JP2005091318A

JP2005091318A - 超音波濃度計

Info

Publication number: JP2005091318A
Application number: JP2003328899A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hatano; 眞也波多野; Satoyuki Suzuki; 智行鈴木; Hajime Hachisuga; 一蜂須賀
Original assignee: Fuji Industrial Co Ltd; Fuji Kogyo KK
Current assignee: Fuji Industrial Co Ltd; Fuji Kogyo KK
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】超音波濃度計において、高温での使用性が良く、被測定液を汚染しないようにすること。
【解決手段】被測定液中浸漬される測定体２０が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器２５と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器２５とを備えてなる超音波濃度計１０において、測定体２０をセラミックにて形成したもの。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波濃度計に関する。

超音波濃度計として、特許文献１に記載の如く、被測定液中に浸漬される測定体が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器とを備えてなるものがある。

この超音波濃度計では、測定体が被測定液中に浸漬されるから、超音波送波器から超音波受波器に至る超音波の伝播距離が、外気温度の影響を受けることがなく、測定精度を向上できる。

この超音波濃度計の測定体としては、全体を金属で構成するもの、又は超音波送波器と超音波受波器が接着される金属にフッ素樹脂を接着し、フッ素樹脂にて被測定液との接液面を構成するものがある。
特許2612449（２頁、第２図）

従来技術には以下の問題点がある。
(1)測定体の全体を金属で構成したものは、剛性、音響特性とも良いが、接液部で金属イオンを析出して被測定液を汚染する。

(2)測定体の接液部をフッ素樹脂で構成したものは、金属イオンを析出しないが、剛性、音響特性の改善のために、金属を複合化する必要がある。被測定液が高温になると、金属とフッ素樹脂の熱膨張率の差により音響特性が悪くなるし、両者の接着が剥離するおそれもある。

本発明の課題は、超音波濃度計において、高温での使用性が良く、被測定液を汚染しないようにすることにある。

請求項１の発明は、被測定液中に浸漬される測定体が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器とを備えてなる超音波濃度計において、測定体をセラミックにて形成したものである。

請求項２の発明は、被測定液中に浸漬される測定体が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器とを備えてなる超音波濃度計において、測定体を石英にて形成したものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記被測定液の温度を検出する温度検出器を、該被測定液に接しない状態で前記測定体に設けたものである。

請求項４の発明は、請求項３の発明において更に、前記セラミックがＳｉＣであるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において更に、前記被測定液を収容する容器に前記測定体を液密に挿入してなり、該容器をセラミックにて形成したものである。

請求項１の発明によれば下記(a)の作用効果がある。
(a)測定体をセラミックにて形成したから、単独で高い剛性を示し、被測定液が高温になっても安定した音響特性を維持する。また、接液部で腐食せず、金属イオンを析出することがなく、被測定液を汚染しない。

請求項２の発明によれば下記(b)の作用効果がある。
(b)測定体を石英にて形成したから、被測定液がフッ酸以外であれば、単独で高い剛性を示し、被測定液が高温になっても安定した音響特性を維持する。また、接液部で腐食せず、金属イオンを析出することがなく、被測定液を汚染しない。

請求項３の発明によれば下記(c)の作用効果がある。
(c)温度検出器を被測定液に接しない状態で測定体に設けた。従って、温度検出器は測定体に保護され、被測定液に接して腐食することがなく、被測定液を汚染しない。また、温度検出器は、超音波が伝播する被測定液の側傍に設置され、被測定液の温度を高精度で検出する。

請求項４の発明によれば下記(d)の作用効果がある。
(d)測定体をＳｉＣによって構成することにより、温度検出器への熱伝導率（時定数）が高くなり、温度検出器の検出性能を向上する。

請求項５の発明によれば下記(e)の作用効果がある。
(e)被測定液の容器をセラミックにて構成することにより、容器の剛性を単独で向上できるし、その耐熱性、耐化学薬品性、純粋性によって被測定液を汚染しない。

図１は超音波濃度計を示すブロック図、図２は第１実施例の超音波濃度計を示す断面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は測定体を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図、図５は第２実施例の超音波濃度計を示す断面図、図６は図５のVI−VI線に沿う断面図である。

（第１実施例）（図１〜図４）
超音波濃度計１０は、図２、図３に示す如く、容器１１に収容された被測定液の濃度を測定するものであり、測定体２０と、演算装置３０と、表示器４０を有して構成される。本実施例において、容器１１は入口１２Ａと出口１２Ｂを相対するように配置し、被測定液を入口１２Ａから出口１２Ｂに流している。

測定体２０は、図４に示す如く、反射型であり、有底円筒部２１の底部たる送受波板２２の下面の両側縁に２本の脚部２３を延出し、２本の脚部２３の先端に反射板２４を備える。

