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JP2009257854A - Electrochemical sensor - Google Patents

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JP2009257854A
JP2009257854A JP2008105255A JP2008105255A JP2009257854A JP 2009257854 A JP2009257854 A JP 2009257854A JP 2008105255 A JP2008105255 A JP 2008105255A JP 2008105255 A JP2008105255 A JP 2008105255A JP 2009257854 A JP2009257854 A JP 2009257854A
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electrochemical sensor
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真二郎 清野
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical sensor capable of acquiring the extent of the consumption of a reagent. <P>SOLUTION: An electrochemical sensor causes an electrochemical reaction to be developed between an electrode 4 and an electrode 5 arranged in a reagent, measures a physical quantity of a measuring liquid 1 by detecting a current I generated between the electrodes, and consumes a reagent 3 in the measurement. The electrochemical sensor includes a consumption calculation part 11 which obtains an integrated value of the current I and calculates the consumption amount of the reagent 3 on the basis of the integrated value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は電気化学センサに関し、詳しくは、測定対象あるいは試薬中に配置された電極間に電気化学反応を生じさせ、この電極間に発生する電流または電圧を検出することによって測定対象の物理量を測定するとともに、測定に際して試薬を消費する電気化学センサに関するものである。   The present invention relates to an electrochemical sensor, and more specifically, an electrochemical reaction is caused between electrodes arranged in a measurement object or a reagent, and a physical quantity of the measurement object is measured by detecting a current or voltage generated between the electrodes. In addition, the present invention relates to an electrochemical sensor that consumes a reagent during measurement.

図5は従来の電気化学センサの一例としての、隔膜型ガルバニ電池式溶存酸素計を示す図である。溶存酸素計は水中に溶け込んだ酸素の量(溶存酸素量DO)を測定する測定器である。   FIG. 5 is a view showing a diaphragm type galvanic cell dissolved oxygen meter as an example of a conventional electrochemical sensor. The dissolved oxygen meter is a measuring device that measures the amount of oxygen dissolved in water (dissolved oxygen amount DO).

容器Aに測定液1が収容されている。容器Bに試薬3が収容されている。容器Bの底壁には隔膜2が形成されている。容器Bの下部は測定液1に接している。溶存酸素計は、隔膜2と、測定液1から隔膜2を介して隔離された試薬3と、試薬3中に配置された指示極4および対極5と、指示極4に接続されたケーブル61と、対極5に接続されたケーブル62と、隔膜2の温度を測定する温度センサ7と、前記ケーブル61および62の他端が接続されて前記指示極4と前記対極5の間に流れる電流を測定する電流計8と、この電流に基づいて測定液1中の溶存酸素量DOを算出する酸素濃度演算部9と、算出した溶存酸素量DOを表示する表示部10とで構成される。   The measurement liquid 1 is accommodated in the container A. The reagent 3 is accommodated in the container B. A diaphragm 2 is formed on the bottom wall of the container B. The lower part of the container B is in contact with the measurement liquid 1. The dissolved oxygen meter includes a diaphragm 2, a reagent 3 isolated from the measurement liquid 1 through the diaphragm 2, an indicator electrode 4 and a counter electrode 5 disposed in the reagent 3, and a cable 61 connected to the indicator electrode 4. The cable 62 connected to the counter electrode 5, the temperature sensor 7 for measuring the temperature of the diaphragm 2, and the other ends of the cables 61 and 62 are connected to measure the current flowing between the indicator electrode 4 and the counter electrode 5. And an oxygen concentration calculation unit 9 that calculates the dissolved oxygen amount DO in the measurement liquid 1 based on the current, and a display unit 10 that displays the calculated dissolved oxygen amount DO.

隔膜2は、酸素に対する透過性の高いテフロン(登録商標)(登録商標)膜である。指示極4は銀電極、対極5は鉛電極である。指示極4は隔膜2に近接して配置されている。対極5は隔膜2および指示極4から離れた位置に配置されている。試薬3は水酸化カリウム(KOH)の電解液である。   The diaphragm 2 is a Teflon (registered trademark) (registered trademark) membrane having high permeability to oxygen. The indicator electrode 4 is a silver electrode, and the counter electrode 5 is a lead electrode. The indicator electrode 4 is disposed close to the diaphragm 2. The counter electrode 5 is disposed at a position away from the diaphragm 2 and the indicator electrode 4. Reagent 3 is an electrolytic solution of potassium hydroxide (KOH).

測定液1の溶存酸素量DOの測定は、測定液1中の酸素を酸化還元反応により分解し、その際に発生する酸化還元電流を測定することにより行われる。
測定液1中の酸素が隔膜2に到達すると、指示極4および対極5で以下の電気化学反応が起こる。
対極5 :2Pb + 4(OH) + 2KOH → 2K + 2HPbO2 + 2H2O + 4e (式1)
指示極4:O2 + 2H2O + 4e → 4(OH) (式2)
The measurement of the dissolved oxygen amount DO of the measurement liquid 1 is performed by decomposing oxygen in the measurement liquid 1 by an oxidation-reduction reaction and measuring an oxidation-reduction current generated at that time.
When oxygen in the measurement liquid 1 reaches the diaphragm 2, the following electrochemical reaction occurs at the indicator electrode 4 and the counter electrode 5.
Counter electrode 5: 2Pb + 4 (OH) - + 2KOH → 2K + + 2HPbO 2 - + 2H 2 O + 4e - ( Equation 1)
Indicator electrode 4: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4 (OH) (Formula 2)

