(57)【要約】【課題】屈折率センサーを利用して液体の成分濃度を測定する濃度測定装置であって、設置場所に拘わらず、周囲の機器類の影響を受けることなく、一層高精度に濃度を測定可能な液体の濃度測定装置を提供する。【解決手段】液体の濃度測定装置は、屈折率センサー１により液体の屈折率を測定し、屈折率に基づいて液体の成分濃度を検出する濃度測定装置であり、屈折率センサー１は、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシング６に収容され、屈折率センサー１が外部の磁界から遮蔽されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率センサーにより液体の屈折率を測定し、屈折率に基づいて液体の成分濃度を検出する濃度測定装置であって、屈折率センサーは、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシングに収容されていることを特徴とする液体の濃度測定装置。
【請求項２】
屈折率センサーは、試料である液体が導入される試料収容部および光学部品収容部を備えた本体ブロックと、試料収容部と光学部品収容部の間に隔壁として介装され且つ試料収容部の液体が接触する光透過性の界面構成部材と、光学部品収容部に収容された発光素子および受光素子とから主に構成されている請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
ケーシングが、パーマロイで構成されている請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
ケーシングは、一側面が開放された一方の箱体と、当該一方の箱体と相似形状に形成された他方の箱体とから成り、屈折率センサーを挟む状態に各箱体同士を勘合させる組立構造を備えている請求項１〜３の何れかに記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の濃度測定装置に関するものであり、詳しくは、屈折率センサーを利用して主に各種の液体の成分濃度を測定する濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無機系、有機系の薬液やスラリー又はスラリー中の過酸化水素などの濃度を測定するに当たり、試料である液体の屈折率に基づいて、より高精度に且つインラインで測定する技術が種々提案されている。例えば、液体濃度測定装置として、光透過性の材料で構成され且つ試料の液体が接触する測定面を備えたプリズム等の透光性媒体（界面構成部材）と、当該透光性媒体に散乱光を照射する発光素子と、透光性媒体の測定面で反射した光を受光する受光素子とから成る屈折率センサーを備え、受光素子で検出した反射光の強度に基づいて試料の成分濃度を演算する装置が開示されている。また、斯かる測定装置においては、温度変化や電圧変動に起因した発光素子の発光量の変動による測定誤差を防止するため、発光素子の発光量を検出し、その検出信号の変動に基づいて、受光素子からの出力信号を補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開１１−５１８６１号公報
【特許文献２】特開１１−１６６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような濃度測定装置においては、試料の温度、圧力を一定に維持し、更に、屈折率センサー自体の温度変化、電圧変動などによる信号の振れを十分に補正したとしても、常時、同じ精度で屈折率を測定し難いことが確認された。具体的には、同一の試料について濃度を測定した場合でも、設置場所や、周辺の他の機器類の配置状況によっては測定値が変動すると言う現象が見られる。
【０００５】
更に、測定値の変動要因について種々検討したところ、意外にも、上記の屈折率センサーは、極めて微弱な磁界の変化によって影響を受けることが確認された。すなわち、屈折率センサーでは、試料界面で反射された部分的な反射光と全反射した反射光とを受光素子で受光し、これら反射光の境界部分を光強度で検出して試料の屈折率を導くため、僅かな磁界によっても反射光が歪曲され、反射光の境界部分にずれが生じると考えられる。換言すれば、僅かでも磁力線を発生する機器類、例えばモーター駆動ポンプ等によっても測定精度に著しく影響すると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈折率センサーを利用して液体の成分濃度を測定する濃度測定装置であって、設置場所に拘わらず、周囲の機器類の影響を受けることなく、一層高精度に濃度を測定可能な液体の濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシングに屈折率センサーの全体を収容し、設置環境において発生している磁界から屈折率センサーを遮蔽することにより、屈折率センサー内部で扱う光に対する磁力線の影響を排除するようにした。