JPS5846698B2 - 液体の電導度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体の電気的伝導度を測定するための測定用セ
ルに係り、測定せんとする液体と接触するきり穴ときり
穴に沿って間隔をおいて多数個の電極を埋め込み、きり
穴の一部を形成した電気絶縁物の本体からなる測定用セ
ルに関する。

従来の測定用セルは英国特許明細書８６９．２２６に引
用されたように、電極の内面は環状であってきり穴の一
部を形成し絶縁物で作られたきり穴の表面に接触してい
る。

従来の測定用セルは４個の環状電極を有し、外側の電極
は電流電極であり交流電源に接続し、内側の電極は電圧
電極として使用されることは周知である。

従来の測定用セルは定電流または定電圧法の何れにも使
用できる。

定電流法では一定のＡＣ電源を外側の電極即ち電流電極
に印加し、内側の電極即ち電圧電極の電圧を高入力イン
ピーダンスのＡＣ電圧計で測定し、それが液体の電導塵
を表わす。

電匣計の読みは、測定せんとする電導塵に反比例するの
で、計器の読みは直接型導度を示さない。

定電圧法においては、電圧で制御されたＡＣ電源の出力
が外側の電極に印加され測定時には電流が流れる。

ＡＣ電源の出力は一定周波数で振巾が変化する交流であ
る。

内側の重臣電極間の電圧はＡＣ電源から流れる電流に関
係し、セルの中の液体の伝導度に関係する。

電圧電極間の電圧を高インピーダンスの入力抵抗の増巾
器により増巾し、その出力をコンパレークに入れ基準電
圧と比較する。

コンパレータの出力によりＡ、Ｃ電源を制御し電圧電極
の電圧を一定にする。

このような状況下で外側の電流電極に流れる電流はＡＣ
電源の動作範囲内において、液体の電導塵に直接比例す
る。

然し電流電極の表面において、液体と電極との接触面に
おいてインピーダンスが増加すると云う好ましくない現
象が起こり、電圧電極から無視できる位の小さい電流が
流れる。

それで電圧電極の電歪が範囲内にあって影響をうけてな
いでいる時、好ましくない現象のためインピーダンスが
増加し電流電極間の電圧が増加しているから測定した電
流値が電導塵の値を表わす値として精確であるかどうか
確認する要がある。

好ましくないインピーダンス増加が電車制御されたＡＣ
電源の動作範囲を越えた電流電極への電モ増加がないか
ぎりは測定は精確である。

定電圧法による測定は直接に電導塵が読めるので便利で
ある。

本発明の目的は、液体の電導塵測定用セルから外へ流れ
出す電流たとえばセルに接続された金属パイプ等の工作
物へ電流が流れ電導塵測定の誤差の原因となるような外
部へ流れる電流を無くした液体の電導塵測定用セルを提
供するにある。

本発明は次の様な構成である。

ｍ１Ｊｔｌ可能なＡＣ電源の出力が印加され、環状同軸
の電極である第１と第４の電流電極と、この第１と第４
の電極の中間に位置し高入力インピーダンスを有する増
巾器へ接続された第２と第３の電圧電極を有する。