すなわち、隔膜2に到達した酸素は指示極4において分解され、ケーブル61および62に酸化還元電流Iが流れる。酸化還元電流Iは、分解された酸素量に比例する。また、酸化還元電流Iは隔膜2を透過した酸素の量に比例する。したがって、酸化還元電流Iを測定することにより、測定液1の溶存酸素量DOを求めることができる。酸素濃度演算部9は、電流計8の測定値が入力され、酸化還元電流Iに基づいて溶存酸素量DOを算出する。なお、テフロン(登録商標)膜の酸素透過率は温度によって変動する。温度センサ7で隔膜2の温度を測定し、溶存酸素量DOの値を補正する。得られた溶存酸素量DOは表示部10に表示される。   That is, oxygen that has reached the diaphragm 2 is decomposed at the indicator electrode 4, and the oxidation-reduction current I flows through the cables 61 and 62. The redox current I is proportional to the amount of decomposed oxygen. The redox current I is proportional to the amount of oxygen that has permeated through the diaphragm 2. Therefore, by measuring the oxidation-reduction current I, the dissolved oxygen amount DO of the measurement liquid 1 can be obtained. The oxygen concentration calculation unit 9 receives the measurement value of the ammeter 8 and calculates the dissolved oxygen amount DO based on the oxidation-reduction current I. Note that the oxygen permeability of the Teflon (registered trademark) film varies depending on the temperature. The temperature of the diaphragm 2 is measured by the temperature sensor 7, and the value of the dissolved oxygen amount DO is corrected. The obtained dissolved oxygen amount DO is displayed on the display unit 10.

上記式1、式2からわかるように、指示極4で1個の酸素分子が分解される際に、対極5では2個の水酸化カリウム分子が消費される。そのため、溶存酸素量DOの測定を行うと、試薬3中に含まれる水酸化カリウム分子が電気化学反応で消費され、減少する。試薬3中の水酸化カリウムがすべて消費されると、溶存酸素量DOの測定はできなくなる。したがって、試薬3は定期的に交換や充填を行う必要がある。下記特許文献1には、試薬の液溜めを備えた溶存酸素計が記載されている。   As can be seen from the above formulas 1 and 2, two potassium hydroxide molecules are consumed at the counter electrode 5 when one oxygen molecule is decomposed at the indicator electrode 4. Therefore, when the amount of dissolved oxygen DO is measured, potassium hydroxide molecules contained in the reagent 3 are consumed by the electrochemical reaction and reduced. When all the potassium hydroxide in the reagent 3 is consumed, the dissolved oxygen amount DO cannot be measured. Therefore, the reagent 3 needs to be periodically replaced or filled. Patent Document 1 below discloses a dissolved oxygen meter having a reagent reservoir.

特開昭60−125556JP-A-60-125556

しかしながら、従来の溶存酸素計には、試薬3の消費の程度を示す指標がなかった。そのため、定期交換の際にまだ使用可能な試薬3を交換してしまい、試薬3の購入費用や交換の手間に無駄が生じるという問題があった。一方、定期交換の前に試薬3を消費しきってしまった場合には、正常な測定を行うことができない期間が生じるという問題があった。   However, the conventional dissolved oxygen meter does not have an index indicating the degree of consumption of the reagent 3. For this reason, there is a problem that the reagent 3 that can still be used is replaced at the time of periodic replacement, and the purchase cost and replacement time of the reagent 3 are wasted. On the other hand, when the reagent 3 is completely consumed before the regular replacement, there is a problem that a period during which normal measurement cannot be performed occurs.

本発明は、従来技術の問題点をなくし、試薬の消費の程度を把握することができる電気化学センサを実現することを目的とする。   It is an object of the present invention to realize an electrochemical sensor that can eliminate the problems of the prior art and grasp the degree of reagent consumption.

上記のような目的を達成するために、請求項1の発明は、
測定対象あるいは試薬中に配置された電極間に電気化学反応を生じさせ、この電極間に発生する電流または電圧を検出することによって測定対象の物理量を測定するとともに、測定に際して試薬を消費する電気化学センサにおいて、
電流または電圧の積算値を求め、この積算値に基づいて試薬の消費量あるいは残存量を算出する消費量演算部を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1
Electrochemical reaction between the electrodes placed in the measurement target or reagent, and the physical quantity of the measurement target is measured by detecting the current or voltage generated between the electrodes, and the reagent consumes the reagent during the measurement. In the sensor
It is characterized in that a consumption amount calculation unit for obtaining an integrated value of current or voltage and calculating a consumption amount or a residual amount of the reagent based on the integration value is provided.

請求項2の発明は、
測定対象と試薬とを隔離する隔膜と、
試薬中に配置され、隔膜に近接して配置された指示極と、
この指示極との間に試薬を介して配置された対極と、
指示極と対極との間に流れる電流を検出する電流計と、
を備え、測定対象の物理量を測定する電気化学センサにおいて、
電流計で検出した電流値の積算値を求め、この積算値に基づいて試薬の消費量あるいは残存量を算出する消費量演算部を備えたことを特徴とする。
The invention of claim 2
A diaphragm that separates the measurement target from the reagent;
An indicator electrode disposed in the reagent and disposed in proximity to the diaphragm;
A counter electrode disposed via a reagent between the indicator electrode and
An ammeter that detects the current flowing between the indicator electrode and the counter electrode;
In an electrochemical sensor for measuring a physical quantity to be measured,
The present invention is characterized in that a consumption amount calculation unit is provided which calculates an integrated value of the current value detected by the ammeter and calculates a consumption amount or a residual amount of the reagent based on the integration value.

請求項3の発明は、
請求項2に記載の電気化学センサにおいて、試薬と、隔膜と、指示極と、対極が内蔵されたカートリッジ容器と、
このカートリッジ容器に着脱可能なレセプタクルを備えたことを特徴とする。
The invention of claim 3
The electrochemical sensor according to claim 2, wherein the reagent, the diaphragm, the indicator electrode, and the cartridge container containing the counter electrode,
The cartridge container is provided with a detachable receptacle.

請求項4の発明は、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学センサにおいて、消費量演算部は、試薬の消費量あるいは残存量を示す信号を出力することを特徴とする。
The invention of claim 4
4. The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the consumption amount calculation unit outputs a signal indicating the consumption amount or remaining amount of the reagent.

請求項5の発明は、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学センサにおいて、消費量演算部は、試薬の消費量が所定値を超えた場合に試薬の消費を示す信号を出力することを特徴とする。
The invention of claim 5
5. The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the consumption amount calculation unit outputs a signal indicating the consumption of the reagent when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value.

