TW201907169A - 電傳導度檢測器以及求相位調整值的方法 - Google Patents
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Abstract
電傳導度檢測器包括槽、一對電極、電壓施加部、放大電路、相位調整值保持部以及信號處理電路。放大電路是以具有多個增益，且使用任一增益將於所述一對電極間流動的電流放大而獲得放大信號的方式構成。相位調整值保持部是以保持對各增益預先求出的相位調整值的方式構成，所述相位調整值用於消除使用放大電路的各增益所得的放大信號彼此的相位差。信號處理電路是以使用藉由放大電路進行放大所得的放大信號以及與用於獲得該放大信號的增益有關的相位調整值，求出於槽內流動的溶液的電傳導度的方式構成。
Description
本發明例如是有關於一種用於離子層析儀（ion chromatography）中的試樣成分檢測等的電傳導度檢測器以及用以求出該電傳導度檢測器中用於調整相位的相位調整值的方法。
電傳導度檢測器（亦稱為導電率計、導電率感測器）使一對電極浸漬於在槽（cell）內流動的試樣液中，於該些電極間施加電壓，檢測電極間流動的電流的大小變化作為試樣液的電傳導度變化。
電傳導度檢測器中，使用藉由放大電路將於電極間流動的電流值放大所得的放大信號而求出電傳導度。若放大電路的增益（放大率）大，則即便僅是小的電流變化亦可高感度地檢測，故解析度提高，但另一方面，可檢測的電傳導度的上限降低，檢測範圍變窄。反之，若放大電路的增益小則檢測感度降低，但可檢測的電傳導度的上限亦變高，檢測範圍變廣。
如此，檢測感度（或解析度）與檢測範圍處於取捨（trade-off）的關係。因此，於試樣液的電傳導度的變動幅度大的情形時，若於放大電路中僅使用一個增益將電流放大而進行電傳導度的檢測，則有試樣液的電傳導度超過可檢測的電傳導度的上限，或檢測感度不足等問題。
因此，放大電路的增益僅為一個的情況下，無法同時實現遍及廣範圍地測定電傳導度與以高解析度檢測電傳導度。鑒於此種問題，先前以來進行視需要而變更放大電路的增益的操作（例如參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平11-281687號公報 [發明所欲解決之課題]
若於測定中變更放大電路的增益，則有時電傳導度的波形於增益切換前後混亂而變得不連續。
本發明的目的在於在電傳導度檢測器中抑制由放大電路的增益切換所引起的波形混亂。 [解決課題之手段]
關於電傳導度的波形於放大電路的增益切換前後混亂的原因，本發明者獲得了以下見解，即，其原因在於：構成放大電路的各增益的電路中產生的相位的延遲量互不相同，因此使用某個增益而放大的電流的相位與使用另一增益而放大的電流的相位偏移。而且，本發明者得出了以下想法：若預先研究構成放大電路的各增益的電路中產生的相位的延遲量，則可使用該延遲量以使用各增益所放大的電流的相位成為彼此相同的方式調整。本發明是基於此種想法而成。
本發明的電傳導度檢測器包括槽、一對電極、電壓施加部、放大電路、相位調整值保持部以及信號處理電路。於槽中流動試樣液。一對電極浸漬於在槽內流動的溶液中，藉由電壓施加部對該些一對電極間施加規定電壓。放大電路是以具有多個增益，且使用任一增益將於所述一對電極間流動的電流放大而獲得放大信號的方式構成。相位調整值保持部是以保持對各增益預先求出的相位調整值的方式構成，所述相位調整值用於消除使用放大電路的各增益所得的放大信號彼此的相位差。所謂相位調整值，例如為包含放大電路的各增益電路的電路中產生的相位的延遲量。再者，相位調整值可使用後述本發明的方法而研究。信號處理電路是以使用藉由放大電路進行放大所得的放大信號以及與用於獲得該放大信號的增益有關的相位調整值，求出於槽內流動的溶液的電傳導度的方式構成。
