(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定物のインピーダンスと静電容量から含水率を求める計測方法に対応した含水率計測装置を提供する。【解決手段】計測部と計測部の制御部、インピーダンスと静電容量を計測する計測回路部とから構成され、定期或いは任意にインピーダンスと静電容量を計測し、計測回路部にて計測された茶葉インピーダンスと静電容量から含水率を導出し、値を表示或いは電気信号にて外部に出力する。被測定物の含水率を精度良く計測でき、また検量線の設定により広く応用できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を定期間隔或いは任意に計測可能な、含水率計測用電極を備えた計測部と、該計測部を制御する制御部と、計測部で計測される被測定物の電気インピーダンスと静電容量を同時または個別に計測できる計測回路部と、計測された値から被測定物の含水率を求める演算部と、演算部で求められた含水率を表示、或いは電気信号で外部に出力する出力部とから構成される、電気インピーダンスと静電容量による含水率計測装置。
【請求項２】
被測定物の含水率計測部において、定間隔或いは任意にサンプリング可能なサンプリング機構を備えたことを特徴とする、請求項１の電気インピーダンスと静電容量による含水率計測装置。
【請求項３】
サンプリング機構の含水率計測用電極に、被測定物が均一に接触するように計測用電極に対向するように設けられた押圧板とその制御機能を備えた事を特徴とする、請求項２の電気インピーダンスと静電容量による含水率計測装置。
【請求項４】
サンプリング機構の含水率計測面において、計測電極が被測定物と接触しない方の面に、電極とは絶縁された導電板を設け、インピーダンスと静電容量を計測する計測部のガード端子に接続できることを特徴とする、請求項１、２または３の電気インピーダンスと静電容量による含水率計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果実・茶葉・加工食品・土壌など含水率を非破壊で迅速に測定するための含水率計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
果実・茶葉・加工食品・土壌などの含水率計測は正確を期する場合、被測定物を乾燥させて計測する事が一般的である。しかしこの場合、被測定物を乾燥させるために、再利用できず、しかも乾燥時間が掛かり、オンラインでの計測は不向きと言わざるを得ない。迅速に含水率を計測する手段として、近赤外線・マイクロ波及び電気抵抗を利用した物などがあるが、これらは製茶工程の中でも利用されている。また昨今、被測定物の電気インピーダンスと静電容量を計測することにより含水率を迅速且つ高精度で測定する方法が発表され、(特許文献１)新しい含水率測定方法として注目されている。
【特許文献１】ＷＯ２００６／０２１９８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このため、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、従来の計測装置では対応出来なかった、この新しい含水率計測方法に対応する計測装置や、サンプリング装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
被測定物の電気インピーダンスと静電容量の計測により、含水率を迅速に高精度で計測する方法に対応する含水率計測装置として、請求項１は、被測定物を定期間隔或いは任意に計測可能な含水率計測用電極を備えた計測部と、該計測部を制御する制御部と、該計測部で計測される被測定物の電気インピーダンスと静電容量を同時または個別に計測できる計測回路部と、計測された値から被測定物の含水率を求める演算部と、演算部で求められた含水率を表示、或いは電気信号で外部に出力する出力部とで構成する。
【０００５】
請求項２は、被測定物の含水率計測部において、定期間隔或いは任意にサンプリング可能なサンプリング機構を備えたことを特徴とする、請求項１の電気インピーダンスと静電容量による含水率計測装置。既設の装置に対応する形で被測定物のオンライン計測を可能にする。
【０００６】
請求項３は、サンプリング機構の含水率計測用電極に、被測定物が均一に接触するように計測用電極に対向するように設けられた押圧板とその制御機能を備える。これにより含水率計測用電極に被測定物が均一に接触するようになり、計測値が安定する。
請求項４は、サンプリング機構の含水率計測面において、計測電極が被測定物と接触しない方の面に、電極とは絶縁された導電板を設け、インピーダンスと静電容量を計測する計測部のガード端子に接続できるようにする。これにより電気インピーダンスが高い被測定物でも計測値が安定するようになる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、被測定物のインピーダンスと静電容量から含水率を計測する方法を利用する事ができ、被測定物の含水率を精度良く計測することができる。測定する対象物によって事前調査が必要だが、検量線と呼ばれる計測値から含水率への導出関数を設定することで、広く応用が可能である。