請求項6の発明は、
請求項1乃至5のいずれかに記載の電気化学センサにおいて、消費量演算部の出力および試薬の使用開始時期からの経過時間に基づいて、試薬の消費量が所定値を超える時期を予測する予測部を備えたことを特徴とする。
The invention of claim 6
The electrochemical sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a prediction for predicting a time when the reagent consumption exceeds a predetermined value is made based on an output of the consumption calculator and an elapsed time from the use start time of the reagent. It has the part.

請求項7の発明は、
請求項6に記載の電気化学センサにおいて、試薬の消費量あるいは残存量、または試薬の消費量が所定値を超える時期の少なくともいずれかを表示する表示部を備えたことを特徴とする。
The invention of claim 7
The electrochemical sensor according to claim 6, further comprising a display unit that displays at least one of a consumption amount or a residual amount of the reagent or a time when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value.

請求項8の発明は、
請求項1乃至7のいずれかに記載の電気化学センサにおいて、測定対象の物理量が溶存酸素量であることを特徴とする。
The invention of claim 8
8. The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the physical quantity to be measured is a dissolved oxygen quantity.

このように、請求項1の発明によれば、
測定対象あるいは試薬中に配置された電極間の電流または電圧の積算値を求め、この積算値に基づいて試薬の消費量を算出する消費量演算部を備えたことにより、試薬の消費の程度を把握することができる電気化学センサを実現することができる。
Thus, according to the invention of claim 1,
By providing a consumption calculation unit that calculates the current consumption or voltage between the electrodes placed in the measurement target or reagent and calculates the reagent consumption based on this integration value, the degree of reagent consumption can be reduced. An electrochemical sensor that can be grasped can be realized.

また、請求項2の発明によれば、
指示極と対極に流れる電流の積算値を求め、この積算値に基づいて試薬の消費量を算出する消費量演算部を備えたことにより、試薬の消費の程度を把握することができる電気化学センサを実現することができる。
According to the invention of claim 2,
An electrochemical sensor that can determine the level of reagent consumption by providing a consumption calculation unit that calculates an integrated value of the current flowing between the indicator electrode and the counter electrode, and calculates the reagent consumption based on the integrated value. Can be realized.

請求項3の発明によれば、
試薬と、隔膜と、指示極と、対極がカートリッジ化されているため、試薬を消費した場合にカートリッジごと交換できる。
According to the invention of claim 3,
Since the reagent, the diaphragm, the indicator electrode, and the counter electrode are formed into a cartridge, the cartridge can be replaced when the reagent is consumed.

請求項4の発明によれば、
消費量演算部は、試薬の消費量あるいは残存量を示す信号を出力するため、この信号を通信に利用することができる。通信に利用した場合には、電気化学センサのユーザは遠隔地にいながら試薬の消費の程度を把握することができる。
According to the invention of claim 4,
Since the consumption amount calculation unit outputs a signal indicating the consumption amount or the remaining amount of the reagent, this signal can be used for communication. When used for communication, the electrochemical sensor user can grasp the level of reagent consumption while at a remote location.

請求項5の発明によれば、
消費量演算部は、試薬の消費量が所定値を超えた場合に試薬の消費を示す信号を出力するため、この信号を通信に利用したり、アラーム警報に利用することができる。
According to the invention of claim 5,
Since the consumption amount calculation unit outputs a signal indicating the consumption of the reagent when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value, this signal can be used for communication or an alarm alarm.

請求項6の発明によれば、
試薬の消費量が所定値を超える時期を予測する予測部を備えているため、電気化学センサのユーザは次回試薬を交換または充填すべき時期を事前に知ることができる。
According to the invention of claim 6,
Since the prediction unit for predicting the time when the consumption amount of the reagent exceeds the predetermined value is provided, the user of the electrochemical sensor can know in advance the time when the reagent should be replaced or filled next time.

請求項7の発明によれば、試薬の消費量あるいは残存量、または試薬の消費量が所定値を超える時期の少なくともいずれかを表示する表示部を備えているため、電気化学センサのユーザは試薬の消費の程度や試薬の次回交換日を常時把握することができる。   According to the seventh aspect of the invention, since the display unit displays at least one of the consumption amount or the remaining amount of the reagent or the time when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value, the user of the electrochemical sensor can use the reagent. It is possible to always grasp the degree of consumption and the next replacement date of the reagent.

請求項8の発明によれば、
試薬の消費の程度を把握することができる溶存酸素計を実現することができる。
According to the invention of claim 8,
A dissolved oxygen meter capable of grasping the degree of consumption of the reagent can be realized.

図1は本発明を溶存酸素計に適用した実施例の構成を示す図である。本実施例は隔膜型ガルバニ電池式溶存酸素計を示したものである。本実施例は、図4に示した従来例の溶存
酸素計に、消費量演算部11、予測部12、表示部13を追加した構成となっている。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a dissolved oxygen meter. This example shows a diaphragm type galvanic cell type dissolved oxygen meter. In this embodiment, a consumption calculation unit 11, a prediction unit 12, and a display unit 13 are added to the dissolved oxygen meter of the conventional example shown in FIG.

容器Aに測定液1が収容されている。容器Bに試薬3が収容されている。容器Bの底壁には隔膜2が形成されている。試薬3は隔膜2を介して測定液1から隔離されている。容器Bは、支持部材C(図示せず)により、容器Bの底壁が測定液1に接するように容器Aに対して保持されている。   The measurement liquid 1 is accommodated in the container A. The reagent 3 is accommodated in the container B. A diaphragm 2 is formed on the bottom wall of the container B. The reagent 3 is isolated from the measurement liquid 1 through the diaphragm 2. The container B is held with respect to the container A by a support member C (not shown) so that the bottom wall of the container B is in contact with the measurement liquid 1.

試薬3中に指示極4および対極5が配置されている。指示極4は、容器Bの上端開口を経て外部上方から容器Bの底壁付近まで延びる支持部材D(図示せず)の下端に取り付けられている。指示極4は、支持部材Dに取り付けられた状態で、その先端の端面が隔膜2に近接するように位置が調整されている。対極5は、支持部材Dの側面であって指示極4から離れた位置に取り付けられている。   An indicator electrode 4 and a counter electrode 5 are disposed in the reagent 3. The indicator electrode 4 is attached to the lower end of a support member D (not shown) that extends from the upper outside to the vicinity of the bottom wall of the container B through the upper end opening of the container B. When the indicator electrode 4 is attached to the support member D, the position of the indicator electrode 4 is adjusted so that the end face of the tip thereof is close to the diaphragm 2. The counter electrode 5 is attached to a side surface of the support member D at a position away from the indicator electrode 4.

