JP3525384B2 - イオン測定器 - Google Patents
イオン測定器Info
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- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気中に存在する
帯電した気体分子や微粒子であるプラスのイオン、マイ
ナスのイオンを測定するイオン測定器に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】近年、人体の酸化を防ぐ健康的な効果、
食品の鮮度保持、脱臭効果等生体に良好な影響を与える
ことができる空気中のマイナスのイオンや、これとは逆
な作用を発揮するプラスのイオンが注目されており、こ
れらのマイナスのイオンやプラスのイオンを測定するも
のとして各種イオン測定器が存在している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
イオン測定器にあっては、プラスのイオンを測定するプ
ラスのイオン測定器と、マイナスのイオンを測定するマ
イナスのイオン測定器が別個に存在していたり、１台で
マイナスのイオン測定部とプラスのイオン測定部を独立
して備えていたりすることから大型で高価な装置となら
ざるを得なかった。そして、イオンという微細で繊細な
測定条件を必要とするのであるが、異なる測定系で測定
するマイナスのイオンとプラスのイオンの測定値の相関
がきちんと取れているかどうかははなはだ疑問が生じる
ものであった。また１系統でマイナスのイオンとプラス
のイオンの両方を切り換えて測定するイオン測定器も存
在するが、これは手動で「マイナス」、「プラス」を切
り換えるとともに、その切り換えの都度測定部の電荷集
電板を手動で除電する必要があり、操作が煩雑になると
ともに測定には多大な手間と時間を要するものであっ
た。 【０００４】そこで本発明は、プラスのイオンとマイナ
スのイオンの両方を精度よく容易に測定することができ
かつ小型化・薄型化を実現できるイオン測定器の提供を
目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のイオン測定器は、通風路内に設置され空気
中のイオンを収集する電荷集電板と該電荷集電板と相対
向して配置される反発電極板とからなるイオン検出手
段、前記電荷集電板の電荷を測定しプラス若しくはマイ
ナスのイオン数として演算処理する測定演算手段、前記
反発電極板を測定対象のイオンと同極性に帯電させるべ
くプラスとマイナスに交互に切り換えて帯電させる切換
手段を備えた帯電手段、この切換手段の切換タイミング
で時間間隔を置いて前記電荷集電板に帯電した電荷を除
電して電荷 集電板をグランド電位にする除電手段と、前
記電荷集電板と測定演算手段との間に介在するノイズ検
出アンプとからなり、プラスとマイナスのイオン測定の
切換タイミングで除電手段によりグランド電位にされた
電荷集電板が集電を開始すると同時に前記ノイズ検出ア
ンプは電荷集電板の蓄電量を検出し、このノイズ検出ア
ンプが検出した集電開始時の電荷集電板のグランド電位
からの電位をノイズ成分として、前記測定演算手段は電
荷集電板の前記蓄電量からノイズ成分を除去してプラス
のイオンの数量とマイナスのイオンの数量を自動的に算
出することを特徴とするものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】図１は、本発明のイオン測定器の
ブロック図を示しており、イオン測定器１は、空気中の
イオンがぶつかることで帯電する電荷集電板２と、この
電荷集電板２を囲繞し内部に空気を通じる空気導入管３
と、空気導入管３内で電荷集電板２の両面と間隔を隔て
て相対向して配置された反発電極板４と、空気導入管３
内に外部の空気を流通させる電動ファンからなる通風部
材５と、帯電した電荷集電板２の電荷を検出し演算する
測定演算手段６と、反発電極板４をプラス／マイナスに
帯電させる帯電手段７と、帯電している電荷集電板２の
電荷を除電すべく接地するリレースイッチからなる除電
手段８とから構成されている。 【０００７】図２は、イオン測定器１の電荷集電板２と
反発電極板４の動作を表しており、この状態は空気中の