於較佳實施形態中，所述信號處理電路是以如下方式構成：對於為了求出所述電傳導度而與由所述放大電路所得的放大信號相乘的參考信號的相位，使用與用於獲得該放大信號的增益有關的所述相位調整值進行調整。
本發明的電傳導度檢測器較佳為更包括增益調整部，所述增益調整部是以與於所述一對電極間流動的電流的大小相應而自動調整所述放大電路的增益的方式構成。如此，與於一對電極間流動的電流的大小相應而自動切換放大電路的增益，故用戶無需手動調整增益，可進行廣範圍的檢測與高解析度的檢測。
本發明的方法為求相位調整值的方法，所述相位調整值用於消除使用電傳導度檢測器的放大電路的各增益所得的放大信號彼此的相位差，所述電傳導度檢測器至少包括：槽，供試樣水流動；一對電極，浸漬於在該槽內流動的試樣水中；電壓施加部，對所述一對電極間施加電壓；放大電路，以使用多個增益中的任一增益將於所述一對電極間流動的電流放大而獲得放大信號的方式構成；以及信號處理電路，使用藉由所述放大電路所得的放大信號而求出試樣水的電傳導度。所述方法依序包括以下步驟： 藉由靜電電容可忽視的電阻值的電阻使所述一對電極間導通； 針對所述放大電路的各所述增益，取得基於在所述一對電極間流動的電流的所述放大信號的一個週期的放大信號波形；以及 根據各所述增益的所述放大信號波形中達到最大值或最小值的時刻與參考信號的一個週期的波形中達到最大值或最小值的時刻之差值，求出各所述放大信號與所述參考信號之相位差，求出該相位差作為與各增益有關的相位調整值。 [發明的效果]
本發明的電傳導度檢測器是以如下方式構成：將對各增益預先求出的相位調整值與藉由放大電路進行放大所得的放大信號一併使用而求出試樣液的電傳導度，所述相位調整值用於消除使用放大電路的各增益所得的放大信號彼此的相位差，因此可抑制由放大電路的增益切換所引起的電傳導度波形的混亂，獲得連續形狀的電傳導度波形。
根據本發明的方法，可取得所述電傳導度檢測器中所用的相位調整值。
以下，使用圖式對本發明的電傳導度檢測器及該電傳導度檢測器所用的相位調整值的取得方法各自的一實施例加以說明。
首先，使用圖1對電傳導度檢測器的一實施例的構成加以說明。
該電傳導度檢測器具備槽2、一對電極4a、4b、電壓施加部6、放大電路8、增益調整部10、信號處理電路12以及相位調整值保持部14。
試樣液於槽2內流動，一對電極4a、4b浸漬於在槽2內流動的試樣液中。電壓施加部6是以對電極4a、電極4b間施加規定電壓的方式構成。放大電路8是以將藉由電壓施加部6施加規定電壓時於電極4a、電極4b間流動的電流放大而生成放大信號的方式構成。放大電路8具有多個增益，使用任一增益將於電極4a、電極4b間流動的電流放大。
增益調整部10是以如下方式構成：預先使於電極4a、電極4b間流動的電流位準與用於將該電流放大的增益相對應，讀取於電極4a、電極4b間流動的電流的大小，並選擇與該大小相應的增益。藉此，若槽2內流動的試樣液的電傳導度超過某一定值，則自動切換放大電路8的增益，電流的放大率變小。增益調整部10為以硬體（hardware）形式或以軟體（software）形式實現的功能。
藉由放大電路8所生成的放大信號被取入至信號處理電路12中。信號處理電路12是以使用來自放大電路8的放大信號而求出於槽2內流動的試樣水的電傳導度的方式構成。信號處理電路12是以如下方式構成：於使用放大信號求出電傳導度時，使用與用於生成該放大信號的增益有關的相位調整值，去除增益特有的相位延遲的影響。各增益的相位調整值是保持於相位調整值保持部14中。相位調整值保持部14是藉由記憶裝置的一部分區域而實現。
