반응식 1을 이용하여 측정수의 수소이온농도를 측정하게 되는 것이다.
그러나, 도 1b의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 측정팁이 구형상이나 반구형상으로 구성되어 있어 측정환경(담수량이 적거나 측정깊이가 얕은)이 열악한 측정현장에서는 측정팁의 전체 높이를 H로 가정했을 경우 침적깊이가 최소 2/H로 침적되어야 정확한 측정이 이루어져 측정환경에 제한적인 제약을 받는 문제점이 있었다.
또한, 도 1b의 (c)(d)(e)에 도시된 바와 같이 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 측정팁이 구형상일 경우 전체적으로 얇은 유리막으로 형성되며, 측정팁과 몸체부의 연결부분이 직경이 작게 형성되어 측정을 위한 측정수의 외부온도와 측정수의 온도차에 의한 깨짐, 유속이 빠른 측정수내에서 압력에 의한 파손, 빠른 속도로 유동하는 측정수의 유속에 의한 파손, 측정수 내에 함유된 고형물질에 충돌하여 쉽게 마모나 크렉이 발생되어 파손되는 문제점이 있었다.
더불어, 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 측정팁이 구 형태로 구성되어 유동하는 측정수에 침적시킬 경우 측정수가 유동하는 후방측의 측정팁부분에 와류현상이 발생되어 구조적으로 응력이 발생되어 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.
아울러, 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 구형상의 측정팁일 경우 측정수가 유동하는 후방측 측정팁부분에 발생되는 와류현상에 의해 측정수에 함유된 함유된 유분 성질을 띄는 부유물, 흡착성이 뛰어난 부유물질 등이 흡착되어 유리전극의 측정 감도를 저하시켜 측정오차가 증가되는 문제점이 있었다.
반면, 도 1b의 (f)에 도시된 바와 같이 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 측정팁이 반구형상일 경우에는 구형상의 측정팁보다는 유리두께가 두꺼워 구조적 강도는 증대되어 응력의 발생에도 파손의 우려가 감소되지만 두께의 증가로 인하여 구형상의 측정팁보다 측정감도가 낮아지는 문제점이 있었다.
이렇게, 상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 구형상의 측정팁을 보호하기 위한 보호캡이나 부수적인 장치가 필요하게 되어 측정면의 감소를 초래하여 측정감도의 저하 및 제작단가가 상승하는 문제점이 부가적으로 발생되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래의 수소이온농도 센서는 구형상이나 반구형상의 측정팁에 부유물과 같은 이물질이 흡착되는 것을 방지하기 위하여 물을 이용한 세정장치, 에어세정장치, 초음파세정장치 등을 별도로 설치함으로써 수소이온농도 센서의 제작단가가 증가로 인하여 판매단가의 상승을 초래하며 구조가 복잡해져 제작공정이 복잡해지는 문제점이 수반된다.
이로 인하여, 측정감도의 감소를 방지하며 유속에 의한 응력의 집중을 방지가능하고 측정면에 오염물질의 흡착이 발생되더라고 유동되는 유속에 의해 쉽게 제거가 이루어져 별도의 세정장치를 구비가 필요치가 않고 보조적으로 응력의 발생을 억제하는 보호캡이 선택적으로 구비되어 제작공정의 간단화와 제작단가를 저하시켜 저렴하게 공급자에게 공급할 수 있는 개선된 복합전극이 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정깊이, 측정수의 양에 제한 받지 않고 측정가능한 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서을 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정수의 유속에 의한 응력발생이 최소화 되어 구조적으로 안정화되어 내구연한이 증대되도록 하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정수에 함유된 오염물질의 흡착능력 및 흡착률이 저하되는 동시에 흡착현상이 발생되더라도 측정수의 유동에 의해 자연적으로 세정기능이 발휘되도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 다른 목적은 감응부의 두께의 범위를 제한하여 구조적으로 안정성이 증대되도록 하는 동시에 측정감도가 저하되지 않도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 몸체부와 측정부를 분리할 수 있는 분리형으로 제작하여 내구연한이 만료되면 측정부만을 교체하여 교체 및 관리의 비용이 절감되도록 하는 데 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 인체에 유/무해 판단에 따른 기준에 의한 측정환경에 따라 몸체의 재질을 다르게 하여 위생적으로 안전한 센서를 제공하는 데 있 다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 온도센서의 재질 및 설치상태를 삽입형이나 노출형으로 구성하여 온도측정범위 및 측정환경에 따라 선택적으로 적용할 수 있어 사용상의 범용성이 증대되도록 하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 오염물질이 다량 함유된 측정수를 측정할 경우에는 감응부를 직접적으로 보호할 수 있는 보호캡을 일체형이나 분리형으로 설치하여 선택적으로 사용가능하도록 하며 관리가 용이하도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 측정수의 수소이온농도를 측정하는 복합전극에 있어서,
상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블을 보호하는 케이블보호캡이 결합된 원통형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면이 형성된 몸체로 이루어진 몸체부와, 몸체부의 몸체 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부에 연장된 유리전극의 내부에는 완충용액이 충진되고 완충용액에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 전기적도선이 침적되어 이루어진 측정전극과, 몸체와 측정전극의 사이 공간에 충진되는 전해액에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 기준전극과, 케이블에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서와, 몸체와 측정전극의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예는 측정수의 수소이온농도를 측정가능한 복합전극에 있어서, 상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블을 보호하는 케이블보호캡이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면이 형성되고, 하부 끝단면에는 측정전극단자, 기준전극단자, 한 쌍의 온도센서단자가 돌출된 몸체로 이루어진 몸체부와;
