JP2000298053A

JP2000298053A - 液体界面検知装置

Info

Publication number: JP2000298053A
Application number: JP10527999A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nishimura; 直喜西村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】上下二層に分離した液体層の界面の高さを非
接触で検知する。【解決手段】水３、油２ともに吸収を受けない波長を
有する基準光を発する第１発光器５１と、水３にのみ吸
収を受ける波長を有する測定光を発する第２発光器５２
とを並設し、２つの光を交互に容器１内の液体に照射す
る。液体を通過した光を交互に受光器６で受け、整流・
平滑化回路８で差信号を直流電圧として取り出し、比較
器９はその値を閾値と比較する。界面４が界面検知位置
（測定光照射位置）より上昇すると、測定光のみが水３
で吸収を受け、受光強度が減少する。その結果、差信号
が大きくなって閾値を越え、比較器９の出力は反転す
る。これにより、非接触で且つ簡単な構成で界面の位置
が検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比重の相違する液
体が互いに分離して積層した状態にある液体試料に対
し、各液体層間の界面の高さや動きなどを検知するため
の液体界面検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば廃油処理装置などにおいては、処
理槽内に貯留した廃油の液層と、廃油と分離して該廃油
層の下方に沈殿した水の液層との界面の高さを検知する
ことが必要である。従来、このような目的のためには、
廃油よりも比重が重く、水よりは比重が軽いフロートを
備え、廃油と水との界面に位置するフロートの上下動を
検出することにより界面の位置を検知する界面検知装置
などが利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような液体界面検知装置では、界面の上下動に伴っ
てフロートが上下に移動するという機構を有しているた
め、故障が発生し易く、また故障が発生した場合に処理
槽の内部の液体を一旦排出して修理を行う必要がある
等、メンテナンス性にも問題がある。そのため、内部の
液体とは非接触であって、簡単に上記界面の位置を検知
することが可能な液体界面検知装置が強く要望されてい
た。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、非接触方式で、し
かも簡単な構成でもって複数の液体層間の界面を検知す
ることができる液体界面検知装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、比重の相違す
る複数の液体が互いに分離して積層した状態にある液体
試料に対し、各液体層間の界面を検知する液体界面検知
装置であって、 a)測定対象の界面を挟む２つの液体層の一方に、より強
い吸収を受ける波長を含む測定光を、界面検知位置にお
いて前記液体試料に入射する測定光照射手段と、 b)該測定光照射手段から発せられて液体試料中を通過し
た又は通過途中で散乱した測定光を検出する受光手段
と、 c)該受光手段により受光された光強度に基づいて測定光
が入射した液体層を判別することにより、界面が前記界
面検知位置の上下のいずれに位置するのかを識別する識
別手段と、を備えることを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態、及び効果】すなわち、この発明に
係る液体界面検出装置では、界面検知位置を挟んで界面
が上方に存在する場合、或いは下方に存在する場合の、
一方の場合にのみ測定光はその特定波長を強く吸収する
液体層中を通過又はその液体層中で散乱し、強度が大き
く減衰した測定光が受光手段に到達する。識別手段はそ
の光強度に応じて、測定光が入射された液体層を判別す
ることができ、それにより測定対象の界面が界面検知位
置の上方又は下方のいずれにあるのかを知ることができ
る。

【０００７】したがって、本発明に係る液体界面検出装
置では、液体試料に光を照射し、その通過光又は散乱光
を検出して界面を検知しているので、液体試料を収容し
た容器の外側に装置を配設すればよく、液体とは非接触
で界面の検知が行える。また、その構成は簡単であるた
め、故障の発生の可能性が極めて小さく、またコストも
小さくて済む。

【０００８】また、本発明に係る液体界面検知装置の好
ましい実施形態としては、上記手段に加え、 d)前記測定光に近接して、前記２つの液体層のいずれに
も吸収を受けない波長を含む基準光を液体試料に入射す
る基準光照射手段と、 e)該基準光照射手段から発せられて液体試料中を通過し
た又は通過途中で散乱した基準光を検出する基準光受光
手段と、を更に備え、前記識別手段は、測定光受光強度
と基準光受光強度との差又は比を求め、その差又は比に
基づいて測定光が入射した液体層を判別することによ
り、界面が前記界面検知位置の上下のいずれに位置する
のかを識別する構成とするとよい。