使用圖2對電傳導度檢測器的測定原理進行說明。以下的說明中，為方便起見，將施加於電極4a、電極4b間的電壓（輸入電壓）Vin
說明作sinθ。
如圖所示，槽2可近似於電極4a、電極4b間的靜電電容Ccell
與電阻值Rcell
的並聯電路。電極4a、電極4b間的靜電電容Ccell
與電阻值Rcell
為值視試樣液的電傳導度而變化的變量。
放大電路8藉由使運算放大器（operational amplifier）的電阻值變化而變更增益。此處，將放大電路8說明作具有藉由兩個電阻值RgainH
、RgainM
所實現的兩個增益（高與中），但放大電路8亦可具有三個以上的增益。使用各增益將於電極4a、電極4b間流動的電流放大所得的放大信號SgainH
、放大信號SgainM
是分別由以下的式（1）、式（2）表示。式（1）、式（2）的αH
、αM
為包含各增益的電路中產生的相位的延遲量，ω為角頻率。
信號處理電路12具備將放大信號SgainH
、放大信號SgainM
乘以參考信號的乘法器及將其相乘值累加一個週期的濾波器（filter）。參考信號為與輸入信號相同的sinθ。實施例的電傳導度檢測器是以使用相位調整值保持部14中保持的相位調整值來調整該參考信號的相位的方式構成，此處將參考信號設為sinθ而繼續進行說明。
將放大信號SgainH
、放大信號SgainM
乘以參考信號sinθ並將其累加一個週期，進而將其累加值除以電阻值RgainH
、電阻值RgainM
所得者是由下述式（3）、式（4）表示。
若將所述式（3）、式（4）分別除以π，則獲得電傳導度GH
、電傳導度GM
。即，GH
、GM
是分別由下述式（5）、式（6）表示。
由所述式（5）、式（6）得知，藉由計算所求出的電傳導度GH
、電傳導度GM
不僅依存於Rcell
及Ccell
，而且亦依存於各電路中產生的相位的延遲量αH
、延遲量αM
，所述Rcell
及Ccell
依存於試樣水的實際電傳導度而變化。延遲量αH
、延遲量αM
為包含各增益的電路所具有的特有的值，故αH
≠αM
。因此GH
≠GM
，如圖5A所示，電傳導度的波形於增益切換前後不連續。
此處，αH
、αM
為與和放大信號SgainH
、放大信號SgainM
相乘的參考信號的相位差，因此若將放大信號SgainH
、放大信號SgainM
與和其相乘的參考信號之相位差設為0，即，將和放大信號SgainH
、放大信號SgainM
相乘的參考信號分別設為sin（θ-αH
）、sin（θ-αM
），則所述式（5）、式（6）的αH
、αM
分別成為0，而成為。 藉此，如圖5B所示，電傳導度的波形於放大電路8的增益切換前後連續。於相位調整值保持部14（參照圖1）中，保持有包含放大電路8的各增益的電路中產生的相位的延遲量αH
、延遲量αM
作為相位調整值。
使用圖3的原理圖及圖4的流程圖對取得相位調整值αH
、相位調整值αM
的方法進行說明。
於取得相位調整值αH
、相位調整值αM
時，如圖3所示，代替槽2而將靜電電容小至可忽視的程度的電阻器（電阻值R）安裝於電極4a、電極4b間（步驟S1）。於該狀態下選擇放大電路8的任一增益（步驟S2），利用例如藉由中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）等所實現的運算處理部16，將使用該增益將於電極4a、電極4b間施加電壓sinθ而流經電阻器的電流放大所得的放大信號與參考信號sinθ分別讀取一個週期（步驟S3）。
利用放大電路8使用各增益將於電極4a、電極4b間流動的電流放大所得的放大信號SgainH
