特許 7302556 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-26

(45)【発行日】2023-07-04

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/26 20060101AFI20230627BHJP

   G01N 27/30 20060101ALI20230627BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

G01N27/26 391Z

G01N27/30 361

G01N27/416 316Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020148520

(22)【出願日】2020-09-03

(65)【公開番号】P2022042875

(43)【公開日】2022-03-15

【審査請求日】2022-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】客野 智彦

(72)【発明者】

【氏名】高山 幸久

【審査官】小澤 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０８０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１５７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４９８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１３８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３６７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３１６４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭５８－０６３８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１８４２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０４７５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６

Ｇ０１Ｎ ２７／３０

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御部を備え、
前記制御部は、
電源に接続される第１電極及び第２電極を通じてサンプル水に流れる電流に基づく信号を第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて、前記信号の伝達経路の接触状態の変化に応じて前記信号が所定値以上変動する瞬停を検出し、
前記信号を前記第１のサンプリング周期よりも長い第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出し、
前記第１のサンプリング周期は１秒未満である、測定装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータの一部のデータを抽出することによって、前記第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータを生成する、請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記信号を前記第１のサンプリング周期でサンプリングする第１ＡＤコンバータと、
前記信号を前記第２のサンプリング周期でサンプリングする第２ＡＤコンバータと
を更に備え、
前記制御部は、前記第１ＡＤコンバータから前記第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータを取得し、前記第２ＡＤコンバータから前記第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータを取得する、請求項１に記載の測定装置。

【請求項4】

前記制御部は、検出した前記瞬停の頻度と判定値との比較に基づいて予防保全対象時期を決定する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項5】

前記サンプル水に浸漬する第１電極と、前記制御部によって変更可能な回転数で前記第１電極を回転させるモータとを更に備える、請求項１から４までのいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項6】

前記モータは、前記回転数が正の値である場合に時計回り又は反時計回りのいずれかを正方向として回転し、前記回転数が負の値である場合に前記正方向の逆方向に回転し、
前記制御部は、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出する測定モードで動作する場合に前記回転数を正の値と負の値とに交互に変更するように前記モータの回転を制御する、請求項５に記載の測定装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出しないスタンバイモードで動作する場合の前記回転数の絶対値を、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出する測定モードで動作する場合の前記回転数の絶対値よりも小さくするように前記モータの回転を制御する、請求項５又は６に記載の測定装置。

【請求項8】

前記制御部は、既知の測定対象の濃度を有する標準サンプル水に流れる電流の大きさに基づいて、前記回転数を制御する、請求項５から７までのいずれか一項に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、サンプル水中で回転する電極を用いてサンプル水中の塩素濃度を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１６４４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

測定装置は、サンプル水に電流を流している状態において所定のタイミングで電流の大きさを測定してサンプル水中の塩素濃度を算出する。サンプル水に流れる電流の大きさは、測定されるタイミングにかかわらず変動することがある。サンプル水に流れる電流の大きさの変動を検出することは、測定装置の状態を把握するために有益である。

【0005】

本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、状態を把握しやすい測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る測定装置は、制御部を備える。前記制御部は、サンプル水に流れる電流に基づく信号を第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて前記信号が所定値以上変動する瞬停を検出し、前記信号を前記第１のサンプリング周期よりも長い第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出する。このようにすることで、制御部は、瞬停を検出するための演算を高頻度で実行しつつ、測定対象の濃度を算出するための演算の回数だけを減らすことができ、全体として演算の負荷を低減できる。その結果、測定対象の濃度を算出する周期より短い時間の電圧変動の検出と、演算負荷の軽減とが実現される。

【0007】

一実施形態に係る測定装置において、前記制御部は、前記第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータの一部のデータを抽出することによって、前記第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータを生成してもよい。このようにすることで、１つのＡＤコンバータだけで、２種類のサンプリング周期のデータが取得される。その結果、簡便な構成で測定対象の濃度を算出する周期より短い時間の電圧変動の検出と、演算負荷の軽減とが実現される。

【0008】

一実施形態に係る測定装置は、前記信号を前記第１のサンプリング周期でサンプリングする第１ＡＤコンバータと、前記信号を前記第２のサンプリング周期でサンプリングする第２ＡＤコンバータとを更に備えてよい。前記制御部は、前記第１ＡＤコンバータから前記第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータを取得し、前記第２ＡＤコンバータから前記第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータを取得してよい。このようにすることで、第２のサンプリング周期は、第１のサンプリング周期に対して自然数倍である必要がない。その結果、サンプリング周期が自由に決定され得る。

【0009】

一実施形態に係る測定装置において、前記制御部は、検出した前記瞬停の頻度と判定値との比較に基づいて予防保全対象時期を決定してよい。このようにすることで、測定装置のメンテナンス時期がわかりやすくなる。その結果、測定装置１の利便性が向上する。

【0010】

一実施形態に係る測定装置は、前記サンプル水に浸漬する第１電極と、前記制御部によって変更可能な回転数で前記第１電極を回転させるモータとを更に備えてよい。このようにすることで、測定装置は、種々の運転モードで動作できる。その結果、測定装置の利便性が向上する。