측정전극단자, 기준전극단자, 한 쌍의 온도센서단자가 삽입되도록 상부 끝단에 측정전극단자홈, 기준전극단자홈, 한 쌍의 온도센서단자홈이 형성된 측정몸체, 측정몸체의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부에 연장된 유리전극의 내부에는 완충용액이 충진되고 완충용액에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 전기적도선이 침적되어 이루어진 측정전극, 측정몸체와 측정전극의 사이 공간에 충진되는 전해액에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 기준전극, 온도센서단자홈에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서, 측정몸체와 측정전극의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부로 이루어진 측정부와;
몸체부의 몸체와 측정부를 결합하는 커넥터로 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예로써는 상기 몸체부는 상부 끝단에 지시계에 연결되는 케이블을 보호하는 케이블보호캡이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면이 형성되고, 케이블에 연결된 온도센서가 설치되며, 끝단에는 내부에 측정전극단자홈, 기준전극단자홈이 형성된 결합홀로 이루어진 몸체가 형성되고,
상기 측정부는 결합홀에 결합되어 측정전극단자, 기준전극단자홈에 결합되도록 상부 끝단에 측정전극단자, 기준전극단자가 형성된 측정몸체, 측정몸체의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부에 연장된 유리전극의 내부에는 완충용액이 충진되고 완충용액에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 전기적도선이 침적되어 이루어진 측정전극, 측정몸체와 측정전극의 사이 공간에 충진되는 전해액에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블에 연결되는 기준전극, 측정몸체와 측정전극의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 평판형감응부는 두께가 0.01 ~ 0.1mm로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 온도센서는 백금, 써미스터 중 하나로 형성되며, 전해액이나 몸체의 내부에 위치되는 삽입형, 외부로 노출되는 노출형 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 몸체부의 몸체(14,116,218) 및 측정몸체는 스테인리스, 플라스틱재질 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 몸체부의 몸체 및 측정몸체의 끝단에는 측정수의 유입이 가능하며 평판형감응부를 보호하는 보호캡이 일체형, 분리형 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서를 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정깊이, 측정수의 양에 제한받지 않고 측정가능한 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서을 제공하는 효과가 있다.
그리고, 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정수의 유속에 의한 응력발생이 최소화 되어 구조적으로 안정화되어 내구연한이 증대되도록 하는 효과가 있다.
아울러, 측정을 담당하는 감응부가 평편한 형상으로 제작되어 측정수에 함유된 오염물질의 흡착능력 및 흡착률이 저하되는 동시에 흡착현상이 발생되더라도 측정수의 유동에 의해 자연적으로 세정기능이 발휘되도록 하는 효과가 있다.
더불어, 감응부의 두께 범위를 제한하여 구조적으로 안정성이 증대되도록 하는 동시에 측정감도가 저하되지 않도록 하는 효과가 있다.
또한, 몸체부와 측정부를 분리할 수 있는 분리형으로 제작하여 내구연한이 만료되면 측정부만을 교체하여 교체 및 관리의 비용이 절감되도록 하는 효과가 있다.
한편, 인체에 유/무해에 기준에 의한 측정환경에 따라 몸체의 재질을 다르게 하여 위생적으로 안전한 센서를 제공하는 효과가 있다.
그리고, 온도센서의 재질 및 설치상태를 삽입형이나 노출형으로 구성하여 온도측정범위 및 측정환경에 따라 선택적으로 적용할 수 있어 사용상의 범용성이 증대되도록 하는 효과가 있다.
아울러, 오염물질이 다량 함유된 측정수를 측정할 경우에는 감응부를 직접적으로 보호할 수 있는 보호캡을 일체형이나 분리형으로 설치하여 선택적으로 사용가능하도록 하며 관리가 용이하도록 하는 효과가 있다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2, 도 7, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서는 측정복합센서(100)와 다른 실시 예로서의 측정복합센서(200,300)로 구성된다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 측정복합센서(100)를 살펴보면 몸체 부(10), 측정전극(20), 기준전극(30), 온도센서(40), 액락부(50)로 구성된다.
몸체부(10)는 상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블(11)을 보호하는 케이블보호캡(12)이 결합된 원통형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 지지력의 발생을 위한 체결면(13)이 형성된 몸체(14)로 이루어진다.