隔膜2は、酸素に対する透過性の高いテフロン(登録商標)膜である。容器Bの側壁はSUS(ステンレス鋼)で形成されている。指示極4は銀電極、対極5は鉛電極である。試薬3は水酸化カリウム(KOH)の電解液である。   The diaphragm 2 is a Teflon (registered trademark) film having high permeability to oxygen. The side wall of the container B is formed of SUS (stainless steel). The indicator electrode 4 is a silver electrode, and the counter electrode 5 is a lead electrode. Reagent 3 is an electrolytic solution of potassium hydroxide (KOH).

指示極4および対極5にはそれぞれケーブル61,62が接続されている。ケーブル61,62の他端には電流計8が接続されている。温度センサ7は隔膜2の温度を測定するセンサである。温度センサ7は支持部材Dの下端に取り付けられ、隔膜2の温度測定に適するように位置が調整されている。電流計8は指示極4と対極5の間に流れる酸化還元電流Iを測定する。酸素濃度演算部9は、酸化還元電流Iに基づいて測定液1中の溶存酸素量DOを算出する。算出した溶存酸素量DOは表示部10で表示される。   Cables 61 and 62 are connected to the indicator electrode 4 and the counter electrode 5, respectively. An ammeter 8 is connected to the other ends of the cables 61 and 62. The temperature sensor 7 is a sensor that measures the temperature of the diaphragm 2. The temperature sensor 7 is attached to the lower end of the support member D, and the position is adjusted so as to be suitable for the temperature measurement of the diaphragm 2. The ammeter 8 measures a redox current I flowing between the indicator electrode 4 and the counter electrode 5. The oxygen concentration calculation unit 9 calculates the dissolved oxygen amount DO in the measurement liquid 1 based on the oxidation-reduction current I. The calculated dissolved oxygen amount DO is displayed on the display unit 10.

酸化還元電流Iと試薬3の消費量の関係について説明する。
対極5 :2Pb + 4(OH) + 2KOH → 2K + 2HPbO2 + 2H2O + 4e (式1)
指示極4:O2 + 2H2O + 4e → 4(OH) (式2)
指示極4における酸素分子の分解量と、対極5における水酸化カリウム(KOH)分子の消費量は比例する。酸化還元電流Iは、分解された酸素量に比例する。したがって、試薬3の消費量は、酸化還元電流Iに比例する。
The relationship between the oxidation-reduction current I and the consumption amount of the reagent 3 will be described.
Counter electrode 5: 2Pb + 4 (OH) - + 2KOH → 2K + + 2HPbO 2 - + 2H 2 O + 4e - ( Equation 1)
Indicator electrode 4: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4 (OH) (Formula 2)
The amount of oxygen molecules decomposed at the indicator electrode 4 is proportional to the amount of potassium hydroxide (KOH) molecules consumed at the counter electrode 5. The redox current I is proportional to the amount of decomposed oxygen. Therefore, the consumption amount of the reagent 3 is proportional to the redox current I.

式1、式2より、4個の電子の移動により、2個の水酸化カリウム分子が消費される。すなわち、水酸化カリウム分子1個の消費は電子2個の移動に相当する。試薬3の使用開始後に指示極4から対極5に移動した電荷の総量Qは、酸化還元電流Iの時間積分である。電子1個の電荷は1.6×10-19[C]である。これより、以下の計算式が成立する。

Figure 2009257854
From Formula 1 and Formula 2, two potassium hydroxide molecules are consumed by the movement of four electrons. That is, the consumption of one potassium hydroxide molecule corresponds to the movement of two electrons. The total amount Q of charges transferred from the indicator electrode 4 to the counter electrode 5 after the use of the reagent 3 is started is the time integration of the oxidation-reduction current I. The charge of one electron is 1.6 × 10 -19 [C]. Thus, the following calculation formula is established.
Figure 2009257854

水酸化カリウム分子1個の消費は電子2個の移動に相当するため、水酸化カリウム分子の消費量(消費個数)は、以下のようになる。

Figure 2009257854
Since the consumption of one potassium hydroxide molecule corresponds to the movement of two electrons, the consumption amount (consumption number) of potassium hydroxide molecules is as follows.
Figure 2009257854

酸化還元電流Iを、図2に示すように一定周期Tで測定した場合には、式4は以下のように表現できる。

Figure 2009257854
When the redox current I is measured at a constant period T as shown in FIG. 2, Equation 4 can be expressed as follows.
Figure 2009257854

試薬3に含まれる水酸化カリウムの分子数は、試薬3の濃度および液量から算出できる。試薬3の使用開始時の分子数をN個とした場合に、水酸化カリウムの消費割合は以下のように表現できる。

Figure 2009257854
The number of potassium hydroxide molecules contained in the reagent 3 can be calculated from the concentration and amount of the reagent 3. When the number of molecules at the start of use of the reagent 3 is N, the consumption rate of potassium hydroxide can be expressed as follows.
Figure 2009257854

図3は酸素濃度演算部9および消費量演算部10を示すブロック図である。図3の(a)は酸素濃度演算部9のブロック図である。図3の(b)は消費量演算部10のブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the oxygen concentration calculator 9 and the consumption calculator 10. FIG. 3A is a block diagram of the oxygen concentration calculator 9. FIG. 3B is a block diagram of the consumption calculation unit 10.

