(57)【要約】【課題】試料水中の粒子の大きさに関わらず、安定して濁度の測定を可能にする。【解決手段】積分球１０と、積分球１０を貫通する透明な筒状体２０と、筒状体２０の長手方向の両端側にそれぞれ配置された透明板２２，２３と、一方の透明板２２の筒状体２０と反対側に配置されたＬＥＤ６１と、ＬＥＤ６１と対向するように他方の透明板２３の筒状体２０と反対側に配置された透過光受光器６２と、積分球１０のポート１５に設けられた散乱光受光器６３と、積分球１０の内部のポート１５と筒状体２０との間に設けられた遮光板５０と、を備え、透過光受光器６２の出力と散乱光受光器６３の出力とに基づいて、筒状体２０の内部に収容された試料の濁度を測定する。【選択図】図１
2019184511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁度計であって、
積分球と、
前記積分球を貫通するように配置された透明な筒状体と、
前記筒状体の長手方向の両端側にそれぞれ配置された透明板と、
一方の前記透明板の前記筒状体と反対側に配置された光源と、
前記光源と対向するように他方の前記透明板の前記筒状体と反対側に配置された透過光受光器と、
前記積分球のポートに設けられた散乱光受光器と、
前記積分球の内部の前記ポートと前記筒状体との間に設けられた遮光板と、を備え、
前記透過光受光器の出力と前記散乱光受光器の出力とに基づいて、前記筒状体の内部に収容された試料の濁度を測定すること、
を特徴とする濁度計。
【請求項２】
請求項１に記載の濁度計であって、
前記遮光板は、前記筒状体の外面に取付けられ、反射表面を有する板であること、
を特徴とする濁度計。
【請求項３】
請求項１または２に記載の濁度計であって、
前記筒状体は、円筒であること、
を特徴とする濁度計。
【請求項４】
請求項３に記載の濁度計であって、
前記筒状体の外径は、前記積分球の内径の５％から５０％であること、
を特徴とする濁度計。
【請求項５】
請求項４に記載の濁度計であって、
前記筒状体の外径は、前記積分球の内径の１０％から４０％であること、
を特徴とする濁度計。
【請求項６】
請求項５に記載の濁度計であって、
前記筒状体の外径は、前記積分球の内径の２０％から３０％であること、
を特徴とする濁度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積分球を用いた濁度計の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料水を貯留した液槽に光源からの平行光線を入射させ、試料水を透過した光を積分球の中に導入し、散乱光の強度と透過光の強度の比に基づいて試料水の濁度を測定する積分球式濁度計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、内部に試料水を収容する容器の両端に透明窓を設け、他方の透明窓の外に設けた受光器で検出する光の強度が一定となるように一方の透明窓から入射させる光の強度を調整し、容器の側面の透明窓の外に設けた受光素子で散乱光の強度を検出して試料水の濁度を測定する装置が提案されている（例えば、特許文２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５３７３８号公報
【特許文献２】特開平７−２７０３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されたような積分球式濁度計では、試料水中の比較的粒子径の大きい粒子による前方散乱のみを検出するので、小さな粒子が混入している試料水の濁度を測定することが困難であるという問題があった。特に、小さな粒子から大きな粒子までいろいろなサイズの粒子を含む試料水では大小の粒子の混ざり具合が不均一な状態の場合に検出が安定しないことがある。