水質計
【課題】複数の測定項目を精度良く測定可能な低コストの水質計を提供する。
【解決手段】水質計の接続端子ｔ１，ｔ２には、測定対象の液に浸けると不純物濃度に応じた起電圧を発生する濃度測定用電極１ａ，１ｂが接続される。接続端子ｔ３，ｔ４には、ガラス電極法によりｐＨを検出する一対のｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ、又は、ＯＲＰに応じた起電圧を発生するＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続され、一方の端子ｔ３と低圧側の端子ｔ１の間には１０ＭΩ程度の高抵抗の抵抗Ｒ１７を接続してある。差動増幅回路４は接続端子ｔ１，ｔ２の差電圧を増幅する。バイアス回路８は接続端子ｔ３に一定のバイアス電圧を印加する。信号処理部６は、差動増幅回路４の出力とメモリ６ｃに予め記憶された検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、接続端子ｔ４の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求める。
【解決手段】水質計の接続端子ｔ１，ｔ２には、測定対象の液に浸けると不純物濃度に応じた起電圧を発生する濃度測定用電極１ａ，１ｂが接続される。接続端子ｔ３，ｔ４には、ガラス電極法によりｐＨを検出する一対のｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ、又は、ＯＲＰに応じた起電圧を発生するＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続され、一方の端子ｔ３と低圧側の端子ｔ１の間には１０ＭΩ程度の高抵抗の抵抗Ｒ１７を接続してある。差動増幅回路４は接続端子ｔ１，ｔ２の差電圧を増幅する。バイアス回路８は接続端子ｔ３に一定のバイアス電圧を印加する。信号処理部６は、差動増幅回路４の出力とメモリ６ｃに予め記憶された検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、接続端子ｔ４の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の液体の水質、特に水道水に含まれる残留塩素の濃度や、液体のｐＨ、ＯＲＰ（酸化還元電位）などの測定用として好適に用いられる水質計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の水質計として、例えば水道水中の残留塩素濃度を測定するためのものが従来より提供されている（例えば特許文献１参照）。この水質計は、異種の金属で形成された一対の電極を有し、これら一対の電極を測定対象の液に浸けて、電極間に発生する起電圧から液中の塩素濃度を測定する。一対の電極の内の一方は白金線、他方は銀線にて形成され、銀線からなる電極は液中に浸けられる部位に塩化銀被膜が形成されており、これら一対の電極でセンサヘッドを構成する。そして、このセンサヘッドを測定対象の液中、例えば水道水に浸けると、一対の電極間に液中の塩素濃度に応じた起電圧が発生するので、電極間に発生した起電圧から塩素濃度を測定することができるのである。
【０００３】
ところで、このような水質計では電極に使用する金属を変更することで、塩素以外の不純物濃度やｐＨ或いは酸化還元電位を測定することができるので、液中の塩素濃度に加えて、測定対象の液のｐＨ或いは酸化還元電位を同時に測定したいという要望があり、複数の測定項目を測定可能な水質計が従来より提案されている。図３は、塩素濃度とｐＨの両方を測定可能な従来の水質計のブロック図であり、測定対象の液１００に浸けると液中の塩素濃度に対応した大きさの起電圧を発生する一対の電極２１ａ，２１ｂからなるセンサ部と、両電極２１ａ，２１ｂがそれぞれ接続される接続端子ｔ１，ｔ２と、ガラス薄膜１０１の両面に測定対象の液１００とｐＨが既知の比較溶液１０２とを接触させ、液１００と比較溶液１０２の間に発生する電圧を液１００および比較溶液１０２にそれぞれ接触するガラス電極２２ａ、比較電極２２ｂから取り出すセンサ部と、両電極２２ａ，２２ｂがそれぞれ接続される接続端子ｔ３，ｔ４と、接続端子ｔ１，ｔ２を介して入力される電極２１ａ，２１ｂ間の電圧を増幅する増幅回路２３と、接続端子ｔ３，ｔ４を介して入力される電極２２ａ，２２ｂ間の電圧を増幅する増幅回路２４と、増幅回路２３，２４の出力から塩素濃度およびｐＨを測定する測定回路２５とを備えている。
【０００４】
この水質計では、塩素濃度測定用の電極２１ａ，２１ｂと、ｐＨ測定用のガラス電極２２ａとを測定対象の液１００に浸けると、電極２１ａ，２１ｂ間に液１００中の塩素濃度に対応した起電圧が発生するとともに、電極２２ａ，２２ｂ間に液１００のｐＨに対応した起電圧が発生するので、増幅回路２３，２４により増幅された電圧値をもとに測定回路２５において液中の塩素濃度やｐＨを同時に測定することができる。また、互いに異なる金属により形成された一対の電極を具備し、両電極を測定対象の液に浸けると、測定液のＯＲＰに応じた起電圧を両電極間に発生させるセンサ部を具備し、センサ部の出力からＯＲＰを測定するようにした水質計も従来より提供されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４２２０号公報（段落番号［００２９］−［００４４］、及び、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した塩素濃度、ｐＨおよびＯＲＰの測定用の電極は何れも起電圧方式のセンサ部であり、電極２１ａ，２１ｂ間に発生する起電圧や、電極２２ａ，２２ｂ間に発生する電圧を、同一電源で動作する増幅回路（すなわち互いに絶縁されていない増幅回路）２３，２４を用いて同時に測定した場合、両増幅回路２２，２３の間にコモンライン（共通線）があると、両センサ部の半電池同士が互いに接続されることになり、両センサ部の間に電流が流れて測定誤差が発生する可能性があった。このような問題を解決するには、各々のセンサ部毎に増幅回路や測定回路が互いに絶縁されたものを使用すれば良いが、各センサ部毎に動作電源を供給する電源部も必要になるため、水質計のコストアップを招くという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コストアップを招くことなく、複数の測定項目を精度良く測定可能な水質計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、互いに異なる金属で形成された一対の濃度測定用電極を有し、両濃度測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液に含まれる測定対象の不純物濃度に応じた大きさの起電圧を両濃度測定用電極間に発生する濃度センサと、ガラス電極法によりｐＨを検出するための一対のｐＨ測定用電極を有し、ガラス薄膜の両面を測定液とｐＨが既知の比較溶液とに接触させるとともに、一方のｐＨ測定用電極を測定液に、他方のｐＨ測定用電極を比較溶液に浸漬すると、測定液のｐＨ値に応じた電圧を両電極間に発生するｐＨセンサと、互いに異なる金属で形成された一対のＯＲＰ測定用電極を有し、両ＯＲＰ測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液の酸化還元電位に応じた大きさの起電圧を両ＯＲＰ測定用電極間に発生するＯＲＰセンサと、一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子と、一対のｐＨ測定用電極又は一対のＯＲＰ測定用電極の何れかが選択的に接続される第３及び第４の接続端子と、第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路と、第３及び第４の接続端子の内の一方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス回路と、一対の濃度測定用電極間に発生する起電圧と不純物濃度との関係、一対のｐＨ測定用電極間に発生する電圧とｐＨとの関係、一対のＯＲＰ測定用電極間に発生する起電圧とＯＲＰとの関係をそれぞれ示した検量線データを記憶するメモリと、差動増幅回路の出力と検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、第３及び第４の接続端子の内の他方の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ又は酸化還元電位の何れかを求める測定回路とを備え、第３及び第４の接続端子の内の一方の接続端子と、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子との間を、抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を介して電気的に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号処理部では、一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続された第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を、入力インピーダンスの高い差動増幅回路で増幅して得た電圧から、検量線データに基づいて不純物濃度を求めている。