測定体２０は、円筒部２１の筒内たる送受波板２２の上面に、超音波送波器と超音波受波器を兼ねる超音波送受波器（超音波振動子）２５を接着剤等により接着して備える。送受波板２２と反射板２４は、２本の脚部２３の間の液流路２３Ａを介し、距離Ｌだけ離隔配置される。

測定体２０は、円筒部２１を容器１１のＯリング２６が設けられている挿入孔から容器１１の内部に液密に挿入され、円筒部２１のフランジ部２１Ａを押え板２７、ボルト２８により容器１１の上面に固定される。このとき、容器１１の内部で、入口１２Ａから出口１２Ｂに向かう被測定液の直線流が測定体２０の脚部２３に干渉することなく液流路２３Ａをスムースに貫流するように、入口１２Ａと出口１２Ｂを結ぶ直線上に該液流路２３Ａを配置する。超音波送受波器２５から被測定液に送出された超音波は、被測定液を伝播し、反射板２４で反射されて超音波送受波器２５にて受信される。

測定体２０は、円筒部２１の筒内から脚部２３に穿設した格納孔に温度検出器２９を埋込み設置し、被測定液の温度を検出可能にする。温度検出器２９は、被測定液に接しない状態で測定体２０に設けられる。

演算装置３０は、超音波伝播時間計測部３１、温度計側部３２、入出力部３３、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３５、ＲＡＭ３６を備える。

超音波送受波器２５の検出量は超音波伝播時間計測部３１、入出力部３３を経てＣＰＵ３４に転送され、速度演算部としてのＣＰＵ３４にて超音波の伝播速度（Ｖ）が演算され、演算された速度データ（Ｖ）はＲＡＭ３６に格納される。このとき、超音波伝播時間計測部３１は、バースト信号を発することにて超音波送受波器２５の振動子を駆動し、超音波送受波器２５の送受波面（送受波板２２）から超音波バースト信号を放射せしめるとともに、この超音波信号が距離Ｌを伝播して反射板２４で反射され再び距離Ｌを伝播して超音波送受波器２５の送受波面（送受波板２２）に戻る際に該超音波送受波器２５の振動子にて生ずる受信信号を受信する。上記超音波信号の発生時間をｔ_１、上記受信信号の受信時間をｔ_２とすると、超音波の送信から受信までの時間Δｔと超音波の伝播時間Ｖとの間には、(1)式、(2)式が成立する。

Δｔ=ｔ_１−ｔ_２=2Ｌ／Ｖ …(1)
Ｖ=2Ｌ／Δｔ …(2)

尚、上記距離ＬはＬ設定部３７にて初期設定される。
温度検出器２９が検出した被測定液の温度データ（Ｔ）は温度計測部３２、Ａ／Ｄ変換部３８、入出力部３３を経てＲＡＭ３６に格納される。

演算装置３０のＲＯＭ３５は、被測定液の温度（Ｔ）と超音波の伝播速度（Ｖ）と被測定液の濃度（Ｄ）との関係を示す(3)式の関係式を、各種液体毎に、予め記憶している。
Ｄ=Ｆ（Ｔ，Ｖ） …(3)

しかして、本発明の濃度演算部としてのＣＰＵ３４は、被測定液の濃度を以下の如くに演算する。即ち、ＣＰＵ３４は、超音波送受波器２５の検出量に基づいて演算された超音波の伝播速度（Ｖ）、温度検出器２９が検出した温度（Ｔ）を、前述の(3)式に代入することにより、被測定液の濃度（Ｄ）を演算する。

演算装置３０は、ファンクション設定部４１を備えている。ファンクション設定部４１は、演算装置３０の動作を設定するものであり、(1)超音波の伝播速度Ｖのみを測定表示するモード、(2)温度Ｔのみを測定表示するモード、(3)濃度Ｄを演算表示するモードを設定する。ファンクション設定部４１の設定にて得られる測定結果、演算結果は、出力バッファ４２を介して、(1)表示器４０に表示され、或いは(2)デジタル外部出力部４３からデジタル出力として外部に取出され、又は(3)Ｄ／Ａ変換部４４及び絶縁アンプ部４５からアナログ出力として外部に取出される。これらの出力は被測定液の濃度の自動制御、その他の制御情報として利用できる。尚、４６は電源部である。

しかるに、超音波濃度計１０にあっては、測定体２０の全体をセラミック、本実施例ではＳｉＣにて構成している。測定体２０を他のセラミック、例えばガラス状カーボンにて構成することもできる。

尚、容器１１はフッ素樹脂にて構成される。但し、容器１１をＳｉＣ等のセラミックで構成しても良い。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)測定体２０をセラミックにて形成したから、単独で高い剛性を示し、被測定液が高温になっても安定した音響特性を維持する。また、接液部で腐食せず、金属イオンを析出することがなく、被測定液を汚染しない。

