JP2000241364A

JP2000241364A - 液体濃度測定装置及び飲料充填用濃度制御装置

Info

Publication number: JP2000241364A
Application number: JP11042684A
Authority: JP
Inventors: Toyoichi Uchida; 豊一内田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】耐蝕性及び耐振動性に優れ、高精度で高い信頼
性が得られる液体濃度測定装置を提供することを目的と
する。【解決手段】内側に被測定液体１２が流れる検出管１１
に単一の同軸プローブ１３を取り付ける。計測に際して
は、高周波発振器２５からマイクロ波を出力し、サーキ
ュレータ２７、接続ケーブル２２及び切替スイッチ２１
を介して同軸プローブ１３の中心導体１７に入力する。
中心導体１７に入力されたマイクロ波は、その先端から
液体１２に放射されると共に、一部が液体界面にて濃度
に応じて反射され、切替スイッチ２１、接続ケーブル２
２及びサーキュレータ２７を介して高周波受信器２６へ
送られる。受信器２６は、同軸プローブ１３から送られ
てくる反射波の強度と位相を検出してＣＰＵ２４に入力
する。ＣＰＵ２４は、反射波の強度と位相に基づいて液
体１２の比誘電率を求め、液体濃度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飲料充填機械等で
充填する液体の濃度を検出する液体濃度測定装置及びこ
の液体濃度測定装置を利用して液体濃度を一定値に制御
する飲料充填用濃度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】飲料充填機械では、例えばガラスビン、
ＰＥＴボトル等の容器に飲料を充填する際、充填する飲
料の濃度を液体濃度測定装置により計測し、その計測結
果に基づいて適正濃度の飲料が容器に充填されるように
濃度制御を行なっている。従来の液体濃度測定装置は、
図１０に示すように構成されている。

【０００３】図１０において、１は液体濃度を検出する
ための検出管で、その流路中に例えば飲料等の液体２が
流れる。上記検出管１には、直径方向に流路に対して対
称に、つまり、対向するように一対の電極３ａ、３ｂが
取り付けられている。そして、上記電極３ａ、３ｂ間に
高周波印加回路４から１００ＭＨｚ以下の高周波を印加
し、その時の交流インピーダンス変化を信号処理回路５
で検出して濃度変換している。この場合、電極３ａ、３
ｂ間に液体２が入った場合の時のキャパシタンスＣは、
液体２の誘電率をε、電極３ａ、３ｂ間の間隔をｄとす
ると、次式Ｃ＝ωε／ｄにより求められる。交流インピーダンスが変化すること
は、キャパシタンスＣが変化することであり、液体２の
誘電率εが変化することを示している。従って、信号処
理回路５で、キャパシタンスＣを計測することにより、
液体２の誘電率εを算出して液体濃度を求めることがで
きる。

【０００４】また、その他、従来の液体濃度測定装置と
して、特開平５−３２２８７９号公報、特開平１０−１
４２１６８号公報、特開平８−２２００２４号公報等が
ある。上記特開平５−３２２８７９号公報は、密閉容器
内の飲料中の糖度及び及びガス濃度同時測定装置であ
り、飲料液体中のガス濃度の測定には、容器剛性が密閉
容器の内圧により決まる特性を利用して、また、飲料液
体の濃度の測定には、超音波の伝播度特性を利用して、
ガス濃度及び糖度を測定している。従って、飲料液体中
のガス濃度の測定と飲料液体の糖度の測定とが密閉容器
の開栓を必要とせずに行なうことができる。

【０００５】上記特開平１０−１４２１６８号公報は、
被測定流体を伝播したマイクロ波と被測定流体を伝播し
ない信号との位相差を検出することにより、被測定流体
の濃度を測定する濃度計に関するものである。すなわ
ち、第１マイクロ波発振器から周波数ｆ１のマイクロ波
を被測定流体に放射して受信アンテナで受信し、そのマ
イクロ波を第２マイクロ波発振器からの第２マイクロ波
（周波数ｆ２）と混合して｜ｆ１−ｆ２｜の低周波信号
に変換し、更に、この低周波信号を波形成形回路で矩形
波に変換した後、位相差演算回路に入力し、被測定流体
を伝播しない信号と、上記波形成形回路からの矩形波信
号との位相差を、基準発振器からの基準周波数の信号を
用いて計数することにより、アナログ回路を少なくして
アナログ回路の特性に起因する誤差を少なくして精度を
向上するようにしたものである。