さらに、ｐＨ測定用電極又はＯＲＰ測定用電極の何れかが接続される第３及び第４の接続端子の内、一方の接続端子にバイアス回路からバイアス電圧を印加しており、他方の接続端子の電圧からバイアス電圧を除算した電圧から検量線データに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求めており、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子と、第３及び第４の接続端子の内でバイアス電圧が印加された接続端子との間に抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を接続している。すなわち、濃度測定用電極が接続される第１及び第２の接続端子の電圧は入力インピーダンスの高い差動増幅回路を用いて測定し、ｐＨ測定用電極又はＯＲＰ測定用電極の何れかが接続される第３及び第４の接続端子間の電圧には、一定のバイアス電圧を加算してあり、第１及び第２の接続端子の内、低圧側の接続端子と、第３及び第４の接続端子の内、バイアス電圧が印加された接属端子の間にインピーダンス要素を接続しているので、両接続端子間に流れる電流を抑制して、測定の誤差を低減できるという効果がある。しかも濃度測定用の回路と、ｐＨ又はＯＲＰを測定する回路とに、互いに絶縁された回路を用いていないので、測定回路を安価に製造することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図２（ａ）は本実施形態の水質計Ａの正面図であり、手で把持可能な大きさに形成された把持本体２０を備え、把持本体２０の正面には、測定値などを表示する液晶表示器１２が長手方向の一端側に配置されるとともに、長手方向の略中央には複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の操作釦が配置されている。ここにスイッチＳＷ１は電源のオン／オフを行うためのスイッチ、スイッチＳＷ２は測定開始などの操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ３は動作モードの切り替え操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ４は各種操作の決定操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ５，ＳＷ６は設定値の変更や数値入力などの操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ７は塩素濃度又はｐＨ測定時にｐＨの較正モードに動作モードを切り替えるためのスイッチである。
【００１１】
また把持本体２０の長手方向一端側（液晶表示器１２が配置された側）の端面には、例えば液中の塩素濃度を測定するためのプローブ２１（同図（ｂ）参照）が接続されるコネクタＣＮ１と、ｐＨ検出用のプローブ又はＯＲＰ検出用のプローブ２２（同図（ｃ）参照）の何れか一方が選択的に接続されるコネクタＣＮ２とが左右に並べて配設されている。またコネクタＣＮ１は、後述する濃度測定用電極１ａ，１ｂの信号を取り込むためのコネクタＣＮ１ａと、サーミスタからの信号を取り込むためのコネクタＣＮ１ｂとで構成されている。またコネクタＣＮ２は、後述する電極２ａ，２ｂ又は電極３ａ，３ｂ間の電圧を取り込むためのコネクタＣＮ２ａと、サーミスタからの信号を取り込むためのコネクタＣＮ２１ｂとで構成されている。
【００１２】
濃度センサたる濃度測定用のプローブ２１は、丸棒状であって先端に一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂとサーミスタ（図示せず）が配設された電極部２３と、濃度測定用電極１ａ，１ｂの信号を取り出すためのコネクタ２４ａと、サーミスタの信号を取り出すためのコネクタ２４ｂとを備え、電極部２３と各コネクタ２４ａ，２４ｂの間はケーブル２５を介して電気的に接続されている。一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂは互いに異なる金属（例えばプラス側が電極部２３の先端面に取着された白金板、マイナス側が電極部２３先端の凹部内に配置された銀線）により形成され、測定対象の液に浸けられたときに液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧を発生する。なお非測定時には、一端側が閉塞された円筒状の保護キャップ２６を電極部２３に装着してあり、電極部２３の汚れや破損を防止している。
【００１３】
ｐＨセンサたるｐＨ測定用のプローブ（図示せず）は、濃度測定用のプローブ２１と略同様の構造を有しているので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。このプローブ２１の電極部２３には、両方の面が測定対象の液とｐＨ値が既知の比較溶液とにそれぞれ接するガラス薄膜が設けられ、測定対象の液と比較溶液との間に発生する電圧を検出するために、測定対象の液に接するガラス電極２ａと、比較溶液に接する比較電極２ｂとを備えている。また電極部２３には温度測定用のサーミスタが配設されており、コネクタ２４ａから両電極２ａ，２ｂ間の電圧を取り出すとともに、コネクタ２４ｂからサーミスタの信号を取り出すようになっている。
【００１４】
またＯＲＰセンサたるＯＲＰ測定用のプローブ２２は、丸棒状であって先端に一対のＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂが配設された電極部２７と、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの信号を取り出すためのコネクタ２８とを備え、電極部２７とコネクタ２４８の間はケーブル２９を介して電気的に接続されている。一対のＯＲＰ測定用電３ａ，３ｂは互いに異なる金属（例えばプラス側が電極部２３の先端面に取着された白金板、マイナス側が電極部２３先端の凹部内に配置された銀線）により形成され、測定対象の液に浸けられたときに液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧を発生する。なお非測定時には、一端側が閉塞された円筒状の保護キャップ３０を電極部２７に装着してあり、電極部２３の汚れや破損を防止している。
【００１５】
図１は水質計Ａの回路図を示しており、この水質計Ａは、濃度測定用プローブ２１のコネクタ２４ａ，２４ｂがそれぞれ接続されるコネクタＣＮ１を備え、コネクタＣＮ１には、一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂがそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子（以下接続端子と略称す）ｔ１，ｔ２と、サーミスタが接続される接続端子ｔ５，ｔ６とが設けられている。また水質計Ａは、ｐＨ測定用プローブ或いはＯＲＰ測定用プローブ２２の何れかが接続されるコネクタＣＮ２を備えており、コネクタＣＮ２には、ガラス電極２ａ及び比較電極２ｂ或いはＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される第３及び第４の接続端子（以下接続端子と略称す）ｔ３，ｔ４と、サーミスタが接続される接続端子ｔ７，ｔ８とが設けられている。また水質計Ａは、接続端子ｔ１の電圧と接続端子ｔ２の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路４と、逐次比較回路５と、測定回路を構成する信号処理部６と、電源回路７と、バイアス回路８、ブザー回路９と、スイッチ入力回路１０と、信号処理部６をリセットするリセット回路１１と、液晶表示器１２とを備えている。