측정전극(20)은 몸체부(10)의 몸체(14) 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(21)에 연장된 유리전극(21a)의 내부에는 완충용액(22)이 충진되고 완충용액(22)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(11)에 연결되는 전기적도선(23)이 침적되어 이루어진다.
기준전극(30)은 몸체(14)와 측정전극(20)의 사이 공간에 충진되는 전해액(31)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(11)에 연결되도록 구성된다.
온도센서(40)는 케이블(11)에 연결되며 온도를 측정하도록 구성된 것이다.
액락부(50)는 몸체(14)와 측정전극(20)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질로 이루어진다.
도 7 내지 도 10와 도 11 내지 도 14b 에 도시된 바와 같이, 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서는 측정복합센서(200)와 측정복합센서(300)으로 구분된다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 측정복합센서(200)를 살펴보면 몸체부(110), 측정부(120), 커넥터(130)로 이루어진다.
몸체부(110)는 상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블(111)을 보호하는 케이블보호캡(112)이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 지지력의 발생을 위한 체결면(113)이 형성되고, 하부 끝단면에는 측정전극단자(114), 기준전극단자(115), 한 쌍의 온도센서단자(116)가 돌출된 몸체(117)로 이루어진다.
또한, 몸체부(110)의 몸체(117)의 하부 끝단부에는 커넥터(130)가 체결되어 지지되는 지지단(117a)이 외주면을 따라 일체로 형성되어 외측으로 돌출되도록 형성된다.
그리고 측정부(120)는 측정몸체(121), 측정전극(122), 기준전극(123), 온도센서(124), 액락부(125)로 구성된다.
측정몸체(121)는 몸체부(110)의 측정전극단자(114), 기준전극단자(115), 한 쌍의 온도센서단자(116)가 삽입,접지되도록 상부 끝단에 측정전극단자홈(121a), 기준전극단자홈(121b), 한 쌍의 온도센서단자홈(121c)이 형성된다.
측정전극(122)은 측정몸체(121)의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(122a)에 연장된 유리전극(122a')의 내부에는 완충용액(122b)이 충진되고 완충용액(122b)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(111)에 연결되는 전기적도선(122c)이 침적되어 이루어진다.
기준전극(123)은 측정몸체(121)와 측정전극(122)의 사이 공간에 충진되는 전해액(123a)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 내부도선이 이루어져 케이블(111)에 연결되 도록 이루어진다.
온도센서(124)는 온도센서단자홈(121c)에 연결되며 측정수의 온도를 측정하도록 구성된다.
액락부(125)는 측정몸체(121)와 측정전극(122)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 이루어진다.
커넥터(130)는 몸체부(110)의 몸체(117)가 삽입,관통될 수 있도록 중앙이 관통되어 종단면의 형상이 '∩'형상으로 제작된 것으로, 측정부(120)의 측정전극단자홈(121a), 기준전극단자홈(121b), 한 쌍의 온도센서단자홈(121c)에 몸체(100)의 측정전극단자(114), 기준전극단자(115), 한 쌍의 온도센서단자(116)가 삽입되도록 결합한 후 측정부(120)가 몸체부(110)에 견고하게 결합되도록 측정부(120)와 나선결합되는 것이다.
도 11 내지 도 14b 에 도시된 바와 같이, 측정복합센서(300)를 살펴보면 몸체부(210), 측정부(220)로 이루어진다.
몸체부(210)는 상부 끝단에 지시계에 연결되는 케이블(211)을 보호하는 케이블보호캡(212)이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면(213)이 형성되고, 케이블(211)에 연결되는 온도센서(214)가 설치되며, 끝단에는 내부에 측정전극단자홈(215), 기준전극단자홈(216)이 형성된 결합홀(217)로 이루어진다.
측정부(220)는 측정몸체(221), 측정전극(222), 기준전극(223), 액락부(224)로 구성된다.
측정몸체(221)는 결합홀(217)에 결합되어 측정전극단자홈(215), 기준전극단자홈(216)에 결합되도록 상부 끝단에 측정전극단자(221a), 기준전극단자(221b)가 형성된다.
측정전극(222)은 측정몸체(221)의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(222a)에 연장된 유리전극(222a')의 내부에는 완충용액(222b)이 충진되고 완충용액(222b)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(211)에 연결되는 전기적도선(222c)이 침적되어 이루어진다.
기준전극(223)은 측정몸체(221)와 측정전극(222)의 사이 공간에 충진되는 전해액(223a)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(211)에 연결된다.
액락부(224)는 측정몸체(221)와 측정전극(222)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질로 이루어진다.
상기와 같은 케이블(11,111,211)은 모두 4개의 전선으로 구분되어 전선의 끝단에는 지시계에 연결되는 접점단자가 일체로 구성되어 있으며, 4개의 전선 중 하나는 전기적도선(23,122c,222c)에 연결되는 글라스단자선(G), 다른 하나는 기준전극(30,123,223)과 연결되는 레퍼런스단자선(R), 나머지 두 개는 온도센서(40,124,214)의 '+'극과 '-'극에 연결되는 양극온도단자선(T+)와 음극온도단자선(T-)으로 이루어진다.