【０００６】上記特開平８−２２００２４号公報は、半
導体中に注入されたキャリアのライフタイム測定により
半導体の製造工程中に起こる不純物汚染を検出し、汚染
不純物の濃度を測定する半導体の汚染不純物濃度の測定
方法及びその装置に関するものである。すなわち、マイ
クロ波が照射された半導体試料にレーザー光をパルス状
に照射して半導体試料にキャリアを注入し、上記半導体
試料から反射または透過したマイクロ波を検出し、その
強度の時間的変化から上記キャリアのライフタイムを測
定することにより半導体試料中の汚染不純物の濃度を検
出する半導体の汚染不純物濃度の測定方法において、上
記半導体試料の汚染不純物の状態を変化させるバイアス
光を照射したときと、照射しないときのライフタイムを
それぞれ測定し、上記バイアス光を照射したときのライ
フタイムと、バイアス光を照射しないときのライフタイ
ムとを比較することにより、上記半導体試料の汚染物濃
度を検出するようにしたもので、半導体の欠陥等の影響
を含まない汚染不純物の濃度をライフタイムの測定から
検出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示した従来の
液体濃度測定装置は、電極３ａ、３ｂの間隔が測定精度
に大きく影響するため、検出管１に電極３ａ、３ｂを高
精度で埋め込む必要があり、高度の製造技術を必要とす
ると共にコスト高になるという問題がある。

【０００８】また、特開平５−３２２８７９号公報、特
開平１０−１４２１６８号公報、特開平８−２２００２
４号公報に示される測定装置は、回路構成が非常に複雑
になるという問題がある。

【０００９】また、他の液体濃度測定装置として、従
来、（１）光屈折率計、（２）導電率計、（３）超音波
音速計、（４）質量流量計等がある。上記（１）の光屈
折率計は、ガラス面と接する液体と反射率が、液体の濃
度により変化することを利用して濃度を算出するもので
あるが、光を透過させるためにガラスを使用するので、
そのガラスがアルカリ系の洗浄剤にて腐蝕されたり、汚
れたりすることによって、反射率計測に誤差が生じる。

【００１０】上記（２）の導電率計では、液体の導電率
が濃度に依存するものがある。この場合、液体の導電率
を計測すれば濃度計測が可能であるが、導電率の小さい
ものは計測できない。

【００１１】上記（３）の超音波音速計は、液体の濃度
により超音波音速が変化することを利用して、既知の定
められた間隔の超音波の伝播距離を計測することによ
り、超音波音速を計測して濃度を求めるものであるが、
液体によっては凸型や凹型の極大極小点を持つ場合があ
り、一意的に計測できない場合がある。

【００１２】上記（４）の質量流量計は、液体の温度変
化をコリオリ力の変化量で計測するものであるが、振動
のある場所や隣接して設置すると、他の質量流量計内で
コリオリ力を検出するために使用している振動が伝達さ
れ、誤差要因になる。

【００１３】また、例えば飲料充填機械においては、洗
浄工程に酸（次亜塩素酸ナトリウムや硝酸）、アルカリ
（苛性ソーダ）、熱水（９０〜９５℃）、スチーム（１
４０℃）が使用され、耐蝕性と耐熱性が求められてい
る。

【００１４】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、耐蝕性及び耐振動性に優れ、高精度で高い
信頼性が得られる液体濃度測定装置及び飲料充填用濃度
制御装置を提供することを目的とする

