(57)【要約】【課題】水溶液中に浮遊する砂、プラスチック、気泡などの絶縁物粒子の濃度を測定する方法及に関する。【解決手段】水溶液Ｗ中に浮遊する絶縁物粒子ｄの体積比の濃度を測定するために測定対象の水溶液Ｗ中に一対の電極Ａ，Ｂを設け、水溶液Ｗ中に絶縁物粒子ｄが浮遊していない濃度Ｄが０の状態の電極間Ａ，Ｂの電気抵抗値をＲ0 とし、電極間Ａ，Ｂの電気抵抗値を無限大に設定したときの前記濃度Ｄを１とし、水溶液Ｗ中に絶縁物粒子ｄが浮遊している状態の電極間Ａ，Ｂの電気抵抗値をＲとし、水溶液Ｗ中の絶縁物粒子ｄが浮遊している状態の濃度ＤをＤ＝１−Ｒ0 ／Ｒとして求めるように構成されたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中に浮遊する絶縁物粒子の体積比の濃度を測定するために測定対象の水溶液中に一対の電極を設け、
前記水溶液中に前記絶縁物粒子が浮遊していない濃度Ｄが０の状態の前記電極間の電気抵抗値をＲ0 とし、
前記電極間の電気抵抗値を無限大に設定したときの前記濃度Ｄを１とし、
前記水溶液中に前記絶縁物粒子が浮遊している状態の前記電極間の電気抵抗値をＲとし、
前記水溶液中の前記絶縁物粒子が浮遊している状態の濃度Ｄを
Ｄ＝１−Ｒ0 ／Ｒ
として求めるように構成された水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法。
【請求項２】
濃度測定対象の水溶液中に設けられ、一方が接地された一対の電極を有する前記水溶液中の絶縁物粒子の体積比の濃度を検出する粒子濃度検出部と、
正弦波発振器と、
一端に該正弦波発振器の出力が接続され、他端に前記濃度検出部の他方の電極が接続され、かつその出力と前記他端との間に接続された帰還抵抗を有する前記電極間の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出増幅器と、
該電極間電気抵抗検出増幅器の出力を絶対値に変換する絶対値増幅器と、
該絶対値増幅器の出力に接続され、前記電極間の濃度Ｄが０における抵抗値を基準抵抗値Ｒ0 として出力が０となるように調整し得る定数加算器と、
該定数加算器の出力に接続され、前記電極間の抵抗値が無限大であるとき、濃度Ｄが１になるように調整し得る利得調整器と、
該利得調整器の出力に接続され、前記濃度検出部の被測定水溶液中の濃度測定における濃度Ｄを出力する出力増幅器とを備え、
前記濃度検出部の被測定水溶液中の濃度０及び濃度１に前記定数加算器及び利得調整器をそれぞれ調整した後、前記被測定水溶液中の濃度Ｄを
Ｄ＝１−Ｒ0 ／Ｒ
として求めるように構成された水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中に浮遊する例えば砂，プラスチック，気泡などの絶縁物粒子濃度を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の各種濃度計は、光を利用した光学濃度計や超音波を利用した超音波濃度計が一般的に用いられている。光を利用した濃度計（濁度計）としては、光束をセル内の試料液に照射し、液中に浮遊する粒子（鉄）により透過した光と散乱した光とに別れ、この透過光と散乱光を検出して散乱光／透過光の比率を演算して、鉄濃度（濁度）として表示メータに表示させるものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２９２３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの光学濃度計や超音波濃度計は、水中に浮遊する粒子の粒径が異なると、濃度が同じでも出力値が異なる欠点があった。この理由は、これらの光学，超音波濃度計は粒子からの反射を利用するため、平面的な情報しか得られないことによるためである。正しい濃度を測定するためには、水中に浮遊する粒子の立体的な情報を考慮することが必要である。
本発明は、水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する場合に、絶縁物粒子の粒径が異なっていても正確な体積比によるセンサ出力が得られる水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法は、水溶液中に浮遊する絶縁物粒子の体積比の濃度を測定するために測定対象の水溶液中に一対の電極を設け、前記水溶液中に前記絶縁物粒子が浮遊していない濃度Ｄが０の状態の前記電極間の電気抵抗値をＲ0 とし、前記電極間の電気抵抗値を無限大に設定したときの前記濃度Ｄを１とし、前記水溶液中に前記絶縁物粒子が浮遊している状態の前記電極間の電気抵抗値をＲとし、前記水溶液中の前記絶縁物粒子が浮遊している状態の濃度Ｄを
Ｄ＝１−Ｒ0 ／Ｒ
として求めるように構成されたものである。
【０００５】
