JPS6018768A - 非接触式電導率、誘電率同時測定センサ - 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】 本発明は、被測定物質の電導率、誘電率の変化を１個の
セ／すで電極を直接接触させることなく非接触的に測定
することを可能にしたセンサで、従来は特に液体の電導
率、誘電率の測定には、それぞれ電導度計、キャパシタ
ンスメーターが個別的に使用されてきた。このために測
定器セルに試料を導入する場合サンプリングの段階で微
妙な測定誤差を生じたりするためできれば同一環境下で
同一セル中で両者を測定することが好ましい。

本発明においては、電磁波の媒体への伝送のされがたを
利用し、被測定媒体の電導率（６）。

誘電率（ε）、検出用コイルのインタリタンス。

およびストレイキャパシティより形成される共振系の変
化から同一センサで測定試料の電導率。

誘電率を合理的にとらえることを可能にした。

一般に、励起電極から検出コイルに誘導される電磁波は
、特にコイル間に形成されるストレイキャパシティの周
囲には、Ｍａｘｗｅｌｌ　の電磁方程式が成立している
。

ここで、Ｈは磁場、しは贋電荷、ＤはＭａｘｗｅｌｌ次
式で表現される。（ｄは導電率） Ｒ（、ｔＨ＝（ど十画ε）Ｅ　・　（２）に比例した信
号が得られる。

従って、共振電圧は（２）式に表されるようにどとεの
函数で与えられろ。

ここでｄとεを完全に分離して測定することはできない
が、適切な励起電極と検出コイルの幾何学的配置により
合理的に測定することができろことを実験的に確認した
。

図−１は実験に使用したセンサ構成と測定のブロックダ
イヤグラムである。３は径が４０罷程度のアルミ製の筒
でその中に乾電池２を電源とした発振器４が内臓され１
発振器４かもリード線５を経て厚さ０．５　ｍｍの円板
状の電極７に結続されている。励起電極７は絶縁板８の
上に設置され、その裏面には平面スパイラル状の検出用
コイルがはり合わされている。このコイルの一端は高周
波検波用ダイオード６を介して直流電圧計１に結続され
ている。また検出用の平面スパイラル状コイルは、バッ
キング９を介して絶縁体のカバー１１により被測定試料
から隔離され非接触状態におかれている。

ここで、試料として純水を選び、その中にＮａＣ／？　
を少量ずつ添加した場合の共振ピークの変化を、このセ
ンサにより検出した結果１図−２に示される挙動が観測
される。ピーク１は純水の共振ピークで、ＮａＣｌ　を
添加するにつれ。

２、　３．　４と変化し高濃度になるにつれ共振点はＦ
ｌからＦ２に移動し且つ共振ピークは５，６と高くなる
。図−３の（Ａ）、　（Ｂｌは、この時の共振電圧と共
振周波数の変化を示したものである。

また２図−２において純水の共振ピークの周波数Ｆ２　
を固定し、誘電率の異なる各種有機溶媒の電圧の読みは
図−４（Ａ）に示されるように誘電率εどともにｉｐ調
増加の特性をしめず。またこのときの共振周波数は図−
４（Ｂ）のような変化をしめず。

これに対し高濃度電解質溶液の共振周波数Ｆ１を固定し
た場合１図−５（Ａｌ、　（Ｂ）に示されるような共振
電工、共振周波数の変化がみもれる。

このことにより１周波数Ｆ、、Ｆ２の切り変え操作によ
り各々の電圧変化を測定すれば、被測定試料の電導率、
誘電率の相対的変化を同一セルの中で同時に測定するこ
とが可能である。ここで実測された上述のデータは図−
１によりめたものであるが、平面スパイラル検出用コイ
ル板と励起用発振電極板を一定距離を保ち対向させたセ
ルヘッドをセンサとしたものについても同様な傾向を有
す。

その代表的な構成図と測定のブロックダイヤグラムを図
−６に示した。

励起用の発振電極と平面スパイラルコイＡ！７）位置関
係は色々あるが１図−７は励起用の発振電極ｌを平面ス
パイラルコイル３の上端に基板（５） ２を介してリング状もしくは半リング状に設は側平面ヲ
塩化ビニール板４でシールしたコンパクトな平板状セ／
すであり、このようなセンサ構成においても同様な結果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

図−１は試作装置のセンサ構成と検出のブロックダイヤ
グラムである。ここで１は直流電圧計又は電流計、２は
電池、３はアルミ製シールドケース、４は発振器、５は
発振端子、６は高周波用ダイオード、７は発振電極で板
状又は棒状でもよい、８は７を固定する絶縁板、９はバ
ッキング、１０は平面スパイラル状検出コイル。 １１は検出コイル等を被測定試料から隔離させるための
絶縁カバー。 図−２は純水に食塩を添加していくにつれて共振ピーク
が変化していく様子を示したもので高濃度になるにつれ
て共振ピークは１がら６に移行する。 図−３は１図−２での共振電圧（Ａ）、共振周波数（Ｂ
ｌの各塩濃度に対する変化を示したもの。 （６） 図−４（Ａ）は誘電率の異なる溶液での１周波数Ｆ１下
での電圧変化、（Ｂ）は共振周波数の変化。 図−５（Ａ）は周波数Ｆ２下での、電導度に対する電圧
変化と、共振周波数の変化（Ｂ）を示したものである。 図−６は平面スパイラル検出用コイル１０゜とそれと対
向する励起用発振電極板９の位置関係を示した。］は電
流計、２は乾電池、３はアルミのシールド管、４は発振
器、５は発振端子。 ６は検出用のダイオード、７は試料と測定回路とを隔離
させるためのバッキングとｆｆ１ｌ板、８は絶縁体のエ
ポキシ４’ｆｆＪ　脂。 図−７はコンパクトな平板状センサの構成図である。１
は発振用リング又は半リング状の電極、２は基板、３は
平面スパイラルコイル、４は塩化ビニール板でコイルな
絶縁かつシールドの役目をしている。 （７） 区ト７ ヰ■檎優凹　凶 ζ２．ノ 〉■Ｌｎ−５の四−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　高周波発振器より導かれた励起用電極と。 発振した電磁波を受けろ受信用検出コイルから構成され
   たセンサで、検出用コイル周辺の媒質の変化を電導率、
   誘電率の変化として検出用コイルに誘導される共振電圧
   もしくは共振周波数の変化でとらえるセンサ。 ２、励起用電極として板状電極、受信用検出コイルとし
   て平面スパイラル状のコイルを用いいずれも被測定物質
   に直接接触することなしに、絶縁体を介して遮蔽された
   センサヘッドを有したセンサ。