상기와 같이, 체결면(13,113,213)은 센서홀더에 측정복합센서(100,200,300) 을 결합할 때 렌치와 같은 결합공구를 이용하여 회전시켜 결합할 때 렌치와 지지력이 발생되도록 하기 위해 구성된 것이다.
상기와 같이, 완충용액(22,122b,222b)은 염화수소(HCL)의 성분이며 및 전해액(31,123a,223a)은 염화칼륨(KCl)과 Hg2Cl2으로 제조된 것이다.
상기와 같이, 액락부(50,124,224)는 다공질로 형성되어 전해액(31,123a,223a)을 측정을 하지 않을 경우에는 밀봉의 역할을 하지만 측정수의 수소이온농도를 측정할 때는 전해액(31,123a,223a)이 유출되어 기전력이 발생되는 역할을 한다.
상기와 같이, 측정전극(20,122,222)을 형성하는 코닝유리 재질은 완충용액(22,122b,222b)이 누출될 수 있는 다공성 재질로 형성된 것이다.
여기서, 코닝유리는 측정시 구조적 강도가 안정적인 상태가 되도록 산화나트륨, 산화칼슘, 이산화규소 등을 혼합하여 제조된 것으로 이들의 성분조성비는 여러 번의 제조 및 실험에 의해 얻어진 결과값이다.
더욱 자세하게 설명하자면, 측정전극(20,122,222)은 수소이온농도의 측정에 있어서 매우 예민한 부분으로 코닝유리는 일반적으로 투명하며 서로 가깝게 눌려진 작은 입자들로 구성된다. 완충용액(22,122b,222b)은 이들 입자들 사이를　통해 새어 나온다. 표면을 통한 유출속도는 매우 다양하며 충진용액의 순수한 외부흐름을 액락(flowing junction)이라 한며, 완충용액(22,122b,222b)의 형태에 따라 여러 가지 종류가 있으며 흐름과 세척에 따라 각기 따로 쓰인다.
상기와 같이, 평판형감응부(21,122a,222a)는 두께가 0.01 ~ 0.1mm로 구성되어 응력에 대한 내구성 증가와 측정감도가 저하되는 것을 방지되도록 구성된 것이다.
그리고, 측정감도는 평판형감응부(21,122a,222a)의 두께에 따라 영향을 받는데 두께가 얇을수록 측정감도가 증가되지만 구조적 강도는 저하되며 측정값이 정확하고, 두께가 두꺼울수록 구조적 강도는 증가되나 측정감도가 저하되어 측정값이 정확하지 않게 된다.
이로써, 본 발명에서 평판형감응부(21,122a,222a)의 두께 범위를 한정하는 이유는 빠른 유속으로 유동하는 측정수의 수소이온농도를 측정시 응력의 집중에도 파손되지 않는 구조적 강도를 보강과 함께 측정감도가 저하되지 않게 되어 정확한 측정값을 얻을 수 있는 실험을 통해 얻어진 결과값에 따른 것이다.
상기와 같이, 온도센서(40,124,214)는 백금, 써미스터 중 하나로 형성될 수 있는데, 백금의 온도측정범위를 예로 들면 100Ω, 1000Ω 등의 범위로 측정이 가능한 반면, 써미스터는 1~수십kΩ까지의 범위로 측정가능한 것으로 이러한, 백금 및 써미스터를 선택하는 온도센서(40,124,214)는 측정환경이나 측정수의 측정온도범위에 따라 다르게 적용하여 사용되도록 구성 가능 할 것이다.
아울러, 온도센서(40,124,214)는 전해액(31,123)이나 몸체(218)의 내부에 위치되는 삽입형, 전해액(31,123)이나 몸체(218)의 외부로 노출되는 노출형 중 하나로 구성가능하며 '+'극과 '-'극으로 구분되어 이루어진다.
이때, 온도센서(40,124,214)가 내부에 삽입되는 삽입형으로 설치될 경우 온 도센서의 직접적인 보호 및 오염물질에 대한 오염현상이 발생되지 않으며, 외부로 노출되는 노출형으로 설치될 경우에는 측정수의 온도나 외부의 온도의 감지효율이 증대되어 민감한 온도변화를 정확하게 산출할 수 있는 장점이 있는 것으로 측정환경에 따라 선택적으로 채택하여 구성가능할 것이다.
이와 같은 온도센서(40,124,214)는 수소이온농도를 측정시 측정값이 온도에 민감함으로 온도보상 기능이 지시계에 포함되어 수동으로나 자동으로 각각 온도보상을 해야 한다. 만약, 수동보상일 경우에는 온도보상을 분리해서 해야 하며,　지시계에서 적당한 온도를 수동으로 입력해야하는 반면,　자동보상일 경우에는 분리된 온도센서(40,124,214)로부터 신호가　　지시계로 들어가서,　그 온도에서 시료의 정확한 수소이온농도 값을　측정하게 된다.
