JPH03154876A - 溶液抵抗率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的に溶液抵抗率測定装置に係り、より詳細
には、純水や電解質溶液の抵抗率或いは導電率を測定す
る溶液抵抗率測定装置に関するものである。

〔従来の技術） 純水や電解質溶液の抵抗率或いは導電率を測定する場合
、セルと呼ばれる測定電極が使用される。

この測定電極は、その形状、大きさ、対向電極間の距離
、印加する交流信号の周波数によって決まるセル定数ｋ
（ａｍ−’）と呼ばれる固有の値をもっている。このよ
うなセル定数ｋ（ｃｏ＋−’）を有する測定電極の電極
間の等価電気抵抗をＲ（ｋΩ）、溶液の抵抗率をρ（ｋ
Ω・ｃｍ）、導電率をσ（ｍＳ　／　ｃｍ　）とすれば
、下式の関係が成立する。

ρ＝Ｒ／に、σ＝に／Ｒ，ρ＝１／σ　　・・・（１）
ここで、セル定数ｋが一定の値を維持するならば、電極
間の等価電気抵抗Ｒを測定することによって、上式（１
）より抵抗率ρ或いは導電率σを容易に求めることがで
きる。

上記測定電極のセル定数を測定する場合には、第４図に
示す測定装置を使用する。この測定装置では、高精度発
振回路ａが発生する所定の振幅及び周波数の正弦波交流
信号が印加されるブリッジ回路すの一辺にセル定数の不
明な測定電極Ｃを接続しＪこの測定電極Ｃを抵抗率ρ或
いは導電率σが既に分かっている溶液り中に浸け、可変
抵抗ｄを調整しながらブリッジ回路すが平衡したことを
電位差計ｅにより確認し、そのときの可変抵抗ｄの値に
より電極間の等価電気抵抗Ｒを読み取る。

なお、ブリッジ回路すの抵抗ｆ及びｇは等しい値のもの
である。このことにより、上式（１）に基づいてそのと
きの溶液りの例えば導電率σにより、ｋ−σ　・　Ｒ によって、セル定数ｋを計算により求めることができる
。このとき、溶液りの導電率σは、基準器となる高精度
導電率計或いは抵抗率針で事前に測定され、その値が判
明しているものとする。

上述のようにして測定した既知のセル定数を有する測定
電極Ｃを使用して任意の溶液の抵抗率ρ及び導電率σを
測定する場合、従来は、正弦波或いは矩形波からなる交
流信号を抵抗を介して測定電極に印加し、このときの測
定電極の電極間電圧を測、定し、この測定した電圧に基
づいて溶液の抵抗率ρ或いは導電率σを計算により求め
るようにしているーこのため、交流信号の振幅が変動す
ると測定値が変化して正確な測定ができなくなる。

そこで、正弦波交流信号を使用する場合には、交流発生
回路として例えば、第５図に示すようにオペアンプＯＰ
　ｔの出力端子に極性を逆向きにして接続された２個の
ダイオードＤ１及びＤ２と、このダイオードＤ＋及びり
、とオペアンプＯＰ。

の反転入力端子との間に接続された固定抵抗Ｒ１により
発振振幅を安定させたウィーン・ブリッジ型発振回路や
、第６図に示すようにオペアンプＯＰ２の出力回路にダ
イオードＤ３及びり、と抵抗Ｒｓ〜Ｒｈからなる発振振
幅安定化のための構成部品を有するクワドラチャ型発振
回路が使用されていた。

上記ウィーン・ブリッジ型発振回路の場合は、第５図に
示すように、正帰還回路を形成するＲＣブロックの２個
の抵抗Ｒ２と２個のコンデンサＣＩにより、下式（２）
に示す周波数ｒ　ｏｓｃで発振する。

ｒｏｓｃ　　＝　１／　２　ｘ　・Ｃｌ−Ｒ１・・（２
）この交流発生回路では、オペアンプＯＰの出力と反転
入力との間の抵抗値をｒＩ、反転入力とアース間の抵抗
値をｒ！とすれば、帰還回路の電圧利得Ａζ３で発振し
、下式（３）が成り立つ。