この高入力インピーダンスの増巾器の出力は、前述の制
御可能なＡＣ電源をｉ制御し第２と第３の電圧電極の電
圧を実用上一定になるように制御する。

次ぎに第５の電極を環状にして第１から第４の電極と同
軸であり、第１の電極の隣りに位置し従って第４の電極
と第２、第３の電圧電極とから遠く離れた位置（こ設け
る。

且つ第５の電極は高入力インピーダンスのバッファー増
巾器を介して第１の電流電極に接続し、低出力インピー
ダンスでこの第５の電極へ接続している。

本発明はこの第１、第２、第３、第４、第５の環状同軸
の電極が構成された液体型導度測定用セルである。

尚本発明は次のような構成でもある。

制御可能なＡＣ電源に接続された同軸環状の第１と第４
の電極である電流電極と、第１と第４の電極の中間にあ
って高入力インピーダンスを有する増巾器に接続されそ
の増巾器の出力によってＡＣ電源を制御し実用上一定の
電圧を保持している第２と第３の電極である電圧電極と
、制御可能なＡＣ電源により印加された第１と第４の電
極間を流れる電流を測定する回路手段と、第１、第４の
電極と同軸環状でありバッファー増巾器を介して第１の
電極に接続され第１の電極の隣りに第４電極および電圧
電極とは離れた位置にある第５の電極を有することを特
徴とする液体型導度の測定用セル、と云うこともできる
。

本発明の測定用セルにおいて、第４の電極は接地されて
おり第１の電極と第５の電極の間には電流は流れること
はできないので、第５の電極から流れるリーク電流即ち
測定用セルの前後に接続されて接地された金属パイプ等
の工作物へ流れるリーク電流は液体の電導塵測定に伺ん
らの影響をも写えない。

電導塵測定セルを利用した場合、特に医療方面に利用し
た場合、例えば人工腎臓機械等（こ利用すると接地した
パイプ等の工作物へ電流が流れ出すことを防止すること
は重要なことである。

この目的のために、第６の電極を設けることは都合が良
い。

第６の電極は第５の電極と同様に同軸環状であり第５の
電極の隣りに第１から第４の電極群から離れた位置ｌこ
有り、第４の電極に接続し且つ接地しである。

このようにすれば第６の電極は第５の電極から流れるリ
ーク電流の接地の帰路を提供するのに役立つ。

第１と第４の電極の軸」−の間隔と第１と第５の間隔と
第５と第６の電極間の間隔を実用上同間隔にするのが良
い。

且つ第３と第４の電圧電極は他の電極と同様に同軸環状
であり第１と第４の電極との中間に対称的に位置しその
間隔は第１と第４の電極の間隔の半分の間隔ｌこおく方
が良い。

本発明の実施例を添付の図面により説明する。

第１図は本発明の液体の電導塵測定用セルの一部を取除
いて、構造の説明のための外観図であり、第２図は第１
図により説明したセルを使用した回路の一例を示すブロ
ック図である。

第１図において、セルはきり穴１１を有する絶練物の管
１０を本体とし、管の内部に電極１から６番目の電極ま
でを同軸環状（こ埋め込んである。

電極１から６までの内面はきり穴１１の表面と隣接し且
つ同じ高さに配列しである。

電極１と電極４は電流電極である。

電極２と電極３は電圧電極であり、電極１と４との間隔
の半分の間隔をおいて対称になる位置にある。

電極５は駆動電極であり、電極１と４の間隔と同じ間隔
を電極１との間において位置している。

電極６は電極１と５の間の間隔と同間隔を電極５との間
においた位置にある。

電極６は遮蔽電極であり、電極４１こ接続し共に接地す
る。

電極１から６までの各電極にはそれに接続した電気導線
があり管１０の外部へ引き出しである。

第２図において、一定周波数の可変振巾の電歪制御電源
１６の出カドランス１４の２次巻線１２に、電極１と電
極４が抵抗１８と２０を通して接続される。

抵抗１８と２０は２次巻線１２と電極４の間に接続する
。

電源１６は電流電極１と４に可変のＡＣ電流を供給する
構成である。

電極６は電極４に接続され、共に接地２２に至る。

電圧電極２と３は高入力インピーダンスを有する増巾器
２４の入力に接続される。

この増巾器２４の出力はコンパレーク２６に接続され、
基準電圧２８と比較される。

コンパレータ２６の出力である誤差信号は電源１６に作
用し、電源出力の振巾を制御して電圧電極２と３の電圧
を実用上一定にするように役立つ。

電極５はバッファ増巾器３０を経て変匡器１４の出力に
接続される。

バッファ増巾器３０は高入力インピーダンスと低出力イ
ンピーダンスを有する。

増巾器３０の入力は図示するように２次巻線１２に接続
し、出力は巻線１２と電極１とを接続している電流ケー
ブルの被覆導体であるシールド３２を通して電極５１こ
接続される。