、放大信號SgainM
如下。
藉由運算處理部16求出所述放大信號與參考信號sinθ各自達到最大值（或最小值）的時刻，根據該些時刻之差值而求出放大信號與參考信號的相位差αH
、相位差αM
（步驟S4）。然後，使所求出的相位差作為相位調整值而記憶於相位調整值保持部14中（步驟S5）。對放大電路8中設置的所有增益進行該操作，藉此可求出與各增益有關的相位調整值。
2‧‧‧槽
4a、4b‧‧‧電極
6‧‧‧電壓施加部
8‧‧‧放大電路
10‧‧‧增益調整部
12‧‧‧信號處理電路
14‧‧‧相位調整值保持部
16‧‧‧運算處理部
Ccell‧‧‧靜電電容
R、Rcell、RgainH、RgainM‧‧‧電阻值
Vin‧‧‧電壓（輸入電壓）
S1～S6‧‧‧步驟
圖1為概略地表示電傳導度檢測器的一實施例的構成圖。 圖2為用以說明該實施例的電傳導度測定的原理的原理圖。 圖3為用以研究該實施例的電傳導度檢測器中所用的相位差調整值的構成的原理圖。 圖4為表示取得與各增益有關的相位差調整值的方法的一例的流程圖。 圖5A為表示未調整參考信號的相位的情形時的電傳導度波形的一例的圖。 圖5B為表示調整了參考信號的相位的情形時的電傳導度波形的一例的圖。
Claims (4)
- 一種電傳導度檢測器，包括： 槽，供試樣液流動； 一對電極，浸漬於所述槽內流動的溶液中； 電壓施加部，以對所述一對電極間施加規定電壓的方式構成； 放大電路，以具有多個增益，且使用任一增益將於所述一對電極間流動的電流放大而獲得放大信號的方式構成； 相位調整值保持部，以保持對各所述增益預先求出的相位調整值的方式構成，所述相位調整值用於消除使用所述放大電路的各增益所獲得的放大信號彼此的相位差；以及 信號處理電路，以使用藉由所述放大電路進行放大所得的放大信號以及所述相位調整值，求出於所述槽內流動的溶液的電傳導度的方式構成，所述相位調整值與用於獲得所述放大信號的增益有關而保持於所述相位調整值保持部中。
- 如申請專利範圍第1項所述的電傳導度檢測器，其中所述信號處理電路是以如下方式構成：對於為了求出所述電傳導度而與由所述放大電路所得的放大信號相乘的參考信號的相位，使用與用於獲得所述放大信號的增益有關的所述相位調整值進行調整。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電傳導度檢測器，更包括增益調整部，所述增益調整部是以與於所述一對電極間流動的電流的大小相應而自動調整所述放大電路的增益的方式構成。
- 一種求相位調整值的方法，所述相位調整值用於消除使用電傳導度檢測器的放大電路的各增益所得的放大信號彼此的相位差，所述電傳導度檢測器至少包括：槽，供試樣水流動；一對電極，浸漬於在所述槽內流動的所述試樣水中；電壓施加部，對所述一對電極間施加電壓；放大電路，以使用多個增益中的任一增益將於所述一對電極間流動的電流放大而獲得放大信號的方式構成；以及信號處理電路，使用藉由所述放大電路所得的放大信號而求出所述試樣水的電傳導度，並且所述方法依序包括以下步驟： 藉由靜電電容可忽視的電阻值的電阻使所述一對電極之間導通； 針對所述放大電路的各所述增益，取得基於在所述一對電極間流動的電流的所述放大信號的一個週期的放大信號波形；以及 根據各所述增益的所述放大信號波形中達到最大值或最小值的時刻與參考信號的一個週期的波形中達到最大值或最小值的時刻之差值，求出各所述放大信號與所述參考信號之相位差，求出所述相位差作為與各所述增益有關的相位調整值。
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