マイナスのイオンを測定するものである。反発電極板４
は前記帯電手段７によりマイナスに帯電しており、通風
手段５が一定の回転を行うことで空気導入管３内にマイ
ナスのイオンを含む空気が導入される。マイナスのイオ
ンは、反発電極板４がマイナスに帯電していることか
ら、反発電極板４に近付くと跳ね返されて電荷集電板２
にぶつかり収集される。同じく空気中のプラスのイオン
は、反発電極板４に引き寄せられて中和される。 【０００８】そして、マイナスのイオンがぶつかること
で帯電した電荷集電板２の電荷は、図３に示すごとく、
イオン電圧検出アンプ９と高抵抗を介したノイズ検出ア
ンプ１０に入力され、測定値から周期的、定在的なノイ
ズ成分（ハムノイズ等）を差し引くべく差動増幅アンプ
１１を経て、これをアナログ−デジタル変換回路１２に
通すことでデジタル信号に変換するものである。 【０００９】空気イオンは、その電気的な性質により電
界の影響を受けて移動し、その移動速度は電界の強さに
比例し、単位電界（１Ｖ／ｍ）あたりの移動速度のこと
を移動度という。この移動度は、空気イオンの持つ電気
量と質量の比によって決まり、移動度の大きいものを小
イオン、小さいものを大イオンという。生体によい影響
を及ぼすとされている小イオンは、気体分子（酸素分子
など）が帯電したもので、移動度は一般的にプラスのイ
オンで１．３６ｃｍ／ｓ、マイナスのイオンで２．１ｃ
ｍ／ｓ程度である。大イオンは、この小イオンや電子が
埃、チリ、微粒子等に付着したもので、その移動度は
０．０００５〜０．０１ｃｍ／ｓ程度と小さい。 【００１０】本実施例のイオン測定器１は、小イオンを
測定すべく設計されており、図４は小イオンの移動度に
合わせて、風速（Ｖ）、電荷集電板２と反発電極板４と
の間隔（Ｔ）、電荷集電板２の長さ（Ｌ）、反発電極板
４の電位（Ｅ）を以下の式により設定するものである。 【式１】【００１１】図５は、イオン測定器１におけるマイナス
のイオンとプラスのイオンを切り換えて測定するタイム
チャートを表しており、マイナスのイオンとプラスのイ
オンを約１秒ごとに交互に切り換えて測定するものであ
る。その方法としては、帯電している電荷集電板２を除
電手段８がＯＮして接地（装置のグランド等）させるこ
とで除電するとともに、帯電手段７のリレースイッチか
らなる切換手段１３を測定対象イオンの極性と同極性
（マイナス）の電源側に切り換えて、反発電極板４をマ
イナス電位に帯電させる。次に、除電手段８をＯＦＦし
て、電荷集電板２の集電を開始するとともに、電荷集電
板２から高抵抗を介してノイズ検出アンプ１０に入力し
て、装置のグランド電位との間のノイズ電位を検出す
る。電荷集電板２の蓄電量をイオン電圧検出アンプ９に
より電圧信号に変換し、差動増幅アンプ１１でノイズ検
出アンプ１０出力のノイズ成分を除去し、これをアナロ
グ−デジタル変換回路１２に通してデジタル信号として
処理、すなわち単位時間・単位容積当たりのマイナスの
イオンの数として表示手段等に出力する。 【００１２】これを所定時間、例えば１秒間測定する
と、次はプラスのイオンを測定すべく、まず除電手段８
がＯＮして帯電している電荷集電板２を接地させ除電す
るとともに、帯電手段７の切換手段１３をプラス電源側
に切り換えて、反発電極板４をプラス電位に帯電させ
る。次に、除電手段８をＯＦＦして、電荷集電板２の集
電を開始するとともに、電荷集電板２から高抵抗を介し
てノイズ検出アンプ１０に入力して、装置のグランド電
位との間のノイズ電位を検出する。電荷集電板２の蓄電
量をイオン電圧検出アンプ９により電圧信号に変換し、
差動増幅アンプ１１でノイズ検出アンプ１０出力のノイ
ズ成分を除去し、これをアナログ−デジタル変換回路１
２に通してデジタル信号として、単位時間・単位容積当
たりのマイナスのイオンの数として表示手段等に出力す
る。このようにして、同一の測定系においてマイナスの
イオンとプラスのイオンとを自動的に交互に切り換えて
測定するものである。 【００１３】 【発明の効果】以上詳述した如く、本発明のイオン測定
器によれば、マイナスのイオンとプラスのイオンの双方
を、同一の測定系で測定することでデータの相関の取れ
た確実で信頼性のあるイオン測定値を得ることができる
とともに、装置を小型化することも可能となり、さらに
マイナスのイオンとプラスのイオンの切り換え測定及び
