JP2008051603A - Streaming potentiometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、凝集沈澱処理において凝集剤添加後の凝集状態を検知する流動電位計に関する。 The present invention relates to a flow potentiometer for detecting an aggregation state after adding an aggregating agent in an aggregation precipitation process.
従来より、河川水、湖沼水等の表流水を原水とする浄水処理或は工業用水や排水の処理においては、凝集沈澱処理が広く採用されている。これは、原水にアルミ系や鉄系の無機凝集剤または高分子凝集剤を添加し、先ず、比較的短い時間で急速攪拌して濁質粒子を核とするマイクロフロック(小塊)を生成させる。続けて緩速攪拌を行い、マイクロフロック同士の衝突、結合によりこのマイクロフロックを巨大化させ、沈降速度を大きくし、沈澱処理を行なうことで清澄な上澄み水を得る処理である。さらに、この上澄み水をろ過処理し、沈澱しきれなかった粒子を除去している。 Conventionally, a coagulating sedimentation process has been widely used in a water purification process that uses surface water such as river water and lake water as raw water, or in industrial water and wastewater. This is because aluminum or iron inorganic flocculant or polymer flocculant is added to the raw water, and first, it is rapidly stirred in a relatively short time to generate micro flocs (small lumps) with turbid particles as the core. . This is a process for obtaining clear supernatant water by carrying out slow agitation, enlarging the micro flocs by collision and bonding of the micro flocs, increasing the sedimentation speed, and carrying out the precipitation treatment. Further, the supernatant water is filtered to remove particles that could not be precipitated.
凝集沈澱処理においては、凝集剤添加量、攪拌強度、攪拌時間、水温、pH等の凝集条件を適切にしなければならない。特に、凝集剤の添加後は、凝集状態を迅速かつ正確に検知する必要がある。すなわち、この検知結果から、適切な量の凝集剤を添加することができ、添加される凝集剤の量を削減し、かつ清澄な処理水を得ることができる。このように、凝集状態検知センサは凝集沈澱処理プロセスにおいて重要な役割を担っている。 In the coagulation precipitation treatment, coagulation conditions such as the addition amount of the coagulant, the stirring intensity, the stirring time, the water temperature, and the pH must be appropriate. In particular, after the addition of the flocculant, it is necessary to detect the agglomerated state quickly and accurately. That is, from this detection result, an appropriate amount of flocculant can be added, the amount of flocculant added can be reduced, and clear treated water can be obtained. As described above, the aggregation state detection sensor plays an important role in the aggregation precipitation process.
凝集状態検知センサとしては大別して次の2通りの方法がある。1つは光学的に濁質の粒子径を直接計測する方法(例えば、特許文献1参照)である。 The aggregation state detection sensor is roughly divided into the following two methods. One is a method of directly measuring the particle size of optically turbid particles (see, for example, Patent Document 1).
もう1つは、被検水中の濁質粒子の荷電状態をゼータ電位に関連したいわゆる流動電流として測定する方法である。すなわち、周知のように濁質粒子、例えば、ごみ等のコロイド粒子は(−)電荷に帯電しており、その流れに伴い所謂流動電流が測定される。コロイド粒子だけでは、(−)電荷に帯電したもの同士反発しあうので凝集することはない。そこで、(+)電荷の凝集剤を添加して中和する。この電荷の中和により、コロイド粒子は無極性粒子となり、分子間力で互いに引き合い、凝集される。また、電荷が中和されたことにより、流動電流値は低下する。したがって、この流動電流を測定することにより、凝集剤添加後の濁質の凝集状態を検知することができる。 The other is a method of measuring the charge state of turbid particles in the test water as a so-called flowing current related to the zeta potential. That is, as is well known, turbid particles, for example, colloidal particles such as dust are charged to (−) charge, and a so-called flow current is measured along with the flow. The colloidal particles alone do not agglomerate because the (−) charged particles repel each other. Therefore, a (+) charge coagulant is added for neutralization. Due to this neutralization of the charges, the colloidal particles become nonpolar particles and are attracted to each other and aggregated by intermolecular force. In addition, the flow current value decreases due to the neutralization of the charge. Therefore, by measuring this flowing current, it is possible to detect the turbid aggregate state after the addition of the flocculant.
