KR101535877B1 - 양액재배용 고형배지 ｐＨ 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치는 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 전극 부재와 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극 부재; 제3 전극과 전기적으로 연결되고, 소정의 금속과 소정의 용액을 포함하며, 상기 금속과 용액의 화학 반응에 의하여 기준 기전력을 생성하고, 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재를 이용하여 측정된 소정의 기전력 값과 상기 기준 기전력 값을 비교하기 위한 기준 전극부; 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재가 외주면에 고정된 전극 몸체부; 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 전기적으로 연결된 신호 처리부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치를 이용하면, 실시간으로 고형배지의 pH를 센싱할 수 있고, 유리전극을 사용하지 않으므로 충격에 의한 파손을 줄일 수 있으며, 전극부에 메탈을 이용하기 때문에 내구성도 향상된다.

Description

양액재배용 고형배지 ｐＨ 센싱 장치{APPARATUS FOR SENSING SOLID MEDIUM pH USING NUTRICULTURE}

본 발명은 pH 센싱 장치에 관한 것인데, 더욱 상세하게는 양액재배용 고형배지 pH 센싱 장치의 전극 메탈에 관한 것이다.

일반적으로 pH를 측정하는 가장 일상적인 이유는 산(acid)과 염기(base)을 구분하기 위한 것이다. 예를 들어 식초, 과일, 김치 등은 신맛을 나타내는 산성 물질이며, 암모니아수, 비누 등은 쓴맛을 지니는 염기성 물질이다. 하지만 단순히 신맛을 지니면 산성, 쓴맛을 지니면 염기라고 할 수는 없다.

스웨덴의 화학자 아네리우스(Arrhemius)는 산은 수용액 중에서 해리되어 수소이온(H+)을 만들고, 염기는 수용액에 해리되어 수산화이온(OH-)을 만드는 물질이라고 정의하였다. 엄밀히, 수소이온은 수용액 중에서 수소이온으로 존재하는것이 아니라 물분자와 결합하여 옥소늄 이온(Oxonium ion, H3O+)의 형태로 존재하지만, 일반적으로 수소이온(H+)으로 나타난다.

보통 지시약을 지시하는 반응메커니즘에 따라 분류하면 다음과 같다. 수소이온농도의 변화에 따라 색이 변하는 산염기 지시약이 대표적이고, 가장 널리 사용되는 것으로서 중화지시약, 수소이온지시약 또는 pH지시약이라고도 한다. 이 종류의 지시약은 그 자체가 약한산 또는 약한염기이며, 이온이 되었을 때의 색이 해리(解離)되지 않았을 때와 다르므로, 색이 용액 속에서 수소이온농도의 변화에 선명하게 대응한다. 거의 일정한 영역에서 변화하는데, 그때의 pH보다 낮은 값에서 변하는 색을 산성색, 높은 값에서 변하는 색을 염기성색 또는 알칼리성색이라고 한다. 또, 산과 염기로 나누어서 산성지시약(페놀프탈레인, 티몰블루 등), 염기성지시약(메틸오렌지, 메틸레드 등)이라고도 한다. 산염기지시약은 덴마크의 S.P.L.쇠렌센에 의해서 처음으로 조직적인 연구가 이루어졌기 때문에 그의 이름을 따서 쇠렌센지시약이라고 불리는 것도 있다.

또한 유리 전극을 이용한 pH 측정 방법이 있다. 상기 유리 전극을 이용한 pH측정 장치는, 유리 전극과 비교 전극이 필요하다. 상기 두 개의 전극 사이에서 발생하는 전위차(POTENTIAL)를 계측하여 증폭 및 변환함으로써 pH를 측정할 수 있다.

그러나, 상기 유리 전극을 이용한 pH 측정 장치는 다른 계측기에 비해 크기가 크고, 외부의 충격에 약한 단점이 있으며, 상기 유리 전극은 유리관 또는 전극막이 마르지 않게 pH 전극 보관 용액을 보충해야 하고, 100℃ 이상의 고온 또는 고압 환경 에서는 사용할 수 없는 단점이 있다.

또한 상술된 pH 측정 메커니즘은 보통 액상(LIQUID)의 pH측정을 위한 지시 장치가 대부분이며 토양, 흙, 펄라이트(PEARLITE) 또는 암면(ROCK WOOL)과 같은 고상(SOLID)에 대하여는 pH를 측정하기 어려운 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 실시간으로 대상 시료에 대하여 pH 측정이 어려워 고상, 상세하게는 고형배지의 pH 변화를 모니터링 하는 것이 현실적으로 불가능하다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 내구성 향상을 위해 유리전극을 사용하지 않으며, 실시간으로 pH 측정이 가능한 고형배지용 pH 센싱 장치에 관하여 제안하고자 한다.

