JPH08184621A - 電磁誘導式プローブ - Google Patents
電磁誘導式プローブInfo
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- JPH08184621A JPH08184621A JP6338615A JP33861594A JPH08184621A JP H08184621 A JPH08184621 A JP H08184621A JP 6338615 A JP6338615 A JP 6338615A JP 33861594 A JP33861594 A JP 33861594A JP H08184621 A JPH08184621 A JP H08184621A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring resistance of fluids
-
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/023—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶液の電気的特性を測定する電磁誘導式プロ
ーブにおいて、広帯域性と小型実用性を両立させる手段
を提案する。 【構成】従来技術の電磁誘導式プローブは、１次コイル
１１が巻かれたトロイダルコア１０からなる１次トラン
スと、２次コイル１３が巻かれたトロイダルコア１２か
らなる２次トランスと、これらを遮蔽する静電シールド
１４、プローブと測定器本体間を接続するケーブル６と
７を主な構成要素とし、溶液内に発生する電界の非対称
性による測定誤差をなくすために、プローブの構造を対
称化している。本発明では、バランサ３１のセンタータ
ップ端子ｂをケーブル６と７外部導体に、他の端子ａお
よびｃをそれぞれシールド１４のギャップの両端に接続
することによって、溶液内の電界の対称性を高周波域ま
で保持して、広帯域化を実現する。バランサは、プロー
ブのハンドルに内蔵できるのでプローブの小型化が可能
である。
ーブにおいて、広帯域性と小型実用性を両立させる手段
を提案する。 【構成】従来技術の電磁誘導式プローブは、１次コイル
１１が巻かれたトロイダルコア１０からなる１次トラン
スと、２次コイル１３が巻かれたトロイダルコア１２か
らなる２次トランスと、これらを遮蔽する静電シールド
１４、プローブと測定器本体間を接続するケーブル６と
７を主な構成要素とし、溶液内に発生する電界の非対称
性による測定誤差をなくすために、プローブの構造を対
称化している。本発明では、バランサ３１のセンタータ
ップ端子ｂをケーブル６と７外部導体に、他の端子ａお
よびｃをそれぞれシールド１４のギャップの両端に接続
することによって、溶液内の電界の対称性を高周波域ま
で保持して、広帯域化を実現する。バランサは、プロー
ブのハンドルに内蔵できるのでプローブの小型化が可能
である。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は一般にインピーダンス測定
装置に関し、特にコロイド状態の物質の構造の定量的研
究・検査・管理のための電気特性測定分野において用い
られる電磁誘導式プローブに関する。
装置に関し、特にコロイド状態の物質の構造の定量的研
究・検査・管理のための電気特性測定分野において用い
られる電磁誘導式プローブに関する。
【０００２】
【従来技術と問題点】コロイドは、粒子状の分散質と連
続相の分散媒からなる分散系であり、分散質と分散媒が
均一に混合していない。このような不均質構造の姿を評
価する方法として導電率や誘電率などの電気的特性の測
定がある。特に近年、インピーダンス測定を利用した誘
電率を測定する方法が研究されている。本出願人は、特
願平６−１７２０２３にて導電性の大きい溶液の容量性
すなわち誘電率を測定する効果的手段として、電磁誘導
方式導電率・誘電率計を提案した。これは、従来の電極
方式の欠点である界面分極による誤差の問題を解決し、
誘電率を導電性の影響なしに正確に測定できるものであ
る。そこでは、プローブの構造と簡便な補正法を提案し
た。本件は、プローブの構成要素を改善し、広帯域と小
型化を両立させるプローブの提案である。
続相の分散媒からなる分散系であり、分散質と分散媒が
均一に混合していない。このような不均質構造の姿を評