温度補償は抵抗１８と２０およびサーミスタ３４で達成
できる。

サーミスタ３４はセルの内部に取付けられ、電極４と抵
抗１８と２０との中間点に接続される。

抵抗はセルの外側に取付は温度系数の傾斜の補正に役立
つ。

一般に知られているように電導塵測定の標準温度は２５
°Ｃである。

サーミスタ３４を流れる電流は電導塵に比例する。

サーミスタの抵抗値の負の温度係数のため抵抗値は液体
の所要温度２５℃のそれに反比例する。

並列抵抗２０はサーミスタ自身の温度係数は液体のそれ
に対して４％／’Ｃであるがそれを引下げて約２％／°
Ｃにする。

増巾器３６と増巾器３８は抵抗１８と２０の高電位点に
接続し、セルのきり穴１１の中にある液体の電導塵に直
接比例する抵抗１８と２０の間の電位を増巾する。

増「Ｄ器３８の出力は位相感知整流器４０に送られる。

位相感知整流器４０には増巾器２４の出力から基準電圧
が送られている。

整流器４０の平滑でない出力は積分回路４２に送られる
。

積分回路４２は増巾器４４とそれｌこシャント（ど入っ
たコンデンサ４６からなっている。

回路４２からのり、Ｃ，電モ出力は測定された液体の電
導塵に直接比例する。

メータ単位で表わすこともできる。

或はもつと増巾して伝送に適するように電導塵に比例す
るり、Ｃ電流に変換することもできる。

或は回路４２からのり、Ｃ０電匡を本計器内の基準点制
御にも使用することができる。

広い限定範囲を必要とする場合、例えば人工腎臓機械に
おいて透析モニターのため１０〜１６ミリシ一メンス／
ｃｍをモニターする時は、本計器の測定範囲の低い部分
を取り去り、抵抗１８と２０の間の出力電圧を零から最
大まで変化させることにより識別範囲を拡げることが可
能である。

又増巾器２４の一定電圧の出力に比例するポテンショメ
ータ４８からの電圧を引下げることにより増巾器３８へ
の入力を増すことで達成できる。

増巾器３８は合算増巾器として動作し、その出力は入力
電圧の差である電圧を示し且つその大きさは増巾器３８
の利得を調整することにより制御できる。

増巾器２４と増巾器３８から位相感知整流器４０への入
力が逆相であれば、その出力は負でありもし同相であれ
ば正である。

整流器４０の正の出力の原点は増巾器３８からの入力と
同値であることによる。

増巾器３６から増巾器３８への入力がポテンショメーク
４８からの入力よりも太きいと整流器４０の正の出力は
増加する。

適当な方法により、例えばダイオードを使用するなどの
方法で回路４２への入力を位相感知整流器４０からの正
の出力だけに限定することができる。

温度補償の他の方法としてサーミスタ３４と抵抗１８，
２０の代りに固定抵抗を使用することもできる。

温感素子例えば抵抗温度計等をセルの内部に置き、その
出力を利用して温度補償し増巾器３６の出力振巾を修正
することもできる。

電極１から４までは前述のように電流電極および電圧電
極として作用し、本発明【こよる電極５と６は次のよう
な効果を有する。

電極６は電極５から流れ出すリーク電流の接地への帰還
路として役立つに対し、電極５は電極１から流れ出すリ
ーク電流を防止する役目を有する。

従って電極５からのリーク電流は電極１と４にこより測
定される電導度には影響しない。

且つ電極６により接地への帰還路が提供されるので、電
極５から周囲のパイプ工作物等の金属体へリーク電流が
流れることが無い。

電極１と４、電極１と５、電極５と６との夫々の間隔が
等間隔であることは次の効果がある。

即ち電極１と５の間には電流が流れないから両電極は同
電位にある。

第１図に示すセルの形状は切り穴が同一断面積であり電
極１と４との間隔と電極５と６の間隔が等しいから電極
５と６の間の通路の電流密度と電極１と４の通路の電流
密度は実質的に同一である。