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、内側に被
測定液体が流れる検出管と、この検出管に取り付けら
れ、中心導体と外部導体との間に絶縁体が設けられると
共に少なくとも中心導体の先端が前記検出管内に挿入さ
れる単一の濃度検出器と、この濃度検出器の中心導体に
接続ケーブルを介してマイクロ波を送出する高周波発振
器と、前記濃度検出器の中心導体先端から液体界面での
反射率に応じて反射されるマイクロ波を前記接続ケーブ
ルを介して受信し、前記マイクロ波の反射強度及び位相
を検出する高周波受信器と、この高周波受信器で検出さ
れたマイクロ波の反射強度及び位相から被測定液体の比
誘電率を算出し、この比誘電率から液体濃度を算出する
演算手段とを具備したことを特徴とする。

【００１６】第２の発明は、前記第１の発明である液体
濃度測定装置において、検出管の近傍に、前記接続ケー
ブルを前記濃度検出器あるいはマイクロ波の反射基準端
に切替える切替スイッチを設けると共に、この切替スイ
ッチの温度を一定に保持する保温手段を設け、前記切替
スイッチを切替えながら計測を行なって被測定液体に対
する計測値を補正することを特徴とする。

【００１７】第３の発明は、高濃度の飲料と処理水とを
それぞれ流量調整弁を介して混合し、目標濃度の飲料に
調整して容器に充填する飲料充填用濃度制御装置におい
て、前記流量調整弁を介して混合した飲料の濃度を前記
請求項１又は２記載の液体濃度測定装置にて測定し、そ
の計測値に基づいて飲料濃度が目標濃度になるように前
記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１９】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態に係る液体濃度測定装置の構成図である。図１に
おいて、１１は液体濃度を検出するための検出管１１
で、その流路中に例えば飲料等の液体１２が流れる。上
記検出管１１には、濃度検出器である単一の同軸プロー
ブ１３が取り付けられる。上記同軸プローブ１３として
は、図２に示すような高周波同軸コネクタＳＭＡが使用
される。上記同軸プローブ１３は、外導体１４の外側に
検出管１１への取付基板１５が設けられ、内側に中心誘
電体１６が設けられると共にその中心部に中心導体１７
が設けられる。上記中心誘電体１６及び中心導体１７
は、検出管取付側に延長して設けられると共に、中心導
体１７の先端が中心誘電体１６より突出している。上記
中心誘電体１６としては、例えばテフロン（商品名）ま
たはセラミック等が用いられ、また、中心導体１７とし
ては、表面露出部が金メッキされた銅線または金線が用
いられる。上記同軸プローブ１３は、取付基板１５が検
出管１１にネジ止め等により固定される。この場合、検
出管１１と中心誘電体１６との間にＯリングが介在さ
れ、また、金属部はハンダ付けや銀ロウ付けされて耐圧
性を確保している。

【００２０】そして、上記同軸プローブ１３の中心導体
１７は、２ポートの切替スイッチ２１及び接続ケーブル
２２を介して計測部２３に接続される。上記切替スイッ
チ２１は、検出管１１の近傍に設けられる。上記接続ケ
ーブル２２としては、例えば中心誘電体がテフロン（商
品名）で、中心導体が銅のセミリジッドケーブルが使用
される。また、上記切替スイッチ２１は、一方のポート
ａが上記同軸プローブ１３の中心導体１７に接続され、
他方のポートｂが基準素子１８を介して接地される。こ
の基準素子１８としては、例えば５０Ωの抵抗が用いら
れる。上記基準素子１８を接続した切替スイッチ２１の
ポートｂが測定の基準端となる。この基準端は、上記の
ように基準素子１８を接続する他、開放端あるいは短絡
端としても良い。

【００２１】通常、上記切替スイッチ２１や基準素子１
８は、温度特性を持っているので、例えばベルチェ素子
やヒータ等の保温素子／ヒートシンク１９、この保温素
子／ヒートシンク１９の温度をコントロールする温度コ
ントローラ２０を用いて切替スイッチ２１及び基準素子
１８の温度を一定に保ち、温度特性の安定化を図ってい
る。上記基準素子１８、切替スイッチ２１、保温素子／
ヒートシンク１９等は、断熱材により外部から断熱され
ている。