価する方法として導電率や誘電率などの電気的特性の測
定がある。特に近年、インピーダンス測定を利用した誘
電率を測定する方法が研究されている。本出願人は、特
願平６−１７２０２３にて導電性の大きい溶液の容量性
すなわち誘電率を測定する効果的手段として、電磁誘導
方式導電率・誘電率計を提案した。これは、従来の電極
方式の欠点である界面分極による誤差の問題を解決し、
誘電率を導電性の影響なしに正確に測定できるものであ
る。そこでは、プローブの構造と簡便な補正法を提案し
た。本件は、プローブの構成要素を改善し、広帯域と小
型化を両立させるプローブの提案である。
【０００３】特願平６−１７２０２３では、電磁誘導式
プローブにおいて、環状のトランスの環状の中心を通り
かつ環状の中心軸に垂直な平面に対して、電界を対称に
することが重要性であり、それを実現するプローブの構
造を述べた。その実施例として示した構造を、図３及び
図４に示す。これらの動作の概要は次ぎの通りである。
インピーダンス測定器本体１内の信号源２から交流信号
が、電磁誘導式プローブ８内の１次コイル１１に印加さ
れ、１次トロイダルコア１０が励磁される。この結果、
プローブが浸されている溶液に誘起電流が流れ、この電
流が２次トロイダルコア１２に鎖交し、このコアに磁束
が励起される。この磁束で誘起された２次コイル１３の
電流をインピーダンス測定器本体１内の電流計５で測定
する。印加した信号電圧を電圧計４で測定し、該測定値
と電流計の測定値の比から、溶液のインピーダンス値を
得る。インピーダンスの測定値の抵抗成分から導電率
を、静電容量成分から誘電率を演算処理によって求め
る。なお、図３及び図４の３は抵抗、９は電磁誘導式プ
ローブの外装樹脂モールドである。
プローブにおいて、環状のトランスの環状の中心を通り
かつ環状の中心軸に垂直な平面に対して、電界を対称に
することが重要性であり、それを実現するプローブの構
造を述べた。その実施例として示した構造を、図３及び
図４に示す。これらの動作の概要は次ぎの通りである。
インピーダンス測定器本体１内の信号源２から交流信号
が、電磁誘導式プローブ８内の１次コイル１１に印加さ
れ、１次トロイダルコア１０が励磁される。この結果、
プローブが浸されている溶液に誘起電流が流れ、この電
流が２次トロイダルコア１２に鎖交し、このコアに磁束
が励起される。この磁束で誘起された２次コイル１３の
電流をインピーダンス測定器本体１内の電流計５で測定
する。印加した信号電圧を電圧計４で測定し、該測定値
と電流計の測定値の比から、溶液のインピーダンス値を
得る。インピーダンスの測定値の抵抗成分から導電率
を、静電容量成分から誘電率を演算処理によって求め
る。なお、図３及び図４の３は抵抗、９は電磁誘導式プ
ローブの外装樹脂モールドである。
【０００４】図３及び図４は、１次及び２次トランスの
トロイダルコアを同心円状に配置した構造である。２つ
のトロイダルコアの環状の中心及び環状の中心軸は一致
しているので、この中心を通りこの中心軸に垂直な平面
に対して対称な構造なっている。図３では、コア及びシ
ールドの構造はこの対称の条件を満たしているが、測定
器とプローブを接続する２本の同軸ケーブルの給電点
（引き出し口）が、それぞれコアの片側から出ているた
めの対称性の不平衡を、バラン１８と短絡線１７で補償
して平衡させている。バラン１８の等価回路を符号１９
に示す。この方法で例えば１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ程
度の広帯域で測定するには、次ぎのような限界がある。
それは、バランは高周波数帯域では良い平衡が得られる
が、低い周波数帯域では励磁インピーダンスが低下して
平衡が悪くなることによる。励磁インピーダンスの減少
は、平衡を悪化させるだけでなく、バランのコアの外部
に磁束を発生させる。この磁束が同軸ケーブル６、短絡
線１７、同軸ケーブル７およびシールド１４を一巡する
ループに電流を流し、その結果１次トランスと２次トラ
ンスのアイソレーションを悪化させ、測定誤差を大きく
する。低周波での励磁インピーダンスの減少を防ぐに
は、巻数を多くしなければならないのでバランの環状コ
アを大きくしなければならない。このコアには同軸ケー
ブルを巻くので、バランの外形はさらに大きくなってし
まう。電磁誘導式プローブの実用的外観と寸法の一例を
