JP2008267838A - 液質分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液質分析装置において、簡単な回路構成でありながら、センサ間あるいは測定回路系とメイン回路系との間の電流回りこみなどによる干渉影響を受けにくくし、精度の高い測定を担保する。
【解決手段】分析対象液LQの液質を電気化学分析するための、少なくとも一対の電極11、12からなるセンサ部1と、前記電極11、12間に電流を流すための測定回路系2と、その測定回路系2の基準とは別の基準を有するメイン回路系3とを設け、それら電位の差分電圧又はそれに比例する電圧を、当該測定回路系2の基準を基準として出力する差動増幅回路5を設け、その差動増幅回路5の出力電圧を前記電極の一方11に印加するとともに、他方の電極12を当該測定回路系2の基準電位に維持するようにした。
【選択図】図1
【解決手段】分析対象液LQの液質を電気化学分析するための、少なくとも一対の電極11、12からなるセンサ部1と、前記電極11、12間に電流を流すための測定回路系2と、その測定回路系2の基準とは別の基準を有するメイン回路系3とを設け、それら電位の差分電圧又はそれに比例する電圧を、当該測定回路系2の基準を基準として出力する差動増幅回路5を設け、その差動増幅回路5の出力電圧を前記電極の一方11に印加するとともに、他方の電極12を当該測定回路系2の基準電位に維持するようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、溶存酸素センサや導電率センサなどのように、2つ以上の電極を有するセンサにおいて、一方を参照極として他方の電極との間に電圧を印加し、そのとき電極間に流れる電流を測定することにより水質等を分析する液質分析装置に関するものである。
この種の液質分析装置においては、複数のセンサを同時に用いて測定することがあるが、その場合に各々のセンサにおける電気回路系の基準を共通にすると、1つのセンサに電圧を印加することで、他のセンサにも液体を通じ電流が流れ、複数のセンサ間での干渉や、情報処理回路などのメイン回路系と電極を含む測定回路系との間での浮遊容量等に起因したノイズなどが発生して、測定に誤差が生じ得る。このことから、従来は、相互の基準を電気的に絶縁するためにフォトカプラ、DC−DCコンバータを用いたり(特許文献1参照)、あるいはセンサをスイッチで切り替えて回路的に切り離し、選択的にいずれかのセンサのみを使用できるようにする(特許文献2、3参照)といったことが行われてきている。
特開2000−74865号
特開平10−221285号
特開平10−221302号
しかしながら、前者のような方式では、回路が大掛かりになってコストアップや消費電力の増加を招く。一方、後者の方式では、確かに回路的には前者に比べ簡素化されるが、連続測定や同時測定ができなくなるという問題点が生じる。
本発明は、かかる課題を鑑みて行われたものであって、その主たる目的とするところは、簡単な回路構成でありながら、センサ間あるいは測定回路系とメイン回路系との間の電流回りこみなどによる干渉影響を受けにくくし、精度の高い測定を可能とすることにある。
かかる課題を解決するために本発明は次のような手段を講じたものである。
すなわち、本発明にかかる液質分析装置は、
(1)分析対象液の液質を電気化学分析するための、少なくとも一対の電極からなるセンサ部
(2)前記センサ部の電極間に電圧を印加するための測定回路系
(3)その測定回路系の基準とは別の基準を有するメイン回路系
を備えている。
ここで、前記メイン回路系は、その電圧出力端子に、当該メイン回路系の基準電位を基準とした所定電圧を印加する電圧発生回路を備えたものである。
また、前記測定回路系は、当該測定回路系の基準電位を基準としたときの、前記電圧出力端子の電位と前記メイン回路系の基準電位とが入力され、それらの差分電圧又はそれに比例する電圧を、当該測定回路系の基準電位を基準として出力する差動増幅回路を備えており、その差動増幅回路の出力電圧を前記電極の一方に印加するとともに、他方の電極は当該測定回路系の基準電位に維持するものである。
前記センサ部は単一でもよいが、複数としてもよい。その場合、各センサ部にそれぞれ対応付けて測定回路系を設けるとともに、各測定回路系の基準を互いに独立させておくことが好ましい。
このように構成した本発明によれば、メイン回路系においてその基準と電圧出力端子と間で発生させた電位差(又はそれに比例する電位差)を、差動増幅回路によって、別の独立した基準を有する測定回路系にそのまま移行できる。したがって、測定回路系とメイン回路系との間の基準を通じた電流回りこみなどによる干渉影響を受けにくくし、精度の高い測定が可能となる。
さらに、前記他方の電極からの出力電流を前記測定回路系の基準電位からの電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路の出力電圧を前記メイン回路系の基準電位を基準として出力する第2差動増幅回路と、をさらに備えていることが望ましい。
また、差動増幅回路を巧みに利用しており、フォトカプラやDC−DCコンバータなどのような大掛かりな部品が不要なので、消費電力やコストの低減に寄与し得る。