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、屈折率センサーにより液体の屈折率を測定し、屈折率に基づいて液体の成分濃度を検出する濃度測定装置であって、屈折率センサーは、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシングに収容されていることを特徴とする液体の濃度測定装置に存する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る液体の濃度測定装置よれば、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシングに屈折率センサーの全体が収容され、屈折率センサーが外部の磁界から遮蔽されているため、屈折率センサー内部で扱う光が歪曲することがなく、正確に液体の屈折率を測定でき、設置場所や周辺の機器類の設置状況に拘わらず、液体の成分濃度を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る液体の濃度測定装置の主要部の構成を展開して示す斜視図である。
【図２】本発明に係る液体の濃度測定装置におけるケーシングの装着状態を一部破断して示す側面図である。
【図３】本発明に係る液体の濃度測定装置における屈折率の測定原理を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る液体の濃度測定装置（以下、適宜「測定装置」と略記する。）の一実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の測定装置は、屈折率センサーにより液体の屈折率を測定し、屈折率に基づいて液体の成分濃度を検出する装置であり、液体の屈折率を測定する屈折率センサー（図中に符号１で示す装置）、および、当該屈折率センサーからの信号に基づいて液体の成分濃度を演算する演算手段（図示省略）を備えている。本発明において、測定対象の液体（以下、「試料」と言う。）としては、各種の酸、アルカリ等の無機系薬液、アルコール類、シンナー類、その他石油化学品などの有機系薬液、各種のスラリー、あるいは、種々の処理に使用された薬液のリサイクル液などが挙げられる。
【００１２】
図３に示すように、上記の屈折率センサー１は、試料が導入される試料収容部２１及び光学部品収容部２２を備えた本体ブロック２と、試料収容部２１と光学部品収容部２２の間に隔壁として介装され且つ試料収容部２１の試料が接触する光透過性の界面構成部材３と、光学部品収容部２２に収容された発光素子４及び受光素子５とから主に構成されている。
【００１３】
本体ブロック２は、試料収容部２１、光学部品収容部２２、導入流路２３及び排出流路２４を構成し得る構造であれば特にその形状に制限はないが、例えば、各種の処理ラインに組み込んだり、分析装置に組み込むため、図１に示すように、本体ブロック２の下半部は、四角柱状の外形のフッ素樹脂またはステンレス等の金属から成るブロックの内部に試料収容部２１としての円筒状空間および導入流路２３、排出流路２４としての管状通路を設けて構成されており、本体ブロック２の上半部は、フッ素樹脂またはステンレス等の金属から成る逆有底円筒状のブロックで構成され且つ前記の下半部に組み付けられている。また、図１及び図２に示すように、本体ブロック２の下半部には、導入流路２３及び排出流路２４に配管を繋ぐための継ぎ手が付設されている。なお、本体ブロック２の試料収容部２１の容積は、使用目的によって適宜に設計できるが、例えば０．１〜１．０ｃｍ３程度とされる。
【００１４】
図３に示すように、界面構成部材３は、試料の静的な界面を形成するための接液部材であり、透明性を有し且つ表面が平滑な薄板状の各種のガラス体で構成される。好ましくは、耐食性、結晶構造の均質性の観点から、サファイアガラスで構成され、その厚さは、通常１．０ｍｍ程度に設計される。図示を省略するが、例えば、前述の本体ブロック２の下半部は、上端部を分割構造に構成され、上記の界面構成部材３は、本体ブロック２の上端部に嵌め込まれている。そして、界面構成部材３の一面側が試料収容部２１の試料に常時接触し、他面側には光源の発光素子４から光が照射されるようになされている。
【００１５】
光源の発光素子４としては、小型で且つ白色光を照射可能な発光ダイオードが使用される。一方、受光素子５としては、フォトレジスタ、ＣＣＤ、フォトトランジスタ等の各種の素子を使用できるが、低電圧で作動し、高線形性の電流出力が得られ且つ小型であることから、通常はフォトダイオードのアレイが使用される。なお、図示しないが、発光素子４を駆動させるための定電流回路を含む電源装置、受光素子５で検出される光を信号化するためのプリアンプを含む演算増幅器、これらの機器を制御するコントローラー等は、後述の演算手段と共に別途設けられている。
【００１６】