【0011】

一実施形態に係る測定装置において、前記モータは、前記回転数が正の値である場合に時計回り又は反時計回りのいずれかを正方向として回転し、前記回転数が負の値である場合に前記正方向の逆方向に回転してよい。前記制御部は、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出する測定モードで動作する場合に前記回転数を正の値と負の値とに交互に変更するように前記モータの回転を制御してよい。このようにすることで、第１電極が一方向に引き延ばされにくくなる。その結果、第１電極の寿命が延びる。つまり、メンテナンス時期が先に延ばされる。

【0012】

一実施形態に係る測定装置において、前記制御部は、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出しないスタンバイモードで動作する場合の前記回転数の絶対値を、前記サンプル水の中の測定対象の濃度を算出する測定モードで動作する場合の前記回転数の絶対値よりも小さくするように前記モータの回転を制御してよい。このようにすることで、第１電極又は回転する第１電極と電気的に接続するスリップリングが摩耗しにくくなる。その結果、部品の寿命が延びる。つまり、メンテナンス時期が先に延ばされる。

【0013】

一実施形態に係る測定装置において、前記制御部は、既知の測定対象の濃度を有する標準サンプル水に流れる電流の大きさに基づいて、前記回転数を制御してよい。このようにすることで、測定対象の濃度の算出結果の誤差が低減される。その結果、測定装置の利便性が向上する。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、状態を把握しやすい測定装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態に係る測定装置の構成例を示す断面図である。

【図2】一実施形態に係る測定装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】電圧変換部で変換された電圧の時間変動の一例を示すグラフである。

【図4】瞬停を検出する頻度の時間変動の一例を示すグラフである。

【図5】測定装置の他の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示において、図１及び図２に例示される測定装置１が説明される。測定装置１は、電極を浸漬したサンプル水に所定電圧を印加してサンプル水に流れる電流を電圧に変換してサンプリングし、サンプリングした電圧に基づいてサンプル水の中の測定対象の濃度を算出する。測定対象は、例えば、塩素、臭素又はヨウ素等を含んでよい。測定対象は、例えば、金属イオンを含んでもよい。

【0017】

以下、測定装置１の実施形態が、比較例と対比しながら説明される。

【0018】

（比較例）
本開示に係る測定装置１に対する比較例の測定装置が説明される。比較例に係る測定装置は、サンプル水に流れる電流を変換した電圧を所定のサンプリング周期で測定してサンプル水の中の塩素濃度を算出する。

【0019】

ここで、測定装置１の状態は、種々の要因で変化し得る。測定装置１の状態は、サンプル水に流れる電流を変換した電圧の変動によって把握され得る。電圧は、サンプリング周期より短い時間で変動することがある。短い時間における電圧の変動は、測定装置１の状態を表し得る。比較例の測定装置は、サンプリング周期より短い時間の電圧の変動を検出できず、測定装置１の状態を把握しにくい。

【0020】

仮に、比較例の測定装置においてサンプリング周期が単に短くされる場合、短い時間の電圧の変動が検出されるものの、サンプリングした電圧に基づいて塩素濃度を算出する負荷が過大になる。短い時間の電圧変動の検出と、負荷の軽減とを実現することが求められる。

【0021】

そこで、本開示において、短い時間の電圧変動の検出と負荷の軽減とを実現できる測定装置１の実施形態が説明される。

【0022】

（本開示の一実施形態に係る測定装置１の構成例）
図１及び図２に示されるように、一実施形態に係る測定装置１は、サンプル水を貯留する測定槽４０と、サンプル水に電流を流してサンプル水の特性を測定する測定部とを備える。本実施形態において、測定装置１は、サンプル水の特性として、サンプル水の中の塩素濃度を測定する。つまり、本実施形態において、測定対象は塩素であるとする。測定対象は塩素に限られず、他の種々の物質であってよい。測定部は、制御部１０と、電源２０と、電圧変換部２６と、ＡＤコンバータ２７と、第１電極２１と、第２電極２２とを備える。

【0023】

制御部１０は、電源２０を制御することによって、第１電極２１及び第２電極２２を通じてサンプル水に電流を流す。電圧変換部２６は、サンプル水に流れる電流を電圧に変換する。ＡＤコンバータ２７は、電圧変換部２６で変換された電圧をサンプリングする。制御部１０は、ＡＤコンバータ２７からサンプリングした電圧を取得し、取得した電圧に基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出する。

【0024】

制御部１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んで構成されてよい。制御部１０は、プロセッサに所定のプログラムを実行させることによって所定の機能を実現してもよい。

【0025】

測定装置１は、記憶部を更に備えてもよい。記憶部は、制御部１０の動作に用いられる各種情報、又は、制御部１０の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、制御部１０のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。記憶部は、制御部１０に含まれてもよいし、制御部１０と別体として構成されてもよい。