이러한, 측정복합센서(100,200,300)는 온도에 민감하며, 지시계에서 보상되어야 한다.　지시계의 회로는 전극반응을 일반적으로 수학적으로　기술한 nernst 방정식을 이용한 것이다. 이 방정식에 따라 25℃ 에서 59.16 mV　의 전위를 얻는다. 한 용액에서 온도의 변화는 nernst 방정식과 관련해서 측정전극(20,122,222)의 mV 출력을 변하게 한다.
(여기서, nernst 방정식이란 어떤 특정한 환경에서의 Cell의 Potential 전위값 E 는 그 전극의 표준준위값인 standard potential 값과 그 환경에서 반응에 참여한 금속의 Activity 와 비례한다는 것으로 nernst 방정식을 사용하는 것은 전지의 전위를 측정할 수 있는 것을 말한다.)
즉, 온도보상의미는 측정시료의 온도가 자동으로 기준온도로 변환되는 것이 아니라 측정시료의 정확한 온도값의 수소이온농도가 표시되는 것이다.
상기와 같이, 몸체부(10,110,210)의 몸체(14,117,218) 및 측정몸체(121,221)는 스테인리스, 플라스틱재질 중 하나로 구성될 수 있다.
즉, 측정복합센서(100,200,300)는 여러 측정환경에서 수소이온농도를 측정하게 되는데 스테인리스로 제작할 경우에는 음용수나 수영장과 같이 인간이 직접적으로 흡수하거나 피부 등에 접촉될 때 인체에 무해한 측정환경을 조성하기 위해 구성되는 것이며, 플라스틱 재질로 제작될 경우에는 인간에 영향을 주는 유해환경과 무관한 측정환경에 사용되도록 구성되는 것이다.
상기와 같이, 상기 몸체부(10)의 몸체(14) 및 측정몸체(121,221)의 끝단에는 측정수의 유입이 가능하며 평판형감응부(21,122a,222a)를 보호하는 보호캡(60,140,225)이 형성된다.
이러한, 보호캡(60)은 몸체(14)와, 측정몸체(121,221)와 보호캡(140,225)은 제작당시에 일체형으로 제작이 가능하며, 분리가 되는 구조로 이루어지는 분리형으로도 구성이 가능하다.
그러나, 본 발명에서는 보호캡(60,140,225)을 분리형으로 채택하여 구성함으로써 평판형감응부(21,122a,222a)에 부유물질 같은 오염물질이 흡착되더라도 청소가 용이하도록 구성된 것이다.
그리고, 측정복합전극(100,200,300)의 정확한 측정을 위한 관리방법으로는 10% 칼륨화합물(potassium chloride)와 90% 증류수나　이온　용액에 전극이 5cm이상 잠기도록 한 후 20분 동안 세워놓는 전극 담그기방법과, 완충용 액(22,122b,222b)을 비운 후 진한 암모니아에 전극 끝을 담그는 암모니아에 의한 처리방법과, 펩신에 2시간 가량 담궈놓는 펩신용액에 담그기 방법 등이 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 측정복합센서(100,200,300)의 측정방법을 살펴보면, 센서홀더에 고정한 후 측정수에 침적하여 측정하는 침적형 방식, 배관 같은 관을 따라 흐르는 측정수의 측정을 위해 관에 설치하여 측정하는 유통형 방식, 저장탱크와 같은 곳에 저장되어진 측정수를 측정하는 삽입형 방식으로 구분될 수 있다.
그리고, 본 발명에서 센서홀더는 침적형 방식, 유통형 방식, 삽입형 방식에 따라 형상과 설치방법이 각기 다르며, 측정복합센서(100,200,300) 중 측정복합센서(100)를 이용하여 대표적으로 측정 예를 설명하기로 한다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 침적형 방식을 이용하여 측정복합센서(100,200,300)로 측정수의 수소이온농도를 측정하게 되는 경우에는 측정수의 양이 적거나 침적할 깊이가 얕은 경우에도 평면형으로 형성된 평면형감응부(21,122a,222a)의 하단 끝면에 측정수가 접촉되면 측정이 가능하다.
즉, 구형상이나 반구형상의 측정팁을 갖는 기존의 복합센서는 측정팁이 완전히 측정수에 침적되어야 정확한 측정값을 얻을 수 있는 반면, 본 발명의 측정복합센서(100,200,300)는 측정면이 편평한 이점으로 측정수의 양이나 측정을 위한 침적깊이에 영향을 받지 않는 상태로 수소이온농도를 측정가능한 이점이 있는 것이다.
도 15b에 도시된 바와 같이, 유통형 방식을 이용하여 측정복합센 서(100,200,300)로 측정수의 수소이온농도를 측정하게 되는 경우에는 배관을 절단한 후 절단된 부분에 플랜지 이음이 가능한 'T'형상의 T형배관을 연결하고, T형배관에 측정복합센서(100,200,300)을 설치하여 배관을 따라 흐르는 측정수의 수소이온농도를 측정하게 된다.