また、特許文献２に記載された装置では、筒状の容器の内面で光を散乱させるため、積分球を用いた場合のように光が均等に散乱せず、濁度の測定が安定しない場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、試料水中の粒子の大きさに関わらず、安定して濁度の測定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の濁度計は、積分球と、前記積分球を貫通するように配置された透明な筒状体と、前記筒状体の長手方向の両端側にそれぞれ配置された透明板と、一方の前記透明板の前記筒状体と反対側に配置された光源と、前記光源と対向するように他方の前記透明板の前記筒状体と反対側に配置された透過光受光器と、前記積分球のポートに設けられた散乱光受光器と、前記積分球の内部の前記ポートと前記筒状体との間に設けられた遮光板と、を備え、前記透過光受光器の出力と前記散乱光受光器の出力とに基づいて、前記筒状体の内部に収容された試料の濁度を測定すること、を特徴とする。
【０００８】
このように、積分球の内部を貫通する透明な筒状体の中に試料水を入れ、積分球の内部で試料水中の粒子による光の散乱が発生するようにしたので、大きな粒子による散乱で散乱光が透過光受光器の方へ向かうミー散乱の散乱光と、小さな粒子による散乱で散乱光が光源側に向かうレーリー散乱光とが全て積分球の内部で集光、平均化されるため、試料水中の粒子の大きさに関わらず、安定して濁度の測定を行うことができる。
【０００９】
本発明の濁度計において、前記遮光板は、前記筒状体の外面に取付けられ、反射表面を有する板としてもよい。
【００１０】
これにより、筒状体からの光が直接積分球のポートに入射することを効果的に抑制できるとともに、積分球の内部でより効果的に光を平均化することができる。
【００１１】
本発明の濁度計において、前記筒状体は、円筒であることとしてもよい。
【００１２】
これにより、積分球の内部での光を効率的に平均化することができる。
【００１３】
本発明の濁度計において、前記筒状体の外径は、前記積分球の内径の５％から５０％としてもよいし、１０％から４０％としてもよいし、２０％から３０％としてもよい。
【００１４】
これにより、筒状体の外径が小さすぎて筒状体からの散乱光が少なくなることを抑制するとともに、筒状体の外径が大きすぎて積分球の反射面積が少なくなり積分球の内部で光が十分に反射されなくなることを抑制できる。これにより、十分な測定再現性を有する濁度計とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、試料水中の粒子の大きさに関わらず、安定して濁度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態における濁度計の断面図である。
【図２】図１、図６のＡ−Ａ断面である。
【図３】筒状体の外径の積分球の内径に対する比率と測定再現性の関係を示すグラフである。
【図４】ポリスチレン標準液を用いて濁度を測定した場合の検出濁度と繰返し再現性とを示す表である。
【図５】カリオン標準液を用いて濁度を測定した場合の検出濁度と繰返し再現性とを示す表である。
【図６】他の実施形態の濁度計の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら実施形態の濁度計１００について説明する。図１に示すように、濁度計１００は、積分球１０と、筒状体２０と、透明板２２、２３と、光源であるＬＥＤ６１と、透過光受光器６２と、散乱光受光器６３と、遮光板５０とを備えている。
【００１８】
積分球１０は、内部に半球状の凹部１２を有する上部１１と、内部に半球状の凹部１４を有する下部１３とを、各凹部１２、１４が対向するように上下方向に接続したものである。上部１１と下部１３とを接続すると、内部に球面１７が形成される。球面１７の表面は光が反射するように、例えば、白色にコーティングされている。上部１１には内部の球面１７からの光が入射するポート１５が設けられている。ポート１５は凹部１６に接続しており、凹部１６には、散乱光受光器６３が取付けられている。
【００１９】
筒状体２０は、ガラス等の透明な材料で構成された円筒である。積分球１０の上部１１、下部１３の合わせ面には、筒状体２０を上下から挟み込む半円筒面１８が設けられている。筒状体２０は、積分球１０の上部１１と下部１３とを合わせた際に各半円筒面１８で上下から挟み込まれて積分球１０に固定されている。図１に示すように、筒状体２０は、積分球１０を貫通して配置されている。