本発明による水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する装置は、濃度測定対象の水溶液中に設けられ、一方が接地された一対の電極を有する前記水溶液中の絶縁物粒子の体積比の濃度を検出する粒子濃度検出部と、正弦波発振器と、一端に該正弦波発振器の出力が接続され、他端に前記濃度検出部の他方の電極が接続され、かつその出力と前記他端との間に接続された帰還抵抗を有する前記電極間の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出増幅器と、該電極間電気抵抗検出増幅器の出力を絶対値に変換する絶対値増幅器と、該絶対値増幅器の出力に接続され、前記電極間の濃度Ｄが０における抵抗値を基準抵抗値Ｒ0 として出力が０となるように調整する定数加算器と、該定数加算器の出力に接続され、前記電極間の抵抗値が無限大であるとき、濃度Ｄが１になるように調整する利得調整器と、該利得調整器の出力に接続され、前記濃度検出部の被測定水溶液中の濃度測定における濃度Ｄを出力する出力増幅器とを備え、
前記濃度検出部の被測定水溶液中の濃度０及び濃度１に前記定数加算器及び利得調整器をそれぞれ調整した後、前記被測定水溶液中の濃度Ｄを
Ｄ＝１−Ｒ0 ／Ｒ
として求めるように構成されたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、前述したように水溶液中に設けられた電極間に浮遊する粒子の体積比による濃度を、電気抵抗として検出し、この電気抵抗の逆数を求めることにより極めて容易に測定することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置は、水溶液の中に一対の電極を配置し、その間の電気抵抗を検出して利用するものである。電極間を流れる電流は、図１に示すように電極Ａから電極Ｂに対して、球状のような立体的な広がりをもって流れるため、絶縁物粒子の粒径が異なっていても体積比によるセンサ出力が得られるものである。なお、本発明による絶縁物粒子の濃度測定に際しては、水溶液中に浮遊する絶縁物粒子の粒子径の大小に拘らず一様に分布している状態で測定することを要する。
【０００８】
図２は、本発明の水溶液Ｗ中の絶縁物粒子ｄの濃度を測定する方法及び装置の一実施例を示すブロック回路図である。図２において、１は測定対象の粒子浮遊水溶液Ｗ中に設置される粒子濃度検出部であり、絶縁枠１ａの上下に電極Ａと電極Ｂとが設けられ、一方の電極Ｂは接地されている。なお、電極ＡとＢは絶縁枠１ａの左右に設けてもよい。２は正弦波発振器であり、例えば発振周波数８ｋＨｚ，出力電圧は１００ｍＶ程度の出力特性を有する。３は電極間抵抗検出増幅器であり、例えば演算増幅器で構成されており、帰還抵抗Ｔを含む。４は絶対値増幅器であり、交流信号を負の直流信号に変換する。
【０００９】
５は定数加算器であり、直流電圧Ｚを加減算する。具体的には後述する測定前の調整において、入力側に設けられた可変抵抗ＶＲＺの抵抗値を増減して定数加算器５の出力を０とする。６は利得調整器であり、帰還信号Ｋの増減により調整する。具体的には後述する測定前の調整において、帰還回路の可変抵抗ＶＲＫの抵抗値を増減して、利得調整器６の出力を所要の電圧に調整する。７は出力増幅器であり、定数加算器５と利得調整器６の調整の結果として絶縁物粒子ｄの濃度Ｄが出力される。
【００１０】
次に各ブロック回路の動作を定量的に説明する。図２の正弦波発振器２の出力は、
【数１】
2007121133.tif 000003
である。なお、各式中の“Ｃ”は、正弦波発振器２の出力電圧の実効値を示すものである。
粒子濃度検出部１と電極間抵抗検出増幅器３及び帰還抵抗Ｔで構成した回路出力は、
ｖ｛１＋（Ｔ／Ｒ）｝  ……（式２）
となり、絶対増幅器４の極性反転により、
−Ｃ｛１＋（Ｔ／Ｒ）｝  ……（式３）
となる。
定数加算器５及び利得調整器６を通して出力増幅器７からの出力される濃度Ｄは、
Ｄ＝ＫＺ−ＫＣ｛１＋（Ｔ／Ｒ）｝  ……（式４）
である。
【００１１】
濃度Ｄの定義を粒子浮遊水溶液の中の絶縁物粒子ｄの集合体としての体積比とし、濃度Ｄ＝０のときの電極Ａ−Ｂ間の電気抵抗をＲ0 、Ｄ＝１のときは電極Ａ−Ｂ間が総て絶縁物粒子で埋め尽くされて、電気抵抗は無限大（∞）となる。絶縁物粒子ｄを図３に示すように立体的に又は平面的に集約し、Ｄを絶縁物粒子ｄの集合体、Ｗを水溶液とし、Ｄ＋Ｗ＝１とする。電気抵抗Ｒは、水溶液Ｗの増減によって変化する。即ち、
Ｒ＝Ｒ0 ×（１／Ｗ）＝Ｒ0 ×｛１／（１−Ｄ）｝
となる。変形して、
（１−Ｄ）Ｒ＝Ｒ0 
−Ｄ＝（Ｒ0 −Ｒ）／Ｒ
となる。従って、
Ｄ＝１−（Ｒ0 ／Ｒ）    ……（式５）
で表現される。このように濃度Ｄの値は、０〜１となる。
式４と式５とを比較すれば、Ｚ及びＫの調整により、式４を式５に一致させることが理解できる。
【００１２】
Ｚの調整  Ｒ＝Ｒ0 のとき、Ｄ＝０とすれば、式４より