【0026】

測定装置１は、出力部を更に備えてもよい。出力部は、制御部１０から取得した情報を出力する。具体的には、出力部は、制御部１０で算出したサンプル水の中の塩素濃度を出力する。出力部は、直接又は外部装置等を介して、文字、図形、又は画像等の視覚情報を出力することによってユーザに情報を通知してよい。出力部は、表示デバイスを備えてもよいし、表示デバイスと有線又は無線で接続されてもよい。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイ等の種々のディスプレイを含んでよい。出力部は、直接又は外部装置等を介して、音声等の聴覚情報を出力することによってユーザに情報を通知してもよい。出力部は、スピーカ等の音声出力デバイスを備えてもよいし、音声出力デバイスと有線又は無線で接続されてもよい。出力部は、視覚情報又は聴覚情報だけでなく、直接又は外部装置等を介して、ユーザが他の感覚で知覚できる情報を出力することによってユーザに情報を通知してもよい。出力部は、制御部１０に含まれてもよいし、制御部１０と別体として構成されてもよい。

【0027】

第１電極２１と第２電極２２とは、測定槽４０の中に貯留されているサンプル水に浸漬されるように測定槽４０に収容される。電源２０は、第１電極２１と第２電極２２との間に直列に接続され、第１電極２１と第２電極２２との間に電位差を生じさせる。電源２０が第１電極２１と第２電極２２との間に電位差を生じさせることによって、第１電極２１と第２電極２２との間に位置するサンプル水に電流が流れる。

【0028】

第１電極２１は、本体と、作用極２３とを有する。本体は、円柱状に構成され、測定槽４０に挿入される。本体は、樹脂等の絶縁体で構成される。作用極２３は、サンプル水に浸漬されるように、本体の先端側（測定槽４０に挿入される側）に位置し、サンプル水に接触してサンプル水に電流を流す。サンプル水に流れる電流は、作用極２３を通って第１電極２１に流れる。作用極２３は、例えば金（Ａｕ）等の金属、又は、他の導電性材料を含んで構成される。本実施形態において、作用極２３は、金を含んで構成されるとする。

【0029】

電圧変換部２６は、第１電極２１と第２電極２２とサンプル水とを接続する回路に直列に接続され、サンプル水に流れる電流を電圧に変換して出力する。サンプル水に流れる電流を変換した電圧は、サンプル水に流れる電流に基づく信号とも称される。電圧変換部２６は、例えば抵抗器を含んで構成されてよい。電圧変換部２６が出力する電圧は、アナログ信号である。ＡＤコンバータ２７は、電圧変換部２６が出力した電圧のアナログ信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることによってデジタル信号に変換して制御部１０に出力する。ＡＤコンバータ２７が出力するデジタル信号は、サンプル水に流れる電流の大きさに対応する。

【0030】

サンプル水に流れる電流の大きさは、少なくとも、サンプル水の中の塩素濃度に基づいて定まる。したがって、制御部１０は、サンプル水に流れる電流の大きさに対応するデジタル信号に基づいて、サンプル水の中の塩素濃度を算出できる。サンプル水に流れる電流の大きさに対応するデジタル信号は、電圧変換部２６及びＡＤコンバータ２７によって取得される。制御部１０は、第１電極２１と第２電極２２との間に生じさせる電位差の大きさにも更に基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出してよい。制御部１０は、第１電極２１及び第２電極２２のサンプル水に浸漬されている部分の形状にも更に基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出してもよい。制御部１０は、既知の塩素濃度を有する標準サンプル水に流れる電流の測定結果に基づいて検量線の関数又はテーブルを生成してもよい。制御部１０は、サンプル水に流れる電流の測定結果と検量線とに基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出してもよい。

【0031】

サンプル水に流れる電流は、作用極２３と第２電極２２との間に、サンプル水を介して流れる拡散電流の大きさで限定される。拡散電流の大きさは、作用極２３の表面近傍に生じる拡散層の状態による影響を大きく受ける。したがって、拡散層の状態が安定するほど、電圧変換部２６及びＡＤコンバータ２７によって取得されるデジタル信号で表される電圧の測定値が安定する。拡散層は、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオンの濃度分布によって形成される。作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオンの濃度分布は、サンプル水に電流が流れることによって生じる。拡散層の状態は、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオンの濃度分布を安定化することによって、安定化される。

【0032】

作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオン濃度分布は、拡散電流によって変化する。作用極２３の表面近傍に位置するサンプル水が安定して入れ替わることによって、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオン濃度分布が定常状態で安定する。測定装置１は、作用極２３を有する第１電極２１を回転させることによって、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水を安定して入れ替える。

【0033】

そこで、測定部は、第１電極２１を回転させるモータ３０を更に備える。第１電極２１は、長手方向を有する棒状に形成されていてよい。モータ３０は、第１電極２１がその長手方向に沿う回転軸２１Ａの周りに回転するように、第１電極２１に接続される。モータ３０は、測定装置１が起動状態である期間において可変の回転数で回転できる。例えば、モータ３０は、回転数を高くしたり低くしたりできる。つまり、モータ３０は、その回転数を変更可能に構成される。モータ３０は、測定装置１が起動状態のまま、回転数をゼロにして回転を停止できる。

【0034】

モータ３０の回転数は、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオン濃度分布に影響を及ぼす。その結果、モータ３０の回転数は、拡散電流の大きさに影響を及ぼす。具体的には、モータ３０の回転数が高いほど、同じ塩素濃度を有するサンプル水に流れる拡散電流が大きくなる。測定装置１は、モータ３０の回転数を高くすることによって、サンプル水の塩素濃度が低い場合であっても拡散電流を大きくして塩素濃度を算出しやすくすることができる。つまり、測定装置１は、モータ３０の回転数を高くすることによって、塩素濃度の検出感度を高めることができる。