【００２０】
積分球１０の一方側には、光源であるＬＥＤ６１を収容する光源ケーシング３０が取り付けられている。光源ケーシング３０は、例えば、樹脂等で構成されている。光源ケーシング３０の積分球１０の側には、筒状体２０の一方端が嵌めこまれる円筒状の凹部３６が設けられている。また、積分球１０と反対側の端面には、一方の透明板２２が嵌め込まれる凹部３４が設けられている。凹部３６と凹部３４との間には貫通穴３７が設けられている。貫通穴３７には、試料水排出路３３が設けられている。なお、光源ケーシング３０は、一体に成形した樹脂部材に凹部４３４，３６、貫通穴３７が設けられたものに限らず、例えば、後で説明する他の実施形態の濁度計２００のように、上下二分割の構成としてもよい。
【００２１】
積分球１０の他方側には、透過光受光器６２を収容する受光器ケーシング４０が設けられている。受光器ケーシング４０は、例えば、樹脂等で構成されている。受光器ケーシング４０の積分球１０の側には、筒状体２０の他方端が嵌め込まれる円筒状の凹部４６が設けられている。また、積分球１０と反対側の端面には、他方の透明板２３が嵌め込まれる凹部４４が設けられている。凹部４４の筒状体２０と反対側には筒状体２０の長手方向から少し傾斜した受光器取り付け穴４５が設けられている。凹部４６と凹部４４との間には貫通穴４７が設けられている。貫通穴４７には、試料水導入路４３が設けられている。なお、受光器ケーシング４０は、一体に成形した樹脂部材に凹部４４，４６、貫通穴４７が設けられたものに限らず、例えば、後で説明する他の実施形態の濁度計２００のように、上下二分割の構成としてもよい。
【００２２】
図１に示すように、光源ケーシング３０の凹部３６の底部にＯリング３８を入れて光源ケーシング３０を積分球１０にボルト等で固定し、受光器ケーシング４０の凹部４６の底部にＯリング４８を入れて受光器ケーシング４０を積分球１０にボルト等で固定すると、筒状体２０はＯリング３８，４８を介して光源ケーシング３０と受光器ケーシング４０とで挟みこまれて積分球１０に固定される。
【００２３】
光源ケーシング３０の凹部３４には一方の透明板２２が嵌めこまれており、凹部３４の透明板２２の筒状体２０と反対側には光源であるＬＥＤ６１が取付けられている。また、受光器ケーシング４０の凹部４４には他方の透明板２３が嵌め込まれており、受光器取り付け穴４５には透過光受光器６２がＬＥＤ６１と対向するように取付けられている。
【００２４】
積分球１０の内部を貫通する筒状体２０と積分球１０のポート１５との間には、遮光板５０が取り付けられている。図２に示すように、遮光板５０は、筒状体２０の外径と同一或いは少し幅が大きい平板部材で、筒状体２０からの光が積分球１０のポート１５に直接入射しないようにするものである。遮光板５０の表面は光を反射する反射表面であり、例えば、白色にコーティングされている。これにより、積分球１０の内部での光の反射を促進することができる。
【００２５】
以上のように構成された濁度計１００を用いた濁度測定について説明する。粒子７０ を含む試料水を受光器ケーシング４０の試料水導入路４３に流すと、試料水は、試料水導入路４３から他方の開口２４を通って筒状体２０の内部に入り、一方の開口２５に向かって流れていく。そして、試料水は、一方の開口２５から光源ケーシング３０の試料水排出路３３を通って外部に排出される。
【００２６】
このように、筒状体２０の内部に試料水を流通させた状態で、ＬＥＤ６１を点灯すると、ＬＥＤ６１からの光は、透明な透明板２２を通過して筒状体２０の内部に進入する。筒状体２０の内部に進入した光は、試料水中の粒子７０によって散乱して積分球１０の内部に向かう。この際、試料水中の大きな粒子７０によって散乱した散乱光は前方散乱光（ミー散乱光）となって粒子７０よりも透過光受光器６２の方へ向かう。一方、試料水中の小さな粒子７０によって散乱した散乱光は後方散乱光（レーリー散乱光）となって粒子７０よりもＬＥＤ６１の側に向かう。また、粒子７０によって散乱した散乱光の一部は、側方散乱光となって筒状体２０の半径方向に向かう。そして、これらの散乱光は全て積分球１０の内部の球面１７によって反射して平均化される。そして、平均化された散乱光となってポート１５に入射する。ポート１５に入射した散乱光は、散乱光受光器６３に入射する。散乱光受光器６３は散乱光の強度を電圧に変換して出力する。