図２に示す。プローブは合成樹脂で外装され、２つのト
ランスは図のトランス部に内蔵されている。バランを内
蔵する位置はハンドル部のトランス部に近い部分にな
る。しかし、図に例示した寸法のハンドル部にバランを
内蔵することは不可能である。無理にバランを納めよう
とすると、ハンドル部の形状が複雑になり、美観を著し
く損なうばかりでなく、溶液槽の大きさの制限、プロー
ブの重心、保持方法、洗浄などに問題を生じる。
トロイダルコアを同心円状に配置した構造である。２つ
のトロイダルコアの環状の中心及び環状の中心軸は一致
しているので、この中心を通りこの中心軸に垂直な平面
に対して対称な構造なっている。図３では、コア及びシ
ールドの構造はこの対称の条件を満たしているが、測定
器とプローブを接続する２本の同軸ケーブルの給電点
（引き出し口）が、それぞれコアの片側から出ているた
めの対称性の不平衡を、バラン１８と短絡線１７で補償
して平衡させている。バラン１８の等価回路を符号１９
に示す。この方法で例えば１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ程
度の広帯域で測定するには、次ぎのような限界がある。
それは、バランは高周波数帯域では良い平衡が得られる
が、低い周波数帯域では励磁インピーダンスが低下して
平衡が悪くなることによる。励磁インピーダンスの減少
は、平衡を悪化させるだけでなく、バランのコアの外部
に磁束を発生させる。この磁束が同軸ケーブル６、短絡
線１７、同軸ケーブル７およびシールド１４を一巡する
ループに電流を流し、その結果１次トランスと２次トラ
ンスのアイソレーションを悪化させ、測定誤差を大きく
する。低周波での励磁インピーダンスの減少を防ぐに
は、巻数を多くしなければならないのでバランの環状コ
アを大きくしなければならない。このコアには同軸ケー
ブルを巻くので、バランの外形はさらに大きくなってし
まう。電磁誘導式プローブの実用的外観と寸法の一例を
図２に示す。プローブは合成樹脂で外装され、２つのト
ランスは図のトランス部に内蔵されている。バランを内
蔵する位置はハンドル部のトランス部に近い部分にな
る。しかし、図に例示した寸法のハンドル部にバランを
内蔵することは不可能である。無理にバランを納めよう
とすると、ハンドル部の形状が複雑になり、美観を著し
く損なうばかりでなく、溶液槽の大きさの制限、プロー
ブの重心、保持方法、洗浄などに問題を生じる。
【０００５】一方、図４の構造は、内側のコイル１３の
引出線を、外側のコア１０の断面の中心を通る環状の半
径方向の貫通孔１６を通して外部に接続する方法で対称
化を実現している。従って、バランが不用で、プローブ
の小型化に適している。しかし、周波数の上昇とともに
生じるコアの透磁率低下に伴い、電界の対称性が十分で
なくなる問題がある。それは、トランスの巻き線のイン
ダクタンスとしての本来の振る舞いに対し、巻き線、コ
ア及びシールド間の種々の静電容量結合が無視できなく
なることに因る。その結果、量産したとき、電界の対称
性のバラツキが無視できるような構造や布線を実現する
ことが、極めて困難となるのである。以上のように、図
３の構造では、低周波域で精度よく測定するためにはプ
ローブが大型化し、実用に供し得ない。また、図４の構
造では高周波域でバラツキのないプローブを製造するこ
とが困難である。このように従来技術では、広帯域で小
型のプローブが実現できないという問題点がある。
引出線を、外側のコア１０の断面の中心を通る環状の半
径方向の貫通孔１６を通して外部に接続する方法で対称
化を実現している。従って、バランが不用で、プローブ
の小型化に適している。しかし、周波数の上昇とともに
生じるコアの透磁率低下に伴い、電界の対称性が十分で
なくなる問題がある。それは、トランスの巻き線のイン
ダクタンスとしての本来の振る舞いに対し、巻き線、コ
ア及びシールド間の種々の静電容量結合が無視できなく
なることに因る。その結果、量産したとき、電界の対称
性のバラツキが無視できるような構造や布線を実現する
ことが、極めて困難となるのである。以上のように、図
３の構造では、低周波域で精度よく測定するためにはプ
ローブが大型化し、実用に供し得ない。また、図４の構
造では高周波域でバラツキのないプローブを製造するこ
とが困難である。このように従来技術では、広帯域で小
