JPH07209228A - 濃度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、かつ、耐圧性に優れ、しかも、より
高い耐蝕性および耐熱性を有する濃度計を提供する。 【構成】 電解質水溶液中に浸漬される先端部分に装着
されたコイル11およびそのコイルに接続され、かつ、後
端部分に引き出すための接続線7 を内蔵する検出用セン
サ6 と、接続線7 の引出し端に接続されてコイル11を発
振要素として使用する高周波発振回路13とを備え、検出
用センサ6 が電解質水溶液中に浸漬されたときの高周波
発振回路13の発振状態の変化を検出する(14-20) ことに
よって電解質水溶液の濃度を測定するように構成され
る。検出用センサ6 は、コイル11および接続線7 が少な
くとも耐蝕性を有する材料により一体化されて、形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体濃度計、特にイオ
ンを含む電解質水溶液の濃度を測定するための濃度計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】化学工業、食品製造、半導体製造等の産
業分野において、化学的処理や洗浄などの処理のため
に、例えば苛性ソーダ、塩酸のような電解質水溶液であ
って所定濃度あるいは所定の濃度範囲のものが用いられ
ている。また、ビルディング、工場等の空調設備、特に
吸収式冷凍機においては、所定濃度範囲に変化するＬｉ
Ｂｒのような電解質水溶液からなる吸収溶液が用いられ
ている。これらの電解質水溶液としては、０．１ｗｔ％
から数ｗｔ％あるいは数十ｗｔ％の比較的濃度の高いも
のが必要とされており、酸、アルカリ等の化学的反応力
が強いために人体に危険があるなどの取扱いに注意を要
するものが多く、また、大量生産工場における処理や空
調設備のように、連続的に長時間にわたって、そのよう
な高濃度における所定濃度の電解質水溶液を供給するこ
とが必要とされている。

【０００３】このような高濃度の電解質溶液について連
続的な濃度管理を行うには、滴定などの手法では手間と
時間がかかり過ぎ、しかも、最近のコンピュータを利用
した生産管理システムや自動空調システムに適合させる
必要があることから、オンラインでの濃度計測手段が求
められている。このような高濃度範囲の濃度計として
は、従来からいわゆる電磁濃度計が用いられている。電
磁濃度計は、重ね合わせた環状の発信用および検出用の
２つのコイルからなるトランスを試料液中に浸し、その
貫通孔中を通る液に流れる電磁誘導電流を利用して導電
率を測定するもので、濃度測定可能な範囲は数十ｗｔ％
まであり、かつ、オンライン濃度計測が可能であるが、
大型で扱いにくく、しかも、高価であるという問題点が
ある。

【０００４】そこで、本出願人は、オンラインでの濃度
計測が可能であり、しかも、小型で取扱いも容易であ
り、かつ、安価な濃度計を得ることを目的として、電解
質水溶液である試料液中に浸漬される濃度検出器の検出
端部に、コイルとそのコイルを発振要素として含む高周
波発振回路とを装着し、検出器が試料液中に浸漬された
ときの高周波発振回路の発振状態の変化を検出すること
によって試料液の濃度を測定するように構成された新し
い濃度計を提案している（特願平４−３３４６１９号を
基礎とする国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９３／０１８１６
号）。

【０００５】この提案に係る濃度計は、その検出端部を
測定すべき電解質水溶液中に浸漬すれば、電導性を有す
る電解質水溶液がコイルと電磁的に結合して検出器内の
発振回路の発振条件に影響を及ぼし、発振回路への供給
電流が電解質水溶液の電導性したがって濃度に応じて変
化することを利用するものである。そして、外乱やノイ
ズにより影響されることなく、測定感度を高めるため
に、その検出端部はコイルと高周波発振回路を内蔵する
ように構成されている。