【００２２】また、上記計測部２３は、ＣＰＵ（マイク
ロ・コンピュータ）２４、例えば３００ＭＨｚ以上のマ
イクロ波を発生する高周波発振器２５、上記同軸プロー
ブ１３からの信号を受信する高周波受信器２６、上記高
周波発振器２５及び高周波受信器２６を切替スイッチ２
１の可動接点ｃに方向を持たせて結合する結合器、例え
ばサーキュレータ２７からなっている。

【００２３】上記の構成において、検出管１１内を流れ
る液体１２の濃度を計測する場合、計測部２３は、高周
波発振器２５から例えば３００ＭＨｚ以上のマイクロ波
を出力する。このマイクロ波はサーキュレータ２７、接
続ケーブル２２及び切替スイッチ２１を介して同軸プロ
ーブ１３の中心導体１７に入力される。この中心導体１
７に入力されたマイクロ波は、その先端である開放端か
ら検出管１１内を流れる液体１２に放射されると共に、
その一部が液体界面にて濃度に応じて反射される。この
反射波は、切替スイッチ２１、接続ケーブル２２及びサ
ーキュレータ２７を介して高周波受信器２６へ送られ
る。高周波受信器２６は、同軸プローブ１３から送られ
てくる反射波の強度と位相を検出してＣＰＵ２４に入力
する。

【００２４】ＣＰＵ２４は、高周波発振器２５から出力
したマイクロ波と、反射波の強度と位相を比較し、その
比較結果に基づいて液体１２の比誘電率を求め、この比
誘電率から液体濃度を算出する。このＣＰＵ２４により
算出された液体濃度は、出力装置、例えば表示装置に出
力されて表示される。

【００２５】上記濃度計測に際し、同軸プローブ１３か
らの反射波は、接続ケーブル２２により減衰したり、位
相が変化したりするので、切替スイッチ２１により同軸
プローブ１３と基準素子１８とを切替えて交互に計測す
ることにより、反射波に対する計測値を補正する。すな
わち、基準素子１８側の反射率の相対変化量で液体１２
側の反射率を相対補正することにより、接続ケーブル２
２での変動量を補正することができる。

【００２６】なお、上記切替スイッチ２１は、手動操作
により切替えても、あるいはＣＰＵ２４から切替え信号
を出力して自動的に切替えるようにしても良い。

【００２７】上記同軸プローブ１３に設けられた中心導
体１７の開放端における反射波強度と位相は、高周波領
域の誘電率を表わす複素誘電率に依存している。複素誘
電率の実部は、高周波の損失を表し、虚部は伝播を表わ
している。以下、同軸プローブ１３の開口面電磁界分布
からの放射について説明する。例えばパラボラアンテナ
からの放射や導体板に開けられた穴による回折などのよ
うに、開口面（Aperture）上の電磁界分布が少なくとも
近似的に与えられている場合が多い。本実施形態におけ
る同軸プローブ１３の開放端面も、開口面上の電磁界分
布を源としている放射電磁界として求めることができ
る。同軸プローブ１３の開口面では、一部はそのまま放
射され、残りは反射される。

【００２８】すなわち、同軸プローブ１３の開口面での
アドミッタンスに相当するｙ_L を用いて、複素誘電率と
の関係式を与える。この関係式は、計測端面の放射端か
ら電磁界を計算することにより得られる式である。通
常、印加する高周波の周波数が３０ＧＨｚ以下では、

【００２９】

【数１】

【００３０】が実用式となる。この複素２次方程式を解
くことにより比誘電率ε^* が得られる。従って、開口面
での電磁波の反射を計測すれば、比誘電率ε^* を得るこ
とが可能である。