본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치는, 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 전극 부재와 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극 부재와 제3 전극과 전기적으로 연결되고, 소정의 금속과 소정의 용액을 포함하며, 상기 금속과 용액의 화학 반응에 의하여 기준 기전력을 생성하고, 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재를 이용하여 측정된 소정의 기전력 값과 상기 기준 기전력 값을 비교하기 위한 기준 전극부와 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재가 밑면의 외측에 고정된 전극 몸체부와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 전기적으로 연결된 신호 처리부를 포함한다.

본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치를 이용하면, 실시간으로 고형배지의 pH를 센싱할 수 있고, 유리전극을 사용하지 않으므로 충격에 의한 파손을 줄일 수 있으며, 전극부에 메탈을 이용하기 때문에 내구성도 향상된다.

또한, 기존의 센싱 장치는 염화칼륨(KCl)용액이 쉽게 누수되어 pH 센싱 결과에 오차를 유발하였지만, 본 발명의 pH 센싱 장치는 기준 전극부를 센싱 전극부와 이격되어 배치할 수 있기 때문에 오차를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고형배지용 pH 센싱 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 몸체부의 투시도이다.
도 4a는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(75mm)와 전극간의 거리(16mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(50mm)와 전극간의 거리(12mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(35mm)와 전극간의 거리(8mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 아니 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고형배지용 pH 센싱 장치의 구성도이고,도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 몸체부(400)의 투시도이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치는 제1 전극(100)과 전기적으로 연결되는 제1 전극 부재(110)와 제2 전극(200)과 전기적으로 연결되는 제2 전극 부재(210); 제3 전극(300)과 전기적으로 연결되고, 소정의 금속과 소정의 용액을 포함하며, 상기 금속과 용액의 화학 반응에 의하여 기준 기전력을 생성하고, 상기 제1 전극 부재(110) 및 상기 제2 전극 부재(210)를 이용하여 측정된 소정의 기전력 값과 상기 기준 기전력 값을 비교하기 위한 기준 전극부(500); 상기 제1 전극 부재(110) 및 상기 제2 전극 부재(210)가 밑면의 외측에 고정된 전극 몸체부(400); 상기 제1 전극(100), 상기 제2 전극(200) 및 상기 제3 전극(300)과 전기적으로 연결된 신호 처리부(600);를 포함할 수 있다.

상기 제1 전극 부재(110)는 아연(Zn)이고, 상기 제2 전극 부재(210)는 황동으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 전극 부재(110)는 아연(Zn)이고, 상기 제2 전극 부재(210)는 탄소강으로 구성될 수 있다.

상기 기준 전극부(500)는 상기 전극 몸체부(400)의 내부 또는 외부 중에서 어느 하나에 배치될 수 있다.

일실시예에서 상기 신호 처리부(600)는 OP앰프, DC필터 및 A/D컨버터를 포함할 수 있다.

도 4a는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(75mm)와 전극간의 거리(16mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4b는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(50mm)와 전극간의 거리(12mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4c는 아연과 탄소강으로 이루어진 전극의 길이(35mm)와 전극간의 거리(8mm)에 따른 기전력의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 고형배지용 pH 센싱 장치의 전극에 있어서, 바람직하게는 제1 전극 부재(110)는 아연(Zn)을 이용하고, 제2 전극 부재(210)는 탄소강을 사용한 경우에, 전극간 거리와 전극의 길이 변화에 따른 기전력을 측정한 그래프이다.

도 4a 내지 도 4c는 전극의 길이를 고정하고 전극간 거리를 바꿔가며 측정하고 전극간 거리를 고정하고 전극의 길이를 바꿔가며 측정한 결과를 나타낸다.

도 4a에서 알 수 있듯이, 전극의 길이가 75mm 인 경우 전극간 거리의 변화에 영향을 거의 받지 않는 것으로 측정되었다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양액재배용 고형배지 pH 센싱 장치에 관하여 상세하게 설명하였다. 하지만 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 오직 뒤에서 설명할 특허 청구범위에 의해서만 한정된다.

100 : 제1 전극 110 : 제1 전극 부재
200 : 제2 전극 210 : 제2 전극 부재
300 : 제3 전극 400 : 전극 몸체부
500 : 기준 전극부

Claims (4)

1. 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 전극 부재와 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극 부재;
   제3 전극과 전기적으로 연결되고, 소정의 금속과 소정의 용액을 포함하며, 상기 금속과 용액의 화학 반응에 의하여 기준 기전력을 생성하고, 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재를 이용하여 측정된 소정의 기전력 값과 상기 기준 기전력 값을 비교하기 위한 기준 전극부;
   상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재가 밑면의 외측에 고정된 전극 몸체부; 및
   상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 전기적으로 연결된 신호 처리부;
   를 포함하는 고형 배지 pH 센싱 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 부재는 아연(Zn)이고, 상기 제2 전극 부재는 황동인 것을 특징으로 하는 고형 배지 pH 센싱 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 부재는 아연(Zn)이고, 상기 제2 전극 부재는 탄소강인 것을 특징으로 하는 고형 배지 pH 센싱 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기준 전극부는,
   상기 전극 몸체부의 내부 및 외부 중에서 어느 하나에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 고형 배지 pH 센싱 장치.

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