(57)【要約】【課題】  油水溶液中の油分濃度を計測する油分濃度測定装置の動作確認と指示値の較正ができる互換性があり製作の容易な基準濃度較正器を実現する。さらに油水溶液中に混合された酸化鉄のような固形物が一定量存在しても油分の濃度を正確に表示できるような油分濃度測定装置の較正も可能な基準濃度較正器を実現する。【解決手段】  油水溶液中の油分濃度を計測する油分濃度測定装置において、測定セルの中の油水溶液の代わりにセル内部に挿入して光源から出た光を分岐し一つは透過光受光器に光を導く光路と、一つは屈折光受光器に光を導く光路と、もう一つは反射散乱光受光器に光を導く光路に分けた中空または中実の光学部材を備え、測定セル内部のそれぞれの光路に光量を調節するための固定および可変の光減衰器を設け、既知の油分濃度と混合固形物の濃度に対応した各受光器出力を得るように光量をあらかじめ設定し封印する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出た光を、測定セルの中を流れる油分とその他の混合固形物を含む水溶液中に照射し、主としてその透過光の量を検出する受光器と、主として油滴の内部を通過した光が屈折して入射光とは異なる方向に曲げられた屈折光の量を検出する受光器と水溶液中の混合固形物の表面によって反射および散乱された反射散乱光の量を検出する受光器を備えて各受光器からの電気的出力をコンピュータにより演算処理して溶液中の油分濃度を計測する油分濃度測定装置において、測定セルの中の水溶液の代わりにセル内部に挿入して光源から出た光を分岐し一つは透過光受光器に光を導く光路と、一つは屈折光受光器に光を導く光路と、もう一つは反射散乱光受光器に光を導く光路に分けた中空または中実の光学部材を備え、測定セル内部のそれぞれの光路に光量を調節するための固定および可変の光減衰器を設け、既知の油分濃度と混合固形物のような不純物濃度に対応した受光器出力を得るように光量をあらかじめ設定し封印したことを特徴とする基準濃度較正器。
【請求項２】
光源から出た光を、測定セルの中を流れる油分とその他の混合固形物を含む水溶液中に照射し、主としてその透過光の量を検出する受光器と、主として油滴の内部を通過した光が屈折して入射光とは異なる方向に曲げられた屈折光の量を検出する受光器と水溶液中の混合固形物の表面によって反射および散乱された反射散乱光の量を検出する受光器を備えて各受光器からの電気的出力をコンピュータにより演算処理して溶液中の油分濃度を計測する油分濃度測定装置において、測定セルの中の水溶液の代わりにセル内部に挿入して光源から出た光を分岐し一つは透過光受光器に光を導く光路と、一つは屈折光受光器に光を導く光路と、もう一つは反射散乱光受光器に光を導く光路に分けた中空または中実の光学部材を備え、測定セルから出て各受光器に到るそれぞれの光路に着脱が可能な光量を調節するための固定および可変の光減衰器を設け、既知の油分濃度と混合固形物のような不純物濃度に対応した受光器出力を得るように光量をあらかじめ設定し封印したことを特徴とする基準濃度較正器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、連続して流れている水溶液中の油分濃度を光学的に測定する油分濃度測定装置に関し、特にその油分濃度測定装置の測定値を基準濃度で較正し動作を確認するための基準濃度較正器に関する。
【背景技術】
【０００２】  工場や船舶などから出る排水には環境汚染物質である油が大量に含まれており油水分離機で分離してから規定の油分濃度以下の水を排出するように義務付けられており、排出前の油分濃度をインラインで連続的にしかも正確に測定する油分濃度測定装置が必要であることはよく知られている。この油分濃度測定装置の測定値が正しいか否かを確認し較正する方法として、従来は流れている水溶液の一部をサンプルとして採取してから、あらかじめ較正された別の油分濃度測定基準装置によってそのサンプルの油分濃度を測定し比較し比例計算をしてから較正していた。【０００３】この較正に使用する上記の「別の油分濃度測定装置」の多くは油の赤外線吸収特性を利用した赤外線分析による測定法を使用しており、測定セルに被測定サンプルを装着する前に特定の溶剤を混合して油分抽出をする必要がある。