酸素濃度演算部9は、温度演算部9aと計算部9bで構成されている。温度演算部9aは、温度センサ7の出力が入力され、隔膜2の温度に変換する。計算部9bは、酸化還元電流Iが入力され、測定液1中の溶存酸素量DOを算出する。このとき、温度演算部9aで得られた隔膜2の温度情報に基づいて、溶存酸素量DOの値を補正する。   The oxygen concentration calculation unit 9 includes a temperature calculation unit 9a and a calculation unit 9b. The temperature calculation unit 9 a receives the output of the temperature sensor 7 and converts it into the temperature of the diaphragm 2. The calculation unit 9 b receives the oxidation-reduction current I and calculates the dissolved oxygen amount DO in the measurement liquid 1. At this time, the value of the dissolved oxygen amount DO is corrected based on the temperature information of the diaphragm 2 obtained by the temperature calculation unit 9a.

消費量演算部11は、積算部11a、計算部11b、比較部11cで構成されている。消費量演算部11は、電流計8で測定した酸化還元電流Iが入力される。積算部11aは、一定周期T(たとえばT=60s)で酸化還元電流Iの電流値を採取し、I,I,I…として記憶する。積算部11aは、

Figure 2009257854
の計算を行い、計算結果を計算部11bに出力する。 The consumption calculation unit 11 includes an integration unit 11a, a calculation unit 11b, and a comparison unit 11c. The consumption calculation unit 11 receives the redox current I measured by the ammeter 8. The accumulating unit 11a collects the current value of the oxidation-reduction current I at a constant period T (for example, T = 60 s) and stores it as I 1 , I 2 , I 3 . The accumulating unit 11a
Figure 2009257854
And the calculation result is output to the calculation unit 11b.

計算部11bは、積算部11aの計算結果を利用して式6の計算を行い、水酸化カリウムの消費割合を算出する。算出された試薬3の消費割合は、比較部11cおよび予測部12、表示部13に出力される。また、試薬3の消費割合を示す信号は、外部通信用の信号S1に利用される。   The calculation part 11b calculates Formula 6 using the calculation result of the integrating | accumulating part 11a, and calculates the consumption rate of potassium hydroxide. The calculated consumption rate of the reagent 3 is output to the comparison unit 11c, the prediction unit 12, and the display unit 13. A signal indicating the consumption rate of the reagent 3 is used as the signal S1 for external communication.

比較部11cは、試薬3の消費割合を事前に設定された閾値(たとえば90%)と比較する。比較部11cは、消費割合が90%を超えた場合に試薬3が消費されたものと判断し、アラーム信号S2を出力する。   The comparison unit 11c compares the consumption rate of the reagent 3 with a preset threshold (for example, 90%). The comparison unit 11c determines that the reagent 3 is consumed when the consumption ratio exceeds 90%, and outputs an alarm signal S2.

予測部12には試薬3の使用開始時期が記憶される。予測部12は、消費量演算部11から入力された水酸化カリウムの消費割合と、試薬3の使用開始時期からの経過時間とに基づいて、現状のペースで溶存酸素計が継続して使用された場合に試薬3の消費割合が90%を超える期日Dを予測する。期日Dは表示部13に出力される。酸素濃度演算部9、消費量演算部11および予測部12は、CPUおよびその周辺回路(メモリなど)で構成する。   The prediction unit 12 stores the use start time of the reagent 3. The prediction unit 12 uses the dissolved oxygen meter continuously at the current pace based on the consumption rate of potassium hydroxide input from the consumption calculation unit 11 and the elapsed time from the use start time of the reagent 3. The due date D when the consumption rate of the reagent 3 exceeds 90% is predicted. The due date D is output to the display unit 13. The oxygen concentration calculation unit 9, the consumption calculation unit 11, and the prediction unit 12 are constituted by a CPU and its peripheral circuits (memory, etc.).

表示部13は、酸素濃度演算部9で算出された溶存酸素量DOを表示する。また、消費量演算部11から入力された水酸化カリウムの消費割合を、試薬3の消費量として表示する。また、予測部12から入力された期日Dを、次回の試薬交換日として表示する。   The display unit 13 displays the dissolved oxygen amount DO calculated by the oxygen concentration calculation unit 9. In addition, the consumption rate of potassium hydroxide input from the consumption calculation unit 11 is displayed as the consumption amount of the reagent 3. Further, the due date D input from the prediction unit 12 is displayed as the next reagent replacement date.

本実施例は以上のように構成され、指示極4と対極5との間に流れる電流値Iに基づいて試薬3の消費量を算出する消費量演算部11を備えたことにより、試薬3の消費の程度を把握することができる。これにより、まだ使用可能であるにもかかわらず試薬3を交換したり、試薬3がすべて消費されたことに気づかないまま測定をしてしまうという事態が避けられる。
また、溶存酸素量DOを求めるために元来備えられている電流計8による電流値を用いて試薬3の消費量を算出するので、算出に新たな装置を必要としない。消費量演算部11および予測部12に対応するソフトウェアを追加する変更だけで済むため、安価に実現できる。
The present embodiment is configured as described above, and includes the consumption amount calculation unit 11 that calculates the consumption amount of the reagent 3 based on the current value I flowing between the indicator electrode 4 and the counter electrode 5. The level of consumption can be grasped. As a result, it is possible to avoid a situation in which the reagent 3 is exchanged even though it is still usable, or measurement is performed without noticing that all of the reagent 3 has been consumed.
Moreover, since the consumption amount of the reagent 3 is calculated using the current value of the ammeter 8 that is originally provided in order to obtain the dissolved oxygen amount DO, a new device is not required for the calculation. Since only the addition of the software corresponding to the consumption calculation unit 11 and the prediction unit 12 is required, it can be realized at low cost.

また、消費量演算部11は、試薬3の消費量を示す信号S1を出力するため、この信号S1を通信に利用することによって、本実施例の溶存酸素計のユーザは遠隔地にいながら試薬3の消費の程度を把握することができる。   Moreover, since the consumption calculating part 11 outputs the signal S1 which shows the consumption of the reagent 3, the user of the dissolved oxygen meter of a present Example is a reagent while using this signal S1 for communication, while being in a remote place. The degree of consumption of 3 can be grasped.