電荷集電板の除電を自動的に行うことで操作が煩雑なる
ことなくイオン測定がきわめて容易に行えるものであ
る。そして、測定演算手段は、プラスとマイナスのイオ
ン測定の切り換えごとにグランド電位からの電荷集電板
の電位をノイズ電位として検出しこれを電荷集電板の電
荷測定データから除去して演算処理することで、ノイズ
成分による誤差の生じることのない正確なイオン測定が
できるものである。
帯電した気体分子や微粒子であるプラスのイオン、マイ
ナスのイオンを測定するイオン測定器に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】近年、人体の酸化を防ぐ健康的な効果、
食品の鮮度保持、脱臭効果等生体に良好な影響を与える
ことができる空気中のマイナスのイオンや、これとは逆
な作用を発揮するプラスのイオンが注目されており、こ
れらのマイナスのイオンやプラスのイオンを測定するも
のとして各種イオン測定器が存在している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
イオン測定器にあっては、プラスのイオンを測定するプ
ラスのイオン測定器と、マイナスのイオンを測定するマ
イナスのイオン測定器が別個に存在していたり、１台で
マイナスのイオン測定部とプラスのイオン測定部を独立
して備えていたりすることから大型で高価な装置となら
ざるを得なかった。そして、イオンという微細で繊細な
測定条件を必要とするのであるが、異なる測定系で測定
するマイナスのイオンとプラスのイオンの測定値の相関
がきちんと取れているかどうかははなはだ疑問が生じる
ものであった。また１系統でマイナスのイオンとプラス
のイオンの両方を切り換えて測定するイオン測定器も存
在するが、これは手動で「マイナス」、「プラス」を切
り換えるとともに、その切り換えの都度測定部の電荷集
電板を手動で除電する必要があり、操作が煩雑になると
ともに測定には多大な手間と時間を要するものであっ
た。 【０００４】そこで本発明は、プラスのイオンとマイナ
スのイオンの両方を精度よく容易に測定することができ
かつ小型化・薄型化を実現できるイオン測定器の提供を
目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のイオン測定器は、通風路内に設置され空気
中のイオンを収集する電荷集電板と該電荷集電板と相対
向して配置される反発電極板とからなるイオン検出手
段、前記電荷集電板の電荷を測定しプラス若しくはマイ
ナスのイオン数として演算処理する測定演算手段、前記
反発電極板を測定対象のイオンと同極性に帯電させるべ
くプラスとマイナスに交互に切り換えて帯電させる切換
手段を備えた帯電手段、この切換手段の切換タイミング
で時間間隔を置いて前記電荷集電板に帯電した電荷を除
電して電荷 集電板をグランド電位にする除電手段と、前
記電荷集電板と測定演算手段との間に介在するノイズ検
出アンプとからなり、プラスとマイナスのイオン測定の
切換タイミングで除電手段によりグランド電位にされた
電荷集電板が集電を開始すると同時に前記ノイズ検出ア
ンプは電荷集電板の蓄電量を検出し、このノイズ検出ア
ンプが検出した集電開始時の電荷集電板のグランド電位
からの電位をノイズ成分として、前記測定演算手段は電
荷集電板の前記蓄電量からノイズ成分を除去してプラス
のイオンの数量とマイナスのイオンの数量を自動的に算
出することを特徴とするものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】図１は、本発明のイオン測定器の
ブロック図を示しており、イオン測定器１は、空気中の
イオンがぶつかることで帯電する電荷集電板２と、この
電荷集電板２を囲繞し内部に空気を通じる空気導入管３
と、空気導入管３内で電荷集電板２の両面と間隔を隔て
て相対向して配置された反発電極板４と、空気導入管３
内に外部の空気を流通させる電動ファンからなる通風部
材５と、帯電した電荷集電板２の電荷を検出し演算する
測定演算手段６と、反発電極板４をプラス／マイナスに
帯電させる帯電手段７と、帯電している電荷集電板２の
電荷を除電すべく接地するリレースイッチからなる除電
手段８とから構成されている。 【０００７】図２は、イオン測定器１の電荷集電板２と