【００３１】また、１ＧＨｚ以下の周波数では、第１項
に比べ、第２項の係数ξを無視できるので、

【００３２】

【数２】

【００３３】と更に簡単になり、アドミッタンスに相当
するｙ_Lを求めるだけで比誘電率ε^*を得ることが可能と
なる。ここで得た比誘電率ε^* と液体１２の濃度が相関
関係を持っている。

【００３４】また、例えば３００ＭＨｚ以上の水中の波
長は、約３３ｃｍ以下となり、検出管１１の中でもその
波長が問題ならなくなってくる。更に、上記のように３
００ＭＨｚ以上の高周波を用いると、液体１２中での減
衰率が高くなり、同軸プローブ１３から液体１２内へ放
射された高周波が液体中で減衰し、検出管１１の反対側
の影響を受け難くなる。

【００３５】上記のようにして同軸プローブ１３から液
体１２にマイクロ波を放射し、その液体界面での反射波
の強度と位相を高周波受信器２６で受信して検出し、Ｃ
ＰＵ２４で高周波発振器２５から出力されるマイクロ波
と比較することにより、液体１２の誘電率を求めて濃度
を算出することができる。

【００３６】マイクロ波領域の液体中での波長は数ｃｍ
であり、光に比較して波長が長いので、微少なスケール
の影響を受け難く、マイクロ波領域より長い波長帯に比
べ液体濃度に対する感度が高い。基本的にはマイクロ波
領域において、その伝搬は複素誘電率で表される定数に
依存する。複素誘電率には誘電率と導電率、透磁率が含
まれ、物性そのものを表わしている。その定数の測定方
法には、（１）同軸プローブ法、（２）平行平板法、
（３）同軸線路法、（４）Ｓパラメータ法、フリースペ
ース法等がある。周波数が高く水溶液のように比較的誘
電率の高いものに対しては（１）の同軸プローブ法が有
利である。特に、この同軸プローブ法は、プローブ端面
でのマイクロ波の反射率を計測すれば算出することがで
き、非常に簡便な方法である。

【００３７】次に実際の測定結果について説明する。［溶液の反射率測定］試験対象として、サッカロース
（蔗糖）水溶液濃度、エタノール水溶液濃度、グリコー
ルエーテル（ＧＥ）水溶液濃度での反射率を計測した。
そして、この計測した反射率を元に比誘電率を算出す
る。水溶液にすると、元の水の導電率にその複素誘電率
特性が大きく左右されるので、水は純粋製造装置（0.01
μS/cm）から採取したものを使用し、重量濃度で試料を
作成した。それぞれの液種の各周波数で濃度毎の反射率
と位相を図３、図４、図５に示す。

【００３８】図３は、サッカロース水溶液を計測した時
の反射率Ｒと位相Ｍを示したもので、（ａ）は０．３Ｇ
Ｈｚの周波数、（ｂ）は１ＧＨｚの周波数、（ｃ）は６
ＧＨｚの周波数を使用した場合のグラフである。図４
は、エタノール水溶液を計測した時の反射率Ｒと位相Ｍ
を示したもので、６ＧＨｚの周波数を使用した場合のグ
ラフである。図５は、グリコールエーテル（ＧＥ）水溶
液を計測した時の反射率Ｒと位相Ｍを示したもので、６
ＧＨｚの周波数を使用した場合のグラフである。

【００３９】基本的には、濃度が濃くなると反射率は低
下する。位相はプローブ長により基準が異なるので一概
には云えないが、今回の実験では濃度が濃くなると位相
が進む。反射率、位相どちらでも水溶液濃度と関連ある
データが得られた。感度や誤差は、誘電率の変化量や試
料の温度安定度に依存するが、飲料充填機のように液温
が条件によって異なるような場合には、実機で濃度との
関係を把握することが望ましい。