【0035】

また、モータ３０は、回転の方向を変更できる。具体的には、第１電極２１をその長手方向に沿ってモータ３０から測定槽４０の方向に見たときに、モータ３０は、第１電極２１を時計回りに回転させたり反時計回りに回転させたりできる。本実施形態において、第１電極２１の時計回り及び反時計回りの回転は、それぞれ正方向及び逆方向の回転と称される。第１電極２１が正方向に回転するときの回転数は正の値で表されるとする。第１電極２１が逆方向に回転するときの回転数は負の値で表されるとする。

【0036】

上述したように、モータ３０の回転数は、拡散電流の大きさに影響を及ぼす。しかし、モータ３０の回転方向は、拡散電流の大きさに影響を及ぼさない。モータ３０の回転数が負の値になり得る場合、モータ３０の回転数の絶対値が大きいほど、拡散電流が大きくなる。

【0037】

測定部は、第１電極２１が回転している状態でも電源２０と導通するように、スリップリング２５とブラシ２４とを更に備える。スリップリング２５は、第１電極２１とともにモータ３０の駆動によって回転する。ブラシ２４は、スリップリング２５の円筒面に接触するように配置される。ブラシ２４は、スリップリング２５が回転している間もスリップリング２５に接触し続けるように、スリップリング２５に対して付勢される。

【0038】

測定槽４０は、第１電極２１を収容する第１電極収容部４１と、第２電極２２を収容する第２電極収容部４２とを備える。測定槽４０は、第１電極収容部４１及び第２電極収容部４２にサンプル水を貯留する。測定槽４０は、第１電極収容部４１と、第２電極収容部４２との間でサンプル水を通過させる通路４３を更に備える。測定槽４０は、サンプル水を受け入れる入り口と、サンプル水を排出する出口とを更に備える。

【0039】

上述したように、作用極２３の表面とサンプル水との間に拡散電流が流れる。ここで、拡散電流の大きさは、作用極２３の表面積に基づいて定まる。作用極２３の表面に汚れが付着した場合、作用極２３に拡散電流が流れる実効的な表面積が小さくなる。つまり、作用極２３の表面の汚れは、拡散電流の大きさに影響を及ぼす。

【0040】

そこで、測定装置１は、作用極２３の表面の汚れを洗浄できるように、作用極２３の表面にセラミックビーズ又はガラスビーズ等の顆粒部材４４を接触させながら第１電極２１を回転させる。作用極２３の表面に顆粒部材４４を接触させるために、測定槽４０は、第１電極収容部４１に、サンプル水とともに顆粒部材４４を収容する。つまり、顆粒部材４４は、測定槽４０の内部に位置する。このようにすることで、第１電極収容部４１に第１電極２１を収容したときに、顆粒部材４４が作用極２３に接触する。顆粒部材４４が作用極２３に接触している状態で第１電極２１を回転させることによって、顆粒部材４４は、作用極２３の表面に対して摩擦を生じ、作用極２３の表面に付着した汚れを低減させる。つまり、顆粒部材４４は、作用極２３の表面を洗浄できる。

【0041】

作用極２３の表面は、顆粒部材４４によって洗浄される一方で、顆粒部材４４との摩擦によって変形したり摩耗したりする。作用極２３の表面の変形又は摩耗は、作用極２３と第２電極２２との間に、サンプル水を介して流れる拡散電流を不安定にする。

【0042】

例えば、作用極２３が金で構成される場合、作用極２３は顆粒部材４４との摩擦によって第１電極２１の本体の表面において薄く引き延ばされる。作用極２３が引き延ばされることによって、作用極２３の表面積が変化する。また、作用極２３が摩耗することによって、作用極２３の表面積が小さくなり得る。作用極２３の表面積の変化は、拡散電流の大きさを変化させ、拡散電流を不安定にする。その結果、サンプル水の中の塩素濃度の算出精度が低下する。

【0043】

また、作用極２３が引き延ばされることによって、作用極２３が薄くなり第１電極２１から剥がれやすくなる。作用極２３が第１電極２１から剥がれそうになったり実際に剥がれたりする場合、拡散電流が急激に変化し得る。つまり、作用極２３の剥離は、拡散電流を不安定にする。その結果、サンプル水の中の塩素濃度の算出精度が低下する。

【0044】

以上のことからすると、作用極２３の変形又は摩耗は、拡散電流を不安定にする。したがって、作用極２３が変形したり摩耗したりした場合、第１電極２１を交換する必要が生じる。結果として、電極の表面の変形又は摩耗は、第１電極２１の寿命を短くする。

【0045】

（短い時間の電圧変動を検出する動作例）
本開示の一実施形態に係る測定装置１は、上述したように、サンプル水に流れる電流を電圧に変換した信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出する。

【0046】

ここで、サンプル水に流れる電流を変換した電圧は、図３に例示される電圧の時間変動のグラフにおいてスパイク状の波形で表される変動を含むことがある。スパイク状の波形を生じさせる現象は、瞬停とも称される。スパイク状の波形は、瞬停波形とも称される。瞬停波形は、電圧の落ち込み量と、電圧の落ち込みが継続する時間とで表される。電圧の落ち込み量は、深さとも称される。電圧の落ち込みが継続する時間は、幅とも称される。