【００１６】
差動増幅回路４は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との直列回路からなり接続端子ｔ１の電圧から高周波ノイズを除去するローパスフィルタと、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路からなり接続端子ｔ２の電圧から高周波ノイズを除去するローパスフィルタと、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧がそれぞれ非反転入力端子に印加されたオペアンプＯＰ１，ＯＰ２と、各オペアンプＯＰ１，ＯＰ２の出力端子と非反転入力端子との間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５の両端間に接続された抵抗Ｒ６及びスイッチＳ１の直列回路と、抵抗Ｒ５の両端間に接続された抵抗Ｒ７及びスイッチＳ２の直列回路と、反転入力端子とオペアンプＯＰ１の出力端子との間に抵抗Ｒ８が接続されるとともに、出力端子と反転入力端子との間に抵抗Ｒ９が接続され、且つ、非反転入力端子が抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰ２の出力端子に接続されたオペアンプＯＰ３とを備えている。オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ３との直列回路を介して回路のグランドに接続されており、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ３の接続点は回路電圧Ｖccを分圧する分圧抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の中点に電気的に接続されている。またオペアンプＯＰ３の出力電圧は後述する信号処理部６の入力ポートＰＩ１に入力されている。この差動増幅回路４はインスツルメンテーションアンプと呼ばれる従来周知の差動アンプであるので、その動作については説明を省略する。なおスイッチＳ１，Ｓ２は、信号処理部６の出力ポートＰＯ１，ＰＯ２から入力される信号によりオン／オフされ、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間のインピーダンスを切り替えることで、差動増幅回路４の増幅率を調整している。
【００１７】
逐次比較回路５は、抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ４の直列回路からなり、信号処理部６の出力ポートＰＯ３から入力されたＰＷＭ信号を平滑する平滑回路５ａと、接続端子ｔ４の電圧がローパスフィルタ（抵抗Ｒ５とコンデンサＣ５からなる）を介して非反転入力端子に印加されるとともに、平滑回路５ａにより平滑された電圧Ｖ６がバッファアンプＢＵＦ１を介して反転入力端子に印加されたコンパレータＣＰ１とを備え、コンパレータＣＰ１の出力電圧が信号処理部６の入力ポートＰＩ２に入力される。ところでガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧は１ｐＨ当たり約６０ｍＶであるのに対して、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧は±１５００ｍＶ（フルレンジで３Ｖ）である。信号処理部６を安価な４ｂｉｔのマイクロコンピュータで構成した場合、４ｂｉｔのマイクロコンピュータでは内蔵のＡ／Ｄ変換部がせいぜい１０ｂｉｔ程度なので分解能が十分ではなく、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧とＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧とを同一のＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換しようとすると、電極２ａ，２ｂに発生する電圧の変換誤差が大きくなるという問題がある。汎用のマイクロコンピュータは一般的に１６ｂｉｔ程度のＰＷＭ信号出力部６ｂを備えているので、本実施形態ではＰＷＭ信号出力部６ｂから出力されるＰＷＭ信号を利用して逐次比較回路５を構成し、この逐次比較回路５と信号処理部６とで逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路を構成してあり、このＡ／Ｄ変換回路によりガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する起電圧や、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧をＡ／Ｄ変換している。
【００１８】
信号処理部６は例えば４ｂｉｔのマイクロコンピュータからなり、入力ポートＰＩ１に入力された電圧を内蔵する１０ｂｉｔのＡ／Ｄ変換部６ａでＡ／Ｄ変換している。また信号処理部６は、入力ポートＰＩ８，ＰＩ９にそれぞれ入力された電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換している。また内蔵する１６ｂｉｔのＰＷＭ信号出力部６ｂからデューティ比が可変のＰＷＭ信号を出力することによって、平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６を１６ｂｉｔの分解能で変化させている。また信号処理部６には液晶表示部１２が接続されており、液晶表示部１２の表示を制御している。また信号処理部６は、濃度測定用電極１ａ，１ｂ間に発生する起電圧と不純物濃度との関係を示す検量線データや、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧とｐＨとの関係を示す検量線データや、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧と酸化還元電位との関係を示す検量線データを記憶したメモリ６ｃを内蔵している。
【００１９】
電源回路７は、バッテリＢから供給される直流電圧を安定化する三端子レギュレータＩＣ１を備え、三端子レギュレータＩＣ１により安定化された直流電圧Ｖcc（例えばＤＣ４Ｖ）を信号処理部６などに動作電圧として供給する。
【００２０】
バイアス回路８は、直流電圧Ｖccを分圧する分圧抵抗Ｒ１５，Ｒ１６の直列回路と、低圧側の分圧抵抗Ｒ１６に並列接続されたコンデンサＣ６とで構成され、直流電圧Ｖccを分圧して得たバイアス電圧Ｖｂ（例えば２Ｖ）を、一方の接続端子ｔ３に印加している。そして、この接続端子ｔ３と、測定液に浸けた時に低圧側となる接続端子ｔ１との間に抵抗Ｒ１７（インピーダンス要素）を接続してある。抵抗Ｒ１７は、両接続端子ｔ１，ｔ３間に流れる電流が略ゼロとなるような高抵抗の抵抗器であり、例えば１０ＭΩの抵抗器を用いている。なお本回路において、インピーダンス要素の影響を最も大きく受けるのは、内部インピーダンスが５００ＭΩ以下であるｐＨ測定用の電極２ａ，２ｂを用いた場合である。したがって、ｐＨ測定用のプローブと濃度測定用のプローブとを同時に接続し、水温を下げて、センサ及び水のインピーダンスを最大にした状態で、相互干渉が発生しないような抵抗値にインピーダンス要素の抵抗値を決定すれば良く、本実施形態の水質計Ａでは、インピーダンス要素を１０ＭΩ程度から１００ＭΩ程度に設定すれば、相互干渉の影響を無視できることが判明した。
【００２１】
ブザー回路９は、信号処理部６の出力ポートＰＯ４からの信号でオン／オフされるトランジスタＴｒ１を備え、トランジスタＴｒ１によりブザーＢＺ１にパルス状の電流を流して、ブザーＢＺ１を鳴動させる。
【００２２】
スイッチ入力回路１０は、入力ポートＰＩ３〜ＰＩ５と入力ポートＰＩ６，ＰＩ７との間に接続された複数個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の操作入力を監視する。