また、消費量演算部11は、試薬3の消費量が所定値を超えた場合に試薬3の消費を示すアラーム信号S2を出力するため、アラーム警報や通信に利用することができる。これにより、本実施例の溶存酸素計のユーザに試薬3の消費に気づかせるとともに、試薬3の交換を促すことができる。   Further, since the consumption amount calculation unit 11 outputs an alarm signal S2 indicating consumption of the reagent 3 when the consumption amount of the reagent 3 exceeds a predetermined value, it can be used for alarm warning and communication. As a result, the user of the dissolved oxygen meter of the present embodiment can be made aware of the consumption of the reagent 3 and can be prompted to replace the reagent 3.

また、試薬3の消費量が所定値を超える時期を予測する予測部12を備えているため、本実施例の溶存酸素計のユーザは次回試薬を交換または充填すべき時期を事前に知ることができる。   In addition, since the prediction unit 12 that predicts the time when the consumption amount of the reagent 3 exceeds a predetermined value is provided, the user of the dissolved oxygen meter of the present embodiment can know in advance when the reagent should be replaced or filled next time. it can.

また、試薬3の消費量や期日Dを表示する表示部13を備えているため、本実施例の溶存酸素計のユーザは試薬3の消費の程度および次回試薬交換日を常時把握することができる。   Further, since the display unit 13 for displaying the consumption amount and the due date D of the reagent 3 is provided, the user of the dissolved oxygen meter of the present embodiment can always grasp the consumption level of the reagent 3 and the next reagent replacement date. .

なお、本実施例では、消費量演算部11で試薬3の消費量を算出したが、試薬3の残存量を算出してもよい。また、表示部13で表示したのは試薬3の消費量であったが、残存量を表示してもよい。また、本実施例では、温度センサ7は隔膜2の温度を測定したが、隔膜2や試薬3、指示極4が熱的に平衡状態にあると考え、温度センサ7で試薬3や指示極4の温度を測定し、隔膜2の温度として代用してもよい。指示極4の温度測定で代用する場合には、温度センサ7を指示極4に内蔵してもよい。   In the present embodiment, the consumption amount of the reagent 3 is calculated by the consumption amount calculation unit 11, but the remaining amount of the reagent 3 may be calculated. Further, although the consumption amount of the reagent 3 is displayed on the display unit 13, the remaining amount may be displayed. In this embodiment, the temperature sensor 7 measures the temperature of the diaphragm 2. However, the temperature sensor 7 considers that the diaphragm 2, the reagent 3, and the indicator electrode 4 are in thermal equilibrium, and the temperature sensor 7 uses the reagent 3 and the indicator electrode 4. May be used as the temperature of the diaphragm 2. When substituting the temperature measurement of the indicator electrode 4, the temperature sensor 7 may be incorporated in the indicator electrode 4.

また、本実施例では、消費量演算部11が酸化還元電流Iの電流値を採取する周期を一定周期T=60sとしたが、周期Tはこれに限られない。溶存酸素計の使用頻度や測定液1の酸素濃度によって、周期Tは別の値に設定してもよい。また、周期Tは常に一定でなくてもよい。たとえば、水酸化カリウムの消費割合が0%〜50%までは周期T、50%〜75%までは周期T、75%以上の場合には周期Tなど、水酸化カリウムの消費割合に応じて変化させてもよい。また、周期Tは短いほど、水酸化カリウムの消費割合を精度よく算出することができる。 In the present embodiment, the period at which the consumption calculation unit 11 collects the current value of the oxidation-reduction current I is set to a constant period T = 60 s, but the period T is not limited to this. Depending on the frequency of use of the dissolved oxygen meter and the oxygen concentration of the measurement liquid 1, the period T may be set to another value. Further, the period T may not always be constant. For example, when the consumption rate of potassium hydroxide is 0% to 50%, the cycle T 1 , 50% to 75% is the cycle T 2 , and when 75% or more, the cycle T 3 is used. It may be changed accordingly. Further, the shorter the period T, the more accurately the consumption rate of potassium hydroxide can be calculated.

また、本実施例では、水酸化カリウムの消費割合が90%を超えた場合に試薬3が消費されたと判断したが、閾値は別の値に設定してもよい。溶存酸素計の使用頻度、測定液1の酸素濃度や温度、溶存酸素計が使用されるアプリケーションのスピードなどに応じて、適切と考えられる値に設定する。   In this embodiment, it is determined that the reagent 3 is consumed when the consumption ratio of potassium hydroxide exceeds 90%. However, the threshold value may be set to another value. It is set to a value that is considered appropriate depending on the usage frequency of the dissolved oxygen meter, the oxygen concentration and temperature of the measurement liquid 1, the speed of the application in which the dissolved oxygen meter is used, and the like.

なお、本実施例では隔膜型ガルバニ電池式の溶存酸素計に本発明を適用した例を記載したが、隔膜型ポーラログラフ電極式の溶存酸素計にも適用可能である。また、本発明は、電極間に電気化学反応を生じさせ、この電極間に発生する電流を検出することによって測定対象の物理量を測定するとともに、測定に際して試薬を消費するものであればその他の電気化学センサにも適用可能である。たとえば、アルカリ度計や酸度計、残留塩素計、ナトリウム計にも適用できる。
また、電極間に電気化学反応を生じさせ、この電極間に発生する電圧を検出して測定対象の物理量を測定する電気化学センサの場合には、電流の代わりに電圧を用いても試薬の消費量を算出できる。
なお、本実施例における指示極4および対極5は、請求項1の電極に相当する。測定液1は請求項1および2における測定対象に相当する。
In this embodiment, the example in which the present invention is applied to a diaphragm type galvanic cell type dissolved oxygen meter has been described. However, the present invention can also be applied to a diaphragm type polarographic electrode type dissolved oxygen meter. In addition, the present invention measures the physical quantity of the measurement target by causing an electrochemical reaction between the electrodes and detecting the current generated between the electrodes, and uses other electricity as long as the reagent is consumed in the measurement. It can also be applied to chemical sensors. For example, it can be applied to an alkalinity meter, acidity meter, residual chlorine meter, and sodium meter.
In addition, in the case of an electrochemical sensor that causes an electrochemical reaction between electrodes and detects the voltage generated between the electrodes to measure the physical quantity to be measured, the consumption of the reagent can be achieved even if voltage is used instead of current. The amount can be calculated.
In addition, the indicator electrode 4 and the counter electrode 5 in a present Example are equivalent to the electrode of Claim 1. The measurement liquid 1 corresponds to the measurement object in claims 1 and 2.