【0047】

瞬停は、スリップリング２５とブラシ２４との接触状態の変化に応じて生じ得る。例えば、スリップリング２５とブラシ２４との接触抵抗が大きくなった場合に、瞬停が生じ得る。瞬停は、スリップリング２５又はブラシ２４の劣化によって生じ得る。つまり、瞬停の発生を検出することは、スリップリング２５又はブラシ２４の劣化の状態を把握するために有用である。瞬停の発生を検出することによって、スリップリング２５又はブラシ２４が適切なタイミングで交換されたり清掃されたりし得る。

【0048】

しかし、瞬停による電圧変動は、所定のサンプリング周期よりも短い時間内で生じる。例えば、瞬停による電圧変動は、１ミリ秒のオーダーで発生する。一方で塩素濃度を算出するためのデータをサンプリングする所定のサンプリング周期は、１秒のオーダーである。したがって、所定のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて瞬停を検出することは難しい。上述したように、所定のサンプリング周期が単に短くされる場合、例えば所定のサンプリング周期が１ミリ秒のオーダーに短くされる場合、瞬停を検出することが可能になるものの、塩素濃度を算出する負荷が増大する。

【0049】

本開示の一実施形態に係る測定装置１は、例えば、以下のように動作することによって、塩素濃度を算出する周期である所定のサンプリング周期より短い時間の電圧変動の検出と、塩素濃度の算出の負荷を含む全体としての負荷の軽減とを実現できる。

【0050】

＜サンプリングしたデータの一部に基づく塩素濃度の算出＞
制御部１０は、サンプル水に流れる電流の大きさを第１のサンプリング周期でサンプリングして電圧のデータを取得する。制御部１０は、サンプリングしたデータのうち、ｎ個のデータから１個のデータを抽出する。ここで、ｎは２以上の自然数である。制御部１０は、抽出したデータに基づいて塩素濃度を算出する。言い換えれば、制御部１０は、サンプル水の中の塩素濃度を算出するために、第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータの全てを用いず、データの一部を用いる。

【0051】

ｎ個のデータから抽出された１個のデータは、第１のサンプリング周期のｎ倍の周期でサンプリングされたデータに対応する。つまり、塩素濃度を算出するために用いられる一部のデータは、第１のサンプリング周期よりも長い第２のサンプリング周期でサンプリングされたデータともいえる。制御部１０は、第１のサンプリング周期でサンプリングされたデータから一部のデータを抽出して第２のサンプリング周期でサンプリングされたデータを生成できる。そして、制御部１０は、第１のサンプリング周期より長い第２のサンプリング周期でサンプリングされるデータに基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出できる。

【0052】

一方で、制御部１０は、第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて瞬停を検出する。制御部１０は、電圧の落ち込み量が所定値以上となった場合に瞬停波形が出現したと判定してよい。制御部１０は、瞬停を検出する頻度を算出してよい。頻度は、単位時間当たりに出現する瞬停波形の数として算出され得る。制御部１０は、瞬停波形の幅又は深さを算出してよい。

【0053】

以上のように、制御部１０は、第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて瞬停を検出しつつ、第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出する。瞬停を検出するための演算の負荷は、塩素濃度を算出するための演算の負荷よりも軽い。したがって、制御部１０は、瞬停を検出するための演算を高頻度で実行しつつ、塩素濃度を算出するための演算の回数だけを減らすことによって、全体として演算の負荷を低減できる。その結果、塩素濃度を算出する周期より短い時間の電圧変動の検出と、演算負荷の軽減とが実現される。

【0054】

また、制御部１０が第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータから第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータを生成することによって、測定装置１は、１つのＡＤコンバータ２７だけで、２種類のサンプリング周期のデータを取得できる。その結果、簡便な構成で塩素濃度を算出する周期より短い時間の電圧変動の検出と、演算負荷の軽減とが実現される。

【0055】

また、制御部１０は、第２のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて、サンプル水の中の塩素濃度を算出するとともに、瞬停を検出してもよい。また、制御部１０は、第１のサンプリング周期でサンプリングしたデータに基づいて瞬停を検出するとともに、サンプル水の中の塩素濃度を算出してもよい。

【0056】

図４に示されるように、制御部１０によって検出される瞬停の頻度は、時間の経過とともに増大し得る。制御部１０は、瞬停の頻度が判定値に達した場合に、測定装置１の状態がスリップリング２５又はブラシ２４のメンテナンスを必要とする状態になったと判定してもよい。制御部１０は、測定装置１の第１電極２１のメンテナンスが必要になったと判定してもよい。このようにすることで、測定装置１のメンテナンスの時期がわかりやすくなる。その結果、測定装置１の利便性が向上する。

【0057】

また、制御部１０は、瞬停の頻度が判定値に達する前の時刻Ｔ１において、その後の瞬停の頻度の変化を推定してよい。図４において推定結果は、二点鎖線の矢印で表される。制御部１０は、瞬停の頻度が判定値に達すると推定される時刻Ｔ２を算出してよい。測定装置１の管理者は、制御部１０の算出結果に基づいて、例えば時刻Ｔ２になったとき、又は時刻Ｔ２の前後の時刻における測定装置１のメンテナンスを計画してよい。測定装置１のメンテナンスが計画される時期は、予防保全対象時期とも称される。また、測定装置１のメンテナンスの時期がわかりやすくなる。測定装置１のメンテナンスがあらかじめ計画されることによって、測定装置１の稼働計画が立てられる。その結果、測定装置１の利便性が向上する。