【００２７】
一方、試料水中の粒子７０によって散乱せず試料水を透過した光は、透明な他方の透明板２３を透過して凹部４４を通って透過光受光器６２に入射する。透過光受光器６２は、透過光の強度を電圧に変換して出力する。この際、透過光受光器６２は筒状体２０の長手方向から傾斜して取付けられているので、透過光受光器６２で受けた透過光は、積分球１０に向かって反射されることがない。
【００２８】
散乱光受光器６３の出力電圧と透過光受光器６２からの出力電圧とは、図示しない計測部に入力される。計測部は、散乱光受光器６３の出力電圧と透過光受光器６２からの出力電圧との比に所定の係数を掛けて濁度を算出する。なお、所定の係数は、標準試料水を用いた際の散乱光受光器６３の出力電圧と透過光受光器６２からの出力電圧の比率を用いて予め定めておく。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の濁度計１００は、試料水中の大きな粒子７０によって散乱した前方散乱光（ミー散乱光）、小さな粒子７０によって散乱した後方散乱光（レーリー散乱光）、側方散乱光を全て積分球１０によって集めて平均化して積分球１０のポート１５で検出することができる。このため、試料水中の粒子７０の大きさに関わらず、安定して濁度の測定を行うことができると共に、散乱光のデータ量が多くなり測定のばらつきが減少する。
【００３０】
次に筒状体２０の外径の積分球１０の内径に対する比率と測定のばらつきの関係について説明する。図３に示すように、測定のばらつきは、筒状体２０の外径の積分球１０の内径に対する比率が２０〜３０％程度で最も少なくなり、５％以下、或いは５０％以上となるとばらつきが大きくなってくる。これは、筒状体２０の外径が積分球１０の内径の５％よりも小さくなると、筒状体２０からの散乱光の量が少なくなるためである。また、逆に、筒状体２０の外径が５０％よりも大きくなると、筒状体２０の外径が大きすぎて積分球１０の反射面積が少なくなり積分球１０の内部で光が十分に反射されなくなるためである。そこで、本実施形態の濁度計１００では、筒状体２０の外径の積分球１０の内径に対する比率を２０〜３０％としている。ただし、実用的には、５％〜５０％の間としてもよいし、その中間の１０％〜４０％の間としてもよい。
【００３１】
図４に、濁度が０から１のポリスチレン標準液を用いて濁度計１００で濁度を５回測定した場合の検出濁度と繰返し再現性とを示す。また、図５に濁度が０から１のカリオン標準液を用いて濁度計１００で濁度を５回測定した場合の検出濁度と繰返し再現性とを示す。ここで、繰返し再現性とは、測定可能最大濁度に対する複数回の測定で検出された最大濁度と最小濁度との差の割合の１／２である。繰返し再現性の数値は、小さいほど測定にばらつきが少ないことを示す。なお、図４、図５の場合、測定可能最大濁度は１である。
【００３２】
図４に示すように、本実施形態の濁度計１００では、ポリスチレン標準液を用いた場合の繰返し再現性の最大値は±０．４％、カリオン標準液を用いた場合の繰返し再現性の最大値は±０．７５％となっている。市販されている積分球式濁度計の繰返し再現性、レーザを用いた透過光・散乱光式の濁度計の繰返し再現性は、それぞれ±３％前後、タングステンランプを用いた透過光・散乱光式の濁度計の繰返し再現性は±２％前後であることから、本実施形態の濁度計１００は、測定のばらつきが非常に少なくなっていることがわかる。このように、本実施形態の濁度計１００は、試料水中の粒子の大きさに関わらず、安定して濁度の測定を行うことができる。
【００３３】