つぎに、実施例2について説明する。本実施例は、先の実施例1に対して、容器B、隔膜2、試薬3、指示極4、対極5、温度センサ7をカートリッジ化したものである。   Next, Example 2 will be described. In this embodiment, the container B, the diaphragm 2, the reagent 3, the indicator electrode 4, the counter electrode 5, and the temperature sensor 7 are made into a cartridge as compared with the first embodiment.

図4は、実施例2として、カートリッジタイプの溶存酸素計を示す図である。B’はカートリッジ容器である。15はカートリッジ容器B’に設けられたコネクタ部である。カートリッジ容器B’は、コネクタ部15によりレセプタクル16と着脱する。カートリッジ容器B’は、全体がSUSで形成され、底壁には隔膜2が形成されている。カートリッジ容器B’の内部には試薬3が充填されている。試薬3中には指示極4、対極5、温度センサ7が配置されている。   FIG. 4 is a diagram showing a cartridge-type dissolved oxygen meter as Example 2. As shown in FIG. B 'is a cartridge container. Reference numeral 15 denotes a connector portion provided in the cartridge container B '. The cartridge container B ′ is attached to and detached from the receptacle 16 by the connector portion 15. The cartridge container B 'is entirely formed of SUS, and a diaphragm 2 is formed on the bottom wall. The inside of the cartridge container B ′ is filled with the reagent 3. An indicator electrode 4, a counter electrode 5, and a temperature sensor 7 are disposed in the reagent 3.

カートリッジ容器B’には、カートリッジ容器B’の横断面中央部に上下に延びる支持部材D’(図示せず)が形成されており、この支持部材D’に指示極4、対極5、温度センサ7が支持されている。指示極4は、支持部材D’の下端に取り付けられ、支持極4の先端の端面が隔膜2に近接するように位置が調整されている。対極5は、支持部材D’の側面であって指示極4から離れた位置に取り付けられている。温度センサ7は、支持部材D’の下端に取り付けられ、隔膜2の温度測定に適するように位置が調整されている。   The cartridge container B ′ is formed with a support member D ′ (not shown) extending vertically in the center of the cross section of the cartridge container B ′. The support member D ′ has an indicator electrode 4, a counter electrode 5, and a temperature sensor. 7 is supported. The indicator electrode 4 is attached to the lower end of the support member D ′, and the position thereof is adjusted so that the end surface of the tip of the support electrode 4 is close to the diaphragm 2. The counter electrode 5 is attached to a side surface of the support member D ′ at a position away from the indicator electrode 4. The temperature sensor 7 is attached to the lower end of the support member D ′, and its position is adjusted so as to be suitable for measuring the temperature of the diaphragm 2.

ケーブル61a、61bは、前記実施例1におけるケーブル61を構成するものである。また、ケーブル62a、62bは、前記実施例1におけるケーブル62を構成するものである。指示極4および対極5からは、それぞれケーブル61a,62aがコネクタ16に配線されている。レセプタクル16には、電流計8と接続するケーブル61b、62bが配線されている。カートリッジ容器B’がレセプタクル16に接続されると、コネクタ16を介してケーブル61aとケーブル61b、ケーブル62aとケーブル62bがそれぞれ接続される。これにより、カートリッジ容器B’とレセプタクル16の接続時には、指示極4と対極5がケーブル61a、61b、62a、62bおよび電流計8を介して接続される。   The cables 61a and 61b constitute the cable 61 in the first embodiment. The cables 62a and 62b constitute the cable 62 in the first embodiment. Cables 61 a and 62 a are wired to the connector 16 from the indicator electrode 4 and the counter electrode 5, respectively. Cables 61 b and 62 b connected to the ammeter 8 are wired in the receptacle 16. When the cartridge container B 'is connected to the receptacle 16, the cable 61a and the cable 61b and the cable 62a and the cable 62b are connected via the connector 16, respectively. Thus, when the cartridge container B ′ and the receptacle 16 are connected, the indicator electrode 4 and the counter electrode 5 are connected via the cables 61 a, 61 b, 62 a, 62 b and the ammeter 8.

同様に、温度センサ7からはケーブル71aがコネクタ15に配線され、レセプタクル16には酸素濃度演算部9に接続するケーブル71bが配線されている。カートリッジ容器B’がレセプタクル16に接続されると、コネクタ16を介してケーブル71aと71bが接続される。コネクタ16は防水性のものを使用する。   Similarly, a cable 71 a is wired from the temperature sensor 7 to the connector 15, and a cable 71 b connected to the oxygen concentration calculation unit 9 is wired to the receptacle 16. When the cartridge container B ′ is connected to the receptacle 16, the cables 71 a and 71 b are connected via the connector 16. The connector 16 is waterproof.

カートリッジ容器B’、隔膜2、試薬3、指示極4、対極5、温度センサ7、ケーブル61a,61b,71a、コネクタ16でカートリッジ100が構成される。カートリッジ100は、レセプタクル16に接続された上で、支持部材C’(図示せず)によって
カートリッジ容器B’の底壁が測定液1に接するように容器Aに対して保持される。
The cartridge 100 is composed of the cartridge container B ′, the diaphragm 2, the reagent 3, the indicator electrode 4, the counter electrode 5, the temperature sensor 7, the cables 61a, 61b, 71a, and the connector 16. After the cartridge 100 is connected to the receptacle 16, the cartridge 100 is held with respect to the container A by a support member C ′ (not shown) so that the bottom wall of the cartridge container B ′ is in contact with the measurement liquid 1.