型のプローブが実現できないという問題点がある。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、広帯域性と小型実用性
を兼ね備えた電磁誘導式プローブを提供することを目的
とするものである。
するためになされたものであり、広帯域性と小型実用性
を兼ね備えた電磁誘導式プローブを提供することを目的
とするものである。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、図４の構造の小型化に適する
特徴を生かし、これに高周波域での電界の非対称性を補
正する手段を付加して、広帯域精度と小型化を両立させ
る提案である。高周波における電界の対称性を保つ手段
の例として、センタータップ付きトランスを提案する。
特徴を生かし、これに高周波域での電界の非対称性を補
正する手段を付加して、広帯域精度と小型化を両立させ
る提案である。高周波における電界の対称性を保つ手段
の例として、センタータップ付きトランスを提案する。
【０００８】
【発明の実施例】図１に本発明の実施例を示す。これ
は、従来技術による対称化構造のプロ−ブに、高周波域
での電界の非対称性を補償する手段としてバランサ３１
を付加したものである。図では、従来技術と同じ機能の
構成要素には同じ符号を付している。バランサ３１以外
の構成は、図４のそれらと同じである。ただし、図４に
図示したインピーダンス測定器本体１は省略してある。
バランサ３１は、図の符号３２の等価回路が示すよう
な、センタータップ付きのトランスであればその構造は
任意である。しかし、符号３１に示するように、トロイ
ダルコアに互いに絶縁された２本の導線を並列に巻いた
同じ巻数の２つのコイルから成る構造が、漏洩磁束が小
さく最も適している。第１のコイルの巻始めを端子ａ
に、第１のコイルの巻終わりと第２のコイルの巻始めを
接続して端子ｂとし、第２のコイルの巻終わりを端子ｃ
としている。従って、端子ｂから端子ａ及び端子ｃを見
ると、互いに逆位相で振幅が等しい電位が現れる。この
バランサ３１の端子ａをシールド１４のギャップ１５の
一端に接続し、バランサ端子ｃをシールド１４のギャッ
プ１５の他端に接続し、端子ｂを入出力同軸ケーブル６
及び７の外部導体に接続する。これらの接続位置は、１
次コイル１１及び２次コイル１３の入出力端と同軸ケー
ブルが接続される給電点の直近である。前記電界の非対
称分は、このセンタタップ付きのトランスであるバラン
サ３１により補正される。すなわち、同軸ケーブルの給
電点の左右のシールド端の電位は、バランサの端子ａ及
びｂに接続されているので、同軸ケーブルの給電点の外
部導体に対し、互いに逆位相で等しい振幅で駆動され
る。すなわち、シールドのギャップの両端の電位の平均
値は同軸ケーブルの給電点の外部導体の電位に等しくな
る。従って、プローブの外部には対称な電界が生じ、同
軸ケーブル給電点の電位は溶液の平均電位と一致し、プ
ローブから溶液に静電容量結合で流れる電流が２次トラ
ンスに鎖交することはない。バランサ３１の励磁インピ
ーダンスは、図３のバラン１８同様全帯域にわたって高
くなければならないが、バランサ３１の巻線は同軸ケー
ブルでなくても良いので図３で必要なバランに比べ１０
分の１以下に小さくなる。その結果図２形状のプローブ
のハンドル部への内蔵は容易である。以上に本発明の実
施例を示したが、例示の様式、部分形、配置、その他に
限定するものでなく、必要に応じて本発明の要旨を失う
ことなく構成の変形も許容される。
は、従来技術による対称化構造のプロ−ブに、高周波域
での電界の非対称性を補償する手段としてバランサ３１
を付加したものである。図では、従来技術と同じ機能の
構成要素には同じ符号を付している。バランサ３１以外
の構成は、図４のそれらと同じである。ただし、図４に
図示したインピーダンス測定器本体１は省略してある。
バランサ３１は、図の符号３２の等価回路が示すよう
な、センタータップ付きのトランスであればその構造は
任意である。しかし、符号３１に示するように、トロイ
ダルコアに互いに絶縁された２本の導線を並列に巻いた
同じ巻数の２つのコイルから成る構造が、漏洩磁束が小
さく最も適している。第１のコイルの巻始めを端子ａ
に、第１のコイルの巻終わりと第２のコイルの巻始めを
接続して端子ｂとし、第２のコイルの巻終わりを端子ｃ