【0058】

制御部１０は、瞬停の頻度が判定値に達した時点で予防保全対象時期が到来したと判定してもよい。制御部１０は、瞬停の頻度の推定値が判定値に達する時期を予防保全対象時期として決定してもよい。つまり、制御部１０は、瞬停の頻度と判定値との比較に基づいて、予防保全対象時期を決定してよい。

【0059】

制御部１０は、瞬停の深さ又は幅の少なくとも一方に基づいて、予防保全対象時期を決定してもよい。

【0060】

＜複数のＡＤコンバータ２７によるサンプリング＞
図５に示されるように、測定装置１は、図２のＡＤコンバータ２７の代わりに、第１ＡＤコンバータ２７Ａと第２ＡＤコンバータ２７Ｂとを備えてよい。第１ＡＤコンバータ２７Ａは、第１のサンプリング周期でサンプル水に流れる電流をサンプリングして電圧のデータを出力する。第２ＡＤコンバータ２７Ｂは、第２のサンプリング周期でサンプル水に流れる電流をサンプリングして電圧のデータを出力する。制御部１０は、第１ＡＤコンバータ２７Ａから取得したデータに基づいて測定装置１の状態を監視する。制御部１０は、第２ＡＤコンバータ２７Ｂから取得したデータに基づいてサンプル水の中の塩素濃度を算出する。このようにすることによっても、塩素濃度を算出するサンプリング周期より短い時間の電圧変動の検出と、塩素濃度を算出する負荷の軽減とが実現される。

【0061】

また、第１ＡＤコンバータ２７Ａと第２ＡＤコンバータ２７Ｂとが独立にサンプリング周期を決定できる。これによって、第２のサンプリング周期は、第１のサンプリング周期に対して自然数倍である必要がない。その結果、測定装置１は、サンプリング周期を自由に決定できる。また、測定装置１の利便性が向上する。

【0062】

＜小括＞
以上述べてきたように、本実施形態に係る測定装置１は、電圧変動を検出するためのデータを取得するサンプリング周期と、サンプル水の中の塩素濃度を算出するためのデータを取得するサンプリング周期とを異ならせることができる。このようにすることで、塩素濃度を算出するサンプリング周期より短い時間の電圧変動の検出と、塩素濃度を算出する負荷の軽減とが実現される。その結果、測定装置１の利便性が向上する。

【0063】

（部品の寿命を長くする動作例）
本開示の一実施形態に係る測定装置１は、例えば、以下のように動作することによって、利便性を向上できる。

【0064】

＜測定モードとスタンバイモードとの切り替え＞
制御部１０は、測定装置１が起動状態である場合にサンプル水に拡散電流を流し続ける。一方で、制御部１０は、所定のサンプリング周期で拡散電流を測定し、サンプル水の中の塩素濃度を算出する。逆に言えば、所定のサンプリング周期で定まるタイミング以外において、制御部１０は、拡散電流を測定しない。つまり、制御部１０は、測定装置１の動作モードを、サンプル水に流れる拡散電流を測定する測定モードと、拡散電流を測定しないスタンバイモードとに切り替えることができる。

【0065】

上述したように、モータ３０の回転数は、拡散電流の大きさに影響を及ぼす。したがって、制御部１０は、測定モードで動作する場合、モータ３０の回転数を測定のためにあらかじめ定められている値に制御する。一方で、制御部１０は、スタンバイモードで動作する場合、モータ３０の回転数をあらかじめ定められている値に制御する必要がない。

【0066】

ここで、モータ３０の回転数が高いほど、第１電極２１の作用極２３の変形又は摩耗が進行しやすくなる。また、スリップリング２５の摩耗が進行しやすくなる。

【0067】

＜＜モータ３０の停止又は低速化＞＞
そこで、本実施形態に係る測定装置１の制御部１０は、スタンバイモードで動作する場合、モータ３０の回転数をゼロにして第１電極２１の回転を停止させてよい。このようにすることで、作用極２３の変形若しくは摩耗、又は、スリップリング２５の摩耗が進行しにくくなる。その結果、各部品の寿命が長くなる。また、サンプル水の供給が停止された状態で第１電極２１を回転させ続けた場合、第１電極２１と顆粒部材４４との間に作用する摩擦力が水中に比べて大きくなる。その結果、第１電極２１が激しく消耗するとともに、場合によって、第１電極２１が故障し得る。測定装置１は、測定槽４０内のサンプル水の減少を検知した場合に、自動的にモータ３０の回転を停止させることによって、第１電極２１の消耗又は故障のリスクを低減させ得る。さらに、測定装置１は、サンプル水の供給が正常に戻った場合に、自動でモータ３０の回転を開始させることによって、サンプル水を節約した間欠測定を実現できる。測定装置１は、２つの電極間の電圧を変動させ、２つの電極間に流れる電流の変化を検知することによって、サンプル水が減少したか、又は、サンプル水の有無を検知することができる。測定装置１は、電流変化に基づいて２つの電極間の抵抗値を測定し、抵抗値の大きさの測定結果に基づいてサンプル水が減少したか、又は、サンプル水の有無を判定してもよい。