サンプル採取から測定結果を得て較正するまでの作業には時間が掛り、またこのような赤外線分析法による測定装置は卓上設置型で高価なため本発明が目的としているような油分濃度測定装置設置後の現場に常備する較正用ツールとしては適当でない。【０００４】油分濃度測定装置の測定値を較正する別の方法としてあらかじめ濃度を確認した基準濃度溶液を測定装置の測定セルに入れて測定する方法がある。この場合は測定セルの中に溶液を静止して満たす程度の量があれば済むが、使い捨てにしなければならないことと、安定した濃度を長期にわたって保存できることが条件になる。一般に混合水溶液の濃度の長期安定性は良くない。また攪拌しないと場所による濃度のむらが出ることと容器に付着した油のため測定値の精度が落ちる。【０００５】油分濃度測定装置の測定値を較正する別の方法として、油の乳化液と同様な光の屈折・反射・散乱効果をもたせるため発泡剤を使用して製作される発泡ガラスやすりガラス、または同様の効果をもつアクリル材などを測定セル内に挿入して測定する方法が考えられる。これらは光の屈折・反射・散乱などの物理的な現象は実際の油水溶液と類似しているため特定の油分濃度に近い値をもった較正器を実現することは可能であり、長期の保存安定性も良いが、必要とする基準濃度に精度よく合致させることが困難であり、同じ仕様のものを複数個製作するのには適しない。また油以外の混合固形物が含まれている場合の油水溶液に相当する較正器を実現することも難しい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  流れている油水溶液の一部をサンプルとして採取してその濃度を別の高価な油分濃度測定装置を使用して測定するようなこと無しに、また、流れている油水溶液の代わりに基準の濃度溶液を入れ換えて使用すること無しに対象とする油分濃度測定装置の動作確認と指示値の較正ができる互換性があり製作の容易な基準濃度較正器を実現することである。さらに油水溶液中に混合された酸化鉄のような固形物が一定量存在しても油分の濃度を正確に表示できるような油分濃度測定装置の較正も可能な基準濃度較正器を実現することである。図１はこのような混合固形物が混入した油水溶液中の油分濃度を光の透過、屈折、反射などの性質を利用して測定する形式の油分濃度測定装置の測定セルの部分を示す断面図である。１は油水溶液を流す配管の一部を光を通すガラス管に置き換えた部分の断面、２は油水溶液、３は油水溶液中で乳化した状態の油滴、４は油水溶液中に混入した混合固形物、５は光源としての発光器、６は配管の反対側の発光器と対抗する位置に置かれた透過光受光器、７は主として３のような油滴の内部を通過した光によって屈折して入射光とは異なる方向に曲げられた屈折光の量を検出するのに適した角度の位置に置かれた屈折光受光器、８は４のような混合固形物の表面によって反射および散乱された反射散乱光の量を検出するのに適した位置に置かれた反射光受光器である。各受光器からの電気的出力を増幅しディジタル化処理した後、コンピュータにより演算して溶液中の油分濃度を計測する。一般にこのような測定装置の指示値を較正する場合は油分や混合固形物が無い油分濃度ゼロの清水だけの場合と、フルスケールの油分濃度の他に、アラームなどを設定して監視する中間の特定基準濃度が較正対象となることが多い。しかし混合固形物が混入してもこれらの指示値が変わらないことを確認するためには、あらかじめ油水に混合固形物が混入された状態の基準濃度較正器を用意することが望ましく、そのような混合油水溶液と置き換えて正しい指示値を与える濃度較正器を実現することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  動作確認をする油分濃度測定装置の測定セルに流れる基準油分濃度の混合固形物を含む油水溶液中を通過する光源から出た光が実際に透過光受光器、屈折光受光器、反射光受光器に与えるのと同等の光量を各受光器に与える光路を備え、各光路ごとに独立した連続調節可能な光減衰器を組合せ、既知の油分濃度と混合固形物濃度に対応した受光器出力を得るように光量をあらかじめ設定し封印した基準濃度較正器を使用して発光器、受光器を含む測定セルと測定系全体の油分濃度測定機能を確認し指示値の較正をすることによって上記の課題を解決することができる。