前記センサ部を複数とし、それらセンサ部にそれぞれ測定回路系を設けるとともに、各測定回路系の基準を互いに独立させておけば、単一の電圧発生回路で複数のセンサ部を駆動しながらも、各測定回路系間での干渉等を防止し、それらセンサ部での同時連続測定を、精度よく行うことができる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る液質分析装置100は、例えば水などの溶液に含まれる溶存酸素を電気化学的に測定するものであって、図1にその概要ブロック図を、図2に具体的な回路図をそれぞれ示すように、分析対象液たる水LQの液質を電気化学分析するためのセンサ部1と、前記センサ部1に電流を流すための測定回路系2と、その測定回路系2の基準(又はコモン、図中、逆三角形の中に1を記載して表現している)とは別の基準(又はコモン、図中、逆三角形の中に0を記載して表現している)を有するメイン回路系3とを備えている。
各部を詳述する。
センサ部1は、測定対象となる水LQに浸される一対の電極、すなわち作用極12及び参照極11を有するものであるが、さらに対極を備えた3極構造のものでもよい(3極構造のものに関しては後述する)。
メイン回路系3は、測定結果を処理する図示しない情報処理回路等とグランドコモンや電源を共通にしたもので、電圧発生回路4を備えている。この電圧発生回路4は、図2に示すように、例えば電源電圧を抵抗により分圧することで、このメイン回路系3の基準電位に対して所定電位差を有する電圧を発生する抵抗回路41と、その抵抗回路41に接続されてインピーダンス変換を行い、前記電圧を電圧出力端子4aから出力するバッファ回路42とを備えたものである。
一方、前記測定回路系2は、電極11、12間に前記所定電圧を印加し、電極11、12を通じて測定対象である水LQに電流を流すためのものであり、この実施形態では差動増幅回路5を備えている。
この差動増幅回路5は、図1に示すように、当該測定回路系2の基準電位を基準とした前記電圧出力端子4aの電位と、同じく測定回路系2の基準電位を基準とした前記メイン回路系3の基準電位とをそれぞれ入力され、それらの差分電圧又はそれに比例する電圧を、当該測定回路系2の基準電位を基準として発生するものである。
この差動増幅回路5の具体的回路構成につき、図2を参照して簡単に説明しておくと、当該差動増幅回路5は、この測定回路系2の基準電位を基準として動作する増幅器51を備えている。この増幅器51の非反転入力端子51aには、前記電圧発生回路4の出力端子4aと、この測定回路系2の基準とが、同じ値の抵抗を介してそれぞれ接続されており、反転入力端子51bには、前記メイン回路系3の基準と当該増幅器51の出力端子51cとが、やはり同じ値の抵抗を介してそれぞれ接続されている。また、前記出力端子51cは、前記参照極11にも接続されている。
さらに、この測定回路系2は、電流−電圧変換回路6を備えており、前記作用極12は、この電流−電圧変換回路6の反転入力端子に接続されている。この反転入力端子は、さらに電流−電圧変換抵抗を介して、当該電流−電圧変換回路6の出力端子にも接続されている。一方、この電流−電圧変換回路6の非反転入力端子は、測定回路系2の基準に接続されている。このような構成により、入力端子間のイマジナリショートを利用して作用極12が測定回路系2の基準と等しい電位に保たれ、かつこの作用極12を流れる電流が、測定回路系2の基準電位を基準とした電圧として出力されるようにしている。
そして、前記電流−電圧変換回路6の出力電圧は、メイン回路系3を構成する第2差動増幅回路7によって、メイン回路系3の基準電位を基準にした同じ電圧となって差動増幅回路7にある増幅器の出力端子71cからメイン回路系3に伝達される。
次に、前述した参照極11の電位につき考察する。
メイン回路系3の基準電位をVc1、前記所定電位差をvとすると、前記電圧発生回路4の出力端子4aの電位Vo1は、
Vo1=Vc1+v ・・・(1)
と表せる。以下、特に断りなく電位と言うときは、電位が0である仮想点を基準とした絶対電位を言う。
一方、測定回路系2の基準電位をVc2とすると、差動増幅回路5における増幅器51の非反転入力端子51aの電位Vi1は、式(1)を考慮して、
Vi1=(Vo1+Vc2)/2
=(Vc1+Vc2+v)/2 ・・・(2)
=(Vc1+Vc2+v)/2 ・・・(2)
と表せる。
ところで、反転入力端子51bの電位Vi2は、イマジナリショートが成立して非反転入力端子51aの電位Vi1と等しいことから、この増幅器51の裸のゲインを実質的に無限大と考えれば、この増幅器51の出力端子51cの電位Vo2は、式(2)を考慮して、
Vo2=2・Vi1−Vc1
=(Vc1+Vc2+v)−Vc1
=Vc2+v ・・・(3)
=(Vc1+Vc2+v)−Vc1
=Vc2+v ・・・(3)
と表せる。
したがって、増幅器出力端子51cの、測定回路系基準電位に対する電位差v1は、
v1=Vo2−Vc2
=v ・・・(4)
=v ・・・(4)
となり、結局、メイン回路系3でその基準電位を基準として発生させた所定電位差vと等しくなる。
このことは、メイン回路系3において、その基準と電圧出力端子4aと間で発生させた電位差(又はそれに比例する電位差)を、差動増幅回路5によって、別の独立した基準を有する測定回路系2にそのまま移行できることを示している。
したがって、測定回路系2とメイン回路系3との間の基準を通じた電流回りこみなどによる干渉影響を受けにくくし、精度の高い測定が可能となる。
