JPH0442770Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、溶存酸素計に関する。

〔従来の技術〕

溶存酸素計の一つに隔膜式電極を用いたものが
ある。この種の溶存酸素計は、電極間に生じる起
電力または電極間抵抗が電解液の溶存酸素分圧に
応じて変化するという原理を利用している。

上記溶存酸素計で気体中の酸素量を表示する場
合は、分圧比で表示を行つているが、液体中の溶
存酸素濃度をppmまたはmg／１で表示する場合
は、分圧比で得られたデータからそのときの試料
（液体）の温度を測定して、分圧比と溶存酸素濃
度との関係を示す表またはグラフを用いて換算し
なければならないが、測定電極の感度および飽和
溶存酸素濃度が温度によつて変化するので、特性
曲線にのるように温度補償する必要がある。

このため、最近の溶存酸素計は、液体中の溶存
酸素濃度を表示するDO計としての機能の他に、
気体中の酸素量を表示するO₂計および温度を表
示する温度計としての機能を備えている。

ここで、隔膜式電極を用いた溶存酸素計の測定
原理について簡単に説明する。試料の酸素分圧比
をＰとすれば、電極電流Ｉは、 Ｉ＝Ｋ・α（ｔ）・Ｐ ……(1) となる。ここに、Ｋは比例定数、α（ｔ）は隔膜
の酸素透過係数で温度の関数である。

気体中の酸素量を表示する場合、α（ｔ）につ
いて温度補償を行えば、電流Ｉに比例して酸素分
圧比Ｐを表示することができる。

溶存酸素濃度をＣ（ppmまたはmg／１）とする
と、上述の酸素分圧比Ｐとの間には、所謂ヘンリ
ーの法則から、 Ｐ＝β（ｔ）・Ｃ ……(2) なる関係がある。ここに、β（ｔ）は温度の関数
である。

(2)式を(1)式に代入すると、 Ｉ＝Ｋ・α（ｔ）・β（ｔ）・Ｃ ……(3) となる。従つて、温度の関数でるα（ｔ）・β（ｔ）
を関数演算すれば電極電流Ｉを溶存酸素濃度Ｃで
表示することができる。

第４図は、従来の所謂三機能を有する溶存酸素
計の回路構成を示し、この図において、１，２，
３はオペアンプ４，５，６の帰還回路にそれぞれ
設けられた感温素子である。そして、オペアンプ
４の帰還回路に設けた感温素子１により、上記(1)
式におけるα（ｔ）の温度補償を行つて、O₂（気
体中の酸素濃度）表示し、オペアンプ５の帰還回
路に設けた感温素子２により上記(2)式におけるβ
（ｔ）の温度補償を行い、DO（液体中の溶存酸素
濃度）表示する。そして、オペアンプ６の帰還回
路に設けた感温素子３の検出出力に基づいて温度
表示するように構成されている。なお、７，８，
９は表示部である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来の三機能を有する溶存酸素
計では、各機能に対してそれぞれ感温素子を設け
ていたので、被検液に浸す検出部の構成が複雑に
なるといつた問題点があつた。

本考案は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、その目的とするところは、単一の感温素子で
上記三機能を満足させる溶存酸素計を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本考案に係る溶存酸
素計は、帰還回路に感温素子を備え、温度信号を
出力する第１のオペアンプと、帰還回路が抵抗と
アナログスイツチとを直列接続したものと抵抗と
の並列回路からなり、測定電極からの測定信号に
基づいて気体中の酸素量に対応した信号を出力す
る第２のオペアンプと、帰還回路が抵抗とアナロ
グスイツチとを直列接続したものと抵抗との並列
回路からなり、前記第２のオペアンプの出力信号
に基づいて液体中の溶存酸素濃度に対応した信号
を出力する第３のオペアンプと、前記温度信号に
よつて定められるパルス幅を有するパルス出力を
出力するパルス幅変調回路を設け、前記パルス出
力によつて前記アナログスイツチのオンオフ操作
を行うことにより、前記第２および第３オペアン
プの帰還量を調整するようにしている。

〔作用〕

感温素子を有する第１のオペアンプにより温度
に比例した信号を得て、この信号に基づいて、パ
ルス幅変調回路から温度に応じて定められたパル
ス幅（デユーテイ）を有するパルス出力が得られ
る。このパルス出力によつて、第２および第３の
オペアンプの帰還回路にそれぞれ設けたアナログ
スイツチのオンオフ操作を行うことにより、アナ
ログスイツチのオンオフ時間が変化し、これによ
つて、前記第２および第３のオペアンプにおける
帰還量が温度によつて適宜調整される。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は、本考案に係る溶存酸素計の一例を示
し、この図において、１０は測温回路で、第１の
オペアンプ１１、この第１のオペアンプ１１の帰
還回路１１Ｋに設けられた感温素子１２、抵抗１
３，１４および入力抵抗１５などよりなる。そし
て、出力点１６には温度を表す直流信号が出力さ
れる。なお、１７は温度表示を行う表示部であ
る。