【０００６】これにより、小型、かつ、安価でオンライ
ン計測に適用可能であり、加えて、検出端部に金属電極
が露出することがなく、また、従来の電磁濃度計のよう
に測定部分に貫通孔がないので、極めて簡素な形状であ
り、取扱いの容易な濃度計を得ることができた。また、
その検出端部を含む検出器を筒状に形成し、その筒状体
の材質に耐熱性のものを使用することにより、数十度か
ら約１４０度までの比較的高温の試料液の濃度測定が可
能となり、しかも、長時間の連続使用も可能となった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記提案に係る濃度計
の実用に当たっては、例えば、吸収式冷凍機における吸
収溶液のように電解質水溶液が比較的細い配管中に真空
下で封入されている場合や半導体製造工程におけるよう
に比較的小型の設備が用いられる場合があり、更に小型
で、かつ、耐圧性の優れた濃度計が求められている。ま
た、一般に測定対象となる電解質水溶液は腐食性が強
く、かつ、比較的高温下で用いられる場合が多いことか
ら、設備の耐久性および信頼性を高めるために、更に耐
蝕性および耐熱性に優れた濃度計が求められている。

【０００８】そこで、本発明は、上記提案に係る濃度計
を更に改善し、より小型で、かつ、耐圧性に優れ、しか
も、より高い耐蝕性および耐熱性を有する濃度計を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による濃度計は、
電解質水溶液中に浸漬される先端部分に装着されたコイ
ルおよびそのコイルに接続され、かつ、後端部分に引き
出すための接続線を内蔵する検出用センサと、接続線の
引出し端に接続されてコイルを発振要素として使用する
高周波発振回路とを備え、検出用センサが電解質水溶液
中に浸漬されたときの高周波発振回路の発振状態の変化
を検出することによって電解質水溶液の濃度を測定する
ように構成される。

【００１０】検出用センサは、コイルおよび接続線が少
なくとも耐蝕性を有する材料により一体化されて、形成
される。本発明による濃度計においては、コイルには平
板型の渦巻き状のものを用いることができ、電解質水溶
液に浸漬される検出用センサの先端の接液面に平行に配
置されるか、あるいは、検出用センサの長さ方向に平行
に配置される。この後者の場合、検出用センサは平板型
の渦巻き状コイルおよび接続線が少なくとも耐蝕性を有
する材料により平板状に一体化されて形成されることが
できる。また、平板型の渦巻き状コイルに代えて、リン
グ状コイルを用いることができる。更に、接続線は同軸
ケーブルとするか、あるいは、二本の導線を並設したも
のとすることができる。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、検出用センサは、コイルお
よび接続線のみを内蔵しているので、小型に形成するこ
とができ、また、発振回路等の回路要素を内蔵していな
いので、高温の電解質水溶液の測定が可能となる。ま
た、耐蝕性に加えて、高耐熱性、高耐圧性の材料で一体
化することができ、耐蝕性、耐熱性、耐圧性に優れた検
出用センサを得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による濃度計の実施例につい
て、説明する。図１は、本発明の実施例である濃度計の
外観を示す概略構成図である。図中、１はメータ、２は
電源ランプ、３は電源スイッチ、４はスパンボリュー
ム、５はゼロ調ボリューム、６は濃度検出用センサ、７
は同軸ケーブル、８は測定すべき電解質水溶液、１０は
濃度計本体である。ゼロ調ボリューム５は、測定前にセ
ンサ６を空気中に置いて行うゼロ点合わせのためのもの
であり、スパンボリューム４は、ゼロ点合わせ後に、校
正板あるいは標準液を用いて行うスパン合わせのための
ものである。