【００２３】
次に、本実施形態の水質計Ａの動作について説明する。ここで、コネクタＣＮ１に濃度測定用のプローブ２１を接続するとともに、コネクタＣＮ２にｐＨ測定用のプローブを接続した場合の動作について説明する。この時、接続端子ｔ１，ｔ２には濃度測定用電極１ａ，１ｂが、接続端子ｔ３，ｔ４にはガラス電極２ａ及び比較電極２ｂが接続されるとともに、接続端子ｔ５，ｔ６間、接続端子ｔ７，ｔ８間にそれぞれサーミスタが接続される。
【００２４】
ここで、濃度測定用のプローブ２１とｐＨ測定用のプローブとを測定液に浸けると、液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧が濃度測定用電極１ａ，１ｂ間に発生するとともに、液のｐＨに応じた大きさの電圧がガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する。
【００２５】
このとき濃度測定用電極１ａ，１ｂに発生した起電圧により接続端子ｔ１，ｔ２に電圧Ｖ１，Ｖ２が発生し、差動増幅回路４では、接続端子ｔ１の電圧Ｖ１と、接続端子ｔ２の電圧Ｖ２との差電圧を所定のゲインで増幅し、信号処理部６の入力ポートＰＩ１に出力する。信号処理部６では、Ａ／Ｄ変換部６ａが入力ポートＰＩ１に入力された電圧Ｖ３をＡ／Ｄ変換しており、Ａ／Ｄ変換部６ａの出力とメモリ６ｃに記憶された検量線データとに基づいて塩素濃度を演算により求めるとともに、入力ポートＰＩ８の入力電圧をＡ／Ｄ変換して得た温度データをもとに温度補償を行って、温度補償後の塩素濃度を液晶表示部１２に表示させている。
【００２６】
一方、逐次比較回路５には、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生したＶ４に、バイアス電圧Ｖｂを加算した電圧Ｖ５が印加される。信号処理部６では、ＰＷＭ信号出力部６ｂから出力するＰＷＭ信号のデューティ比を測定開始時に最小値とし、その後デューティ比を最小値から最大値まで徐々に大きくして、平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６を段階的に大きくしている。信号処理部６の入力ポートＰＩ２には、電圧Ｖ５と平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６との高低を比較するコンパレータＣＰ１の出力が入力されており、入力ポートＰＩ２の電圧レベルがハイからローに反転すると、信号処理部６は、この時のデューティ比に対応する平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６が、両電極２ａ，２ｂ間の電圧Ｖ４にバイアス電圧Ｖｂを加算した電圧Ｖ５であると判断する。そして信号処理部６では、電圧Ｖ５からバイアス電圧Ｖｂを減算することによって、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生した電圧Ｖ４を求めており、この電圧Ｖ４からメモリ６ｃに記憶された検量線データに基づいてｐＨを演算により求め、さらに入力ポートＰＩ９の入力電圧をＡ／Ｄ変換して得た温度データをもとに温度補償を行って、温度補償後のｐＨ値を液晶表示部１２に表示させている。信号処理部６が内蔵するＡ／Ｄ変換部を用いた場合は１０ｂｉｔの分解能しか得られないが、信号処理部６が内蔵する１６ｂｉｔのＰＷＭ信号出力部６ｂを利用することで、１６ｂｉｔの分解能のＡ／Ｄ変換回路を構成しているので、高い分解能のＡ／Ｄ変換部を内蔵した高価なマイクロコンピュータを用いることなく、内蔵のＡ／Ｄ変換部よりも高い分解能で接続端子ｔ３，ｔ４間の電圧をＡ／Ｄ変換することができる。尚、ここでは接続端子ｔ３，ｔ４にｐＨ測定用電極２ａ，２ｂが接続された場合について説明を行ったが、接続端子ｔ３，ｔ４にＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂが接続された場合の動作も上述と同様であるので、その説明は省略する。
【００２７】
以上説明したように信号処理部３では、濃度測定用電極１ａ，１ｂがそれぞれ接続された接続端子ｔ１の電圧と接続端子ｔ２の電圧との差電圧を入力インピーダンスの高い差動増幅回路で増幅して得た電圧から、検量線データに基づいて不純物濃度を求めている。さらに、ｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ又はＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される第３及び第４の接続端子ｔ３，ｔ４の内、一方の接続端子ｔ３にバイアス回路８からバイアス電圧Ｖｂを印加して、他方の接続端子ｔ４の電圧から検量線データに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求めており、第１及び第２の接続端子ｔ１，ｔ２の内で低圧側となる接続端子ｔ１と、バイアス電圧Ｖｂが印加された接続端子ｔ３との間を高抵抗の抵抗Ｒ１７を接続している。すなわち、濃度測定用電極１ａ，１ｂが接続される接続端子ｔ１，ｔ２の電圧は入力インピーダンスの高い差動増幅回路４を用いて測定し、ｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ又はＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される接続端子ｔ３，ｔ４間の電圧には、一定のバイアス電圧Ｖｂを加算してあり、接続端子ｔ１，ｔ３間に高抵抗のインピーダンス要素を接続しているので、両接続端子ｔ１，ｔ３間に流れる電流を抑制して、測定の誤差を低減することができる。しかも濃度測定用の回路と、ｐＨ又はＯＲＰを測定する回路とに、互いに絶縁された回路を用いていないので、測定回路を安価に製造することができるという効果もある。
【００２８】
ところで、上記の説明では液中に溶解した不純物として塩素を例に説明したが、測定対象の不純物を塩素に限定する趣旨のものではなく、濃度測定用電極が感度を有する全ての媒質に本発明を適用可能であり、例えば溶存オゾン、溶存酸素、溶存二酸化炭素、及び溶存水素などの不純物濃度を測定することが可能である。
【００２９】
なお、上記のように、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、添付クレームにおいて限定した以外は、その特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る水質計の回路図である。
【図２】同上の水質計を示し、（ａ）は本体の正面図、（ｂ）（ｃ）はプローブの外観斜視図である。
【図３】従来の水質計の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ，１ｂ 濃度測定用電極
２ａ，２ｂ ｐＨ測定用電極
３ａ，３ｂ ＯＲＰ測定用電極
４ 差動増幅回路
６ 信号処理部
６ｃ メモリ
８ バイアス回路
Ｒ１７ 抵抗
ｔ１〜ｔ４ 接続端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の液体の水質、特に水道水に含まれる残留塩素の濃度や、液体のｐＨ、ＯＲＰ（酸化還元電位）などの測定用として好適に用いられる水質計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の水質計として、例えば水道水中の残留塩素濃度を測定するためのものが従来より提供されている（例えば特許文献１参照）。この水質計は、異種の金属で形成された一対の電極を有し、これら一対の電極を測定対象の液に浸けて、電極間に発生する起電圧から液中の塩素濃度を測定する。一対の電極の内の一方は白金線、他方は銀線にて形成され、銀線からなる電極は液中に浸けられる部位に塩化銀被膜が形成されており、これら一対の電極でセンサヘッドを構成する。そして、このセンサヘッドを測定対象の液中、例えば水道水に浸けると、一対の電極間に液中の塩素濃度に応じた起電圧が発生するので、電極間に発生した起電圧から塩素濃度を測定することができるのである。
【０００３】