反発電極板４の動作を表しており、この状態は空気中の
マイナスのイオンを測定するものである。反発電極板４
は前記帯電手段７によりマイナスに帯電しており、通風
手段５が一定の回転を行うことで空気導入管３内にマイ
ナスのイオンを含む空気が導入される。マイナスのイオ
ンは、反発電極板４がマイナスに帯電していることか
ら、反発電極板４に近付くと跳ね返されて電荷集電板２
にぶつかり収集される。同じく空気中のプラスのイオン
は、反発電極板４に引き寄せられて中和される。 【０００８】そして、マイナスのイオンがぶつかること
で帯電した電荷集電板２の電荷は、図３に示すごとく、
イオン電圧検出アンプ９と高抵抗を介したノイズ検出ア
ンプ１０に入力され、測定値から周期的、定在的なノイ
ズ成分（ハムノイズ等）を差し引くべく差動増幅アンプ
１１を経て、これをアナログ−デジタル変換回路１２に
通すことでデジタル信号に変換するものである。 【０００９】空気イオンは、その電気的な性質により電
界の影響を受けて移動し、その移動速度は電界の強さに
比例し、単位電界（１Ｖ／ｍ）あたりの移動速度のこと
を移動度という。この移動度は、空気イオンの持つ電気
量と質量の比によって決まり、移動度の大きいものを小
イオン、小さいものを大イオンという。生体によい影響
を及ぼすとされている小イオンは、気体分子（酸素分子
など）が帯電したもので、移動度は一般的にプラスのイ
オンで１．３６ｃｍ／ｓ、マイナスのイオンで２．１ｃ
ｍ／ｓ程度である。大イオンは、この小イオンや電子が
埃、チリ、微粒子等に付着したもので、その移動度は
０．０００５〜０．０１ｃｍ／ｓ程度と小さい。 【００１０】本実施例のイオン測定器１は、小イオンを
測定すべく設計されており、図４は小イオンの移動度に
合わせて、風速（Ｖ）、電荷集電板２と反発電極板４と
の間隔（Ｔ）、電荷集電板２の長さ（Ｌ）、反発電極板
４の電位（Ｅ）を以下の式により設定するものである。 【式１】【００１１】図５は、イオン測定器１におけるマイナス
のイオンとプラスのイオンを切り換えて測定するタイム
チャートを表しており、マイナスのイオンとプラスのイ
オンを約１秒ごとに交互に切り換えて測定するものであ
る。その方法としては、帯電している電荷集電板２を除
電手段８がＯＮして接地（装置のグランド等）させるこ
とで除電するとともに、帯電手段７のリレースイッチか
らなる切換手段１３を測定対象イオンの極性と同極性
（マイナス）の電源側に切り換えて、反発電極板４をマ
イナス電位に帯電させる。次に、除電手段８をＯＦＦし
て、電荷集電板２の集電を開始するとともに、電荷集電
板２から高抵抗を介してノイズ検出アンプ１０に入力し
て、装置のグランド電位との間のノイズ電位を検出す
る。電荷集電板２の蓄電量をイオン電圧検出アンプ９に
より電圧信号に変換し、差動増幅アンプ１１でノイズ検
出アンプ１０出力のノイズ成分を除去し、これをアナロ
グ−デジタル変換回路１２に通してデジタル信号として
処理、すなわち単位時間・単位容積当たりのマイナスの
イオンの数として表示手段等に出力する。 【００１２】これを所定時間、例えば１秒間測定する
と、次はプラスのイオンを測定すべく、まず除電手段８
がＯＮして帯電している電荷集電板２を接地させ除電す
るとともに、帯電手段７の切換手段１３をプラス電源側
に切り換えて、反発電極板４をプラス電位に帯電させ
る。次に、除電手段８をＯＦＦして、電荷集電板２の集
電を開始するとともに、電荷集電板２から高抵抗を介し
てノイズ検出アンプ１０に入力して、装置のグランド電
位との間のノイズ電位を検出する。電荷集電板２の蓄電
量をイオン電圧検出アンプ９により電圧信号に変換し、
差動増幅アンプ１１でノイズ検出アンプ１０出力のノイ
ズ成分を除去し、これをアナログ−デジタル変換回路１
２に通してデジタル信号として、単位時間・単位容積当
たりのマイナスのイオンの数として表示手段等に出力す
る。このようにして、同一の測定系においてマイナスの
イオンとプラスのイオンとを自動的に交互に切り換えて
測定するものである。 【００１３】 【発明の効果】以上詳述した如く、本発明のイオン測定
器によれば、マイナスのイオンとプラスのイオンの双方
を、同一の測定系で測定することでデータの相関の取れ
た確実で信頼性のあるイオン測定値を得ることができる
とともに、装置を小型化することも可能となり、さらに