表示部14には、酸素濃度演算部9で算出された溶存酸素量DOと、試薬3の消費量が表示される。また、予測部12から入力された期日Dが、カートリッジ100の次回交換日として表示される。その他の構成は前記実施例1と同じである。   The display unit 14 displays the dissolved oxygen amount DO calculated by the oxygen concentration calculation unit 9 and the consumption amount of the reagent 3. Further, the due date D input from the prediction unit 12 is displayed as the next replacement date of the cartridge 100. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

本実施例は以上のように構成され、隔膜2、試薬3、指示極4、対極5、温度センサ7等をカートリッジ化したことにより、試薬3を消費した場合にカートリッジ100ごと交換できるという利点がある。試薬3は、本実施例の水酸化カリウムのように劇薬である場合が多い。ユーザが自ら試薬3の交換作業や充填作業を行うと、皮膚に試薬3が付着するおそれがあるなど危険である。本実施例のようにカートリッジ化したことによって、ユーザが直接試薬3の交換作業や充填作業をするのを避けることができる。   The present embodiment is configured as described above, and the diaphragm 2, the reagent 3, the indicator electrode 4, the counter electrode 5, the temperature sensor 7 and the like are formed into cartridges, so that the cartridge 100 can be replaced when the reagent 3 is consumed. is there. The reagent 3 is often a powerful drug like the potassium hydroxide of this example. If the user performs the replacement or filling operation of the reagent 3 himself, there is a risk that the reagent 3 may adhere to the skin. By using the cartridge as in the present embodiment, it is possible to avoid the user from directly replacing and filling the reagent 3.

なお、本実施例および前記実施例1において、測定液1は容器Aに収容されていたが、測定液1は必ずしも容器に収容されている必要はない。本発明の電気化学センサは、海水や河川の水、汚水などを測定対象として直接測定する場合にも適用可能である。   In addition, in the present Example and the said Example 1, although the measurement liquid 1 was accommodated in the container A, the measurement liquid 1 does not necessarily need to be accommodated in the container. The electrochemical sensor of the present invention can also be applied to the case where seawater, river water, sewage, or the like is directly measured.

図1は、本発明による実施例1を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment according to the present invention. 図2は、酸化還元電流Iの時間変化を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a time change of the oxidation-reduction current I. FIG. 図3は、酸素濃度演算部9と消費量演算部10を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing the oxygen concentration calculator 9 and the consumption calculator 10. 図4は、実施例2を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a second embodiment. 図5は、従来例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

1 測定液
2 隔膜
3 試薬
4 指示極
5 対極
6a、6b ケーブル
7 温度センサ
8 電流計
9 酸素濃度演算部
11 消費量演算部
12 予測部
13 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement liquid 2 Diaphragm 3 Reagent 4 Indicator electrode 5 Counter electrode 6a, 6b Cable 7 Temperature sensor 8 Ammeter 9 Oxygen concentration calculation part 11 Consumption calculation part 12 Prediction part 13 Display part

Claims (8)

測定対象あるいは試薬中に配置された電極間に電気化学反応を生じさせ、この電極間に発生する電流または電圧を検出することによって測定対象の物理量を測定するとともに、測定に際して試薬を消費する電気化学センサにおいて、
前記電流または電圧の積算値を求め、この積算値に基づいて前記試薬の消費量あるいは残存量を算出する消費量演算部を備えたことを特徴とする電気化学センサ。
Electrochemical reaction between the electrodes placed in the measurement target or reagent, and the physical quantity of the measurement target is measured by detecting the current or voltage generated between the electrodes, and the reagent consumes the reagent during the measurement. In the sensor
An electrochemical sensor comprising: a consumption calculation unit that calculates an integrated value of the current or voltage and calculates a consumption amount or a residual amount of the reagent based on the integrated value.
測定対象と試薬とを隔離する隔膜と、
前記試薬中に配置され、前記隔膜に近接して配置された指示極と、
この指示極との間に前記試薬を介して配置された対極と、
前記指示極と前記対極との間に流れる電流を検出する電流計と、
を備え、前記測定対象の物理量を測定する電気化学センサにおいて、
前記電流計で検出した電流値の積算値を求め、この積算値に基づいて前記試薬の消費量あるいは残存量を算出する消費量演算部を備えたことを特徴とする電気化学センサ。
A diaphragm that separates the measurement target from the reagent;
An indicator electrode disposed in the reagent and disposed in proximity to the diaphragm;
A counter electrode disposed via the reagent between the indicator electrode and
An ammeter for detecting a current flowing between the indicator electrode and the counter electrode;
In an electrochemical sensor for measuring a physical quantity of the measurement object,
An electrochemical sensor comprising: a consumption calculating unit that calculates an integrated value of current values detected by the ammeter and calculates a consumption amount or a residual amount of the reagent based on the integrated value.
前記試薬と、前記隔膜と、前記指示極と、前記対極が内蔵されたカートリッジ容器と、
このカートリッジ容器に着脱可能なレセプタクルを備えたことを特徴とする請求項2に記載の電気化学センサ。
A cartridge container containing the reagent, the diaphragm, the indicator electrode, and the counter electrode;
The electrochemical sensor according to claim 2, further comprising a receptacle detachably attached to the cartridge container.
前記消費量演算部は、前記試薬の消費量あるいは残存量を示す信号を出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学センサ。   The electrochemical sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the consumption calculation unit outputs a signal indicating the consumption or remaining amount of the reagent. 前記消費量演算部は、前記試薬の消費量が所定値を超えた場合に試薬の消費を示す信号を出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学センサ。   5. The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the consumption amount calculation unit outputs a signal indicating the consumption of the reagent when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value. 6. 前記消費量演算部の出力および前記試薬の使用開始時期からの経過時間に基づいて、前記試薬の消費量が所定値を超える時期を予測する予測部を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電気化学センサ。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a prediction unit that predicts a time when the amount of consumption of the reagent exceeds a predetermined value based on an output of the consumption amount calculation unit and an elapsed time from the use start time of the reagent. The electrochemical sensor according to any one of 5. 前記試薬の消費量あるいは残存量、または前記試薬の消費量が所定値を超える時期の少なくともいずれかを表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項6に記載の電気化学センサ。   The electrochemical sensor according to claim 6, further comprising a display unit that displays at least one of a consumption amount or a residual amount of the reagent or a time when the consumption amount of the reagent exceeds a predetermined value. 前記測定対象の物理量が溶存酸素量であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電気化学センサ。   The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the physical quantity to be measured is an amount of dissolved oxygen.
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