図２は測定セルの中の油水溶液と置き換えて挿入した光学部材の断面図である。９は発光器４から出た光を分岐して透過光受光器６に導く光路、１０は発光器４から出た光を分岐して屈折光受光器に導く光路、１１は発光器５から出た光を分岐して反射光受光器に導く光路である。各光路の中は発光源の光の波長帯域のエネルギーが通過できることが必要で特に透過光用光路は測定セル中に清水を流したときより多くの光量を受光器に与えることが必要である。そのため光路の内面は光に対する反射面とする。光路の中を通る光は入射角の大小に応じて直接光のほかに内面での完全反射光が加わるからである。これらの条件を満たせば光路の中は中空でも中実であってもよい。１２は基準濃度較正器の構成の一部として周囲を保護しさらに測定セルのガラス管１の内部に挿入できるサイズのガラスまたはプラスチックの光学部材の断面である。
【発明の効果】
【０００８】  他の較正方法と比較して製作し易くより経済的であり、現場での取り扱いが容易で特別の測定器操作技術や資格を持った要員を必要としない。また、基準較正器の長期保存安定性が良いため較正値の精度を高く保つことができる。
【実施例１】
【０００９】  図３は第１の発明の１実施例の横断面図である。較正をする対象の油分濃度測定装置の測定セルの水溶液を流すガラス配管の中に本発明による基準濃度較正器を挿入し、水溶液の流れと垂直の方向に切った断面を図示している。５，６，７、８はそれぞれ発光源、透過光受光器、屈折光受光器、反射光受光器であり、９、１０、１１はそれぞれ透過光用光路、屈折光用光路、反射光用光路である。１３、１４、１５はそれぞれ各光路の中に設けられた固定の光減衰器であり、１６と１７、２０と２１はそれぞれ各光路の中に設けられた可変の光減衰器とねじによる調節機構である。【００１０】この実施例では固定減衰器は光源側に置かれているが可変減衰器を光源側に置いても効果は変わらない。また透過光用光路の固定減衰器などは大きな減衰を必要としないので省略することができる。各可変光減衰器はこの図のような測定セルに挿入した状態で上部からそれぞれ１７、１９、２１のねじとリンク機構などによって光の減衰量を所定の範囲で連続的に調節できる構造になっている。ここでの固定と可変の光減衰器は、濃度測定に使用している発光器、受光器の光の波長領域で光路を通過する光の量を変えることが目的であり、単に光路の面積を変えるものから光の吸収率や透過率、反射率を変えるものなどが使用可能である。図３では面積を変える形式の減衰器を簡易的に図示している。【００１１】図４は較正対象の油分濃度測地装置の受光器から濃度指示器までの機能構成を示している。
６、７、８はそれぞれ透過光受光器、屈折率受光器、反射光受光器であり、２２、２３、２４はそれら受光器の出力電流を増幅する増幅器であり、２５は増幅器の出力をディジタル処理してソフトウエアにより油分濃度を演算して出力するディジタル処理部であり、２６は油分濃度指示器である。【００１２】図５、図６、図７はそれぞれ測定セルを流れる油水溶液中の油分濃度と混合固形物の濃度を変えたときの透過光受光器電流、屈折光受光器電流、反射光受光器電流の変化の例を示したものである。水溶液中に油だけが混入している場合は較正しようとする基準油分濃度に対して各受光器電流はＡ、Ｃ、Ｅの値であるが、一定量の混合固形物が加わるとＢ、Ｄ、Ｆのような値に変化する。【００１３】油分濃度測定装置の測定セルを流れる油水溶液中の基準油分濃度と一定量の混合固形物濃度に対応した各受光器電流は図４の２２、２３、２４の増幅器でディジタル処理部２５のＡ／Ｄコンバーターによりディジタル化され、ソフトウエアにより油以外の不純物である混合固形物の濃度の影響を除外した基準油分濃度の値を演算出力し油分濃度指示器２６により指示する。しかし上記油分濃度測定装置の指示値はその構成部品の特性劣化などにより長期の間に変化するので定期的な性能確認と指示値の較正が必要になる。【００１４】そのような場合に使用する本発明の基準濃度較正器はあらかじめ出荷前に次のような手順によりその可変光減衰器の設定を行い封印する。