JPH0417379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、信号変換形PH検出器に関し、とくに
雌形同軸コネクタに接続された感応電極及び比較
電極を有する複合電極が着脱自在に保持される信
号変換形PH検出器に関する。

従来技術 公害防止のため下水及び工場排水等の水質監視
用にPHメータが広く使われている。プロセス制御
の場合と異なり、この様な水質管理の現場ではPH
メータの使用に熟練した要員が得がたいにも拘ら
ず高精度の水質監視が要求される。感応電極と比
較電極は使用による特性劣化が避けられず、両電
極を交換自在とする必要がある。一般に、感応電
極（ガラス電極）が極めて高い出力インピーダン
スを有するため、電極と変換器との接続に高絶縁
ケーブルを使用しなければならない。しかし、従
来構造では、そのケーブルの配線作業時に高絶縁
であるべきケーブル端末や端子部分に手が触れた
り汚れが付着して絶縁が劣化し測定誤差が生ずる
欠点がある。

この欠点を避けるため、感応電極、比較電極、
及び感温抵抗素子の全てを着脱自在にした複合電
極やPH測定プローブが提案されている。しかし、
感温抵抗素子の安定性は非常に高いので、感温抵
抗素子をも着脱自在としたのでは、構造が不当に
複雑化し取扱が不便となる欠点を生ずる。また、
感応電極を比較電極を個別に交換することには、
部品の経済性の面で利点があるものの、PH測定に
熟練していないならば、どの電極を交換すべきか
が判断できず両電極を同時に交換する例の多いの
が実状であるだけでなく、保守に手間がかかり、
必ずしも有利とはならない。さらに従来の複合電
極やPH測定プローブでは、交換すべき素子の端子
が雄形で、それらの素子を保持すべき本体側の端
子が雌形であるため、本体側端子の洗浄が容易で
ない欠点があつた。

発明の目的 従つて、本発明の目的は、着脱自在でありしか
も保守が容易な複合電極を用い且つ信号変換器を
内蔵した信号変換形PH検出器を提供することによ
り、従来技術の上記欠点を解決するにある。

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明による信号変
換形PH検出器においては、感応電極と比較電極を
カートリツジ形の複合電極にまとめ、両電極に接
続される複合電極端子を雌形同軸コネクタとす
る。信号変換形PH検出器のケーシングの電極室に
臨ませて雄形同軸コネクタを設け、前記カートリ
ツジ形複合電極をこの電極室へ挿抜自在に挿入し
たときに、前記両電極が前記雌形同軸コネクタを
介しケーシングの雄形同軸コネクタへ接続される
様にする。PH値に関連する両電極間の電位差の内
部インピーダンスは通常高いが、前記ケーシング
には、この電位差を例えば低内部インピーダンス
の出力信号に変換する信号変換器を内蔵させる。
好ましくは、引出しケーブルをこの信号変換器に
直結し、ケーシングの周壁に温度補正用の感温抵
抗素子を取付ける。前記雄形同軸コネクタと前記
感温抵抗素子を信号変換器へ接続し、その信号変
換器の出力でる温度補償後のPH値信号を前記直結
引出しケーブル等により外部へ引出す。

実施例 以下、添付図を参照して本発明を詳細に説明す
る。第１図の図式的断面図に示す実施例におい
て、信号変換形PH検出器のケーシング１の内部に
は、壁体２により区分された電極室３及び変換器
室４が設けられる。電極室３は、カートリツジ形
の複合電極５を着脱自在に保持する。図示実施例
では、複合電極５の保持を確実にすため、電極カ
バー６のねじ部６ａをケーシング１のねじ部１ａ
に螺合させ、電極カバー６の内方突起７により、
複合電極５の拡大部８をケーシング１の下端に接
触させた位置に保つ。

第２図は、カートリツジ形複合電極５の１例を
示す。外筒９の内部に電極素子１０が同軸的に保
持される。好ましくは、Ｏリング１１により電極
素子１０の上部と外筒９との接触部を封止する
が、接着剤により十分な封止が得られる場合には
Ｏリング１１を省略してもよい。

第３図は電極素子１０の１例を示すが、本発明
は同図構造の電極素子１０に限定されるものでは
ない。電極素子１れの外管１２は、その下端に内
管１３を保持し、例えば、塩化カリウム溶液等の
緩衝液１４がその内管１３の中に封入される。感
応電極１５の内極１５ａが内管１３内の緩衝液１
４に接触し、ガラス膜１６が内管１３の下端に取
付けられる。外管１２には液絡部１７が設けら
れ、外管１２内に封入された例えば塩化カリウム
溶液等の内部液１８がこの液絡部１７を介して電
極素子１０の外部へ連絡される。内部液１８内に
比較電極１９の内極１９ａが配置される。感応電
極１５と比較電極１９との間には、実質上ガラス
膜１６内外の水素イオン活量の差のみに関連した
電圧が発生する。

