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公開番号2024159352
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023075325
出願日2023-04-28
発明の名称隔膜式センサ
出願人東亜ディーケーケー株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 27/404 20060101AFI20241031BHJP(測定;試験)
要約【課題】加圧下から大気圧下などに減圧しても適切に測定を行うことが可能な隔膜式センサを提供する。
【解決手段】センサボディ101と、センサボディ101の開口部103に隣接して配置された第1電極104と、第1電極104から離間して前記室に配置された第2電極105と、センサボディ101の内部の室に収容され、第1電極104と第2電極105とに接触する、電解質を含有する内部媒体106と、上記開口部103を封止するように取り付けられた隔膜107と、を有する隔膜式センサ100は、内部媒体106の少なくとも一部は電解質を含有するゲルであるゲル電解質161で構成されており、センサボディ101には、センサボディ101の内部と外部とを連通させる連通孔108が設けられており、連通孔108に対して内部媒体106を封止するようにゲル電解質161に隣接して配置された、ガス透過性の材料で形成されたガス透過層109を有する構成とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
内部に室を形成し、開口部を有するセンサボディと、
前記開口部に隣接して配置された第１電極と、
前記第１電極から離間して前記室に配置された第２電極と、
前記室に収容され、前記第１電極と前記第２電極とに接触する、電解質を含有する内部媒体と、
前記開口部を封止するように前記センサボディに取り付けられ、測定対象ガスを透過させることが可能な隔膜と、
を有する隔膜式センサにおいて、
前記内部媒体の少なくとも一部は電解質を含有するゲルであるゲル電解質で構成されており、
前記センサボディには、前記センサボディの内部と外部とを連通させる連通孔が設けられており、
前記連通孔に対して前記内部媒体を封止するように前記ゲル電解質に隣接して配置された、ガス透過性の材料で形成されたガス透過層を有することを特徴とする隔膜式センサ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ガス透過層は、前記室に配置されており、
前記室は、前記内部媒体が収容された第１領域と、前記ガス透過層によって前記第１領域と区画された第２領域と、を有し、
前記連通孔は、前記第２領域に臨むように設けられており、前記連通孔を通して前記第２領域に検体が流入可能であることを特徴とする請求項１に記載の隔膜式センサ。
【請求項３】
前記連通孔として、第１連通孔と第２連通孔とが設けられており、前記第１連通孔は、前記第２連通孔よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の隔膜式センサ。
【請求項４】
前記内部媒体は、前記ゲル電解質で構成された第１層と、電解質を含有する溶液である電解質溶液で構成された第２層と、を有し、前記ゲル電解質は前記ガス透過層及び前記電解質溶液と接触し、前記電解質溶液は前記ゲル電解質及び前記隔膜と接触することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式センサ。
【請求項５】
前記第１電極は前記電解質溶液と接触するように配置され、前記第２電極は前記ゲル電解質と接触するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の隔膜式センサ。
【請求項６】
前記内部媒体は、前記隔膜及び前記ガス透過層とそれぞれ接触する前記ゲル電解質の単層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の隔膜式センサ。
【請求項７】
前記連通孔は、前記室の前記ゲル電解質が充填された領域に臨むように設けられており、
前記ガス透過層は、前記連通孔を封止するように前記センサボディに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の隔膜式センサ。
【請求項８】
前記ゲル電解質は、ポリマーを含有するポリマー電解質で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の隔膜式センサ。
【請求項９】
前記ポリマー電解質は、アクリルアミド系モノマーが架橋されて形成されたポリマーを含有することを特徴とする請求項８に記載の隔膜式センサ。
【請求項１０】
前記ガス透過層は、ガス透過性のゴム又はエラストマーで構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の隔膜式センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ
２
センサや溶存酸素センサなどの隔膜式センサに関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、隔膜式センサとしてＣＯ