本実施例のような場合、インピーダンスと静電容量から茶葉含水率を求める方法では、電極と茶葉の接触面積や高インピーダンス時の計測の不安定などの問題があるが、ガード端子に対応した導電板や茶葉の押圧板など計測精度を高める工夫により、茶葉含水率の測定精度を高めることに貢献している。計測された茶葉含水率は、製茶工程中、作業者が適正な工程管理の判断基準としての値はもとより、製茶機の風量或いは熱風温度、主軸回転など製茶の主要な設定項目を制御するための重要な値である。茶葉含水率を表示或いは電気信号にて関連する制御装置に出力することにより、簡単に茶葉含水率の計測値を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に製茶工程において、製茶機械から茶葉を定期にサンプリングしながら含水率を計測する場合の実施例を示す。
【０００９】
図１は本発明の装置構成の模式図である。１は茶葉サンプリング装置であり、製茶工程中の茶葉を定間隔にサンプリングし、計測後は茶葉の排出を繰り返す。２はサンプリング装置に設置された茶葉含水率計測用電極と接続され、サンプリングされた茶葉のインピーダンスと静電容量を計測する。実施例では、茶葉のインピーダンスと静電容量を計測する回路と、計測された値から、含水率を演算する回路と演算の結果求められた茶葉含水率を表示し且つ外部に電気信号で出力する出力回路をまとめたものとした。外部に出力される出力信号としては、実施例ではシリアル信号で出力しているが、茶葉含水率に応じた電圧や電流などのアナログ信号としても良く、その出力形態は問わない。
３．は茶葉サンプリング装置のサンプリング機構を制御する制御部である。実施例では、製茶機全体を制御する制御装置に組み込まれている。制御部では、該当の製茶機械で茶葉を製茶中、定期に茶葉のサンプリングと計測及び排出を制御する。
【００１０】
図２はサンプリング装置の側面図（模式図）である。茶葉サンプリング室は、下面に茶葉含水率計測用の電極板６に電極４を配置する。
【００１１】
図３は電極の配置例である。茶葉のインピーダンスが高くなるとき、即ち茶葉の含水率の値が小さくなるとき計測値が不安定になるため、計測部のガード端子に接続するための電極とは絶縁された導電板５を設けている。これにより、インピーダンスの高くなった茶葉も安定して計測することができる。電極は、電極から計測部２までの配線材による測定抵抗を相殺するように、４極とした。
【００１２】
図４から図５は電極配置の他の場合を示している。本実施例では、製茶機械に設置する工程中の茶葉サンプリング装置を示しているが、被測定物のインピーダンス及び静電容量が計測できる電極であれば、測定対象や測定方法に応じて適宜変更しても良い。
【００１３】
図６は茶葉サンプリングの一連の動作を示した図である。７は、サンプリングされた茶葉を押さえる押圧板、８はサンプリングされた茶葉を製茶機内に戻す排出板である。実施例ではいずれもエアシリンダによる駆動で、制御部３によりサンプリングサイクルとして制御される。１回の茶葉サンプリングは図のａからｅの順で繰り返す。ａの状態で、製茶機内の茶葉を計測部に導入した後、ｂの様に押圧板７で茶葉を押し、均一に計測電極４に茶葉が当たるようにする。茶葉のインピーダンスと静電容量から茶葉含水率を求める方法では、電極との接触面積に影響を受けるので、常に均一に茶葉と電極が接触していることが望ましい。実施例では、押圧板７の圧力を０．１ＭＰａで計測した。電極と茶葉の接触面積を一定にする効果があれば、押圧板の圧力は問わない。サンプリング部がｂの状態で計測部２は茶葉のインピーダンスと静電容量を計測する。計測終了後はｃの様に押圧板が戻り、その後排出板が動作して、サンプリングされた茶葉を製茶機内に排出して一連の茶葉サンプリングサイクルを終える。
茶葉の１回の計測サイクルは、実施例では３０秒設定とし、そのうち８秒を計測時間としたが、これらのサイクルは適宜調整可能とした。
【００１４】
計測部ではサンプリングされた茶葉のインピーダンスと静電容量を計測する。計測は同時に行っても、個別に行っても良いが１回にサンプリングされた茶葉に対して、インピーダンスと静電容量の２つの計測値を必要とする。計測された値を基に茶葉含水率を求めるが、今計測された茶葉のインピーダンスをＺ、静電容量をＣとすると、茶葉の含水率ωは、
ω ＝ Ａｌｏｇ（Ｚ／Ｃ）
＋ Ｂ
で導くことができる。Ａ及びＢは定数であるが、電極の材質や形状により異なる値をとる。実施例による電極形状では、Ａ＝-6.9885、Ｂ＝143.84を得た。これにより求めた茶葉含水率と乾燥法による茶葉含水率との相関は図７の様になり、非常に高い相関を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の装置構成模式図。
【図２】サンプリング部の側面模式図。
【図３】電極部。
【図４】電極部のそのほかの配置例。
【図５】電極部のそのほかの配置例。
【図６】茶葉サンプリングの流れ
【図７】本発明実施例の茶葉含水率測定装置で計測した含水率と乾燥法との茶葉含水率比較グラフ。
【符号の説明】
【００１６】
１．サンプリング部
２．計測部
３．サンプリング機構の制御部
４．計測電極
５．ガード（計測部のガード端子に対応した導電板）
６．計測板
７．押圧板
８．排出板
【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７】
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【図６】
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