この流動電流を測定する方式はオンラインで連続的に測定可能なセンサとしてGerdesにより考案されたもので、ピストン型のセンサに被検水が流入することにより、ピストンを包むシリンダーの管壁の両端に配置した電極間の流動電流を計測する方式である。この方式は、簡単な構造で流動電流を検知できることから海外の浄水場において広く用いられ、国内においても最近数箇所の浄水場で用いられるようになってきた。 This method of measuring the flowing current was devised by Gerdes as a sensor that can be continuously measured online, and when test water flows into the piston type sensor, it is applied to both ends of the cylinder wall that wraps the piston. This is a method for measuring a flowing current between arranged electrodes. This method is widely used in water purification plants overseas because it can detect the flowing current with a simple structure, and has recently been used in several water purification plants in Japan.
この方式においては、センサ本体の電位検出部がピストン駆動のため、長期に亘って連続運転した場合、ピストンの軸中心がシリンダー管壁の汚れ等により初期の位置からズレてしまう。これによりピストンとシリンダーの間隙の距離が部分的に変わってしまい、安定した流動電位(電流)が測れなくなる。このような不具合に対しては、洗浄装置に関する提案もなされていた(例えば、特許文献2参照)。
このように、ピストンを有する構成であると長期間の使用により汚れの影響を受けて安定した流動電流が測れなくなるという問題があった。 As described above, the configuration having the piston has a problem that a stable flowing current cannot be measured due to the influence of dirt due to long-term use.
そこで、ピストンのような可動物体を要せずに、流動電流を測定できる流動電位計が本件出願人により提案されている。この流動電位計は、センサヘッドとして、絶縁性の直管内に芯体となる円筒を配し、管両端部に電極を置き、芯体と直管の間隙に、被検水の脈流を流通させることにより流動電流を検出する方式である。 Accordingly, the present applicant has proposed a flow electrometer that can measure a flowing current without requiring a movable object such as a piston. This flow potentiometer is a sensor head with a cylindrical cylinder that is a core in an insulating straight pipe, electrodes are placed on both ends of the pipe, and a pulsating flow of test water is circulated through the gap between the core and the straight pipe. This is a method for detecting a flowing current by causing the current to flow.
この流動電位計は、従来のピストンのような可動物体を要しないため、長期間にわたって安定して流動電位(電流)を測定することができる。しかし、新規な構成であるため、種々の改良点が見出され、今回の発明に到った。 Since this flow potential meter does not require a movable object such as a conventional piston, the flow potential (current) can be measured stably over a long period of time. However, since this is a new configuration, various improvements have been found, leading to the present invention.
本発明の目的は、センサヘッド内部(特に電極間)の流速状態を調整することにより、電極間に発生する流動電位信号へのノイズやドリフトを減少させることができる流動電位計を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a flow electrometer that can reduce noise and drift to a flow potential signal generated between electrodes by adjusting the flow velocity state inside the sensor head (particularly between the electrodes). is there.
本発明による流動電位計は、被処理水が流される直管パイプ内に芯体を、その外周面が前記直管パイプ内周面と一定間隔の流路を形成するように配置し、この流路の両端又はその近くにこの流路を流れる被処理水と接するように電極をそれぞれ配置し、これら電極間の被処理水に生じる電位差を計測する計測部を備えた流動電位計であって、前記直管パイプ内面と芯体との間の前記一定間隔の流路を流れる被処理水が層流状態で、かつその流速が変化するように流す手段を備えたことを特徴とする。 In the flow potential meter according to the present invention, a core is arranged in a straight pipe through which water to be treated flows, and an outer peripheral surface thereof forms a flow path having a constant interval with the inner peripheral surface of the straight pipe. A flow electrometer equipped with a measuring part for measuring a potential difference generated in the water to be treated between these electrodes by arranging electrodes so as to be in contact with the water to be treated flowing in this flow path at or near both ends of the path, There is provided a means for flowing the water to be treated flowing through the flow path at a predetermined interval between the inner surface of the straight pipe and the core body in a laminar flow state so that the flow rate thereof changes.
本発明では、直管パイプに対して、この直管パイプを流れる被処理水流量を調整可能な弁を設けると共に、この弁を含む前記直管パイプの流入側と流出側とをバイパスするバイパス管路を連結してもよい。 In the present invention, the straight pipe is provided with a valve capable of adjusting the flow rate of the water to be treated flowing through the straight pipe, and the bypass pipe that bypasses the inflow side and the outflow side of the straight pipe including the valve. The roads may be connected.