이때, 배관을 따라 흐르는 측정수는 대부분 빠른 속도로 유동하는 상태여서 측정복합센서(100,200,300)의 몸체부(10) 및 측정몸체(121,221)에는 유동되는 측정수에 의한 와류현상이 발생하게 되나 평면형감응부(21,122a,222a)에는 와류현상이 발생되지 않게 된다.
도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 기존의 구형상이나 반구형상의 측정팁을 갖는 복합센서는 측정수의 유동 속도가 빠를 경우 와류현상이 측정팁전체에 대하여 발생되어 큰 응력이 발생되는 반면, 본 발명의 측정복합센서(100,200,300)는 측정을 담당하는 측정면이 평면형으로 형성된 평면형감응부(21,122a,222a)로 형성되어 평면형감응부(21,122a,222a)에는 와류현상이 발생되지 않는 한편 응력 또한 발생되지 않게 된다.
이러한, 평면형감응부(21,122a,222a)는 와류에 의한 저항, 응력이 발생되지 않게되어 구조적으로 안정된 상태를 이루며 측정가능한 이점이 있다.
또한, 측정수에 함유된 고형물, 부유물질, 돌조각, 모래와 같은 오염물질이 빠른 속도로 측정수를 따라 유동하게 되는데 측정복합센서(100,200,300)는 측정면이 평면상태인 평면형감응부(21,122a,222a)로 형성되어 직접적인 접촉을 최소화할 수 있어 오염물질에 의해 긁힘, 크렉발생, 깨짐 등의 현상을 근본적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 측정수에 함유된 측정수에 함유된 고형물, 부유물질, 유기성분을 갖는 부유물질과 같은 오염물질이 평면형감응부(21,122a,222a)에 흡착되더라도 평편형상의 평면형감응부(21,122a,222a)의 표면을 접촉하며 유동되는 측정수에 의해 흡착되어진 오염물질이 자연적으로 제거되는 세정현상을 유도할 수 있어 별도의 세정장치가 필요하지 않게 되어 제작비용의 절감 및 구조의 간단화로 관리가 용이한 이점이 있다.
그리고, 측정수에 오염물질이 다량으로 함유되어 있거나 유속이 과도하게 빠른 경우 보호캡(60,140,225)을 이용하여 평면형감응부(21,122a,222a)를 직접적으로 보호할 수 있으며, 분리형으로 제작되어 필요에 따라 선택적으로 사용/비사용이 가능하고 특히 청소와 같은 관리작업시 분리하여 평면형감응부(21,122a,222a)를 세정 및 세척이 용이한 장점이 있다.
도 15c에 도시된 바와 같이, 유통형 방식을 이용하여 측정복합센서(100,200,300)로 측정수의 수소이온농도를 측정하게 되는 경우에는 저장탱크와 같은 저장용기에 저장되거나 유속이 느린 상태로 유입, 배출되는 측정수를 측정하는 것으로, 저장탱크와 같은 저장용기의 측면에 홀을 형성한 다음 센서홀더를 저장탱크의 측면과 45°의 각도를 이루도록 결합한 후 센서홀더에 측정복합센서(100,200,300)를 삽입, 결합하여 측정하게 된다.
그리고, 몸체부(10,110,210)의 몸체(14,116,218) 및 측정몸체(121,221)는 녹의 발생이나 산이나 알카리 성질을 갖는 측정수에 대하여 반응성을 띄지 않는 스테 인리스로 제작하여 사람이 직접적으로 음용하거나 피부에 접촉되는 측정수를 측정할 경우 인체에 무해하도록 하여 위생적으로 안전한 상태로 측정이 이루어지는 친환경적인 이점이 있다.
한편, 온도센서(40,124,214)는 측정환경 및 온도측정범위에 따라 백금이나 써미스터를 이용하여 제작하여 제품의 호환성을 증대시켰으며, 삽입형이나 노출형으로 제작할 수 있어 삽입형일 경우에는 측정수에 오염물질이 많은 경우에 사용하여 보호기능 및 오염물질이 침착되어 온도의 측정값이 영향을 받는 것을 방지하는기능이 있으며, 노출형일 경우에는 오염물질이 다소 적은 측정수에서 온도의 감지능력을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 것으로 측정효율의 증대와 측정환경에 제약을 적게 받도록 하는 실용성, 범용성이 증대되는 장점이 있다.
아울러, 측정복합센서(100)는 일체형 구조로 측정에 사용되는 것이며, 측정복합센서(200,300)는 측정부(120,220)만을 교체, 개별관리가 가능하여 교체비용 및 관리비용이 절감되는 이점이 있다.
이러한, 측정수의 수소이온농도 측정방법은 수소이온농도(pH)를 측정할 때 측정복합센서(100,200,300)의 안에서는 여러 가지 전위가 존재한다.
이후, 다음과 같은 반응식 1을 이용하여 수소이온농도를 산출하게 된다.