【００４０】［誘電率の算出］計測部２３における計測
値のキャリブレーション（補正調整）を行なった後、ま
ず、同軸プローブ１３のキャリブレーションを行なうた
めに、同軸プローブ１３にフランジを取り付け、ＯＰＥ
Ｎ（開放）とＳＨＯＲＴ（短絡）での反射率を測定した
後、基準誘電体に食塩水濃度を１０ｗｔ％中の反射率を
測定し、これらをキャリブレーション用データとした。
このデータを基準にアセトン、サッカロース（蔗糖）水
溶液の誘電率を算出した。図６（ａ）はアセトンの各周
波数における比誘電率の算出結果を示し、図６（ｂ）は
サッカロース（蔗糖）水溶液濃度毎の温度と比誘電率と
の関係を示している。

【００４１】アセトンの物性値から標準偏差で±0.0862
の計測結果が得られ、また、濃度や温度に応じた比誘電
率計測結果が得られた。なお、これらの結果と同軸プロ
ーブ１３の材質上から、０〜９０℃までの計測が可能と
思われる。

【００４２】［検出管内計測結果］基準素子１８として
５０Ωダミーロード補正を用い、ダミーロード側の反射
率の変化量から計測対象側の反射率変動量を比例補正し
た。試験は、同軸プローブ１３と計測部２３との間の接
続ケーブル２２に対して途中で温度変化を与え、ケーブ
ル内の伝搬条件を大きく変化させた。この時、基準とケ
ーブル内の変動を比誘電率で0.34（＝0.538％）以下に
補正できた。図７は、上記接続ケーブル２２の誤差補正
結果を示している。

【００４３】また、検出管１１内の比誘電率計測を行な
った。このとき同軸プローブ１３から放射されたマイク
ロ波が検出管１１内で反射され、受信量に重畳する。こ
のため、マイクロ波の損失が小さい場合には補正曲線が
必要である。蔗糖水溶液データのバラツキとしては、損
失が大きい６ＧＨｚでは±0.419（＝0.735％）、損失が
小さい１ＧＨｚでは3.087（＝4.3％）at25.4ｍｍであっ
た。図８は、検出管直径を変えた時の比誘電率の変化を
示している。

【００４４】上記のように計測値から比誘電率を算出す
る過程において、マイクロ波の損失（減衰）の大きい食
塩水を基準試料とすることにより、図７及び図８に示し
た結果から明らかなように、 √｛（0.538％）² ＋（0.735％）² ｝＝０．９３８％の精度で比誘電率を計測することができた。

【００４５】（第２実施形態）次に本発明の第２実施形
態について説明する。この第２実施形態は、上記第１実
施形態で示した液体濃度測定装置を利用して飲料充填装
置の糖度を制御する場合について示したものである。

【００４６】図９は、本発明の第２実施形態に係る飲料
充填用濃度制御装置のシステム構成図である。なお、こ
の第２実施形態では、炭酸水を容器に一定量充填する場
合について示している。

【００４７】図９において、３１はシンプルシロップを
貯留するシロップタンクで、外部から供給される処理水
及び砂糖をモータ３２により撹拌し、均質なシンプルシ
ロップとしている。上記シロップタンク３１に貯留され
たシロップは、ポンプ３３及びフィルタ３４を介してミ
キシングタンク３５ａ、３５ｂへ送られる。また、この
ミキシングタンク３５ａ、３５ｂには、外部から異なる
飲料原液及び処理水が供給される。上記ミキシングタン
ク３５ａ、３５ｂは、外部から供給される上記シロッ
プ、原液及び処理水をモータ３６ａ、３６ｂによりミキ
シングし、例えば５０％濃度（糖度）のシロップ混合液
としている。