また、本発明では、直管パイプの被処理水流入側に、この直管パイプ内の被処理水の流れを層流状態に整流する整流器を配置してもよい。 Moreover, in this invention, you may arrange | position the rectifier which rectifies | straightens the flow of the to-be-processed water in this straight pipe pipe to a laminar flow state in the to-be-processed water inflow side of a straight pipe.
また、本発明では、直管パイプ内に配置される電極のうち、上流側の電極を、直管パイプ及び芯体で構成される流路の開始端から、被処理水の流れが層流状態に落ち着く距離分、下流側に配置し、かつ下流側の電極は、前記上流側の電極と所定の距離を保って配置してもよい。 Further, in the present invention, among the electrodes arranged in the straight pipe, the upstream side electrode has a laminar flow state of the water to be treated from the start end of the flow path constituted by the straight pipe and the core. The downstream electrode may be disposed on the downstream side by a distance that settles down, and the downstream electrode may be disposed at a predetermined distance from the upstream electrode.
また、本発明では、直管パイプ及び芯体で構成される流路の開始端から終了端までの距離を、通常の流動電位測定に要する距離の2倍以上に設定し、この流路の被処理水流通方向に対し、その上流、中間部、下流のそれぞれに、通常の流動電位測定に要する距離を保って電極を設置し、計測部は、上流側電極と中間部電極及び中間部電極と下流側電極との間の被処理水に生じる電位差をそれぞれ計測する構成でもよい。 In the present invention, the distance from the start end to the end end of the flow path constituted by the straight pipe and the core is set to be twice or more the distance required for normal flow potential measurement. With respect to the direction of the treated water flow, electrodes are installed at the upstream, intermediate, and downstream distances required for normal flow potential measurement, and the measurement unit includes an upstream electrode, an intermediate electrode, and an intermediate electrode. The structure which measures each potential difference which arises in to-be-processed water between downstream electrodes may be sufficient.
また、本発明では、被処理水の流速が変化するように流す手段は、被処理水の流速を所定周期で繰り返すパルス状に変化させるものとする。 Moreover, in this invention, the means to flow so that the flow rate of to-be-processed water may change shall change the flow rate of to-be-processed water to the pulse shape which repeats with a predetermined period.
また、本発明では、被処理水の流速が変化するように流す手段は、被処理水の流速が、所定周期で、かつ一定の割合で速度上昇、下降する三角波状となるように制御するものでもよい。 Moreover, in the present invention, the means for flowing the flow rate of the water to be treated is controlled so that the flow rate of the water to be treated is a triangular wave that rises and falls at a constant rate and at a constant rate. But you can.
さらに、本発明では、被処理水の流速が変化するように流す手段は、被処理水の流速が、所定周期で、かつ一定期間は流速変化が一定状態の方形波状となるように制御するものでもよい。 Further, in the present invention, the means for flowing the flow rate of the water to be treated is controlled so that the flow rate of the water to be treated is a square wave having a predetermined period and a constant flow rate change for a certain period. But you can.
本発明によれば、直管パイプ内面と芯材との間の流路を流れる被処理水が、層流状態で、かつその流速が変化するように流れることにより、電極間に発生する流動電位信号へのノイズやドリフトを減少させることができる。 According to the present invention, the water to be treated that flows in the flow path between the inner surface of the straight pipe and the core material flows in a laminar flow state so that its flow rate changes, thereby generating a flow potential generated between the electrodes. Noise and drift to the signal can be reduced.