ところで、このような水質計では電極に使用する金属を変更することで、塩素以外の不純物濃度やｐＨ或いは酸化還元電位を測定することができるので、液中の塩素濃度に加えて、測定対象の液のｐＨ或いは酸化還元電位を同時に測定したいという要望があり、複数の測定項目を測定可能な水質計が従来より提案されている。図３は、塩素濃度とｐＨの両方を測定可能な従来の水質計のブロック図であり、測定対象の液１００に浸けると液中の塩素濃度に対応した大きさの起電圧を発生する一対の電極２１ａ，２１ｂからなるセンサ部と、両電極２１ａ，２１ｂがそれぞれ接続される接続端子ｔ１，ｔ２と、ガラス薄膜１０１の両面に測定対象の液１００とｐＨが既知の比較溶液１０２とを接触させ、液１００と比較溶液１０２の間に発生する電圧を液１００および比較溶液１０２にそれぞれ接触するガラス電極２２ａ、比較電極２２ｂから取り出すセンサ部と、両電極２２ａ，２２ｂがそれぞれ接続される接続端子ｔ３，ｔ４と、接続端子ｔ１，ｔ２を介して入力される電極２１ａ，２１ｂ間の電圧を増幅する増幅回路２３と、接続端子ｔ３，ｔ４を介して入力される電極２２ａ，２２ｂ間の電圧を増幅する増幅回路２４と、増幅回路２３，２４の出力から塩素濃度およびｐＨを測定する測定回路２５とを備えている。
【０００４】
この水質計では、塩素濃度測定用の電極２１ａ，２１ｂと、ｐＨ測定用のガラス電極２２ａとを測定対象の液１００に浸けると、電極２１ａ，２１ｂ間に液１００中の塩素濃度に対応した起電圧が発生するとともに、電極２２ａ，２２ｂ間に液１００のｐＨに対応した起電圧が発生するので、増幅回路２３，２４により増幅された電圧値をもとに測定回路２５において液中の塩素濃度やｐＨを同時に測定することができる。また、互いに異なる金属により形成された一対の電極を具備し、両電極を測定対象の液に浸けると、測定液のＯＲＰに応じた起電圧を両電極間に発生させるセンサ部を具備し、センサ部の出力からＯＲＰを測定するようにした水質計も従来より提供されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４２２０号公報（段落番号［００２９］−［００４４］、及び、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した塩素濃度、ｐＨおよびＯＲＰの測定用の電極は何れも起電圧方式のセンサ部であり、電極２１ａ，２１ｂ間に発生する起電圧や、電極２２ａ，２２ｂ間に発生する電圧を、同一電源で動作する増幅回路（すなわち互いに絶縁されていない増幅回路）２３，２４を用いて同時に測定した場合、両増幅回路２２，２３の間にコモンライン（共通線）があると、両センサ部の半電池同士が互いに接続されることになり、両センサ部の間に電流が流れて測定誤差が発生する可能性があった。このような問題を解決するには、各々のセンサ部毎に増幅回路や測定回路が互いに絶縁されたものを使用すれば良いが、各センサ部毎に動作電源を供給する電源部も必要になるため、水質計のコストアップを招くという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コストアップを招くことなく、複数の測定項目を精度良く測定可能な水質計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、互いに異なる金属で形成された一対の濃度測定用電極を有し、両濃度測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液に含まれる測定対象の不純物濃度に応じた大きさの起電圧を両濃度測定用電極間に発生する濃度センサと、ガラス電極法によりｐＨを検出するための一対のｐＨ測定用電極を有し、ガラス薄膜の両面を測定液とｐＨが既知の比較溶液とに接触させるとともに、一方のｐＨ測定用電極を測定液に、他方のｐＨ測定用電極を比較溶液に浸漬すると、測定液のｐＨ値に応じた電圧を両電極間に発生するｐＨセンサと、互いに異なる金属で形成された一対のＯＲＰ測定用電極を有し、両ＯＲＰ測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液の酸化還元電位に応じた大きさの起電圧を両ＯＲＰ測定用電極間に発生するＯＲＰセンサと、一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子と、一対のｐＨ測定用電極又は一対のＯＲＰ測定用電極の何れかが選択的に接続される第３及び第４の接続端子と、第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路と、第３及び第４の接続端子の内の一方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス回路と、一対の濃度測定用電極間に発生する起電圧と不純物濃度との関係、一対のｐＨ測定用電極間に発生する電圧とｐＨとの関係、一対のＯＲＰ測定用電極間に発生する起電圧とＯＲＰとの関係をそれぞれ示した検量線データを記憶するメモリと、差動増幅回路の出力と検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、第３及び第４の接続端子の内の他方の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ又は酸化還元電位の何れかを求める測定回路とを備え、第３及び第４の接続端子の内の一方の接続端子と、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子との間を、抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を介して電気的に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号処理部では、一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続された第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を、入力インピーダンスの高い差動増幅回路で増幅して得た電圧から、検量線データに基づいて不純物濃度を求めている。さらに、ｐＨ測定用電極又はＯＲＰ測定用電極の何れかが接続される第３及び第４の接続端子の内、一方の接続端子にバイアス回路からバイアス電圧を印加しており、他方の接続端子の電圧からバイアス電圧を除算した電圧から検量線データに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求めており、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子と、第３及び第４の接続端子の内でバイアス電圧が印加された接続端子との間に抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を接続している。すなわち、濃度測定用電極が接続される第１及び第２の接続端子の電圧は入力インピーダンスの高い差動増幅回路を用いて測定し、ｐＨ測定用電極又はＯＲＰ測定用電極の何れかが接続される第３及び第４の接続端子間の電圧には、一定のバイアス電圧を加算してあり、第１及び第２の接続端子の内、低圧側の接続端子と、第３及び第４の接続端子の内、バイアス電圧が印加された接属端子の間にインピーダンス要素を接続しているので、両接続端子間に流れる電流を抑制して、測定の誤差を低減できるという効果がある。しかも濃度測定用の回路と、ｐＨ又はＯＲＰを測定する回路とに、互いに絶縁された回路を用いていないので、測定回路を安価に製造することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図２（ａ）は本実施形態の水質計Ａの正面図であり、手で把持可能な大きさに形成された把持本体２０を備え、把持本体２０の正面には、測定値などを表示する液晶表示器１２が長手方向の一端側に配置されるとともに、長手方向の略中央には複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の操作釦が配置されている。ここにスイッチＳＷ１は電源のオン／オフを行うためのスイッチ、スイッチＳＷ２は測定開始などの操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ３は動作モードの切り替え操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ４は各種操作の決定操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ５，ＳＷ６は設定値の変更や数値入力などの操作を行うためのスイッチ、スイッチＳＷ７は塩素濃度又はｐＨ測定時にｐＨの較正モードに動作モードを切り替えるためのスイッチである。