【００４８】また、３７は処理水をタンクに貯留して脱
気する脱気装置（デュアレータ）で、この脱気装置３７
で脱気された処理水は、ポンプ３８により処理水流量調
整弁４１を介して混合装置（ブレンダ）４３へ送られ
る。更に、この混合装置４３には、上記ミキシングタン
ク３５ａ、３５ｂに貯留されたシロップ混合液がポンプ
３９によりシロップ混合液流量調整弁４２を介して供給
される。上記混合装置４３は、調整弁４１、４２を介し
て送られてくる処理水とシロップ混合液とを混合し、所
定の濃度の飲料とする。この飲料の濃度は、詳細を後述
するように調整弁４１、４２の開度によって調整され
る。上記混合装置４３によって混合された飲料は、ポン
プ４４により第１実施形態で示した検出管１１及び同軸
プローブ１３からなる濃度検出器及び冷却器４５を介し
て混合装置（カーボネータ）４６へ送られる。この混合
装置４６は、上記濃度調整された飲料に炭酸ガス（ＣＯ
2 ）を混合する。この炭酸ガスが混合された飲料は、ポ
ンプ４７によりフィラ４８へ送られる。このフィラ４８
では、複数の充填バルブ４９が一定間隔を保って円状に
配設されており、順次回転しながら上記飲料を容器５０
に充填する。この容器５０に充填される飲料の流量は、
流量計（図示せず）で計測され、設定流量に達したとき
に流量計からの信号により充填バルブ４９が閉じるよう
になっている。

【００４９】そして、上記検出管１１の同軸プローブ１
３による検出信号は、接続ケーブル２２を介して計測部
２３へ送られる。この計測部２３は、同軸プローブ１３
から出力される検出信号に基づいて濃度ρを計算し、制
御装置５１へ入力する。この制御装置５１は、偏差量演
算部５２と操作量演算部５３からなり、主制御部（図示
せず）目標の濃度値ρs（ｗｔ％Ｗ）が偏差量演算部５
２に与えられる。

【００５０】上記偏差量演算部５２は、目標の濃度値ρ
sから計測濃度ρを減算して偏差量ｅを求め、その偏差
量ｅを操作量演算部５３に入力する。この操作量演算部
５３は、上記偏差量ｅに基づいて調整弁４１、４２に対
する操作量ｖ１、ｖ２を算出し、処理水流量調整弁４１
に操作量ｖ１、シロップ混合液流量調整弁４２に操作量
ｖ２を出力する。この場合、上記操作量演算部５３は、
偏差量演算部５２にて算出される偏差量ｅが零に近付く
ように操作量ｖ１、ｖ２を算出する。

【００５１】上記操作量演算部５３から出力される操作
量ｖ１により処理水流量調整弁４１の開度が制御されて
処理水流量ｑ１が調整され、操作量ｖ２によりシロップ
混合液流量調整弁４２の開度が制御されてシロップ混合
液流量ｑ２が調整される。この場合、処理水流量ｑ１と
シロップ混合液流量ｑ２とを加算した供給液流量ｑ（ｑ
＝ｑ１＋ｑ２）は、常に一定（運転条件として与えられ
た条件）になるように処理水流量調整弁４１とシロップ
混合液流量調整弁４２の開度が制御される。

【００５２】上記のようにして容器４９に充填される飲
料の濃度、すなわち、この例では飲料の糖度を常に目標
の糖度となるように制御することができる。従って、常
に一定品質の飲料を容器４９に充填することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、検
出管に単一の同軸プローブを取り付け、高周波発振器か
らマイクロ波を出力して同軸プローブに入力し、検出管
内の被測定液体から反射されるマイクロ波を高周波受信
器で受信して強度及び位相を検出し、それに基づいて液
体の比誘電率を求めて液体濃度を算出するようにしたの
で、構成を非常に簡易化できると共に高精度の計測が可
能となる。また、本発明は、検出管の近傍において、接
続ケーブルを同軸プローブ濃度検出器あるいはマイクロ
波の反射基準端に切替える切替スイッチを設けると共
に、この切替スイッチの温度を一定に保持する保温手段
を設け、前記切替スイッチを切替えながら計測を行なっ
て被測定液体に対する計測値を補正するようにしたの
で、接続ケーブルによる影響を除いて反射マイクロ波の
強度や位相を高精度で計測することができる。

