８章：電解質の電気抵抗測定の検討

作成2014.06.08

　電解質の電気抵抗測定の検討をします。

電解質の電気抵抗測定の評価回路図
　電解質の電気抵抗測定の評価回路図を以下に示します。

評価プログラム
　まずは下記の「37-8.zip」ファイルをダウンロードしてください。
[37-8.zip]をダウンロードする。

解凍するとフォルダー内にUSB-HID-SCDフォルダーがあります。USB-HID-SCDフォルダー内に

（１）MPLAB IDE-Xフォルダー
*MPLAB IDE-X\src\apps\usb\device\hid_custom\firmware\MPLAB.Xがソースプログラムです。
*ファイルの相対位置関係は変えられません。
*容量削減のため、直接関係無いと思われるファイルは削除しました。
*「XC8」用です。

（２）Windows Softwareフォルダー
（２-１）PnP Demo - Windows Softwareフォルダー
*Microsoft Visual C# 2012 Express（ソース）

（３）注意事項
*上記プログラムはＰＩＣ１８Ｆ４５５３用に修正してあります。
*Microsoft Visual C# 2012 Express（ソース）はVS Express for Desktopを管理者として実行しHID PnP Demo.slnを開く必要があります。（ダブルクリック起動ではビルドが成功しません。）
操作方法
（１）パソコンでHID　PnP Demoを起動して、測定開始ボタンを押すと測定データファアイルが作成されます。
電解質の電気抵抗測定の波形
　電解質溶液に直流電流を流すと陰極にプラスイオンが集まり、陽極にマイナスイオンが集まり伝記メッキと同じ現象が発生します。
　この問題を避けるため、電解質の電気抵抗測定においては交流電流を流します。電解質の電気抵抗測定の評価回路においては、交流電流をソフト的に発生します。
　電解質の電気抵抗測定の評価回路におけるRD0、RD1、RA1点の電圧変化を測定した結果を以下に示します。

　図8-2において
*RD0＞RD1の時、正方向に電流が流れます。
*RD0 *RD0=RD1の時、電流は流れません。
*RA0は抵抗値測定のための電圧です。（正方向電流時の値を使用します。）

カーボン抵抗の測定
　あらかじめ値のわかっているカーボン抵抗を測定して、測定値確認を行います。
　測定結果を以下の表に示します。

抵抗値(kΩ）	2000	1000	500	100	47	10	3.3	1	0.33	0
理論値	43610	32707	21805	5947	2936	648	215	65	22	0
計測平均値	43541	32707	21784	5993	3072	703	240	112	72	63
1	43510	32756	21762	5997	3071	704	240	112	70	63
2	43644	32766	21775	5986	3072	703	240	112	73	63
3	43663	32611	21824	5986	3072	703	240	112	73	63
4	43491	32630	21758	5998	3072	703	240	112	71	63
5	43504	32765	21782	5994	3072	703	240	112	73	63
6	43477	32768	21827	5994	3072	703	240	112	70	64
7	43616	32608	21757	5988	3072	701	240	112	73	64
8	43503	32768	21786	5989	3072	703	240	112	70	63
9	43503	32768	21820	5998	3072	703	240	112	74	64
10	43503	32633	21753	5995	3072	703	240	112	70	63

　上記の表をグラフにすると以下のようになります。

　上記の図の理論値は単純な抵抗分圧の計算です。理論値と計測平均値はよく一致することが確認できます。

電解質（食塩溶液）の電気抵抗測定
　電解質（食塩溶液）の電気抵抗測定用電極は
ピンヘッダ　１×４０　（４０Ｐ）　￥40/40P　秋月電子通商
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gC-00167/
を使用しました。電極間隔は2.54mm、ピン径Φ1.02、突き出し長さ6.1mmです。

　溶液は、水道水、食塩0.5％（重量比）、1％、2％、4％を容易しました。
　測定結果を以下の表に示します。

No	空気	水道水	0.005	0.01	0.02	0.04
抵抗値(kΩ）	4387	44.6	31.3	24	18.6	15.9
計測平均値	53272	2791	1987	1534	1192	1025
1	53340	3298	1798	1544	1287	962
2	53227	2940	1864	1672	1211	918
3	53306	2814	2489	1497	1330	1010
4	53274	2634	2346	1530	1224	1212
5	53224	2536	2024	1522	1147	1031
6	53317	2636	1971	1812	1213	1072
7	53222	2806	1910	1479	1068	1064
8	53314	2873	1775	1462	1025	1055
9	53217	2694	1779	1480	1172	967
10	53280	2677	1913	1338	1238	956

　抵抗値は空気の場合、約4.4MΩの高い値をしめすが、水道水では、約45kΩと1/100以下に減少します。また、食塩の濃度上昇に伴い抵抗値が減少することが確認できます。

結果の検討
（１）電解質の電気抵抗測定では、メッキ現象をさけるため電流は直流でなく、交流にする必要がある。
（２）交流電流はソフト的に発生すると回路を簡略化できる。
（３）水道水の電気抵抗は空気と比較して1/100以下に小さくなる。
（４）これを利用して水面検知が可能である。
（５）食塩の濃度上昇に伴い抵抗値が減少する。
（６）電気抵抗は電極間隔や形状にも依存するが、目的に応じて最適化する必要がある。（今回はピンヘッダ2.54mmを使用しました。）

９章：アース抵抗観測レコーダに行く。

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