【００１３】図２は、本実施例における濃度検出のため
の信号処理回路の回路構成を示すブロック図である。図
中、６および７は、それぞれ、図１におけるセンサおよ
び同軸ケーブルであり、また、１１はセンサ６の先端部
の内部に配置された発振用コイル、１３は例えば数ＭＨ
ｚ乃至数十ＭＨｚのオーダーの発振周波数を有する発振
回路、１４は発振回路１３の発振状態を検出する検出回
路、１５は検出された電圧信号と参照電圧ｒｅｆとを比
較する比較回路、１６は検出回路１４へのＤＣ電源およ
び比較回路１５への参照電圧を供給する安定化直流電
源、１７は参照電圧を調整してゼロ点合わせを行うため
のゼロ調ボリューム（図１における５）、１８は比較結
果の信号レベルを調整してスパン合わせを行うためのス
パンボリューム（図１における４）、１９は直流増幅
器、２０は測定結果を表示するためのメータである。な
お、同軸ケーブル７はコイル１１と発振回路１３との間
の高周波結合のための接続線を形成しており、また、１
２はコイル１１と同軸ケーブル７との間のインピーダン
ス整合器であり、必要に応じて設けられる。

【００１４】使用に当たって、コイル１１を内蔵するセ
ンサ６を測定すべき電解質水溶液８中に浸漬すると、セ
ンサ先端の接液部に配置されたコイル１１に液が接近す
ることとなり、液８の導電性に基づいて同軸ケーブル７
を経てコイル１１の発振へ寄与する程度が変化し、結果
として発振回路１３の発振状態が変化する。この発振回
路１３の発振状態の変化は、安定化直流電源１６から供
給されている電源電流に変化をもたらし、その電流変化
が検出回路１４により電圧として検出される。検出電圧
は、例えば差動増幅器からなる比較回路１５に供給さ
れ、そこで別に安定化直流電源１６から供給されている
参照電圧ｒｅｆと比較される。この参照電圧は上記した
空気中でのゼロ点合わせによりゼロを示す電圧にセット
されているので、比較回路１５により液８の存在のみに
よる発振状態の変化分が検出されることとなる。比較結
果は、所定のレベルにスパン合わせされて所定の利得を
有するスパンボリューム１８および直流増幅器１９を経
て、メータ２０に供給されて液８の濃度が表示される。

【００１５】なお、発振回路１１を構成する回路形式
は、数ＭＨｚ乃至数十ＭＨｚの高周波数での発振が可能
なものであれば、コルピッツ形、ハートレー形などいか
なる形式のものでもよい。また、測定すべき電解質水溶
液８の温度検出が必要な場合は、センサ６中に温度セン
サをも内蔵させることができる。図３は、本発明による
濃度計の二つの構成例を示す概念的な構成図であり、図
中の符号は図１および図２における構成要素と同等のも
のを指示している。図３（Ａ）は、図２における発振回
路１３乃至メータ２０が濃度計本体１０中に内蔵されて
いる第１の構成例を示しており、この構成例はセンサ６
と濃度計本体１０とを比較的近い位置に配置することが
可能な場合に採用することができる。センサ６と濃度計
本体１０、すなわち、コイル１１と発振回路１３との距
離は１〜２ｍであり、それ以上離れると、発振が停止し
たり、感度が低下したり、また、同軸ケーブル周囲の誘
導ノイズが無視できなくなる。

【００１６】図３（Ｂ）は、発振回路１３を濃度計本体
１０から分離して、濃度計本体１０を比較的遠い位置に
配置することを可能とする第２の構成例を示している。
この構成例においては、発振回路１３は上述したように
センサ６の後端から１〜２ｍまでの範囲内の適当な位置
に配置するが、濃度計本体１０は通常のシールド線２１
を用いて、離れた位置に配置することができ、しかも、
シールド線２１は直流分のみの伝送でよいためにノイズ
による影響が殆ど無い。

【００１７】本発明による濃度計におけるセンサ中に設
けられる検出用コイルの構造は、測定すべき電解質水溶
液との電磁的な結合が可能なものであれば、いかなる構
造および形状のものでもよいが、センサの小型化および
測定感度の向上の観点から、渦巻き状あるいは環状のも
のが好適である。図４は、本発明による濃度計の好適な
実施例におけるコイル構造の具体例を示す概念的構成図
である。図４（Ａ）は、渦巻き状コイルのセンサ内への
配設例を示しており、渦巻き状コイル１１がセンサ６の
先端の接液面に面するように配設され、センサ６は点線
図示のように円筒状のものとなる。本例のコイルは測定
すべき電解質水溶液と面で対面し、かつ、接近しうるこ
とから、両者の電磁結合が良好となり、測定精度を高め
ることができる。