従って電極５と６の間の電流傾度も電極１と４との間の
電流傾度も実質的に等しくなり、また電極１と５との間
には電流が流れないからリーク電流は実質的に皆無とな
る。

電圧電極２と３の間隔を選定する基準は増幅器の増幅度
をリニヤ−にするため余り太きくしないことが望ましく
そのために電極間隔を出来るだけ大きく、また、これら
電極間の重臣傾度は事実上直線的でなければならない。

更に電極間隔はセルの校正定数に対応するようにするこ
とが望ましい。

各電極が接近すると電位傾度が非直線性を呈するので電
極の位置は電圧電極２と３の相互間隔は電流電極１と４
との間隔に対し半分の位置に且つ夫々電流電極に対し対
称の位置におくことが最適条件であることが判明した。

実施の態様 （１）第５電極と同軸に絶縁体よりなる前記筒状体内に
埋め込まれ一定の直径を有する第６の環状電極を有し、
この第６電極は第１電極と第４電極より遠く第５電極の
外側に第１電極と第５電極間の距離と略々等しい間隔を
おいて配置され第５電極からの漏洩電流の帰路として第
４電極と共に接地される特許請求の範囲第１項記載の液
体の電導度測定装置。

（２）第２第３の電極は第１第４の電極の間に対称的に
位置し、その間隔は第１第４の電極間の略半分である前
項記載の液体の電導度測定装置。

（３）電流電極間の電流を表わす出力型止の温度を補正
する手段を有する前項記載の液体の電導度測定装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる液体の電導度測定用セルの一実
施例を示す一部切り欠いた斜視図、第２図は本発明によ
る液体の電導度測定装置のブロック図を示す。 図において主な参照符号は次の通りである。 ２．３は電圧電極、１，４は電流電極、５は駆動電極、
６は遮蔽電極、２４は高入力インピーダンス増巾器、２
６はコンパレーク、１４は出力変巴器、１６は電圧制御
ＡＣ電源、３４はサーミスタ、１８，２０は抵抗、３０
、３６、３８、４４は増巾器、４０は位相感知整流器で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電導塵測定用セルを構成する絶縁物よりなる筒体内
   の内面に所定の間隔をおいて５個の同軸環状電極を埋め
   込み比較的高い電圧にある第１電極と比較的低い電圧に
   ある第４電極は制御可能なＡＣ電源に接続されて電流電
   極を構成し、前記第１電極と第４電極との間に第２電極
   と第３電極が設けられて電圧電極を構成し、前記第２電
   極と第３電極とは前記電圧電極間の電圧を一定に保持す
   るためのＡＣ電源を制御する増幅器の出力につながる高
   インピーダンス入力に接続され、且つ制御可能な人Ｃ電
   源の出力に接続されてセル中の液体の電導塵を示す電流
   を流す電流電極に供給される電流を電圧値として表わす
   手段と、更に特徴として第５電極５が設けられバッファ
   増幅器３０を介して第１電極に接続され、前記バッファ
   増幅器の入力は第１電極の接続点において制御可能な電
   源１６に接続されており、前記バッファ増幅器は第１電
   極に対しては高インピーダンスを呈し、第５電極に対し
   ては低インピーダンスを呈し、前記第５電極は第１電極
   第２第３の電流電極の側に第４電極からかけ離れた位置
   に、且つ第１電極と第４電極との間の距離に略々等しい
   間隔を経て配置されて、第１電極と第５電極は第１電極
   から流出する漏洩電流を防止するように同一電位に保持
   されることを特徴とする液体の電導塵測定装置。