ｒｔ−ＴＩ／　（Ａ　　Ｉ）　　　　　　　　　・・”
（３）そして、発振振幅の安定した正弦波の発生を維持
するには、上述したような構成部品が必、要になる。

この点、矩形波交流信・号を使用する場合には、発振振
幅の安定化が比較的簡単で交流発生回路としては例えば
、第７図に示すように極め・て簡単な構成の回路のもの
を使用することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述のように矩形波交流信号を用いると、抵抗
率或いは導電率の小さなものから大きなものまで広範囲
に亘って測定するとセル定数の値が大きく変化してしま
う、すなわち、第４図において、例えば測定電極Ｃの未
知の５、セル定・数ｋを調べるに際し、周波数１ｋＨｚ
の矩形波交流信号を使用した場合のデータは、下表１に
示すようなる。

表１ 上表■のように、導電率σの値が２桁変化する範囲で、
セル定数の値は、ｋ＝０．１００ｃｍ−’を基準とする
と、−３％〜＋５３％変化する。従って、溶液の抵抗率
或いは導電率の良好な測定精度を維持できないため、直
線化回路を必要とするなど、演算回路が複雑で高価にな
り、測定精度も得られにくいという欠点があった。

一方、正弦波交流信号を利用する場合には、セル定数の
値の変化が少ない。すなわち、周波数１ｋＨｚの正弦波
交流信号を使用した場合のデータは、下表■に示すよう
なる。

表■ 上表■から明らかなように、導電率σΦ値が２桁変化す
る範囲で、セル定数の値は、ｋ−０，１００ｃｍ−’を
基準とすると、−３％〜＋７％しか変化しないので、演
算回路に特別な工夫をしなくても測定の精度が得られる
。しかし、上述したように正弦波発振回路では、発振振
幅を安定させるための工夫が必要になり、回路が複雑で
高価になるという欠点があった。

よって本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、広い範
囲の抵抗率或いは導電率を測定しても電極のセル定数の
値の変化が少なく、測定の精度を維持すると共に、回路
が簡単で、安価な溶液抵抗率測定装置を提供することを
課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明により成された溶液抵抗
率測定装置は、発振振幅が飽和されて動作され、正弦波
を歪ませた擬似正弦波交流信号を発生する発振回路と、
該発振回路より出力される擬似正弦波交流信号が一端に
供給される固定抵抗と、該固定抵抗に直列に接続された
測定電極と、前記固定抵抗及び測定電極の接続点から出
力される交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路よ
り出力される直流電圧により抵抗率或いは導電率を演算
する演算回路と、該演算回路による演算結果により測定
結果を表示する表示器とを備えることを特徴としている
。

〔作用〕

上記構成において、固定抵抗を介して測定電極に加える
交流信号として、発振振幅が飽和されて動作される発振
回路が発生する正弦波を歪ませた擬似正弦波交流信号を
使用しているので、広い範囲の導電率の溶液を測定した
とき、正弦波交流信号程精度のよい測定はできないが、
矩形波交流信号を使用した場合に比べた場合、波形形状
が正弦波に近いので、正弦波交流信号に近い精度の測定
結果を得ることができる。しかも、擬似正弦波交流信号
は発振回路を飽和状態で動作させて発生させたものであ
るので、その振幅の変動がなく、正弦波発振回路が必要
とするような発振振幅安定化のための回路部品を必要と
しない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による溶液抵抗率測定装置の一実施例を
示す図であり、同図において、１は交流発生回路として
の発振回路、２は発振回路ｌが出力する交流波の振幅を
一定に保持する交流定電圧回路、３は交流定電圧回路２
の出力に一端が接続された抵抗値が既知の固定抵抗、４
は固定抵抗３の他端とアース間に接続され、抵抗率を測
定すべき溶液りに浸けられる測定電極、５は固定抵抗３
と測定電極４との接続点Ｘに入力が接続され、この接続
点Ｘに発生する交流電圧を整流する整流回路、６は整流
回路５が交流を整流して出力する直流電圧に基づいて抵
抗率或いは導電率を演算する演算回路、７は演算回路６
が出力する抵抗率或いは導電率を示すアナログ信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、８はＡ／Ｄ変換
回路７からのデジタル信号に基づいて抵抗率或いは導電
率をデジタル値で表示するデジタル表示器である。