【０００９】この構成では、着色や濁りなどにより液体
試料全体の状態が変化したことによって測定光の光強度
が減少したとき、基準光の受光強度も同様の影響を受け
て減少するので、測定光受光強度と基準光受光強度との
差や比には上記要因の影響が生じない。したがって、こ
の構成によれば、上記要因による界面の検知誤りを回避
することができ、より正確な界面検知を達成し得る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る液体界面検知装置の一実
施例を図１〜図３を参照して説明する。

【００１１】図１は、本実施例による液体界面検知装置
のブロック構成図である。この液体界面検知装置は、容
器１内に貯留された油２と、油２と分離してその下層に
沈殿した水３とが積層して成る液体において、油２と水
３との液体層間の界面４の高さを検知するものであっ
て、具体的には、その界面４が所定の界面検知位置の上
方又は下方のいずれにあるのかを検知する。

【００１２】発光部５は、第１及び第２なる２つの発光
器５１、５２を有しており、両発光器５１、５２からそ
れぞれ発せられた基準光及び測定光は水平な界面４に略
平行に、容器１内の液体に向けて照射される。この測定
光が入射する位置が上記界面検知位置になる。基準光は
その波長が１．３μｍを中心に鋭いピークを有するもの
であって、そのピーク波長は油、水ともに吸収を受けな
い波長である。一方、測定光はその波長が１．４５μｍ
を中心に鋭いピークを有するものであって、そのピーク
波長は油には吸収を受けず、水のみに吸収を受ける（水
３による１．４５μｍの波長光の吸収率をαとしてい
る）波長である。発光部５は、第１及び第２発光器５
１、５２を５０％デューティ比の一定周波数でもって交
互に点灯駆動する。第１及び第２発光器５１、５２とし
ては安価な発光ダイオードを利用することができるが、
勿論、他の発光素子を用いてもよい。

【００１３】なお、図１では、発光強度がＩで表されて
いる基準光と発光強度がＫで表されている測定光とは界
面４に対して垂直方向に並んでいるように見えている
が、実際には基準光と測定光とは界面検知位置を含む同
一水平面内に光路を有しているものとする。基準光と測
定光とは垂直方向にずれていてもよいが、できるだけ近
接していることが望ましい。なぜなら、両光路が近接し
ているほど濁りや着色などの液体の状態が同一に近く、
後述のような処理の結果、それらの誤差要因をより確実
に除去できるからである。

【００１４】容器１を挟んで発光部５と反対側には、上
記２つのピーク波長に対して等しい感度を有する受光器
６が、基準光及び測定光を共に検出可能であるように配
設されている。したがって、上述のように第１及び第２
発光器５１、５２が交互に点灯されるとき、受光器６は
基準光と測定光の通過光を交互に受光する。この受光器
６による受光信号は増幅器７で増幅された後、整流・平
滑化回路８に入力されている。整流・平滑化回路８は上
記発光器５１、５２の点灯周期よりも十分に長い時定数
でもって入力波形を平滑化することにより、基準光受光
信号と測定光受光信号の電圧差を直流信号として取り出
す。比較器９はこの差信号を所定の閾値Ｖthと比較し、
その大小関係に応じた二値信号を出力する。なお、発光
部５には光量補正部１０が付設されており、光量補正部
１０は第１及び第２発光器５１、５２の発光光量を後述
のように調整する機能を有している。

【００１５】次に、本実施例の液体界面検知装置の動作
を図２、図３を参照しつつ説明する。図２は受光器６に
おける受光強度を示すスペクトル、図３は本実施例の動
作を示す波形図である。

【００１６】まず、図１（ａ）に示すように基準光及び
測定光が油２の液体層中を通過するような状態でもっ
て、発光部５は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように一
定周期で第１及び第２発光器５１、５２を交互点灯させ
る。そして、受光器６での基準光受光強度と測定光受光
強度とがほぼ同一となるように（図２（ａ）参照）、光
量補正部１０により第１及び第２発光器５１、５２のい
ずれか一方又は両方の光量を調整しておく。その結果、Ｉ・Ｐ＝Ｋ・ＰＰ：受光器６での受光効率となる。このとき、整流・平滑化回路８で取り出される
差信号は図３（ｃ）に示すように零になり、比較器９の
出力はＬレベルである。