以下、本発明による流動電位計の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a flow potential meter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、流動電位計の全体構成を概念的に示している。図1において、1はセンサヘッドであり、ポンプ2により被処理水(被検水でもある)が供給される。センサヘッド1内を流通した被処理水は流量計5を経て排水される。センサヘッド1は被処理水の流動電位(電流)を測定する。また、流量計5はセンサヘッド1内を流通する被処理水の流量を測定し、その流通状態を監視する。
FIG. 1 conceptually shows the overall configuration of the flow electrometer. In FIG. 1,
3は制御回路で、センサヘッド1及び流量計5からの測定値を入力し、ポンプ2に対して制御指令を出力する。4は監視制御用のコンピュータ(図ではパソコンを用いている)で、この制御回路3に接続されており、この制御回路3から流動電位測定値を入力して、被処理水の凝集状態を検出する。
次に、図2によりセンサヘッド1の内部構成を説明する。
Next, the internal configuration of the
図2において、6は被処理水が流される直管パイプで、絶縁性で耐食性の材質で作られ、センサヘッド1の外郭をなす。この絶縁性で耐食性の直管パイプ6内の軸芯部には、同様な材質の芯体7を同心上に配置している。この芯体7は、その外周面が直管パイプ6の内周面と一定間隔を成すように配置される。また、この芯体7は、直管パイプ6の両端に設けられるキャップ12の内側に配置したコア保持冶具8により固定される。この保持冶具8は液流通孔を複数有する。また、キャップ12はパイプにネジ込み式とし、キャップ12の内側にはOリングを入れ、液漏れを防止した。キャップ12にはホースニップル10取り付け、被処理水(被測定液)を流通させるホース11を取り付け可能とした。したがって、ホース11からキャップ12内に流入した被処理水は、保持冶具8の液流通孔を通って、直管パイプ6の内周面と芯体7の外周面との間に形成された一定間隔の流路を通り、反対側の保持冶具8及びキャップ12を経てホース11に排水される。
In FIG. 2, 6 is a straight pipe through which the water to be treated flows, and is made of an insulating and corrosion-resistant material, and forms an outline of the
さらに、直管パイプ6内の、芯体7の両端近くに、それぞれ電極9を配置している。この電極9はリング状に形成され、直管パイプ6内を流れる被処理水に接するように設置されている。これら電極9は、これら電極間の被処理水に生じる電位差を計測する計測部13と接続している。
Furthermore, the
ここで、直管パイプ6及びその内部に設置される芯体7の材質は、絶縁性で耐食性のものであればよく、例えば、塩ビ、テフロン(登録商標)、デルリン(ポリアセタール樹脂)などが用いられる。また、電極9としては、ステンレス(SUS304)を用いた。芯体7の外周面と直管パイプ6の内周面との間隙は、0.2±0.05mmとした。ただし、この間隙は芯体7又はパイプ6の径を変えることにより自在に調節できる。この例では、直管パイプ6の径は30mm程度、長さは45mm程度とした。
Here, the material of the
このセンサヘッド1に対し、ダイヤフラム式のポンプ2により被処理水を脈流で送り、芯体7と直管パイプ6の管壁との間隙を流通させ、芯体7の両端の電極9に生じた起電力を増幅し、流動電流を得た。
To this
このようにシンプルな構造のセンサヘッド1により流動電流が検知できるため、従来よりも長期にわたり、安定した出力を得ることができるようになった。
Thus, since the flowing current can be detected by the
ただし、浄水場において凝集状態に応じたきめ細やかな凝集剤投入を実現するためには、凝集状態やその変化を捉えるためのセンサの感度向上が重要である。 However, in order to realize a fine flocculant injection according to the aggregation state in the water purification plant, it is important to improve the sensitivity of the sensor for capturing the aggregation state and its change.
ここで、間隔が狭い2枚の平行平板に流体を流したときに、流路(平行平板)の両端に生じる電圧(凝集状態に相関性ある流動電位)Vは、以下の式で表現される。
ここで、ε:誘電率、L:流路の長さ、σ:導電率、u0:液体の最大流速、E:電場の大きさ、a:流路の幅、Φo:平行平板が持つ電位である。 Where ε: dielectric constant, L: channel length, σ: conductivity, u 0 : maximum liquid flow velocity, E: magnitude of electric field, a: channel width, Φo: potential of parallel plate It is.
センサヘッド1は2枚の平行平板を丸めてつなげた円筒構造とみなすことで近似的に同等と考えることができる。
The
上記(1)式において、誘電率や導電率は処理水依存であり、各々を測定するセンサを利用することにより流動電位式への影響を補正することが可能である。また、センサヘッド1の構造に関する構成要素、a:流路の幅、L:センサヘッドの長さ、Φo:センサヘッドの持つ電位については、材質と形状・寸法が決まればほぼ一定と考えることができる。このため、(1)式は、以下の(2)式のように簡略化して考えることができる。
In the above equation (1), the permittivity and conductivity depend on the treated water, and the influence on the streaming potential equation can be corrected by using a sensor for measuring each. Further, the structural elements relating to the structure of the
V=C×u0 …(2)
ここで、C:定数(誘電率、導電率の補正、センサヘッドの材質、形状・寸法により一定と考える)、u0:液体の最大流速である。したがって、流動電位Vは、液体の最大流速u0に比例すると考えられる。
V = C × u 0 (2)
Here, C is a constant (considered to be constant depending on the correction of dielectric constant and conductivity, the material of the sensor head, shape and size), and u 0 is the maximum flow velocity of the liquid. Therefore, the flow potential V is considered to be proportional to the maximum flow velocity u 0 of the liquid.