２
センサが知られている。このＣＯ
２
センサは、センサボディと、検知電極としてのｐＨ電極と、比較電極と、センサボディの内部の室に収容された内部液と、センサボディの開口部を封止するように設けられたガス透過性の隔膜と、を有する。検体中のＣＯ
２
ガス（炭酸ガス）が隔膜を透過して内部液に溶解すると、ＣＯ
２
濃度に比例して内部液のｐＨが変化する。この内部液のｐＨ変化をｐＨ電極によって測定することで、ＣＯ
２
濃度を測定することができる。同様の原理を用いたものとして、アンモニア濃度を測定するアンモニアセンサも知られている。これらＣＯ
２
センサ、アンモニアセンサは、液体（液相）の検体（被検液）中の溶存ＣＯ
２
、溶存アンモニアの濃度の測定に用いることができる他、気体（気相）の検体（被検ガス）中のＣＯ
２
、アンモニアの濃度の測定にも用いることができる。このようなセンサは、隔膜式イオン電極とも呼ばれる（特許文献１）。
【０００３】
また、従来、隔膜式センサとして溶存酸素センサが知られている。この溶存酸素センサは、センサボディと、検知電極としての作用極と、対極と、センサボディの内部の室に収容された内部液と、センサボディの開口部を封止するように設けられたガス透過性の隔膜と、を有する。被検液中の溶存酸素が隔膜を透過すると、酸素が隔膜と作用極との間の内部液の薄層を拡散して作用極に至り、作用極において酸素が電解されて、作用極と対極との間に溶存酸素濃度に比例して酸化還元電流が流れる。この酸化還元電流を測定することで、溶存酸素濃度を測定することができる。また、この溶存酸素センサには、外部電源を用いて作用極と対極との間に一定の電圧を印加するポーラログラフ式のものと、外部電源を用いないガルバニ電池式のものとがある。同様の原理を用いたものとして、遊離残留塩素濃度、溶存オゾン濃度、溶存二酸化塩素濃度、亜塩素酸（ＨＣｌＯ
２
）濃度、溶存水素濃度をそれぞれ測定するセンサも知られている。このようなセンサは、酸化還元電流測定電極とも呼ばれる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－１１４５３号公報
特開２００６－２３４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような隔膜式センサ、例えば、ＣＯ
２
センサは、環境（河川、海水、湖沼）、水処理、発酵、養殖などの様々な分野で、モニタリングやプロセス制御のために用いられ得る。多くの場合、隔膜式センサは、大気圧下、又は大気圧付近の圧力下で用いられるが、例えば水深数十メートルといった水中の深い位置における加圧下での測定や、プラントなどにおける加圧下での測定に用いることが望まれることがある。
【０００６】
しかしながら、従来の隔膜式センサは、例えば０．５～１ＭＰａといった加圧下から大気圧下などに減圧すると、隔膜が膨張して、適切な測定ができなくなることがあった。これは、加圧により内部液に溶け込んだガス（典型的には空気）が減圧により膨張することで、隔膜がセンサボディの外側に向けて膨らみ、検知電極と隔膜との関係が変化することによるものであると考えられる。この場合、隔膜を交換したり張りなおしたりすることが必要となり、センサの保守の手間やコストが増加する要因となる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、加圧下から大気圧下などに減圧しても適切に測定を行うことが可能な隔膜式センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は本発明に係る隔膜式センサにて達成される。要約すれば、本発明は、内部に室を形成し、開口部を有するセンサボディと、前記開口部に隣接して配置された第１電極と、前記第１電極から離間して前記室に配置された第２電極と、前記室に収容され、前記第１電極と前記第２電極とに接触する、電解質を含有する内部媒体と、前記開口部を封止するように前記センサボディに取り付けられ、測定対象ガスを透過させることが可能な隔膜と、を有する隔膜式センサにおいて、前記内部媒体の少なくとも一部は電解質を含有するゲルであるゲル電解質で構成されており、前記センサボディには、前記センサボディの内部と外部とを連通させる連通孔が設けられており、前記連通孔に対して前記内部媒体を封止するように前記ゲル電解質に隣接して配置された、ガス透過性の材料で形成されたガス透過層を有することを特徴とする隔膜式センサである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加圧下から大気圧下などに減圧しても適切に測定を行うことが可能な隔膜式センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
ＣＯ
２
センサの断面図である。
図１中のＡ－Ａ線断面図及びＢ－Ｂ線断面図である。
ＣＯ
２
センサの隔膜の近傍の断面図及び隔膜カートリッジの分解断面図である。
溶存酸素センサの断面図である。
溶存酸素センサの隔膜の近傍の断面図及び分解断面図である。
ＣＯ
２
センサの他の例の断面図である。
図６中のＣ－Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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