【0068】

第１電極２１の回転が停止する場合、作用極２３の表面近傍におけるサンプル水のイオン濃度分布、つまり拡散層の状態が定常状態から大きく外れることがある。この場合、測定装置１が測定モードで動作するために第１電極２１の回転を再開してから、作用極２３の表面近傍の拡散層の状態が定常状態に戻るまでにかかる時間が長くなり得る。その結果、測定装置１がスタンバイモードでの動作から測定モードでの動作に戻って測定を再開できる状態に戻るまでにかかる時間が長くなる。

【0069】

ここで、モータ３０の回転数の絶対値をゼロにしないことによって、モータ３０を停止する場合と比べて、拡散層の状態が定常状態から外れる度合いが低減される。このようにすることで、モータ３０の回転数を測定モードで動作する場合の回転数に戻すときに作用極２３の表面近傍の拡散層の状態が定常状態に戻るまでにかかる時間が短くなる。したがって、測定装置１は、スタンバイモードで動作する場合に、モータ３０の回転数の絶対値をゼロにせずに測定モードで動作する場合の回転数の絶対値よりも小さくしておくことによって、測定モードでの動作に戻る時間を短縮できるとともに、部品の寿命を延長できる。つまり、メンテナンス時期が先に延ばされる。

【0070】

＜＜モータ３０の回転方向の変更＞＞
モータ３０の回転方向が一定方向である場合、作用極２３の表面は、顆粒部材４４から一定方向の摩擦力を受け続けて、一定方向に引き延ばされる。ここで、本実施形態に係る測定装置１は、モータ３０の回転方向を正方向と逆方向とで交互に変更してよい。モータ３０の回転方向が交互に変更されることによって、作用極２３の表面が受ける摩擦力の方向が交互に変化する。そうすると、作用極２３の表面は、一方向だけに引き延ばされなくなる。また、作用極２３の表面は、一方向に引き延ばされても逆方向に引き戻され得る。このようにすることで、作用極２３の表面積が変化しにくくなる。その結果、拡散電流の大きさが安定する。また、作用極２３が剥がれにくくなる。その結果、第１電極２１の寿命が長くなる。つまり、メンテナンス時期が先に延ばされる。

【0071】

＜清掃モード＞
測定装置１は、サンプル水によって汚れることがある。第１電極２１及び第２電極２２に付着する汚れは、塩素濃度の検出精度に影響を及ぼす。また、第１電極２１は、顆粒部材４４との接触によって汚れにくくなっているものの、ある程度汚れてくる。したがって、測定装置１の管理者は、第１電極２１等を適宜清掃する必要がある。本実施形態に係る測定装置１は、第１電極２１等を清掃する清掃モードで動作してよい。制御部１０は、清掃モードで動作する場合、第１電極２１及び第２電極２２を測定槽４０から引き上げた状態でモータ３０を駆動して第１電極２１を回転させる。第１電極２１が回転している状態でブラシ又は布等の清掃器具を第１電極２１に押し当てることで、第１電極２１の清掃が省力化され得る。

【0072】

制御部１０は、清掃モードで動作する場合のモータ３０の回転数が測定モードで動作する場合の回転数と異なるようにモータ３０を制御してもよい。このようにすることで、清掃に適した回転数でモータ３０の回転が制御され得る。その結果、第１電極２１の表面の汚れが効率的に落とされ得る。モータ３０の回転方向について、制御部１０は、測定モード又は清掃モードの少なくとも一方のモードで動作する場合、モータ３０の回転数を正の値と負の値とに交互に変更するように、モータ３０の回転を制御してよい。

【0073】

また、制御部１０は、清掃モードで動作する場合、モータ３０の回転方向を正方向と逆方向とで交互に切り替えてもよい。このようにすることで、清掃器具を第１電極２１に押し当てるだけで、第１電極２１に付着した汚れを往復運動でこすり落とすことが容易になる。その結果、第１電極２１の表面の汚れが効率的に落とされ得る。

【0074】

＜慣らしモード＞
測定装置１において第１電極２１の表面に接触するセラミックビーズ又はガラスビーズ等の顆粒部材４４は、第１電極２１との摩擦によって摩耗する。つまり、顆粒部材４４は、消耗品として適宜交換される。

【0075】

ここで、交換したばかりの新品の顆粒部材４４は、極端に例えると金平糖状のごく微小な突起を表面に有する。顆粒部材４４の表面の突起は、第１電極２１が回転して顆粒部材４４との摩擦が続くほど減少する。その結果、顆粒部材４４の表面はなめらかになっていく。

【0076】

顆粒部材４４の表面状態、又は、第１電極２１と顆粒部材４４との摩擦の状態若しくは顆粒部材４４同士の摩擦の状態は、交換した後の稼働初期に比較的大きく変化し、ある程度稼働すると安定する傾向にある。これらの状態が安定するほど、拡散電流の大きさ、及び、サンプル水の中の塩素濃度の算出結果が安定する。逆に言えば、顆粒部材４４の表面状態又は摩擦の状態が安定するまで、サンプル水の中の塩素濃度の算出結果がドリフトし得る。