また、差動増幅回路5を巧みに利用しており、フォトカプラやDC−DCコンバータなどのような大掛かりな部品が不要なので、消費電力やコストの低減に寄与し得る。
さらに、前述した作用極12の電位は、上記と同様に、電流−電圧変換回路6及び第2差動変換回路7によりVc1、Vc2とは無関係に第2差動変換回路7の出力端子71cから出力される。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、図3に示すように、センサ部1が3極構造の場合、増幅器8をさらに設け、その増幅器8の非反転入力端子8aに、前記差動増幅回路5の出力端子51cを接続するとともに、反転端子8bに参照極11を接続し、対極13に増幅器8の出力端子8cを接続した構成が一例として考えられる。このようなものであれば、参照極11には電流が流れない一方で、その電位は、前記増幅器8の入力端子8a、8b間がイマジナリショートであることから差動増幅回路5の出力端子の電位と等しく保たれる。また、この構成の場合、対極から電流が作用極12に供給されることとなり、その対極の電位は、増幅器8のフィードバック作用によって参照極11と等しく保たれることとなる。
また、図4に示すように、同種又は異種のセンサ部1を複数設けるようにしてもよい。ここでは、それらセンサ部1にそれぞれ測定回路系2を設けるとともに、各測定回路系2の基準を互いに独立させ、さらに電圧発生回路4は共通にしている。
このようなものであれば、単一の電圧発生回路4で済むうえに、各測定回路系2間あるいはメイン回路系3との間での干渉等を防止し、それらセンサ部1での同時連続測定を、精度よく行うことができる。なお、図3、図4で、前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。
さらに、前記実施形態では、液質分析装置100を、水の溶存酸素を測定する水質分析装置として使用していたが、電極間に電圧を印加することで測定を行う残留塩素、導電率など水の他の属性を測定するものに応用しても構わないし、水のみならず、他の液体の分析に用いても構わない。
その他、本発明は前記図示例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能である。
LQ・・・分析対象液(水)
11、12・・・電極(参照極、作用極)
100・・・液質分析装置
1・・・センサ部
2・・・測定回路系
3・・・メイン回路系
4・・・電圧発生回路
4a・・・電圧出力端子
21・・・差動増幅回路
11、12・・・電極(参照極、作用極)
100・・・液質分析装置
1・・・センサ部
2・・・測定回路系
3・・・メイン回路系
4・・・電圧発生回路
4a・・・電圧出力端子
21・・・差動増幅回路
Claims (4)
- 分析対象液の液質を電気化学分析するための、少なくとも一対の電極からなるセンサ部と、前記センサ部の電極間に電圧を印加するための測定回路系と、その測定回路系の基準とは別の基準を有するメイン回路系と、を備えたものであり、
前記メイン回路系は、その電圧出力端子に当該メイン回路系の基準電位に対して所定電位差を有する電圧を印加する電圧発生回路を備えており、
前記測定回路系は、当該測定回路系の基準電位に基づく前記電圧出力端子の電位と前記メイン回路系の基準電位とが入力され、入力されたそれら電位の差分電圧又はそれに比例する電圧を、当該測定回路系の基準電位を基準として出力する差動増幅回路を備えており、その差動増幅回路の出力電圧を前記電極の一方に印加するとともに、他方の電極は当該測定回路系の基準電位に維持するものである液質分析装置。 - 前記他方の電極からの出力電流を前記測定回路系の基準電位からの電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路の出力電圧を前記メイン回路系の基準電位を基準として出力する第2差動増幅回路と、をさらに備えている請求項1記載の液質分析装置。 - 複数のセンサ部と、それら各センサ部にそれぞれ対応する複数の測定回路系を具備し、各測定回路系の基準を互いに独立させている請求項1又は2記載の液質分析装置。
- 水質分析に用いられるものであって、前記センサ部が、溶存酸素、残留塩素、又は導電率を測定するためのものである請求項1、2又は3記載の液質分析装置。
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CN104122376A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-29 | 南京领先环保技术有限公司 | 一种多参数水质分析仪 |
CN105955333A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-09-21 | 杭州美仪自动化有限公司 | pH控制器 |
KR101959533B1 (ko) * | 2018-11-06 | 2019-03-18 | (주)신우에프에이 | 산과 알카리 구분용 금속형 ph 센서 |
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2007
- 2007-04-16 JP JP2007107606A patent/JP2008267838A/ja active Pending
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