電極素子１０の両内極１５ａ，１９ａは、リー
ド線１５ｂ，１９ｂを介して、複合電極５の雌形
同軸コネクタ２０の心線２１及び外周導体２２に
適宜接続される。図示例では、感応内極１５ａを
心線２１に接続し比較内極１９ａを外周導体２２
に接続することにより、内部インピーダンスの高
い感応電極１５の端子を比較電極１９の端子で覆
い、外部からの誘導障害を極力防止している。

雌形同軸コネクタ２０は外筒９のカバー２３に
取付けられる。好ましくは、電極素子１０の頂部
とカバー２３の間にエポキシ樹脂等の絶縁物２４
を封入する。被検液の雌形同軸コネクタ２０への
侵入を防止するため、必要に応じ、Ｏリング２５
を外筒９の外周に適宜嵌装する。

図示例の複合電極５では、外筒９の下端と電極
素子１０との間に好ましくはセラミツク形の補助
液絡部２６を形成する。この補助液絡部２６上方
における電極素子１０と外筒９との間の空間に例
えば硝酸アンモン等の中間内部液２８を封入す
る。この場合には、比較電極１９の内極１９ａ
が、電極素子１０内の内部液１８と中間内部液２
８の両者を介して被検液に連絡され、いわゆるダ
ブルジヤンクシヨン構造が使われている。電極カ
バー６は、被検液を通過させる開口２９（第１
図）を有する。

第２図の複合電極５には液絡部１７と補助液絡
部２６との２つの液絡部を設けたが、本発明はこ
の実施例に限定されるものではない。即ち、液絡
部１７のみとするか、又は液絡部１７を省略し補
助液絡部２６のみを液絡部としてもよい。

複合電極５が第１図に示される様にケーシング
１に挿入されると、壁体２に取付けられた雄形同
軸コネクタ３０と複合電極５の雌形同軸コネクタ
２０とが嵌合し、雌形同軸コネクタの心線２１及
び外周導体２２が雄形同軸コネクタ３０の心線３
１及び外周導体３２に夫々接続される。図示例で
は、金属パイプ３３がケーシング１の変換器室４
に取付けられ、その中に信号変換器３４が配置さ
れる。ケーシング１が金属製である場合は、以下
に説明する液アースをケーシング１により直接に
行ない、金属パイプ３３を省略することができ
る。

この信号変換器３４は、感応電極１５と比較電
極１９との間に生ずる被検液のPH値に比例する電
位差であつて高内部インピーダンスの電位差を、
低内部インピーダンスの信号に変換するものであ
る。図示例では、測定値の温度補償のため、ケー
シング１の外周壁にサーミスタ等の感温抵抗素子
３を取付ける。この感温抵抗素子３５及び前記同
軸コネクタ３０をリード線３６により信号変換器
３４に接続する。第１図の実施例では、感温抵抗
素子３５に保持する金属ケース３７が金属パイプ
３３に一体接続され、金属ケース３７が第４図に
示される様に被検液を介して液アースされている
ので、信号変換器３４は電気的に外部雑音から保
護されている。

図示例では、変換器室４周囲のケーシング１の
壁面に埋設され感温抵抗素子３５の保持する前記
金属ケース３７が、被検液温度の感温抵抗素子３
５への伝達をする。好ましくは、金属パイプ３３
の中にエポキシ樹脂などの絶縁物３８を充填す
る。信号変換器３４には引出しケーブル３９が直
結され、信号変換器３４への駆動電力供給及び信
号変換器３４からの出力送出がこの引出しケーブ
ル３９を介して行われる。必要に応じ、信号変換
器３４と引出しケーブル３９との間に適当なコネ
クタ（図示せず）を設けてもよい。

第４図は、信号変換器３４の原理的構成を示す
電気的回路図であり、感応電極１５が増幅器
Ampの一方の入力に接続され、比較電極１９が
抵抗Ｒを介して増幅器Ampの他方の入力に接続
される。増幅器Ampの出力が直列抵抗R₁及びR₂
を介して増幅器Ampの前記他方の入力に接続さ
れ、抵抗値Rtを有するサーミスタ等の感温抵抗
素子３５が抵抗R₃を介して前記抵抗R₁に並列接
続される。上記抵抗R₁，R₂，R₃、及びサーミス
タの抵抗値Rtは実質上純抵抗であるから、それ
らを第５図に示される様な単一の等価抵抗値Rf
に換算できることは明らかである。

第４図と第５図を参照して動作を説明するに、
信号変換形PH検出器が被検液に浸漬されると、感
応電極１５のガラス膜１６が被検液に接触し、比
較電極１９が第３図の内部液１８、液絡部１７、
中間内部液２８、及び補助液絡部２６を介して被
検液と連絡される。従つて、感応電極１５と比較
電極１９との間に第３図のガラス膜１６両側間の
PH値の差、即ち緩衝液１４の既知PHと被検液のPH
との差に相当する電位差が発生し、この電位差が
第４図の信号変換器３４の増幅器Ampの入力電
位差Viとなる。感応電極１５の内部抵抗が極め
て高くその出力電流が極めて小さいので、信号変
換器３４の出力電圧V₀は次式で与えられる。