以上説明した実施形態の濁度計１００では、筒状体２０は円筒として説明したが、円筒に限定されず、例えば、四角筒、六角筒のような角筒で構成してもよい。また、光源としてはＬＥＤ６１を用いることとして説明したが、これに限らず、レーザ光源、タングステンランプ等を用いるようにしてもよい。
【００３４】
また、上記の説明では、筒状体２０の内部に試料水を流通させた状態で濁度の測定を行うこととして説明したが、試料水を滞留させた状態で濁度を測定してもよい。また、濁度の測定を行う試料は、水に限定されず、油等の他の液体であってもよい。
【００３５】
次に図６を参照しながら他の実施形態の濁度計２００について説明する。先に図１を参照して説明した濁度計１００と同一の部位には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態の濁度計２００は、筒状体２０と透明板２２，２３が別体ではなく、筒状体２０の両端に透明板２２、２３が取り付けられた構成としたものである。筒状体２０の両端の側面には試料水入口穴２４ａと試料水出口穴２５ａが設けられている。
【００３６】
光源ケーシング３０は、上ケーシング３１と下ケーシング３２とを上下に組み合わせたもので、上ケーシング３１、下ケーシング３２の合わせ面に設けられた半円筒面３９で積分球１０の一端から突出した筒状体２０を上下から挟み込んで固定している。上ケーシング３１と下ケーシング３２とで筒状体２０を挟み込むと、上ケーシング３１に設けられた試料水排出路３３は筒状体２０に設けられた試料水出口穴２５ａに連通する。また、半円筒面３９の積分球１０と反対側には、半円筒面３９より半径が小さい半円筒面３５が設けられており、半円筒面３５はＬＥＤ６１を上下から挟み込んで固定している。なお、光源ケーシング３０は、上及び下ケーシング３１，３２を組み合わせたものに限らず、先に説明した濁度計１００と同様、一体に成形した樹脂部材に筒状体２０が入るような凹部、貫通穴を設けたものとしてもよい。
【００３７】
受光器ケーシング４０は、先に説明した光源ケーシング３０と同様、上ケーシング４１と下ケーシング４２とを上下に合わせ、積分球１０の他端から突出した筒状体２０の外面を覆っている。また、下ケーシング４２には、筒状体２０に設けられた試料水入口穴２４ａに連通する試料水導入路４３が設けられている。受光器ケーシング４０の積分球１０と反対側の端面には、筒状体２０の他方の透明板２３が露出する穴４４ａが設けられており、穴４４ａは傾斜して配置された受光器取り付け穴４５に続いている。受光器取り付け穴４５には透過光受光器６２が取付けられている。なお、受光器ケーシング４０は、上及び下ケーシング４１，４２を組み合わせたものに限らず、先に説明した濁度計１００と同様、一体に成形した樹脂部材に筒状体２０が入るような凹部、貫通穴を設けたものとしてもよい。
【００３８】
本実施形態の濁度計２００は、先に説明した濁度計１００と同様の効果に加え、筒状体２０と透明板２２，２３とが一体となっているので、筒状体２０の取り扱いが容易になるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００３９】
１０  積分球、１１  上部、１２，１４，１６，３４，３６，４４，４６  凹部、１３  下部、１５  ポート、１７  球面、１８，３５，３９，４９  半円筒面、２０  筒状体、２２，２３  透明板、２４，２５  開口、２４ａ  試料水入口穴、２５ａ  試料水出口穴、３０  光源ケーシング、３１，４１  上ケーシング、３２，４２  下ケーシング、３３  試料水排出路、３７，４７  貫通穴、３８，４８  Ｏリング、４０  受光器ケーシング、４３  試料水導入路、４４ａ  穴、４５  受光器取り付け穴、５０  遮光板、６１  ＬＥＤ、６２  透過光受光器、６３  散乱光受光器、７０  粒子、１００，２００  濁度計。
【図１】
2019184511.tif 000003
【図２】
2019184511.tif 000004
【図３】
2019184511.tif 000005
【図４】
2019184511.tif 000006
【図５】
2019184511.tif 000007
【図６】
2019184511.tif 000008