【００１８】図４（Ｂ）は、他の配設例を示しており、
渦巻き状コイル１１がセンサ６’の長さ方向に平行に配
設され、センサ６’は点線図示のように平板状のものに
形成することができる。本例のコイルは測定すべき電解
質水溶液とコイルの両面において対面し、かつ、接近し
うることから、両者の電磁結合が更に良好となり、測定
精度を更に高めることができる。

【００１９】図４（Ｃ）および（Ｄ）は、渦巻き状コイ
ルの巻回態様を示しており、それぞれ、密に巻回された
ものおよび粗に巻回されたものである。前述したように
発振回路の発振周波数は数ＭＨｚ乃至数十ＭＨｚの高周
波であり、コイルの巻回態様はその発振条件に大きく影
響する。すなわち、図４（Ｃ）に示されている密に巻回
されたコイルの場合は、巻回数を大きくしてコイル径を
大きくすると、却って検出感度が低下することとなる。
しかし、このように密に巻回されたコイルは、試料液の
濃度対検出出力特性が飽和しにくく、広い測定範囲を有
している。そこで、このような密に巻回されたコイル
は、コイル径を小さくして、細長く形成する必要のある
センサに適用するのが好適である。また、図４（Ｂ）に
示されているように、コイルの巻回密度を一様に粗にし
ていくと、検出感度は向上するが、試料液の濃度対検出
出力特性が飽和し易くなり、測定範囲が狭くなる。した
がって、これらの粗に巻回されたコイルは、比較的濃度
の低い試料液に対し、コイル径を大きくして用いること
により、高感度な測定を可能とすることができる。

【００２０】図４（Ｅ）および図４（Ｆ）は、コイルの
変形例としてのリング状コイルの具体例を示しており、
それぞれ、リング状のコイル部分が平板型のもの、およ
び、筒状のものである。本例のコイルは、上記の渦巻き
状コイルに代えて用いることができ、渦巻き状コイルと
比較すれば、図４（Ｄ）に示されているような粗に巻回
されたものと同等以上の検出感度を持ち、しかも、コイ
ルの製作が容易になるという利点がある。

【００２１】図５は、本発明による濃度計におけるセン
サの具体例の構造を示す概念的構成図であり、例えば図
４（Ａ）に示されているようなコイルがセンサの接液面
に面して配設されている場合を示している。本例におい
ては、センサ６は、コイルおよび同軸ケーブル７を塩化
ビニールあるいはエポキシ樹脂等により例えばモールド
により包囲して円筒状に一体的に形成されており、例え
ば直径２０ｍｍφで長さ２０〜１００ｍｍの小型のセン
サが得られる。また、樹脂等により包囲されているの
で、比較的高温および／または高圧の電解質水溶液に対
する長時間連続測定のために必要な耐蝕性、耐熱性、耐
圧性が得られる。

【００２２】そして、センサ６の取り付け部の構造とし
て、図５（Ａ）には、例えば配管の途中において管中を
流れる電解質水溶液の濃度を測定するために、配管の途
中に設けた取り付け部に内部を密封しつつ装着するよう
にテーパを付したネジ部６２が形成された例が示されて
いる。また、図５（Ｂ）には、例えばタンクなどの中の
電解質水溶液の濃度をタンク上部あるいは側部に取り付
けて測定するために、タンク内部を密閉するとともにセ
ンサ自体をも支持するためのフランジ部６３が設けられ
た例が示されている。なお、センサ６の後端には、必要
に応じて、同軸ケーブル７の保護および取扱いを容易に
するために、円筒状（あるいは平板状に形成することも
可能である）の後端部６１が延長して設けられる。