２０はパルス幅変調回路で、測温回路１０の出
力側に設けられる。このパルス幅変調回路２０
は、例えば第２図に示すように、公知の三角波発
生回路２１とDCコンパレータ２２とから構成さ
れている。すなわち、三角波発生回路２１からの
三角波出力ｓと出力点１６に表われる測温回路１
０の直流出力ｄとに基づき、パルス幅変調回路２
０からは、直流出力ｄのレベルによつて定められ
るパルス幅を有するパルス出力が出力される。

従つて、このパルス幅変調回路２０からは、温
度によつてパルス幅（デユーテイ）が変化するパ
ルス出力Ｄ（ｔ）が得られる。

今、０〜50℃でそのパルス幅を10〜90％に変化
させる場合、パルス出力Ｄ（ｔ）は、 Ｄ（ｔ）＝（0.016t＋0.1）×100（％） ……(4) で表わされ、その波形は、第３図に示すようにな
る。

そして、２３，２４は出力端子、２５はインバ
ータである。従つて、端子２３には前記出力Ｄ
（ｔ）が、また、端子２４にはこのＤ（ｔ）を反転
した出力Ｄ（ｔ）がそれぞれ出力される。

３１，４１はそれぞれ第２、第３のオペアンプ
であり、以下に説明するように、これらは互いに
同じように構成されているが、第２のオペアンプ
３１には、図外の測定電極からの測定信号Ｉが入
力され、第３のオペアンプ４１には、第２のオペ
アンプ３１の出力（後述する）が入力されるよう
にしてある。

すなわち、第２のオペアンプ３１の帰還回路３
１Ｋは、抵抗３２とアナログスイツチ３４とを直
列接続したものと抵抗３３との並列回路からなる
と共に、抵抗３２とアナログスイツチ３４との接
続点３６にはスイツチ３５が接続されている。ま
た、第３のオペアンプ４１の帰還回路４１Ｋは、
抵抗４２とアナログスイツチ４４とを直列接続し
たものと抵抗４３との並列回路からなると共に、
抵抗４２とアナログスイツチ４４との接続点４６
にはスイツチ４５が接続されている。

前記アナログスイツチ３４，４４、スイツチ３
５，４５はそれぞれ、Ｈ（ハイ）レベルの入力が
あるとオンし、Ｌ（ロー）レベルの入力があると
オフするように構成されている。そして、アナロ
グスイツチ３４，４４には、前記出力Ｄ（ｔ）が
入力され、一方、スイツチ３５，４５には、前記
反転出力Ｄ（ｔ）が入力される。

そして、アナログスイツチ３４，４４に、前記
第３図に示したような出力Ｄ（ｔ）が入力するこ
とにより、そのデユーテイ時間に応じてアナログ
スイツチ３４，４４のオンしている時間が変わる
ことにより、帰還回路３１Ｋ，４１Ｋの抵抗値が
変化する。例えばアナログスイツチ３４がオンの
ときは、帰還回路３１Ｋ全体の抵抗値が小さくな
り、オペアンプ３１の帰還量が大きくなる。この
とき、ゲインは小さくなる。また、アナログスイ
ツチ３４がオフのときは、オペアンプ３１の帰還
量は小さくなり、ゲインは大きくなる。

なお、スイツチ３５，４５は、アナログスイツ
チ３４，４４がオフ状態にあるときオンとなつ
て、接続点３６，４６の電位を安定させる働きを
する。そして、３７，４７はそれぞれO₂表示、
DO表示を行う表示部、５０は第２、第３のオペ
アンプ３１，４１間に設けられる抵抗である。

次に、前記表示部３７，４７における電圧E₀，
E₁を求める。なお、以下の説明において、例え
ばR₃₃は抵抗３３の値を示し、他の符号も同様で
ある。

先ず、電圧E₀は、 E₀＝（R₃₂・R₃₃／R₃₂＋Ｄ／100・R₃₃）・Ｉ ……(5) で表され、この(5)式に(1)式を代入すると、 E₀＝（R₃₂・R₃₃／R₃₂＋Ｄ／100・R₃₃） ・Ｋ・α（ｔ）・Ｐ E₀＝（α（ｔ）／R₃₂＋Ｄ／100・R₃₃） ・R₃₂・R₃₃・Ｋ・Ｐ ……(6) が得られる。