較正しようとする基準油分濃度が図５、図６、図７のＢ、Ｄ、Ｆの点に対応するような油分濃度と混合固形物の濃度の混合した溶液である場合、まずあらかじめ較正された油分濃度測定装置の測定セルに流れている油水溶液を止めてセルを空にし、図３のように本発明の基準較正器をセルの中に挿入する。次に図４の各受光電流増幅器２２、２３、２４の出力電圧が図５、図６、図７のＢ、Ｄ、Ｆの受光電流に対応する電圧となるように図３の可変光減衰器の調節機構のねじ１７、１９、２１、を回転させて調節する。この時点で油分濃度測定装置の濃度表示値が較正しようとする基準油分濃度の値に許容精度の範囲内で合致していることを確認する。次にこれらのねじをロックし較正器を封印する。
【実施例２】
【００１５】  図８は第２の発明の１実施例を説明するために必要な部分を図示したものである。１は測定セルのガラス配管の断面、９、１０、１１はそれぞれ透過光用光路、屈折光用光路、反射光用光路であり、それらが具備すべき条件は図２を用いて【０００７】で説明したとおりである。ただここでは発光器の代わりに発光器からの光を５４の光ファイバーなどの光路と２８の光コネクタに置き換えて測定セル内に照射し、各受光器に導かれる光を光コネクタ２９、３０、３１および３５、３６、３７と光ファイバーなどの光路３２、３３、３４を使用して光減衰器ユニット３８の中の各光減衰器用光路３９、４０、４１を通過して、さらに光コネクタ５１、５２、５３と光ファイバなどの光路５５、５６、５７を使用して信号処理部５８に導いている。光減衰器ユニットの内部にはそれぞれ固定光減衰器４２、４３、４４および可変光減衰器４５、４７、４９とそれらの減衰量を調節するためのねじによる調節機構４６、４８、５０が設けられている。実施例２は光減衰器が測定セルの外部にあるだけで原理的には実施例１と同じであるが、実施例２の場合の基準濃度較正器の構成としては測定セル内に挿入する分岐光路一種類と各基準濃度別の光減衰器ユニットが対で使用されることになる。通常の測定時は分岐光路を取り去って油水溶液を流し、光減衰器ユニットを取り去って光コネクタで減衰の無い接続をする。光減衰器の出荷前設定の手順と方法は実施例１に述べたものと同じである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】は油分濃度測定装置の測定セルの原理を説明するための断面図である。
【図２】は測定セル内に挿入する光分岐光路の説明のための断面図である。
【図３】は本発明の基準濃度較正器の実施例１の構成と原理を説明するための断面図である。
【図４】は油分濃度測定器の受光器から濃度表示器までの信号処理機能を説明するためのブロック図である。
【図５】は油分濃度に対する透過光受光器電流の変化を説明するための図である。
【図６】は油分濃度に対する屈折光受光器電流の変化を説明するための図である。
【図７】は油分濃度に対する反射光受光器電流の変化を説明するための図である。
【図８】は本発明の基準濃度較正器の実施例２の構成と原理を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００１７】１  測定セルのガラス管
２  油水溶液
３  油滴
４  混合固形物
５  発光器
６、７、８  受光器
９，１０，１１  光路
１２  基準濃度較正器の保護管
１３、１４、１５、４２、４３、４４  固定の光減衰器
１６、１８、２０、４５、４７、４９  可変の光減衰器
１７、１９、２１、４６、４８、５０  ねじによる調節機構
２２、２３、２４  増幅器
２５  ディジタル処理部
２６  油分濃度指示器
２８、２９、３０、３１、３５、３６、３７、５１、５２、５３  光コネクタ
３２、３３、３４、５４、５５、５６、５７  光ファイバなどの光路
３８  光減衰器ユニット
３９、４０、４１  光減衰器用光路
５８  信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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