Figure 112008002129613-pat00002
(여기서, pHx : 시료의 pH 측정값, pHs : 표준용액의 pH(-log10 [H+]), Ex : 시료에서의 유리전극과 비교전극간의 전위차(mV), Es : 표준액에서의 유리전극과 비교전극간의 전위차(mV), F : 패러데이(Faraday) 정수(9.649×104 coulomb/mole), R : 기체정수(8.314 joule/oK, mole), T : 절대온도(oK)를 나타낸다.)
즉, 간단히 설명하자면 전해액(31,123a,223a)이 액락부(50,125,224)를 통해 흘러나와 전기적도선(23,122c,222c)의 Ag와 반응을 하면 Ag와 AgCl의 평형이 이루어지고 동시에 측정전극(20,122,222)의 1M HCl 용액이 측정하기 위해 접촉된 측정수를 만나 농도가 묽게 변하게 되는 산화반응이 발생되며, 이와 반대로 환원반응은 포화로 되어있던 Hg2Cl2가 전기적도선(23,122c,222c)의 전자를 받아 Hg로 환원되면서 Cl-를 재 방출하게 된다.
이로 인하여. 전기가 통하고 흐르는 전류는 산화 전극의 두 번째 반응인 HO+이온 농도의 차이에 의존한다. 이로써 묽어진 농도를 계산할 수 있게 되고 따라서 수소이온농도(pH)를 알 수 있게 되는 것으로, 여기서 전위차는 흘러나온 전해액(31,123a,223a)에 의해 발생하는 산화 반응과 동시에 이루어지는 H3O+이온의 묽어지는 것에 의해 발생한다고 할 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
예컨대, 본 발명의 실시 예에서는 몸체(14)와 측정몸체(121,221)는 피측정용용액(31,123a,223a)을 충진할 수 없는 일체형 구조로 국한된 듯이 보이나, 이러한 몸체(14)와 측정몸체(121,221)에 외부와 내부를 연통하는 홀을 형성한 후 마개로 개폐가 가능하도록 하여 전해액(31,123a,223a)이 소모되었을 때 재 충진 할 수 있는 구조로 전환 가능한 것으로서, 도면은 다만 일 실시 예일 뿐으로 나타낸 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1a는 종래의 수소이온농도를 측정하는 복합센서 단면도,
도 1b는 종래의 복합센서의 구형,반구형의 측정팁에 와류 및 오염물질의 흡착현상을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 수소이온농도 측정복합센서의 일 실시 예에 따른 사시도,
도 3은 도 2의 측면도,
도 4는 도 2의 평편형감응부를 나타낸 저면도,
도 5는 도 2에 분리형 보호캡 및 온도센서의 삽입구조를 나타낸 상태의 종단면도,
도 6은 도 2에 일체형 보호캡 및 온도센서의 노출구조를 나타낸 상태의 부분확대단면도,
도 7은 본 발명에 따른 수소이온농도 측정복합센서의 다른 실시 예에 따른 분해사시도,
도 8은 도 7의 결합사시도,
도 9는 도 8에 분리형 보호캡 및 온도센서의 삽입구조를 나타낸 상태의 종단면도,
도 10은 도 8에 일체형 보호캡 및 온도센서의 노출구조를 나타낸 상태의 부분확대단면도,
도 11은 본 발명에 따른 수소이온농도 측정복합센서의 또 다른 실시 예에 따 른 분해사시도,
도 12는 도 11의 결합사시도,
도 13은 도 11에 분리형 보호캡 및 온도센서의 삽입구조를 나타낸 상태의 종단면도,
도 14a는 도 11에 온도센서의 노출구조를 나타낸 상태의 부분확대도,
도 14b는 도 11에 일체형 보호캡의 구조를 나타낸 상태의 부분확대도,
도 15a 내지 도 15c는 측정복합센서의 침적형, 유통형, 삽입형 방식으로 측정하는 상태를 나타낸 측정상태도,
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 평판형감응부에 응력 및 오염물질이 작용되지 않는 개략적인 상태도,
도 17은 수소이온농도 측정시 전위차의 개념을 나타낸 개념도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 몸체부 11 : 케이블
12 : 케이블보호캡 13 : 체결면
14 : 몸체 20 : 측정전극
21 : 평판형감응부 22 : 완충용액
23 : 전기적도선 30 : 기준전극
31 : 전해액 40 : 온도센서
50 : 액락부 60,140,225 : 보호캡
110 : 몸체부 210 : 몸체부
111 : 케이블 112 : 케이블보호캡
113 : 체결면 114 : 측정전극단자
115 : 기준전극단자 116 : 온도센서단자
117 : 몸체 121 : 측정몸체
120, 220 : 측정부 121a : 측정전극단자홈
121b : 기준전극단자홈 121c : 온도센서단자홈
122 : 측정전극 122a : 평판형감응부
122a' : 유리전극 122b : 완충용액
122c : 전기적도선 123 : 기준전극
123a : 전해액 124 : 온도센서
125 : 액락부 130 : 커넥터
211 : 케이블 212 : 케이블보호캡
213 : 체결면 214 : 온도센서
215 : 측정전극단자홈 216 : 기준전극단자홈
217 : 결합홀 218 : 몸체
221 : 측정몸체 221a : 측정전극단자
222 : 측정전극 222a : 평판형감응부
222a' : 유리전극 222b : 완충용액
222c : 전기적도선 223 : 기준전극
223a : 전해액 224 : 액락부
100,200,300 : 측정복합전극

Claims (7)

  1. 측정수의 수소이온농도를 측정하는 복합전극에 있어서,
    상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블(11)을 보호하는 케이블보호캡(12)이 결합된 원통형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면(13)이 형성된 몸체(14)로 이루어진 몸체부(10)와,