V₀＝｛１＋（Rf／Ｒ）｝Vi (1) (1)式から明らかなように、信号変換器３４の出
力Voは、被検液のPH値と既知緩衝液１４のPH値
との差である電位差Viに比例するので、この出
力Voは被検液のPH値を示す。

また、温度変化に対する上記構成のPH検出器の
出力の変化は、ネルンストの式から明らかな様に
等温交点を通る上記電位差Vi直線の傾斜の変化
として与えられるので、PH測定値の温度補償は、
測定時の被検液温度に応じてこの傾斜を変化させ
ることによつて達成される。(1)式に示される様
に、信号変換器の出力Voは、上記電位差Viに対
して前記等価抵抗値Rfに比例する傾斜を有する
ので、等価抵抗値Rfを被検液温度に比例して適
当に変化させれば、出力Voとして、被検液温度
に応じて変化させた上記電位差Vi直線を表すこ
とができる。サーミスタ等の感温抵抗素子３５の
抵抗値Rfが被検液温度の変化に対応して変化す
るので、前記抵抗R₁ないしR₃の選択により前記
等価抵抗Rfを適当な値とするならば、温度補正
後の被検液PH値を出力Voとして示すことができ
る。従つて、第４図の回路は、感応電極１５と比
較電極１９との間の被検液PH値に比例する測定電
位差に温度補正を加えた値を出力電圧Voとして
発生する。

以上の説明において、感温抵抗素子３５の例と
してサーミスタを用いたが、本発明の感温抵抗素
子３５はサーミスタに限定されるものではない。
ただし、第４図の回路構成及び回路定数が感温抵
抗素子３５の抵抗値変化の温度特性に応じて変更
されることは言うまでもない。

発明の効果 以上説明した如く、本発明による信号変換形PH
検出器は、感応電極と比較電極とを雌形同軸コネ
クタに接続したカートリツジ形複合電極を、信号
変換器及び感温抵抗素子を有するケーシングへ着
脱自在に嵌装する構成を用いるので、次の効果を
奏する。

(イ) 使用に伴う特性変化の避けられない複合電極
の交換を、高い測定精度を維持しつつ容易に実
施することができる。

(ロ) 構造が簡単であり、取扱に便利であると共に
高い信頼性が得られ、各種PHメータに容易に組
込むことができる。

(ハ) 交換されるカートリツジ形複合電極のコネク
タが雌形で、反復使用されるケーシング側のコ
ネクタが雄形であるので、洗浄その他の保守作
業が容易である。

(ニ) 金属ケースにより感温抵抗素子を取付ける場
合には、その金属ケースを信号変換形PH検出器
の液アースに使用し構造の単純化を図ることが
できる。

(ホ) 引出しケーブルを信号変換器に直結すれば信
頼度の高い接続が得られる。

(ト) PH値以外のイオン指数の測定にも、電極素子
の交換のみによつて容易に応用することができ
る。

（チ） PH検出器からの出力が低内部インピーダ
ンスの信号に変換されているので、配線ケーブ
ルや接続端子に高絶縁が要求されず、取扱いが
便利でしかも高い信頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は信号変換形PH検出器の図式的断面図、
第２図は複合電極の図式的断面図、第３図は電極
素子の図式的断面図、第４図及び第５図は電気回
路の説明図である。 １……ケーシング、２……壁体、３……電極
室、４……変換器室、５……複合電極、６……電
極カバー、７……内方突起、８……拡大部、９…
…外筒、１０……電極素子、１１，２５……Ｏリ
ング、１２……外管、１３……内管、１４……緩
衝液、１５……感応電極、１６……ガラス膜、１
７……液絡部、１８……内部液、１９……比較電
極、２０……雌形同軸コネクタ、２１，３１……
心線、２２，３２……外周導体、２３……カバ
ー、２４，３８……絶縁物、２６……補助液絡
部、２８……中間内部液、２９……開口、３０…
…雄形同軸コネクタ、３３……金属パイプ、３４
……信号変換器、３５……感温抵抗素子、３６…
…リード線、３７……金属ケース、３９……引出
しケーブル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガラス膜付感応電極及び比較電極からなる電
   極素子を同心的に保持する外筒と、前記外筒の上
   端を封止するカバーに固定され前記感応電極及び
   前記比較電極に接続された雌形同軸コネクタとを
   有する複合電極；前記複合電極を着脱自在に保持
   する電極室、前記電極室に臨む位置に雄形同軸コ
   ネクタを保持する壁体、及び前記壁体を介して前
   記電極室に接する変換器室を有するケーシング；
   並びに前記変換器室内に保持され前記雄形同軸コ
   ネクタに接続された信号変換器を備えてなる信号
   変換形PH検出器。