【0077】

そこで、本実施形態に係る測定装置１は、顆粒部材４４の交換直後において、慣らしモードで動作する。制御部１０は、慣らしモードで動作する場合、モータ３０の回転数を、測定モードで動作する場合の回転数よりも高くする。顆粒部材４４の表面状態又は摩擦の状態は、第１電極２１の回転回数が増えるほど安定する。したがって、モータ３０の回転数を高くすることによって、状態が安定するまでの時間が短縮される。

【0078】

＜環境に応じた回転数の設定＞
測定装置１は、例えば、第１電極２１に付着し得る汚れ成分がサンプル水の中にあまり含まれていない環境等の、第１電極２１に汚れが付着しにくい環境において動作することがある。このような環境において、測定装置１は、第１電極２１に付着する汚れの除去を考慮せずにモータ３０の回転数を設定できる。そうすると、測定装置１は、モータ３０の回転数を低くすることができる。モータ３０の回転数を低くして第１電極２１の回転数を低くすることで、第１電極２１の変形若しくは摩耗、又は、スリップリング２５の摩耗が進行しにくくなる。その結果、各部品の寿命が延長される。

【0079】

＜感度調整＞
作用極２３に流れる拡散電流の大きさは、同じ塩素濃度のサンプル水であっても、作用極２３の個体差によって異なることがある。拡散電流が作用極２３の個体差によって異なることは、感度の違いを生じさせ得る。そこで、測定装置１は、校正によって、機器毎に感度を補正してよい。校正作業は、異なる作用極２３に交換したタイミング毎に実施されてよい。仮に校正作業が誤った操作で実施された場合、測定装置１の測定値が異常となったり、大きい誤差を有したりし得る。

【0080】

ここで、上述したように、モータ３０の回転数が高いほど、塩素濃度の検出感度が高くなる。制御部１０は、モータ３０の回転数を変化させることによって、拡散電流の大きさを補償し、測定装置１の感度の個体差を低減して感度を一定にしたり安定化させたりできる。具体的には、制御部１０は、既知の塩素濃度を有する標準サンプル水について電流を測定して塩素濃度を算出し、算出結果が既知の塩素濃度に一致するように、モータ３０の回転数を設定する。測定装置１は、この回転数の設定の違いを、生産時の１台の代表機器で記憶し、第１電極２１に固有の値として値付けする。測定装置１は、電極にＩＤチップを搭載して、設定値を記憶させてもよい。値付けされた第１電極２１は、別の残留塩素計に取り付けた場合にも、設定された回転数で動作する限り、同じ感度で測定することが可能となる。電極交換時の感度差を低減し、校正作業を簡易にすることで、誤った校正による誤差が低減され得る。

【0081】

＜小括＞
以上述べてきたように、本実施形態に係る測定装置１は、第１電極２１を回転させるモータ３０の回転数を可変とすることによって、種々の動作モードを実現できる。このようにすることで、部品の寿命の延長、塩素濃度の検出感度の設定、及び、塩素濃度の算出結果の誤差の低減等が実現される。その結果、測定装置１の利便性が向上する。

【0082】

（他の実施形態）
以上説明してきた本実施形態に係る測定装置１は、サンプル水の特性として、サンプル水の中の塩素濃度を測定する。測定装置１は、サンプル水の中の塩素濃度を、遊離塩素濃度と結合塩素濃度とを区別して測定できるように構成されてもよい。また、測定装置１は、サンプル水の特性として、サンプル水の中の塩素濃度に限られず、例えば、サンプル水の中の金属イオン濃度を測定するように構成され得る。つまり、測定装置１は、金属イオン濃度計として構成され得る。測定装置１が金属イオン濃度計として構成される場合、顆粒部材４４が用いられてもよいし用いられなくてもよい。また、測定装置１は、サンプル水の中の臭素濃度を測定する臭素計としても構成され得る。また、測定装置１は、サンプル水の中のヨウ素濃度を測定するヨウ素計としても構成され得る。

【0083】

第１電極２１は、中心軸を有する円盤状に形成されていてもよい。この場合、モータ３０は、第１電極２１が中心軸の周りに回転するように、第１電極２１に接続される。

【0084】

本実施形態に係る測定装置１の測定部は、第１電極２１と第２電極２２とを有するとして説明されてきた。測定部は、第３電極を更に有してもよい。第３電極は、第１電極２１と第２電極２２とに電圧を印加する場合の基準となる電位を定める。第３電極は、サンプル水に流れる電流には関与しない。測定部が第３電極を有することによって、第２電極２２が溶出しにくくなる。

【0085】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0086】

１：測定装置、１０：制御部、２０：電源、２１：第１電極、２１Ａ：回転軸、２２：第２電極、２３：作用極、２４：ブラシ、２５：スリップリング、２６：電圧変換部、２７：ＡＤコンバータ、２７Ａ：第１ＡＤコンバータ、２７Ｂ：第２ＡＤコンバータ、３０：モータ、４０：測定槽、４１：第１電極収容部、４２：第２電極収容部、４３：通路、４４：顆粒部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】