本発明の測定装置は、上記の屈折率センサー１からの信号に基づいて試料の成分濃度を演算する演算手段を備えている。斯かる演算手段の機能は次の通りである。すなわち、図３に示すように、屈折率センサー１においては、発光素子４から散乱光が照射されると、界面構成部材３において入射角の小さな光はその一部が試料側へ屈折し、試料側へ透過しなかった光が反射する。他方、界面構成部材３において入射角の大きな光は全反射する。そして、これらの反射光を受光素子５で受光すると、演算手段においては、部分的な反射光と全反射した反射光の明暗の境界部分を光強度の違いから臨界角として検出し、斯かる臨界角から試料の屈折率を演算し、更に、予めデータとして書き込まれた成分濃度と屈折率との関係に基づき、試料における成分の濃度を算出する。
【００１７】
本発明においては、外部で発生している磁界の影響を無くすため、図１及び図２に示すように、屈折率センサー１は、Ｆｅ−Ｎｉ合で構成されたケーシング６に収容されている。これにより、外部の磁界から屈折率センサー１を遮蔽することができ、光学部品収容部２２において界面構成部材３で反射した光に対する磁界の影響を防止できる。
【００１８】
ケーシング６を構成するＦｅ−Ｎｉ合金としては、パーマロイ、インバー、４２アロイ、インコネル等の各種の合金を使用できる。周知の通り、Ｆｅ−Ｎｉ合金の磁界に対する遮蔽効果は、磁力線を非常に通し易いと言う透磁率の大きさによるものであり、初透磁率の大きさからすると、Ｆｅ−Ｎｉ合金としてはパーマロイが好ましい。パーマロイとしては、Ｎｉ含有量が約７８．５％のパーマロイＡ、Ｎｉ含有量が約４５％のパーマロイＢ、Ｎｉ含有量が約３６％のパーマロイＤが挙げられ、更に、Ｍｏを添加したスーパーマロイ、Ｃｕ，Ｃｒを添加したミューメタルでもよい。
【００１９】
図１及び図２に示すように、ケーシング６は、本体ブロック２の全体を覆う構造を備えている。具体的には、ケーシング６は、装着状態において屈折率センサー１を収容する箱状に構成されている。更に、屈折率センサー１に対する装着容易性の観点から、例えば、ケーシング６は、外形を六面体に形成され且つ一側面が開放された一方の箱体６１と、当該一方の箱体と相似形状で且つ材料の厚さ分だけ大きく形成された他方の箱体６２とから成り、かつ、双方の箱体６１，６２に配管、配線などの付属部品を挿通する穴が切り欠かれており、屈折率センサー１を両側面側から挟む状態に各箱体６１，６２同士を文箱状に勘合させる組立構造を備えている。図示を省略するが、上記の構造のケーシング６は、外側からねじを螺着するか又は接着テーを巻回することにより、箱体６１，６２を簡単に結合することができる。
【００２０】
本発明の測定装置は、薬液などの処理工程のラインに組み込まれるか、あるいは、濃度分析装置として使用される。例えば、濃度分析装置は、試料取出口および試料戻し口を有する試料容器、試料取出口からポンプへ至る試料抜出し配管、および、ポンプから試料戻し口へ至る試料戻し配管を設け、当該試料戻し配管の途中に測定装置を配置して構成されている。そして、ポンプにより試料容器内の試料を循環させてその濃度を一定に保持しながら、対象とする成分濃度を測定装置により測定する。
【００２１】
上記のように、本発明の測定装置は、Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成されたケーシング６で屈折率センサー１の全体が収容され、屈折率センサー１、換言すれば、本体ブロック２が外部の磁界から遮蔽されているため、屈折率センサー１の内部で扱う光が歪曲することがなく、すなわち、光学部品収容部２２において界面構成部材３で反射した光が歪曲することがなく、正確に液体の屈折率を測定できる。従って、設置場所や周辺の機器類の設置状況に拘わらず、液体の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００２２】
また、本発明の測定装置は、導入流路２３及び排出流路２４に繋がる本体ブロック２の周辺の配管や継ぎ手が遮光材料、例えば着色された樹脂や金属で構成されていることにより、外部の光が本体ブロック２に進入することがなく、光による影響を防止でき、測定精度を一層高めることができる。
【００２３】
因に、濃度が既知の試料として過酸化水素含有のスラリーを準備し、前述の濃度分析装置を使用し、その設置場所を変えながら、試料中の過酸化水素の濃度を測定したところ、本発明の測定装置を使用した場合には、設置場所に拘わらず測定値として試料本来の濃度と同等の値が得られた。これに対し、ケーシング６を装着しない状態の測定装置を使用し、同様に測定した場合には、試料本来の濃度値に対して３〜５０％の誤差が見られた。
【符号の説明】
【００２４】
１  ：屈折率センサー
２  ：本体ブロック
２１：試料収容部
２２：光学部品収容部
２３：導入流路
２４：排出流路
３  ：界面構成部材
４  ：発光素子
５  ：受光素子
６  ：ケーシング
６１：箱体
６２：箱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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