K₀＝α（ｔ）／（R₃₂＋Ｄ／100・R₃₃） ……(7) とすると、上記E₀は、 E₀＝Ｋ・K₀・R₃₃・R₃₂・Ｐ ……(8) となり、K₀が一定となるR₃₃，R₃₂を選べば、温
度に関係なく酸素分圧比Ｐに比例した出力E₀が
得られる。

次に、電圧E₁は、 E₁＝｛R₄₂・R₄₃／R₅₀・（R₄₃＋Ｄ／100・R₄₂）｝・E₀
……(9) で表され、この(9)式に(2)、(6)、(7)式を代入する
と、 E₁＝｛R₄₂・R₄₃／R₅₀・（R₄₃＋Ｄ／100・R₄₂）｝
・K₀・R₃₂・R₃₃・Ｋ・β（ｔ）・Ｃ ＝（β（ｔ）／R₄₃＋Ｄ／100・R₄₂）・（Ｋ・K
₀・R₃₂・R₃₃・R₄₂・R₄₃／R₅₀）・Ｃ……(10) が得られる。

K₁＝β（ｔ）／（R₄₃＋Ｄ／100・R₄₂） ……(11) とおき、上記K₁が一定となるようなR₄₃，R₄₂を
選べば、溶存酸素濃度Ｃに比例した出力E₁が得
られる。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案においては、感温素子を
有する第１のオペアンプにより温度に比例した信
号を得て、この信号に基づいて、パルス幅変調回
路から温度に応じて定められたパルス幅（デユー
テイ）を有する出力が得て、このパルス出力によ
つて、気体中の酸素量に対応した信号を出力する
第２のオペアンプと、液体中の溶存酸素濃度に対
応した信号を出力する第３のオペアンプとのそれ
ぞれの帰還回路に設けたアナログスイツチのオン
オフ操作を行うようにしているので、各オペアン
プにおけるアナログスイツチのオンオフ時間が変
化し、これによつて、第２および第３のオペアン
プにおける帰還量が温度によつて適宜変化する。

従つて、前記パルス出力のパルス幅と前記帰還
回路における抵抗の値を適宜選ぶことにより、前
記第２および第３のオペアンプの帰還量が温度に
よつて適宜変わり、所定の温度補償が行われる。

そして、本考案においては、従来のように、各
機能に対してそれぞれ感温素子を設けるのではな
く、単一の感温素子を設けるだけで、温度表示は
勿論のこと、気体中の酸素量および液体中の溶存
酸素濃度における温度補償を行うことができる。
従つて、披検液に浸す検出部の構成を簡略にする
ことができると共に、回路構成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る溶存酸素計の電気回路
図である。第２図は、パルス幅変調回路の構成例
を示す電気回路図である。第３図Ａ，Ｂ，Ｃは、
パルス幅変調回路の出力波形の一例を示す図であ
る。第４図は、従来例を示す回路図である。 １１……第１のオペアンプ、１１Ｋ……帰還回
路、１２……感温素子、２０……パルス幅変調回
路、３１……第２のオペアンプ、３１Ｋ……帰還
回路、３２，３３……抵抗、３４……アナログス
イツチ、４１……第３のオペアンプ、４１Ｋ……
帰還回路、４２，４３……抵抗、４４……アナロ
グスイツチ、Ｉ……測定信号、E₀……気体中の
酸素量に対応した信号、E₁……液体中の溶存酸
素濃度に対応した信号、Ｄ（ｔ）……パルス出力。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 帰還回路に感温素子を備え、温度信号を出力す
   る第１のオペアンプと、帰還回路が抵抗とアナロ
   グスイツチとを直列接続したものと抵抗との並列
   回路からなり、測定電極からの測定信号に基づい
   て気体中の酸素量に対応した信号を出力する第２
   のオペアンプと、帰還回路が抵抗とアナログスイ
   ツチとを直列接続したものと抵抗との並列回路か
   らなり、前記第２のオペアンプの出力信号に基づ
   いて液体中の溶存酸素濃度に対応した信号を出力
   する第３のオペアンプと、前記温度信号によつて
   定められるパルス幅を有するパルス出力を出力す
   るパルス幅変調回路を設け、前記パルス出力によ
   つて前記アナログスイツチのオンオフ操作を行う
   ことにより、前記第２および第３オペアンプの帰
   還量を調整するようにしたことを特徴とする溶存
   酸素計。