【００１１】
また把持本体２０の長手方向一端側（液晶表示器１２が配置された側）の端面には、例えば液中の塩素濃度を測定するためのプローブ２１（同図（ｂ）参照）が接続されるコネクタＣＮ１と、ｐＨ検出用のプローブ又はＯＲＰ検出用のプローブ２２（同図（ｃ）参照）の何れか一方が選択的に接続されるコネクタＣＮ２とが左右に並べて配設されている。またコネクタＣＮ１は、後述する濃度測定用電極１ａ，１ｂの信号を取り込むためのコネクタＣＮ１ａと、サーミスタからの信号を取り込むためのコネクタＣＮ１ｂとで構成されている。またコネクタＣＮ２は、後述する電極２ａ，２ｂ又は電極３ａ，３ｂ間の電圧を取り込むためのコネクタＣＮ２ａと、サーミスタからの信号を取り込むためのコネクタＣＮ２１ｂとで構成されている。
【００１２】
濃度センサたる濃度測定用のプローブ２１は、丸棒状であって先端に一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂとサーミスタ（図示せず）が配設された電極部２３と、濃度測定用電極１ａ，１ｂの信号を取り出すためのコネクタ２４ａと、サーミスタの信号を取り出すためのコネクタ２４ｂとを備え、電極部２３と各コネクタ２４ａ，２４ｂの間はケーブル２５を介して電気的に接続されている。一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂは互いに異なる金属（例えばプラス側が電極部２３の先端面に取着された白金板、マイナス側が電極部２３先端の凹部内に配置された銀線）により形成され、測定対象の液に浸けられたときに液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧を発生する。なお非測定時には、一端側が閉塞された円筒状の保護キャップ２６を電極部２３に装着してあり、電極部２３の汚れや破損を防止している。
【００１３】
ｐＨセンサたるｐＨ測定用のプローブ（図示せず）は、濃度測定用のプローブ２１と略同様の構造を有しているので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。このプローブ２１の電極部２３には、両方の面が測定対象の液とｐＨ値が既知の比較溶液とにそれぞれ接するガラス薄膜が設けられ、測定対象の液と比較溶液との間に発生する電圧を検出するために、測定対象の液に接するガラス電極２ａと、比較溶液に接する比較電極２ｂとを備えている。また電極部２３には温度測定用のサーミスタが配設されており、コネクタ２４ａから両電極２ａ，２ｂ間の電圧を取り出すとともに、コネクタ２４ｂからサーミスタの信号を取り出すようになっている。
【００１４】
またＯＲＰセンサたるＯＲＰ測定用のプローブ２２は、丸棒状であって先端に一対のＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂが配設された電極部２７と、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの信号を取り出すためのコネクタ２８とを備え、電極部２７とコネクタ２４８の間はケーブル２９を介して電気的に接続されている。一対のＯＲＰ測定用電３ａ，３ｂは互いに異なる金属（例えばプラス側が電極部２３の先端面に取着された白金板、マイナス側が電極部２３先端の凹部内に配置された銀線）により形成され、測定対象の液に浸けられたときに液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧を発生する。なお非測定時には、一端側が閉塞された円筒状の保護キャップ３０を電極部２７に装着してあり、電極部２３の汚れや破損を防止している。
【００１５】
図１は水質計Ａの回路図を示しており、この水質計Ａは、濃度測定用プローブ２１のコネクタ２４ａ，２４ｂがそれぞれ接続されるコネクタＣＮ１を備え、コネクタＣＮ１には、一対の濃度測定用電極１ａ，１ｂがそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子（以下接続端子と略称す）ｔ１，ｔ２と、サーミスタが接続される接続端子ｔ５，ｔ６とが設けられている。また水質計Ａは、ｐＨ測定用プローブ或いはＯＲＰ測定用プローブ２２の何れかが接続されるコネクタＣＮ２を備えており、コネクタＣＮ２には、ガラス電極２ａ及び比較電極２ｂ或いはＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される第３及び第４の接続端子（以下接続端子と略称す）ｔ３，ｔ４と、サーミスタが接続される接続端子ｔ７，ｔ８とが設けられている。また水質計Ａは、接続端子ｔ１の電圧と接続端子ｔ２の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路４と、逐次比較回路５と、測定回路を構成する信号処理部６と、電源回路７と、バイアス回路８、ブザー回路９と、スイッチ入力回路１０と、信号処理部６をリセットするリセット回路１１と、液晶表示器１２とを備えている。
【００１６】
差動増幅回路４は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との直列回路からなり接続端子ｔ１の電圧から高周波ノイズを除去するローパスフィルタと、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路からなり接続端子ｔ２の電圧から高周波ノイズを除去するローパスフィルタと、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧がそれぞれ非反転入力端子に印加されたオペアンプＯＰ１，ＯＰ２と、各オペアンプＯＰ１，ＯＰ２の出力端子と非反転入力端子との間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５の両端間に接続された抵抗Ｒ６及びスイッチＳ１の直列回路と、抵抗Ｒ５の両端間に接続された抵抗Ｒ７及びスイッチＳ２の直列回路と、反転入力端子とオペアンプＯＰ１の出力端子との間に抵抗Ｒ８が接続されるとともに、出力端子と反転入力端子との間に抵抗Ｒ９が接続され、且つ、非反転入力端子が抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰ２の出力端子に接続されたオペアンプＯＰ３とを備えている。オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ３との直列回路を介して回路のグランドに接続されており、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ３の接続点は回路電圧Ｖccを分圧する分圧抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の中点に電気的に接続されている。またオペアンプＯＰ３の出力電圧は後述する信号処理部６の入力ポートＰＩ１に入力されている。この差動増幅回路４はインスツルメンテーションアンプと呼ばれる従来周知の差動アンプであるので、その動作については説明を省略する。なおスイッチＳ１，Ｓ２は、信号処理部６の出力ポートＰＯ１，ＰＯ２から入力される信号によりオン／オフされ、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間のインピーダンスを切り替えることで、差動増幅回路４の増幅率を調整している。
【００１７】