上記発振回路１は発振振幅が飽和するように動作され、
その出力には正弦波を歪ませた擬似正弦波を発生する０
発振回路ｌとしては、例えば帰還回路の電圧利得Ａζ３
で発振する第２図に示すような回路構成のウィーンブリ
ッジ型発振回路が使用され、その電年利得Ａを３以上、
例えばＡ−３゜１に設定して発振振幅を飽和させること
により、発振周波数、発振振幅共に安定した歪みを含ん
だｗｉ（ＪＩＪ正弦波交流信号を発生させることができ
る。

第２図の回路において、発振周波数ｒ　ｏｓｃはオペア
ンプ１１の出力と非反転入力との間に接続された正帰還
回路１２を構成する２個の抵抗１２ａ及び１２ｂの値Ｒ
Ｉ！と２個のコンデンサ１２ｃ及び１２ｄの値Ｃ１！に
より下式によって決定される。

ｆｏｓｃ　”　１／　２１ｔ　・Ｃｔｚ”　Ｒｒａ　　
　　　　・・’（４）また、オペアンプ１１の出力と反
転入力との間に接続されている抵抗１３及び１４の値Ｒ
Ｉ！及びＲＩ４と電圧利得Ａとの間には下式が成立する
。

Ｒｒａ−Ｒ１ｓ／　（Ａ　　ｌ）　　　　　　　　　　
・・・（５）よって、電圧利得Ａを３．１に設定するに
は、抵抗１３の値Ｒ１３と抵抗１４の値Ｒ１４とを下式
が成立するような関係に設定すればよい。

Ｒｌｓ＝　２．　Ｉ　Ｒｒａ 上記交流定電圧回路２は、発振回路１が出力する擬似正
弦波交流信号の振幅を所定の安定した値に設定するため
のもので、例えば第３図に示すように、互いに逆方向に
直列に接続したツェナーダイオード２ａ及び２ｂによっ
て構成される。このように逆接続したツェナーダイオー
ド２ａ及び２ｂは互いに逆の温度特性を有するようにな
り、これによって温度変化により交流定電圧回路２の出
力が変動することを防止することもできる。

上記交流定電圧回路２が出力する交流電圧Ｖ。

は、抵抗値Ｒ０の抵抗３とこの抵抗３に直列に接続され
た測定電極４とに印加される。このことによって測定電
極４は、上式（１）に示した既知のセル定数にと未知の
被測定溶液の抵抗率ρとの関係により、その等価電気抵
抗値Ｒ＝ｋ・ρを呈するようになる。今、接続点Ｘに発
生する交流電圧の大きさをＶ、とすると、下式が成立す
る。

■。＝［ｋ・ρ／（Ｒ０＋ｋ・ρ）］　・ｖ！・・・（
６） この式を変形すると、下式となり、未知の被測定溶液の
抵抗率ρを求めることができる。

ρ＝　（Ｒ＠　／ｋ）　　　［Ｖ、／　（Ｖｉ−ｖ。）
］・・・（７） 更に、上式（１）における導電率σと抵抗率ρとの関係
から、下式（８）により導電率σを求めることができる
。

ａ＝　（ｋ／Ｒ，）　　・　Ｃ（ｖ、−Ｖｌ　）／ｖｏ
　］・−（８） 上記接続点Ｘに発生する交流電圧Ｖ、は整流回路５に入
力され、ここで整流されて直流電圧に変換される。この
直流電圧Ｖ、は演算回路６に供給され、この直流電圧ｖ
０により上式（′ｒ）又は（８）に基づいて抵抗率ρ又
は導電率σの演算が行われる。