【００２３】図６は、本発明による濃度計におけるセン
サの他の具体例の構造を示す概念的構成図であり、例え
ば図４（Ｂ）に示されているようなコイルがセンサの長
さ方向に平行して配設されている場合を示している。本
例においても、図５の例と同様に、コイルおよび同軸ケ
ーブル７が樹脂等により包囲されて一体化されてセンサ
６’が形成されており、例えば幅２０ｍｍで長さ２０〜
１００ｍｍの平板状で、かつ、小型のセンサ６’が得ら
れる。本例のセンサ６’もまた、樹脂等により包囲され
ているので、比較的高温および／または高圧の電解質水
溶液に対する長時間連続測定のために必要な耐蝕性、耐
熱性、耐圧性が得られる。そして、取り付け部の構造と
して、図６（Ａ）には、テーパを付したネジ部６２が形
成された例が示されており、また、図６（Ｂ）には、フ
ランジ部６３が設けられた例が示されている。なお、セ
ンサ６の後端には、必要に応じて、円筒状あるいは平板
状の後端部６１が延長して設けられる。

【００２４】上記した本発明の濃度計の好適な実施例に
おいては、コイルと発振回路との間を同軸ケーブルによ
り接続しているが、両者を比較的短い間隔を置いて配置
すれば、同軸ケーブルを用いることなくセンサを形成す
ることができる。図７は、そのような簡易型のセンサを
形成するための本発明による濃度計におけるセンサの変
形例を示す概念的構成図である。本変形例においては、
コイル１１と発振回路１３とを接続する接続線部７１
が、例えば１ｍｍφのエナメル線二本を全線にわたり接
合等によって並設するようにして形成されており、いわ
ば並行二線が形成されている。なお、エナメル線として
は、従来からの油性エナメル銅線、ホルマール銅線の
他、耐熱性の高い合成エナメル銅線など、各種のものを
用いることができる。

【００２５】図７（Ａ）および（Ｂ）は，図４（Ａ）お
よび（Ｂ）とそれぞれ同様なコイル配置を有するセンサ
の構造を示しており、例えば、コイル１１、接続線部７
１および発振回路１３は図４の場合と同様に樹脂等によ
り一体的に包囲されて固定され、それぞれ、円筒状およ
び平板状のセンサに形成される。特に図示してはいない
が、図５あるいは図６に示されているように、樹脂によ
り一体形成されたセンサの外側にセンサ取り付け用のネ
ジあるいはフランジを設けることができる。その場合、
発振回路１３を、例えば、図５あるいは図６に示されて
いる後端部６１内に埋め込まれた形態とすることができ
る。

【００２６】本変形例においては、接続線部７１が同軸
ケーブルにより形成されている場合に比較して、若干の
感度低下はあるものの、コイルと発振回路間の距離が１
００〜５００ｍｍの範囲であれば、ほぼ同等の測定感度
が得られ、また、図２に示されているコイルおよび発振
回路間のインピーダンス整合器を不要とするか、あるい
は、それらの間のインピーダンス不整合による損失を除
くことができ、センサ製作の簡易化およびコスト減を図
ることができる。

【００２７】上述した本発明による濃度計におけるセン
サの具体例は、図５および図６に示されているように、
塩化ビニールあるいはエポキシ樹脂等により一体的に形
成されているが、本発明による濃度計におけるセンサに
はコイル、同軸ケーブルあるいは上述の並行二線のよう
な接続線、および、必要に応じて、温度センサが配設さ
れるのみであるので、例えば、ガラスやセラミックス等
によっても容易に封止することができる。このような耐
蝕性、耐熱性および耐圧性の大きい材料を用いることに
より、より耐蝕性、耐熱性および耐圧性に優れたセンサ
を得ることができる。例えば、接続線として柔軟な樹脂
により被覆されていない上述の並行二線を用い、そのよ
うな耐熱性の高い材料により一体形成すれば、耐熱限界
を約２００℃まで高めることができる。