０＝ＫＺ−ＫＣ｛１＋（Ｔ／Ｒ0 ）｝  従って、
Ｚ＝Ｃ｛１＋（Ｔ／Ｒ0 ）｝となり、これを式４に代入して
Ｄ＝ＫＣＴ／Ｒ0 −ＫＣＴ／Ｒ  ……（式６）
Ｒ＝Ｒ0 の状態は、浮遊する絶縁物粒子ｄが無い水溶液である。
【００１３】
Ｋの調整  Ｒ＝∞のとき、Ｄ＝１とすれば、式６より
１＝ＫＣＴ／Ｒ0   従って、
Ｋ＝Ｒ0 ／ＣＴとなり、これを式６に代入して
Ｄ＝１−（Ｒ0 ／Ｒ）    ……（式７）
Ｒ＝∞  は電極間に水溶液が無い状態である。
【００１４】
濃度測定の手順としては、先ず、最初に濃度対象の絶縁物粒子ｄが浮遊する水溶液Ｗから、絶縁物粒子ｄを除去した水溶液Ｗの電極Ａ・Ｂ間の抵抗値Ｒ0 を測定すると共に、定数加算器５の直流電圧Ｚを調整して定数加算器５の出力を０にし、濃度Ｄが０の場合の出力増幅器７の出力を０とする。
次に、水溶液Ｗの電極Ａ・Ｂ間を開放し、水溶液Ｗの無い状態、即ち抵抗値Ｒを無限大（∞）にし、利得調整器６の帰還信号Ｋを調整して、利得調整器６の出力を測定し易い電圧にして、これを濃度Ｄが１の場合の出力増幅器７の出力電圧とする。
粒子濃度検出部１の電極Ａ・Ｂ間の電気抵抗値Ｒと濃度Ｄとの関係は、式７によるものであるから、図４に示す電極間電気抵抗−濃度の関係図に示されるように、濃度Ｄ＝１−Ｒ0 ／Ｒによる特性図として表される。ただし、図４の場合はＲ0 ＝２３Ωである。
【００１５】
前述の直流電圧Ｚ及びＫを調整した後、水溶液Ｗを測定対象の絶縁物粒子ｄが浮遊する水溶液Ｗとして電極Ａ−Ｂ間の抵抗値Ｒの状態と、浮遊している絶縁物粒子ｄが無い水溶液Ｗの電極Ａ−Ｂ間の抵抗値Ｒ0 の状態とが比較されて、出力増幅器７の出力に測定結果が出力される。例えば、前述の水溶液Ｗが無い状態の出力増幅器７の出力電圧を１Ｖに調節してある場合において、測定出力電圧が０．３２Ｖである場合は、当該水溶液の濃度は３２％（体積比）として把握される。
【００１６】
前述の説明は、定数加算器５におけるＺの調整、及び利得調整器６におけるＫの調整は、それぞれ手動によるものであるが、自動調整を行うようにしてもよい。特に水溶液の性質が変化するような測定環境における継続的な濃度測定において必要である。
Ｚの自動調整は、絶縁物粒子ｄが浮遊していない濃度Ｄ＝０の専用検出部を設置し、指定した時刻又は時間間隔毎に切り替え調整し、その値をディジタルホールドする。絶縁物粒子ｄが浮遊している水溶液Ｗの性質が変化するような場合は、専用検出部の水溶液を測定対象の水溶液Ｗに対応するよう常に交換させる。
Ｋの自動調整は、濃度Ｄ＝１のときの電極Ａ又はＢの切り離しての利得調整を、指定した時刻又は時間間隔毎に行い、その値をディジタルホールドする。このＺとＫの自動調整後に、絶縁物粒子ｄが浮遊する水溶液Ｗの電極Ａ−Ｂ間の抵抗値Ｒを検出することにより、出力増幅器７の出力に濃度データが検出される。
【００１７】
なお、水の電気伝導率は、水の種類や性質等によって異なる。例えば、海水は１０Ω・cm〜１００Ω・cm、冷却水は１ｋΩ・cm前後、水道水は１０ｋΩ・cm前後、雨水は１０ｋΩ・cm〜１００ｋΩ・cmなどであり、測定対象の水溶液（水）の種類等を考慮する必要がある。また、前述の回路説明では、正弦波発振器２の発振周波数を８ｋＨｚとして説明したが、１ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ程度の周波数のものを使用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明による水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置は、絶縁物粒子が浮遊する水溶液の体積比による濃度測定を必要とする各種水溶液の濃度測定に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置の測定原理を説明する模式図である。
【図２】本発明の水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置の一実施例のブロック回路図である。
【図３】本発明の水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置における粒子濃度を集約状態にして示した模式図である。
【図４】本発明の水溶液中の絶縁物粒子の濃度を測定する方法及び装置における電極間電気抵抗と濃度との関係を示す特性図の一例である。
【符号の説明】
【００２０】
１  粒子濃度検出部
１ａ  絶縁枠
２  正弦波発振器
３  電極間抵抗検出増幅器
４  絶対値増幅器
５  定数加算器
６  利得調整器
７  出力増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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