演算回路６における演算結果はアナログ電圧信号で出力
され、このアナログ電圧信号がＡ／Ｄ変換回路７におい
てデジタル信号に変換され、このデジタル信号に基づい
て測定結果がデジタル表示器８にデジタル表示される。

上述のように発振回路１が発生する擬似正弦波交流信号
を使用した場合には、矩形波交流信号を用いる従来のも
のに比べて、導電率σの値の小さなものから大きなもの
まで広範囲に亘って測定してもセル定数の値が大きく変
化することがない。

すなわち、第１図において、例えば測定電極の未知のセ
ル定数ｋを調べるに際し、周波数１ｋＨｚの擬似正弦波
交流信号を使用した場合のデータは、下表■に示すよう
なる。

が７　ｕ　３７ｃｍ　〜７００　ｕ　Ｓ／ｃｔｎ程度の
範囲では、周波数１ｋＨｚの正弦波、擬似正弦波、矩形
波の交流信号を印加した場合、測定電極のセル定数は、
ｋ　〜０．１００ｃｍ−’を基準とすると、下表■のよ
うに変化する。

表■ 上表■のように、導電率σの値が２桁変化する範囲で、
セル定数の値は、ｋ−０，１００ｃｍ−’を基準とする
と、矩形波交流信号の場合の一３％〜５３％に比べて極
めて小さな一３％〜＋１６％しか変化せず、良好な測定
精度を維持できる。

以上のことを要約すると、被測定液の導電率σ表■ 上表■から明らかなように、擬似正弦波交流信号の場合
は、矩形波に比べて著しく改善され、正弦波に準じた変
化の値になり、精度のよい抵抗率或いは導電率の測定を
行うことができる。

また、発振回路が飽和状態で発振しているのでその発振
振幅が安定し、発振回路の振幅安定化の必要もなく、回
路構成の簡素化によるコストダウンをも図ることができ
る。

なお、実施例においては、発振回路ｌの出力に交流定電
圧回路２を接続しているが、発振回路１が希望するレベ
ルの発振出力を発生するものであるときには、省略する
ことができる。

〔効果〕

以上説明したように本発明によれば、擬似正弦波交流信
号を使用しているため、測定の精度の大きな要因となる
広い範囲の被測定液の導電率に対するセル定数の一定性
が保持されるようになり、また、擬似正弦波交流信号を
発生する発振回路′が発振振幅が飽和されて動作されて
いるので、正弦波発振回路が必要とするような発振振幅
安定化のための回路部品がな（でも振幅が変動せず、広
い範囲の抵抗率或いは導電率を測定しても電極のセル定
数の値の変化が少なく、測定の精度を維持することがで
きると共に、回路が簡単で、安価な溶液抵抗率測定装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶液抵抗率測定装置の一実施例を
示す図、 第２図は第１図中の一部分の具体的な回路例を示す回路
図、 第３図は第１図中の他の一部分の具体的な回路例を示す
回路図、 第４図はセル定数を測定するための一般的な測定装置を
示す図、 第５図乃至第７図は従来の溶液抵抗率測定装置において
使用されて発振回路例を示す回路図である。 ｌ・・・発振回路、３・・・固定抵抗、４・・・測定電
極、５・・・整流回路、６・・・演算回路、８・・・デ
ジタル表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発振振幅が飽和されて動作され、正弦波を歪ませた擬似
   正弦波交流信号を発生する発振回路と、該発振回路より
   出力される擬似正弦波交流信号が一端に供給される固定
   抵抗と、 該固定抵抗に直列に接続された測定電極と、前記固定抵
   抗及び測定電極の接続点から出力される交流電圧を整流
   する整流回路と、 該整流回路より出力される直流電圧により抵抗率或いは
   導電率を演算する演算回路と、 該演算回路による演算結果により測定結果を表示する表
   示器とを備える、 ことを特徴とする溶液抵抗率測定装置。