尚、この超音波濃度計１０では、測定体２０が被測定液中に浸漬されるから、超音波送波器から超音波受波器に至る超音波の伝播距離Ｌが、外気温度の影響を受けることがなく、測定精度を向上できる。

(b)温度検出器２９を被測定液に接しない状態で測定体２０に設けた。従って、温度検出器２９は測定体２０に保護され、被測定液に接して腐食することがなく、被測定液を汚染しない。また、温度検出器２９は、超音波が伝播する被測定液の側傍に設置され、被測定液の温度を高精度で検出する。

(c)測定体２０をＳｉＣによって構成することにより、温度検出器２９への熱伝導率（時定数）が高くなり、温度検出器２９の検出性能を向上する。

(d)被測定液の容器１１をセラミックにて構成することにより、容器１１の剛性を単独で向上できるし、その耐熱性、耐化学薬品性、純粋性によって被測定液を汚染しない。

尚、超音波濃度計１０にあっては、被測定液がフッ酸以外の場合であれば、測定体２０の全体を石英にて構成しても良い。測定体２０を石英にて構成したときにも、測定体２０は単独で高い剛性を示し、被測定液が高温になっても安定した音響特性を維持する。また、測定体２０の接液部で腐食せず、金属イオンを析出することがなく、被測定液を汚染しない。

（第２実施例）（図５、図６）
第２実施例が第１実施例と異なる点は、測定体２０に代わる測定体５０を用いたことにある。測定体５０は、図５、図６に示す如く、透過型であり、有底筒状部５１の底部たる送波板５２の両側縁と、有天筒状部５３の天部たる受波板５４の両側縁に２本の脚部５５を架け渡してある。

測定体５０は、筒状部５１の筒内たる送波板５２の上面に超音波送波器（超音波振動子）５６を接着剤等により接着し、筒状部５３の筒内たる受波板５４の下面に超音波受波器（超音波振動子）５７を接着剤等により接着して備える。送波板５２と受波板５４は、２本の脚部５５の間の液流路５５Ａを介し、距離Ｌだけ離隔配置される。

測定体５０は、筒状部５１、５３を容器１１のＯリング５８、５９が設けられている挿入孔を介して容器１１の内部に液密に挿入され、筒状部５１のフランジ部５１Ａを押え板６０、ボルト６１により容器１１の上面に固定される。このとき、容器１１の内部で、入口１２Ａから出口１２Ｂに向かう被測定液の直線流が測定体５０の脚部５５に干渉することなく液流路５５Ａをスムースに貫流するように、入口１２Ａと出口１２Ｂを結ぶ直線上に液流路５５Ａを配置する。超音波送波器５６から被測定液に送出された超音波は、被測定液を伝播し、超音波受波器５７にて受信される。

測定体５０は、筒状部５１の筒内から脚部５５に穿設した格納孔に温度検出器２５を埋込み設置し、被測定液の温度を検出可能にする。温度検出器２９は、被測定液に接しない状態で測定体５０に設けられる。

このとき、測定体５０の全体をセラミック、本実施例ではＳｉＣにて構成しており、第１実施例におけると同様の作用効果を奏する。測定体５０を他のセラミック、例えばガラス状カーボンにて構成することもできる。

尚、被測定液がフッ酸以外の場合であれば、測定体５０の全体を石英にて構成しても良い。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は超音波濃度計を示すブロック図である。図２は第１実施例の超音波濃度計を示す断面図である。図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。図４は測定体を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。図５は第２実施例の超音波濃度計を示す断面図である。図６は図５のVI−VI線に沿う断面図である。

符号の説明

１０超音波濃度計
１１容器
２０測定体
２５超音波送受波器
２９温度検出器
５０測定体
５６超音波送波器
５７超音波受波器

Claims

被測定液中に浸漬される測定体が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器とを備えてなる超音波濃度計において、
測定体をセラミックにて形成したことを特徴とする超音波濃度計。
被測定液中に浸漬される測定体が、被測定液に超音波を送波する超音波送波器と、被測定液中を伝播した超音波を受波する超音波受波器とを備えてなる超音波濃度計において、
測定体を石英にて形成したことを特徴とする超音波濃度計。
前記被測定液の温度を検出する温度検出器を、該被測定液に接しない状態で前記測定体に設けた請求項１又は２に記載の超音波濃度計。
前記セラミックがＳｉＣである請求項３に記載の超音波濃度計。
前記被測定液を収容する容器に前記測定体を液密に挿入してなり、該容器をセラミックにて形成した請求項１〜４のいずれかに記載の超音波濃度計。