マイナスのイオンとプラスのイオンの切り換え測定及び
電荷集電板の除電を自動的に行うことで操作が煩雑なる
ことなくイオン測定がきわめて容易に行えるものであ
る。そして、測定演算手段は、プラスとマイナスのイオ
ン測定の切り換えごとにグランド電位からの電荷集電板
の電位をノイズ電位として検出しこれを電荷集電板の電
荷測定データから除去して演算処理することで、ノイズ
成分による誤差の生じることのない正確なイオン測定が
できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン測定器のブロック図である。
【図２】本発明のイオン測定器における電荷集電板と反
発電極板の説明図である。 【図３】本発明のイオン測定器の設計値を表す説明図で
ある。 【図４】本発明のイオン測定器における測定演算手段の
説明図である。 【図５】本発明のイオン測定器における測定のタイムチ
ャートを表す説明図である。 【符号の説明】 １ イオン測定器 ２ 電荷集電板 ３ 空気導入管 ４ 反発電極板 ５ 通風部材 ６ 測定演算手段 ７ 帯電手段 ８ 除電手段 ９ イオン電圧検出アンプ １０ ノイズ検出アンプ １１ 差動増幅アンプ １２ アナログ−デジタル変換回路 １３ 切換手段
発電極板の説明図である。 【図３】本発明のイオン測定器の設計値を表す説明図で
ある。 【図４】本発明のイオン測定器における測定演算手段の
説明図である。 【図５】本発明のイオン測定器における測定のタイムチ
ャートを表す説明図である。 【符号の説明】 １ イオン測定器 ２ 電荷集電板 ３ 空気導入管 ４ 反発電極板 ５ 通風部材 ６ 測定演算手段 ７ 帯電手段 ８ 除電手段 ９ イオン電圧検出アンプ １０ ノイズ検出アンプ １１ 差動増幅アンプ １２ アナログ−デジタル変換回路 １３ 切換手段
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭50−91388（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−194340（ＪＰ，Ａ)
米国特許4114088（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/60
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 通風路内に設置され空気中のイオンを収
集する電荷集電板と該電荷集電板と相対向して配置され
る反発電極板とからなるイオン検出手段、前記電荷集電
板の電荷を測定しプラス若しくはマイナスのイオン数と
して演算処理する測定演算手段、前記反発電極板を測定
対象のイオンと同極性に帯電させるべくプラスとマイナ
スに交互に切り換えて帯電させる切換手段を備えた帯電
手段、この切換手段の切換タイミングで時間間隔を置い
て前記電荷集電板に帯電した電荷を除電して電荷集電板
をグランド電位にする除電手段と、前記電荷集電板と測
定演算手段との間に介在するノイズ検出アンプとからな
り、プラスとマイナスのイオン測定の切換タイミングで
除電手段によりグランド電位にされた電荷集電板が集電
を開始すると同時に前記ノイズ検出アンプは電荷集電板
の蓄電量を検出し、このノイズ検出アンプが検出した集
電開始時の電荷集電板のグランド電位からの電位をノイ
ズ成分として、前記測定演算手段は電荷集電板の前記蓄
電量からノイズ成分を除去してプラスのイオンの数量と
マイナスのイオンの数量を自動的に算出することを特徴
とするイオン測定器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197787A JP3525384B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | イオン測定器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2003014694A JP2003014694A (ja) | 2003-01-15 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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