【００２８】図８は、本発明の濃度計による測定例を示
す特性図であり、各種の電解質水溶液について広範囲に
わたって測定した結果を示している。この特性図から明
らかなように、殆どの電解質水溶液について中間の濃度
域で極大点が現れ、液の種類によって異なるが、大略０
〜１０数ｗｔ％の低濃度範囲および２０〜９０ｗｔ％の
比較的高濃度範囲において単調に増加あるいは減少する
特性を示しており、この範囲において有効な濃度測定が
可能となる。

【００２９】以上の詳細な説明から、前記特許請求の範
囲に記載した本発明による濃度計は、次のような実施態
様を有することが明らかである。 １．特許請求の範囲に記載の濃度計において、コイルが
平板型の渦巻き状であることを特徴とする濃度計。 ２．前項１．に記載の濃度計において、平板型の渦巻き
状コイルが電解質水溶液中に浸漬される検出用センサの
先端の接液面に平行に配置されていることを特徴とする
濃度計。 ３．前項１．に記載の濃度計において、平板型の渦巻き
状コイルが検出用センサの長さ方向に平行に配置されて
いることを特徴とする濃度計。 ４．前項３．に記載の濃度計において、平板型の渦巻き
状コイルおよび接続線が少なくとも耐蝕性を有する材料
により平板状に一体化されて検出用センサが形成されて
いることを特徴とする濃度計。 ５．特許請求の範囲に記載の濃度計において、コイルが
リング状であることを特徴とする濃度計。 ６．特許請求の範囲ならびに前項１．乃至５．に記載の
濃度計において、接続線が同軸ケーブルであることを特
徴とする濃度計。 ７．特許請求の範囲ならびに前項１．乃至５．に記載の
濃度計において、接続線が二本の導線を並設して形成さ
れていることを特徴とする濃度計。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めて小型、かつ、耐圧性の良い構造を持ち、加えて、
耐蝕性、耐熱性にも優れ、しかも、安価な濃度計を得る
ことができ、そして、極めて簡素な形状で扱い易く、オ
ンライン計測を可能とするという利点も得られる。

【００３１】また、センサを包囲する材質に耐熱性の高
いものを使用すれば、約２００度までの比較的高温の電
解質水溶液の濃度測定が可能となり、しかも、長時間の
連続使用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である濃度計の外観を示す概略
構成図である。

【図２】本実施例における濃度検出のための信号処理回
路の回路構成を示すブロック図である。

【図３】本発明による濃度計の二つの構成例を示す概念
的な構成図である。

【図４】本発明による濃度計の好適な実施例におけるコ
イル構造の具体例を示す概念的構成図である。

【図５】本発明による濃度計におけるセンサの具体例の
構造を示す概念的構成図である。

【図６】本発明による濃度計におけるセンサの他の具体
例の構造を示す概念的構成図である。

【図７】本発明による濃度計におけるセンサの変形例を
示す概念的構成図である。

【図８】本発明の濃度計による測定例を示す特性図であ
る。

【符号の説明】 １…メータ ２…電源ランプ ３…電源スイッチ ４、１８…スパンボリューム ５、１７…ゼロ調ボリューム ６、６’…センサ ７…同軸ケーブル ８…測定すべき電解質水溶液 １０…濃度計本体 １１…発振用コイル １２…インピーダンス整合器 １３…発振回路 １４…検出回路 １５…比較回路 １６…安定化直流電源 １９…直流増幅器 ２０…メータ ６１…後端部 ６２…テーパ付きネジ部 ６３…フランジ ７１…接続線部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質水溶液中に浸漬される先端部分に
   装着されたコイルおよび該コイルに接続され、かつ、後
   端部分に引き出すための接続線を内蔵する検出用センサ
   と、 上記接続線の引出し端に接続され、かつ、上記コイルを
   発振要素として使用する高周波発振回路とを備え、 上記検出用センサが電解質水溶液中に浸漬されたときの
   上記高周波発振回路の発振状態の変化を検出することに
   よって該電解質水溶液の濃度を測定することを特徴とす
   る濃度計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の濃度計において、 コイルおよび接続線が少なくとも耐蝕性を有する材料に
   より一体化されて検出用センサが形成されていることを
   特徴とする濃度計。