しかしながら、実際には、以下の点で流速に制約がある。 However, in practice, the flow velocity is limited in the following points.
a:流れの状態が層流であること。 a: The flow state is laminar.
b:電極表面に大きな分極が生じないこと。 b: Large polarization does not occur on the electrode surface.
上記aについては、流動電位の測定原理上、乱流では流動電流が電極付近で検出が困難となるので、層流状態でなければならない。bについては、定常的な流速において、流体に接触している金属表面には金属自身の電位と、流体の電位との差からその間に分極が生じる。すなわち、周知のように、物質にはそれぞれ固有の電位がある。水と金属との間には容量成分(C)があり、水が静止している場合、或いは水流が一定の場合、前記容量成分により分極が生じ電圧が不安定となる。この状態で電極9,9間の電位を測定した場合、流れの状態や流体の組成が変化することにより、分極状態が変化し、電極間で検出される信号においてノイズやドリフトを生じることとなる。
Regarding a, the flow current is difficult to detect in the vicinity of the electrode in the turbulent flow due to the measurement principle of the streaming potential, so it must be in a laminar flow state. Regarding b, at a steady flow rate, polarization occurs between the metal surface in contact with the fluid due to the difference between the potential of the metal itself and the potential of the fluid. That is, as is well known, each substance has its own potential. There is a capacitive component (C) between the water and the metal, and when the water is stationary or the water flow is constant, the capacitive component causes polarization and the voltage becomes unstable. When the potential between the
以上から、流動電位を検出する装置において、正確な測定を行うためには、測定流体の流れの状態やそれに伴う流速に制約があることがわかる。 From the above, it can be seen that there is a restriction on the flow state of the measurement fluid and the flow velocity associated therewith in order to perform accurate measurement in the apparatus for detecting the flow potential.
問題の原因は、流動電位を測定する電極間の流れの状態が層流状態以外となる場合、つまりレイノルズ数が一定以上(2000以上)の場合や、被処理水が一定流速だと発生しやすい電極表面の分極が生じた場合で、これらが原因となる。これらの場合では、流動電位が正確に測定できなかったり、測定できても誤差が大きくなる。 The cause of the problem is likely to occur when the flow state between the electrodes for measuring the streaming potential is other than the laminar flow state, that is, when the Reynolds number is more than a certain value (2000 or more), or when the treated water has a constant flow rate. This is caused by the polarization of the electrode surface. In these cases, the streaming potential cannot be measured accurately, or the error increases even if it can be measured.
したがって、ノイズやドリフトの影響が少なく、かつ高感度な流動電位計となるためには、被処理水の最大流速が層流状態を満たす範囲とし、電極表面に大きな分極を生じさせないように対策することが必要となる。 Therefore, in order to achieve a high-sensitivity flow potential meter that is less affected by noise and drift, the maximum flow rate of the water to be treated should be in a range that satisfies the laminar flow state, and measures should be taken so as not to cause large polarization on the electrode surface It will be necessary.
図2に示すように、この実施の形態の流動電位計では、絶縁性で耐食性の直管パイプ6内に同様な材質の芯体7を同心上に配置し、この芯体7の外周面と直管パイプ6の内周面との間に一定間隔aの流路を生じさせ、この流路に、コロイド粒子を含む被処理水を流している。そして、芯体7の両端部近傍の2箇所に、内側の流体に接するようにそれぞれ環状の電極9を配置し、各電極9は電位差計測部13と電線で接続している。したがって、電位差計測部13は、被処理水が前記流路に流されたときに各電極9,9間に生じる電位差を計測する構成となっている。
As shown in FIG. 2, in the flow potential meter of this embodiment, a
各電極9,9間で計測される電位差は、コロイド粒子を含む被処理水が流されたときに、添加された凝集剤(例えば、PAC:ポリ塩化アルミニウムなど)の量に応じて変化する。すなわち、凝集状態に相関性のある応答をする。
The potential difference measured between the
ここで、前述したように、a:流れの状態が層流であること、b:電極表面と被検体(被処理水)との間に大きな分極を生じないように対策すること、がノイズやドリフトの小さい安定した流動電位計測を行ううえで重要である。 Here, as described above, a: the flow state is a laminar flow, b: a countermeasure is taken so as not to cause a large polarization between the electrode surface and the specimen (treated water), noise or This is important for stable streaming potential measurement with small drift.