【００５４】更に本発明は、高濃度の飲料と処理水とを
それぞれ流量調整弁を介して混合し、目標濃度の飲料に
調整して容器に充填する飲料充填用濃度制御装置におい
て、前記流量調整弁を介して混合した飲料の濃度を前記
マイクロ波を利用した液体濃度測定装置にて測定し、そ
の計測値に基づいて飲料濃度が目標濃度になるように前
記流量調整弁の開度を制御するようにしたので、容器に
充填される飲料の濃度常に目標の糖度となるように制御
することができる。このため常に一定品質の飲料を容器
に充填することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る液体濃度測定装置
の構成図。

【図２】同実施形態における同軸プローブを取出して示
す図。

【図３】同実施形態におけるサッカロース水溶液を計測
した時の反射率Ｒと位相Ｍを示し、（ａ）は０．３ＧＨ
ｚの周波数、（ｂ）は１ＧＨｚの周波数、（ｃ）は６Ｇ
Ｈｚの周波数を使用した場合のグラフ。

【図４】エタノール水溶液を計測した時の反射率Ｒと位
相Ｍを示すグラフ。

【図５】グリコールエーテル（ＧＥ）水溶液を計測した
時の反射率Ｒと位相Ｍを示すグラフ。

【図６】（ａ）はアセトンの各周波数における比誘電率
の算出結果を示す図、（ｂ）はサッカロース（蔗糖）水
溶液濃度毎の温度と比誘電率との関係を示す図。

【図７】接続ケーブルの誤差補正結果を示す図。

【図８】検出管直径を変えた時の比誘電率の変化を示す
図。

【図９】本発明の第２実施形態に係る飲料充填用濃度制
御装置のシステム構成図。

【図１０】従来の液体濃度測定装置を示す構成図。

【符号の説明】

１１検出管１２被測定液体１３同軸プローブ１４外導体１５取付基板１６中心誘電体１７中心導体１８基準素子１９保温素子／ヒートシンク２０温度コントローラ２１切替スイッチ２２接続ケーブル２３計測部２４ＣＰＵ２５高周波発振器２６高周波受信器２７サーキュレータ３１シロップタンク３４フィルタ３５ａ．３５ｂミキシングタンク３７脱気装置４１処理水流量調整弁４１．４２調整弁４２シロップ混合液流量調整弁４３混合装置４５冷却器４６混合装置４８フィラ４９充填バルブ５０容器５１制御装置５２偏差量演算部５３操作量演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内側に被測定液体が流れる検出管と、こ
の検出管に取り付けられ、中心導体と外部導体との間に
絶縁体が設けられると共に少なくとも中心導体の先端が
前記検出管内に挿入される単一の濃度検出器と、この濃
度検出器の中心導体に接続ケーブルを介してマイクロ波
を送出する高周波発振器と、前記濃度検出器の中心導体
先端から液体界面での反射率に応じて反射されるマイク
ロ波を前記接続ケーブルを介して受信し、前記マイクロ
波の反射強度及び位相を検出する高周波受信器と、この
高周波受信器で検出されたマイクロ波の反射強度及び位
相から被測定液体の比誘電率を算出し、この比誘電率か
ら液体濃度を算出する演算手段とを具備したことを特徴
とする液体濃度測定装置。
【請求項２】請求項１記載の液体濃度測定装置におい
て、前記検出管の近傍に、前記接続ケーブルを前記濃度
検出器あるいはマイクロ波の反射基準端に切替える切替
スイッチを設けると共に、この切替スイッチの温度を一
定に保持する保温手段を設け、前記切替スイッチを切替
えながら計測を行なって被測定液体に対する計測値を補
正することを特徴とする液体濃度測定装置。
【請求項３】高濃度の飲料と処理水とをそれぞれ流量
調整弁を介して混合し、目標濃度の飲料に調整して容器
に充填する飲料充填用濃度制御装置において、前記流量
調整弁を介して混合した飲料の濃度を前記請求項１又は
２記載の液体濃度測定装置にて測定し、その計測値に基
づいて飲料濃度が目標濃度になるように前記流量調整弁
の開度を制御することを特徴とする飲料充填用濃度制御
装置。