逐次比較回路５は、抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ４の直列回路からなり、信号処理部６の出力ポートＰＯ３から入力されたＰＷＭ信号を平滑する平滑回路５ａと、接続端子ｔ４の電圧がローパスフィルタ（抵抗Ｒ５とコンデンサＣ５からなる）を介して非反転入力端子に印加されるとともに、平滑回路５ａにより平滑された電圧Ｖ６がバッファアンプＢＵＦ１を介して反転入力端子に印加されたコンパレータＣＰ１とを備え、コンパレータＣＰ１の出力電圧が信号処理部６の入力ポートＰＩ２に入力される。ところでガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧は１ｐＨ当たり約６０ｍＶであるのに対して、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧は±１５００ｍＶ（フルレンジで３Ｖ）である。信号処理部６を安価な４ｂｉｔのマイクロコンピュータで構成した場合、４ｂｉｔのマイクロコンピュータでは内蔵のＡ／Ｄ変換部がせいぜい１０ｂｉｔ程度なので分解能が十分ではなく、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧とＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧とを同一のＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換しようとすると、電極２ａ，２ｂに発生する電圧の変換誤差が大きくなるという問題がある。汎用のマイクロコンピュータは一般的に１６ｂｉｔ程度のＰＷＭ信号出力部６ｂを備えているので、本実施形態ではＰＷＭ信号出力部６ｂから出力されるＰＷＭ信号を利用して逐次比較回路５を構成し、この逐次比較回路５と信号処理部６とで逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路を構成してあり、このＡ／Ｄ変換回路によりガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する起電圧や、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧をＡ／Ｄ変換している。
【００１８】
信号処理部６は例えば４ｂｉｔのマイクロコンピュータからなり、入力ポートＰＩ１に入力された電圧を内蔵する１０ｂｉｔのＡ／Ｄ変換部６ａでＡ／Ｄ変換している。また信号処理部６は、入力ポートＰＩ８，ＰＩ９にそれぞれ入力された電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換している。また内蔵する１６ｂｉｔのＰＷＭ信号出力部６ｂからデューティ比が可変のＰＷＭ信号を出力することによって、平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６を１６ｂｉｔの分解能で変化させている。また信号処理部６には液晶表示部１２が接続されており、液晶表示部１２の表示を制御している。また信号処理部６は、濃度測定用電極１ａ，１ｂ間に発生する起電圧と不純物濃度との関係を示す検量線データや、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する電圧とｐＨとの関係を示す検量線データや、ＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂ間に発生する起電圧と酸化還元電位との関係を示す検量線データを記憶したメモリ６ｃを内蔵している。
【００１９】
電源回路７は、バッテリＢから供給される直流電圧を安定化する三端子レギュレータＩＣ１を備え、三端子レギュレータＩＣ１により安定化された直流電圧Ｖcc（例えばＤＣ４Ｖ）を信号処理部６などに動作電圧として供給する。
【００２０】
バイアス回路８は、直流電圧Ｖccを分圧する分圧抵抗Ｒ１５，Ｒ１６の直列回路と、低圧側の分圧抵抗Ｒ１６に並列接続されたコンデンサＣ６とで構成され、直流電圧Ｖccを分圧して得たバイアス電圧Ｖｂ（例えば２Ｖ）を、一方の接続端子ｔ３に印加している。そして、この接続端子ｔ３と、測定液に浸けた時に低圧側となる接続端子ｔ１との間に抵抗Ｒ１７（インピーダンス要素）を接続してある。抵抗Ｒ１７は、両接続端子ｔ１，ｔ３間に流れる電流が略ゼロとなるような高抵抗の抵抗器であり、例えば１０ＭΩの抵抗器を用いている。なお本回路において、インピーダンス要素の影響を最も大きく受けるのは、内部インピーダンスが５００ＭΩ以下であるｐＨ測定用の電極２ａ，２ｂを用いた場合である。したがって、ｐＨ測定用のプローブと濃度測定用のプローブとを同時に接続し、水温を下げて、センサ及び水のインピーダンスを最大にした状態で、相互干渉が発生しないような抵抗値にインピーダンス要素の抵抗値を決定すれば良く、本実施形態の水質計Ａでは、インピーダンス要素を１０ＭΩ程度から１００ＭΩ程度に設定すれば、相互干渉の影響を無視できることが判明した。
【００２１】
ブザー回路９は、信号処理部６の出力ポートＰＯ４からの信号でオン／オフされるトランジスタＴｒ１を備え、トランジスタＴｒ１によりブザーＢＺ１にパルス状の電流を流して、ブザーＢＺ１を鳴動させる。
【００２２】
スイッチ入力回路１０は、入力ポートＰＩ３〜ＰＩ５と入力ポートＰＩ６，ＰＩ７との間に接続された複数個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の操作入力を監視する。
【００２３】
次に、本実施形態の水質計Ａの動作について説明する。ここで、コネクタＣＮ１に濃度測定用のプローブ２１を接続するとともに、コネクタＣＮ２にｐＨ測定用のプローブを接続した場合の動作について説明する。この時、接続端子ｔ１，ｔ２には濃度測定用電極１ａ，１ｂが、接続端子ｔ３，ｔ４にはガラス電極２ａ及び比較電極２ｂが接続されるとともに、接続端子ｔ５，ｔ６間、接続端子ｔ７，ｔ８間にそれぞれサーミスタが接続される。
【００２４】
ここで、濃度測定用のプローブ２１とｐＨ測定用のプローブとを測定液に浸けると、液中の塩素濃度に応じた大きさの起電圧が濃度測定用電極１ａ，１ｂ間に発生するとともに、液のｐＨに応じた大きさの電圧がガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生する。
【００２５】
このとき濃度測定用電極１ａ，１ｂに発生した起電圧により接続端子ｔ１，ｔ２に電圧Ｖ１，Ｖ２が発生し、差動増幅回路４では、接続端子ｔ１の電圧Ｖ１と、接続端子ｔ２の電圧Ｖ２との差電圧を所定のゲインで増幅し、信号処理部６の入力ポートＰＩ１に出力する。信号処理部６では、Ａ／Ｄ変換部６ａが入力ポートＰＩ１に入力された電圧Ｖ３をＡ／Ｄ変換しており、Ａ／Ｄ変換部６ａの出力とメモリ６ｃに記憶された検量線データとに基づいて塩素濃度を演算により求めるとともに、入力ポートＰＩ８の入力電圧をＡ／Ｄ変換して得た温度データをもとに温度補償を行って、温度補償後の塩素濃度を液晶表示部１２に表示させている。
【００２６】
一方、逐次比較回路５には、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生したＶ４に、バイアス電圧Ｖｂを加算した電圧Ｖ５が印加される。信号処理部６では、ＰＷＭ信号出力部６ｂから出力するＰＷＭ信号のデューティ比を測定開始時に最小値とし、その後デューティ比を最小値から最大値まで徐々に大きくして、平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６を段階的に大きくしている。信号処理部６の入力ポートＰＩ２には、電圧Ｖ５と平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６との高低を比較するコンパレータＣＰ１の出力が入力されており、入力ポートＰＩ２の電圧レベルがハイからローに反転すると、信号処理部６は、この時のデューティ比に対応する平滑回路５ａの出力電圧Ｖ６が、両電極２ａ，２ｂ間の電圧Ｖ４にバイアス電圧Ｖｂを加算した電圧Ｖ５であると判断する。そして信号処理部６では、電圧Ｖ５からバイアス電圧Ｖｂを減算することによって、ガラス電極２ａと比較電極２ｂの間に発生した電圧Ｖ４を求めており、この電圧Ｖ４からメモリ６ｃに記憶された検量線データに基づいてｐＨを演算により求め、さらに入力ポートＰＩ９の入力電圧をＡ／Ｄ変換して得た温度データをもとに温度補償を行って、温度補償後のｐＨ値を液晶表示部１２に表示させている。信号処理部６が内蔵するＡ／Ｄ変換部を用いた場合は１０ｂｉｔの分解能しか得られないが、信号処理部６が内蔵する１６ｂｉｔのＰＷＭ信号出力部６ｂを利用することで、１６ｂｉｔの分解能のＡ／Ｄ変換回路を構成しているので、高い分解能のＡ／Ｄ変換部を内蔵した高価なマイクロコンピュータを用いることなく、内蔵のＡ／Ｄ変換部よりも高い分解能で接続端子ｔ３，ｔ４間の電圧をＡ／Ｄ変換することができる。尚、ここでは接続端子ｔ３，ｔ４にｐＨ測定用電極２ａ，２ｂが接続された場合について説明を行ったが、接続端子ｔ３，ｔ４にＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂが接続された場合の動作も上述と同様であるので、その説明は省略する。