としている。従って、端子ｂから端子ａ及び端子ｃを見
ると、互いに逆位相で振幅が等しい電位が現れる。この
バランサ３１の端子ａをシールド１４のギャップ１５の
一端に接続し、バランサ端子ｃをシールド１４のギャッ
プ１５の他端に接続し、端子ｂを入出力同軸ケーブル６
及び７の外部導体に接続する。これらの接続位置は、１
次コイル１１及び２次コイル１３の入出力端と同軸ケー
ブルが接続される給電点の直近である。前記電界の非対
称分は、このセンタタップ付きのトランスであるバラン
サ３１により補正される。すなわち、同軸ケーブルの給
電点の左右のシールド端の電位は、バランサの端子ａ及
びｂに接続されているので、同軸ケーブルの給電点の外
部導体に対し、互いに逆位相で等しい振幅で駆動され
る。すなわち、シールドのギャップの両端の電位の平均
値は同軸ケーブルの給電点の外部導体の電位に等しくな
る。従って、プローブの外部には対称な電界が生じ、同
軸ケーブル給電点の電位は溶液の平均電位と一致し、プ
ローブから溶液に静電容量結合で流れる電流が２次トラ
ンスに鎖交することはない。バランサ３１の励磁インピ
ーダンスは、図３のバラン１８同様全帯域にわたって高
くなければならないが、バランサ３１の巻線は同軸ケー
ブルでなくても良いので図３で必要なバランに比べ１０
分の１以下に小さくなる。その結果図２形状のプローブ
のハンドル部への内蔵は容易である。以上に本発明の実
施例を示したが、例示の様式、部分形、配置、その他に
限定するものでなく、必要に応じて本発明の要旨を失う
ことなく構成の変形も許容される。
【０００９】
【発明の効果】特願平６−１７２０２３で提案した電磁
誘導方式プローブに、本発明によるバランサを付加すれ
ば広帯域周波数で取扱い易い細身のプローブを提供で
き、実用に供して有益である。
誘導方式プローブに、本発明によるバランサを付加すれ
ば広帯域周波数で取扱い易い細身のプローブを提供で
き、実用に供して有益である。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】電磁誘導式プローブの外観の例を示す図であ
る。
る。
【図３】従来技術の第１の例を示す図である。
【図４】従来技術の第２の例を示す図である。
１：インピーダンス測定器本体 ２：信号源 ３：抵抗 ４：電圧計 ５：電流計 ６：同軸ケーブル ７：同軸ケーブル ８：電磁誘導式プローブ ９：外装樹脂モールド １０：１次トロイダルコア １１：１次コイル １２：２次トロイダルコア １３：２次コイル １４：シールド １５：ギャップ １６：コアの貫通孔 １７：短絡線 １８：バラン １９：バランの等価回路 ３１：バランサ ３２：バランサの等価回路 ａ、ｂ、ｃ：バランサの端子
Claims (3)
- 【請求項１】大小の環状コアを、前記環状の中心点及び
中心軸を一致させて同心円状に配置した１次トランス及
び２次トランス及び前記２つのトランスの静電シールド
が、前記環状の中心を通りかつ環状の中心軸に対して垂
直な平面に対し対称な構造である、溶液の電気的特性を
測定する電磁誘導式プローブにおいて、前記トランスと
測定器本体間を接続する同軸ケーブルの前記トランス側
の接続点の電位と、前記シールドが有するギャップの両
端の電位の平均値とを一致させる手段を有し、広帯域と
小型化を両立させることを特徴とする電磁誘導式プロー
ブ。 - 【請求項２】前記トランスと測定器本体間を接続する同
軸ケーブルの前記トランス側の接続点の電位と、前記シ
ールドが有するギャップの両端の電位の平均値とを一致
させる手段は、前記トランスと測定器本体間を接続する
同軸ケーブルの前記トランス側の接続点に、前記シール
ドが有するギャップの両端の電位を前記同軸ケーブルの
外部導体の電位に対して互いに逆位相で振幅を一致させ
る手段とする請求項１記載の電磁誘導式プローブ。 - 【請求項３】前記シールドが有するギャップの両端の電
位を前記同軸ケーブルの外部導体の電位に対して互いに
逆位相で振幅を一致させる手段は、センタータップ付き
トランスのセンタータップを前記同軸ケーブルの外部導
体に接続し、前記トランスのコイルの他の２つの端子
を、それぞれ前記シールドが有するギャップの両端に接
続することとする請求項２記載の電磁誘導式プローブ。
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