【００１７】図１（ｂ）に示すように、下層の水３の量
が増加して界面４が界面検知位置を越えると、基準光が
受光器６に到達する際の受光強度は変化しないものの、
測定光は水３による強い吸収を受けるため、測定光が受
光器６に到達する際の受光強度は大きく減少し、その受
光強度は（１−α）Ｋ・Ｐとなる（図２（ｂ）参照）。
それにより、受光器６の出力信号は、図３（ｄ）に示す
ように測定光受光時と基準光受光時とで大きな電圧差が
生じる。その結果、このときに整流・平滑化回路８で取
り出される差信号は、Ｉ・Ｐ−（１−α）Ｋ・Ｐ＝Ｋ・Ｐ−（１−α）Ｋ・Ｐ
＝α・Ｋ・Ｐとなる。すると、図３（ｅ）に示すように比較器９にお
いて差信号は閾値Ｖthを越えるため、その出力は図３
（ｆ）に示すようにＨレベルになる。すなわち、比較器
９の出力信号がＬレベル→Ｈレベルに変化したとき、界
面４が界面検知位置を上回ったと判断することができ
る。また、逆に比較器９の出力信号がＨレベル→Ｌレベ
ルに変化したときには、界面４が界面検知位置を下回っ
たと判断することができる。

【００１８】このようにして本実施例の界面検知装置で
は、油２の液体層と水３の液体層との界面４が所定の界
面検知位置の上方又は下方のいずれにあるのかを判別す
ることができる。

【００１９】上記実施例は一例であって、本発明の趣旨
の範囲で適宜に修正や変更を行えることは明らかであ
る。

【００２０】例えば、上記実施例は、油と水とを積層さ
せた２つの液体層の界面検知に本発明を適用したもので
あるが、比重の相違により上下に分離する全ての液体の
組合せに適用が可能である。勿論、その液体の種類に応
じて測定光や基準光の波長ピークを適当に選ぶ必要があ
ることは言うまでもない。

【００２１】また、上記実施例では、同一の受光器によ
り基準光と測定光とを時分割で検出しているが、それぞ
れに独立に受光器を設け、その受光強度の差を差分増幅
器などによって得るようにしてもよい。また、基準光受
光強度と測定光受光強度との差を取る代わりに比を求め
るようにしてもよい。

【００２２】更に、上記実施例では２つの液体層の界面
を検知する構成であるので、基準光と１つの測定光とを
用いていたが、３つ以上の液体層の２つ以上の界面をそ
れぞれ検知する構成では、更に各液体層で強い吸収を受
ける波長を有する２つ以上の測定光を用意するようにす
ればよい。

【００２３】また、上記実施例のように２つの液体層の
界面を検知する構成であっても、更にその検知の正確性
を高めるために、２つ以上のそれぞれ相違する波長ピー
クを有する測定光を用いてもよい。例えば、上記実施例
のように水と油との界面を検知する場合に、１．４５μ
ｍの波長光以外に、水によって強い吸収を受ける１．９
４μｍの波長を有する測定光も用意し、２つの測定光受
光強度が共に減少したときに界面検知位置に水の層が存
在すると判断するようにすればよい。

【００２４】また、上記実施例は受光器で透過光を検出
する構成であるが、通過途中で散乱する散乱光を検出す
る構成とすることもできる。この場合には、基準光及び
測定光の各散乱光が複数の液体層を通過しない位置に受
光器を設けることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による液体界面検知装置の
ブロック構成図。

【図２】本実施例の液体界面検知装置の受光器におけ
る受光強度を示すスペクトル。

【図３】本実施例による液体界面検知装置の動作を説
明するための波形図。

【符号の説明】

１…容器２…油３…水４…界面５…発光部５１…第１発光器５２…第２発光
器６…受光器７…増幅器８…整流・平滑化回路９…比較器１０…光量補正部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比重の相違する複数の液体が互いに分離
して積層した状態にある液体試料に対し、各液体層間の
界面を検知する液体界面検知装置であって、 a)測定対象の界面を挟む２つの液体層の一方に、より強
い吸収を受ける波長を含む測定光を、界面検知位置にお
いて前記液体試料に入射する測定光照射手段と、 b)該測定光照射手段から発せられて液体試料中を通過し
た又は通過途中で散乱した測定光を検出する受光手段
と、 c)該受光手段により受光された光強度に基づいて測定光
が入射した液体層を判別することにより、界面が前記界
面検知位置の上下のいずれに位置するのかを識別する識
別手段と、を備えることを特徴とする液体界面検知装置。