【００２７】
以上説明したように信号処理部３では、濃度測定用電極１ａ，１ｂがそれぞれ接続された接続端子ｔ１の電圧と接続端子ｔ２の電圧との差電圧を入力インピーダンスの高い差動増幅回路で増幅して得た電圧から、検量線データに基づいて不純物濃度を求めている。さらに、ｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ又はＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される第３及び第４の接続端子ｔ３，ｔ４の内、一方の接続端子ｔ３にバイアス回路８からバイアス電圧Ｖｂを印加して、他方の接続端子ｔ４の電圧から検量線データに基づいてｐＨ或いはＯＲＰを求めており、第１及び第２の接続端子ｔ１，ｔ２の内で低圧側となる接続端子ｔ１と、バイアス電圧Ｖｂが印加された接続端子ｔ３との間を高抵抗の抵抗Ｒ１７を接続している。すなわち、濃度測定用電極１ａ，１ｂが接続される接続端子ｔ１，ｔ２の電圧は入力インピーダンスの高い差動増幅回路４を用いて測定し、ｐＨ測定用電極２ａ，２ｂ又はＯＲＰ測定用電極３ａ，３ｂの何れかが接続される接続端子ｔ３，ｔ４間の電圧には、一定のバイアス電圧Ｖｂを加算してあり、接続端子ｔ１，ｔ３間に高抵抗のインピーダンス要素を接続しているので、両接続端子ｔ１，ｔ３間に流れる電流を抑制して、測定の誤差を低減することができる。しかも濃度測定用の回路と、ｐＨ又はＯＲＰを測定する回路とに、互いに絶縁された回路を用いていないので、測定回路を安価に製造することができるという効果もある。
【００２８】
ところで、上記の説明では液中に溶解した不純物として塩素を例に説明したが、測定対象の不純物を塩素に限定する趣旨のものではなく、濃度測定用電極が感度を有する全ての媒質に本発明を適用可能であり、例えば溶存オゾン、溶存酸素、溶存二酸化炭素、及び溶存水素などの不純物濃度を測定することが可能である。
【００２９】
なお、上記のように、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、添付クレームにおいて限定した以外は、その特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る水質計の回路図である。
【図２】同上の水質計を示し、（ａ）は本体の正面図、（ｂ）（ｃ）はプローブの外観斜視図である。
【図３】従来の水質計の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ，１ｂ 濃度測定用電極
２ａ，２ｂ ｐＨ測定用電極
３ａ，３ｂ ＯＲＰ測定用電極
４ 差動増幅回路
６ 信号処理部
６ｃ メモリ
８ バイアス回路
Ｒ１７ 抵抗
ｔ１〜ｔ４ 接続端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる金属で形成された一対の濃度測定用電極を有し、両濃度測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液に含まれる測定対象の不純物濃度に応じた大きさの起電圧を両濃度測定用電極間に発生する濃度センサと、
ガラス電極法によりｐＨを検出するための一対のｐＨ測定用電極を有し、ガラス薄膜の両面を測定液とｐＨが既知の比較溶液とに接触させるとともに、一方のｐＨ測定用電極を測定液に、他方のｐＨ測定用電極を比較溶液に浸漬すると、測定液のｐＨ値に応じた電圧を両電極間に発生するｐＨセンサと、
互いに異なる金属で形成された一対のＯＲＰ測定用電極を有し、両ＯＲＰ測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液の酸化還元電位に応じた大きさの起電圧を両ＯＲＰ測定用電極間に発生するＯＲＰセンサと、
一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子と、
一対のｐＨ測定用電極又は一対のＯＲＰ測定用電極の何れかが選択的に接続される第３及び第４の接続端子と、
第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路と、
第３及び第４の接続端子の内の一方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
一対の濃度測定用電極間に発生する起電圧と不純物濃度との関係、一対のｐＨ測定用電極間に発生する電圧とｐＨとの関係、一対のＯＲＰ測定用電極間に発生する起電圧とＯＲＰとの関係をそれぞれ示した検量線データを記憶するメモリと、
差動増幅回路の出力と検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、第３及び第４の接続端子の内の他方の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ又は酸化還元電位の何れかを求める測定回路とを備え、
第３及び第４の接続端子の内の一方の接続端子と、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子との間を、抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を介して電気的に接続したことを特徴とする水質計。
【請求項１】
互いに異なる金属で形成された一対の濃度測定用電極を有し、両濃度測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液に含まれる測定対象の不純物濃度に応じた大きさの起電圧を両濃度測定用電極間に発生する濃度センサと、
ガラス電極法によりｐＨを検出するための一対のｐＨ測定用電極を有し、ガラス薄膜の両面を測定液とｐＨが既知の比較溶液とに接触させるとともに、一方のｐＨ測定用電極を測定液に、他方のｐＨ測定用電極を比較溶液に浸漬すると、測定液のｐＨ値に応じた電圧を両電極間に発生するｐＨセンサと、
互いに異なる金属で形成された一対のＯＲＰ測定用電極を有し、両ＯＲＰ測定用電極を測定液に浸漬すると、測定液の酸化還元電位に応じた大きさの起電圧を両ＯＲＰ測定用電極間に発生するＯＲＰセンサと、
一対の濃度測定用電極がそれぞれ接続される第１及び第２の接続端子と、
一対のｐＨ測定用電極又は一対のＯＲＰ測定用電極の何れかが選択的に接続される第３及び第４の接続端子と、
第１の接続端子の電圧と第２の接続端子の電圧との差電圧を増幅する差動増幅回路と、
第３及び第４の接続端子の内の一方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
一対の濃度測定用電極間に発生する起電圧と不純物濃度との関係、一対のｐＨ測定用電極間に発生する電圧とｐＨとの関係、一対のＯＲＰ測定用電極間に発生する起電圧とＯＲＰとの関係をそれぞれ示した検量線データを記憶するメモリと、
差動増幅回路の出力と検量線データとに基づいて不純物濃度を求めるとともに、第３及び第４の接続端子の内の他方の電圧からバイアス電圧を減算した電圧と検量線データとに基づいてｐＨ又は酸化還元電位の何れかを求める測定回路とを備え、
第３及び第４の接続端子の内の一方の接続端子と、第１及び第２の接続端子の内で低圧側となる接続端子との間を、抵抗値が１０ＭΩ以上且つ１００ＭΩ以下のインピーダンス要素を介して電気的に接続したことを特徴とする水質計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−３１５９１３（Ｐ２００７−３１５９１３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５８０１（Ｐ２００６−１４５８０１）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（５９３２１０９６１）エフアイエス株式会社 (39)
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（５９３２１０９６１）エフアイエス株式会社 (39)
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
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