    몸체부(10)의 몸체(14) 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(21)에 연장된 유리전극(21a)의 내부에는 완충용액(22)이 충진되고 완충용액(22)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(11)에 연결되는 전기적도선(23)이 침적되어 이루어진 측정전극(20)과,
    몸체(14)와 측정전극(20)의 사이 공간에 충진되는 전해액(31)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(11)에 연결되는 기준전극(30)과,
    케이블(11)에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서(40)와,
    몸체(14)와 측정전극(20)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  2. 측정수의 수소이온농도를 측정가능한 복합전극에 있어서,
    상부 끝단에는 지시계에 연결되는 케이블(111)을 보호하는 케이블보호캡(112)이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면(113)이 형성되고, 하부 끝단면에는 측정전극단자(114), 기준전극단자(115), 한 쌍의 온도센서단자(116)가 돌출된 몸체(117)로 이루어진 몸체부(110,210)와;
    측정전극단자(114), 기준전극단자(115), 한 쌍의 온도센서단자(116)가 삽입되도록 상부 끝단에 측정전극단자홈(121a), 기준전극단자홈(121b), 한 쌍의 온도센서단자홈(121c)이 형성된 측정몸체(121), 측정몸체(121)의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(122a)에 연장된 유리전극(122a')의 내부에는 완충용액(122b)이 충진되고 완충용액(122b)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(111)에 연결되는 전기적도선(122c)이 침적되어 이루어진 측정전극(122), 측정몸체(121)와 측정전극(122)의 사이 공간에 충진되는 전해액(123a)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(111)에 연결되는 기준전극(123), 온도센서단자홈(121c)에 연결되며 온도를 측정하는 온도센서(124), 측정몸체(121)와 측정전극(122)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부(125)로 이루어진 측정부(120,220)와;
    몸체부(110)의 몸체(117)와 측정부(120)를 결합하는 커넥터(130)로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  3. 청구항 2항에 있어서, 상기 몸체부(210)는 상부 끝단에 지시계에 연결되는 케이블(211)을 보호하는 케이블보호캡(212)이 결합된 원기둥형상으로 외주면에는 길이를 따라 센서홀더에 결합시 결합을 용이하도록 체결면(213)이 형성되고, 케이블(211)에 연결된 온도센서(214)가 설치되며, 끝단에는 내부에 측정전극단자홈(215), 기준전극단자홈(216)이 형성된 결합홀(217)로 이루어진 몸체(218)가 형성되고,
    상기 측정부(220)는 결합홀(217)에 결합되어 측정전극단자홈(215), 기준전극단자홈(216)에 결합되도록 상부 끝단에 측정전극단자(221a), 기준전극단자(221b)가 형성된 측정몸체(221), 측정몸체(221)의 중앙에 위치되며 산화나트륨 21~23중량(%), 산화칼슘 5~7중량(%), 이산화규소 71~73중량(%)로 함침되어 이루어진 코닝유리 재질로 측정을 위한 선단이 평편한 평판형감응부(222a)에 연장된 유리전극(222a')의 내부에는 완충용액(222b)이 충진되고 완충용액(222b)에 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(211)에 연결되는 전기적도선(222c)이 침적되어 이루어진 측정전극(222), 측정몸체(221)와 측정전극(222)의 사이 공간에 충진되는 전해액(223a)에 침적되는 Ag/AgCl 재질로 이루어져 케이블(211)에 연결되는 기준전극(223), 측정몸체(221)와 측정전극(222)의 선단을 밀봉하는 다공성 테프론 재질의 액락부(224)로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평판형감응부(21,122a,222a)는 두께가 0.01 ~ 0.1mm로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도센서(40,124,214)는 백금, 써미스터 중 하나로 형성되며, 전해액(31,123)이나 몸체(218)의 내부에 위치되는 삽입형, 외부로 노출되는 노출형 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체부(10,110,210)의 몸체(14,116,218) 및 측정몸체(121,221)는 스테인리스, 플라스틱재질 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체부(10)의 몸체(14) 및 측정몸체(121,221)의 끝단에는 측정수의 유입이 가능하며 평판형감응부(21,122a,222a)를 보호하는 보호캡(60,140,225)이 일체형, 분리형 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 감응부가 평편한 수소이온농도 측정복합센서.
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