aの層流状態となるためには、被検体の動粘係数νと、被検体の流れる管の直径d、流速v、から定まるレイノルズ数Re=v×d/νが大きくても2000以下となる必要がある。被検体の動粘係数νは採取場所や季節により変動するため、過去の水質試験結果や一定期間の試験結果などからある程度傾向をつかんでおく。そして、最小値またはそれ以下の数値を採用する。このようにすることでレイノルズ数Reが大きく設定されるため、被検体の動粘係数が変動してもレイノルズ数Reは小さくなる方向となり、層流状態を維持しやすい。流速の制御は、ポンプ2の流量を制御することにより容易に実現できる。すなわち、図1に記載したようにセンサヘッド1の下流側(上流側でも同様)に流量計5を設置し、流量信号を制御回路3へ送ることにより、流速が層流状態を維持できるようにポンプ2をフィードバック制御することが可能となる。ポンプ2が異常な流量(ゼロ流量や、乱流となるような流量を継続して出力など)となった場合にも制御回路3で診断することが可能となり、上位システム側・ユーザへ警報を出すことができる。
In order to achieve the laminar flow state of a, the Reynolds number Re = v × d / ν determined from the kinematic viscosity coefficient ν of the subject, the diameter d of the tube through which the subject flows, and the flow velocity v is at most 2000 or less. Need to be. Since the kinematic viscosity coefficient ν of the subject varies depending on the sampling location and season, a certain degree of tendency is grasped from the past water quality test results and test results for a certain period. Then, a numerical value equal to or smaller than the minimum value is adopted. By doing so, the Reynolds number Re is set large, so that even if the kinematic viscosity coefficient of the subject fluctuates, the Reynolds number Re tends to decrease and it is easy to maintain a laminar flow state. The control of the flow rate can be easily realized by controlling the flow rate of the
bの電極表面の分極発生を防ぐためには、被処理液の流速(流量)を変化させることにより、分極状態を防ぐことが可能となる。どのように変化させるについては後述する。 In order to prevent the polarization of the electrode surface of b, the polarization state can be prevented by changing the flow rate (flow rate) of the liquid to be treated. How to change will be described later.
以上の対策を実施することにより、ノイズやドリフトの少ない流動電位を検出することが可能となる。 By implementing the above measures, it is possible to detect a streaming potential with less noise and drift.
次に、図3で示す実施の形態を説明する。図3は流動電位計のセンサヘッド1部分及び周辺機器の構成を示す図である。周辺機器として、3つの電動可変バルブ(以下、単に弁と呼ぶ)21,22,23と、センサヘッド1部をバイパスする管路24が設けられている。すなわち、センサヘッド1を構成する直管パイプ6に対して、この直管パイプ6を流れる被処理水流量を調整可能な弁21,22を設けると共に、この弁21,22を含む直管パイプ6の流入側と流出側とをバイパスするバイパス管路24を連結した構成である。バイパス管路24には、バイパス流量を調整可能な弁23が設けられている。
Next, the embodiment shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
このように構成すると、ポンプ2の流量を制御できない場合、またはポンプ2の流量は制御できても制御可能な流量範囲が、必要とする流量より大きい場合において、図3に示した3つの弁21,22,23の開度を調節することにより、センサヘッド1へ流入する流量、つまり流速を変化させることが可能となる。例えば、センサヘッド1への流速が早い場合、流速を低減するためには、センサヘッド1の前後に設けられた弁21,22の開度を下げ、バイパス管路24に設置した弁23の開度を上げることにより、センサヘッド1への流量つまり流速を減少させることが可能である。
With this configuration, when the flow rate of the
以上により、ポンプ2の単体の場合よりも幅広い流量制御が可能となる。また、弁23の開度を100%、センサヘッド1の前後に設けられた弁21,22の開度を0%(完全に締め切る)とすることにより、センサヘッド1への被処理水の流入を止めることができる。その状態で、センサヘッド1の保守(洗浄、点検、部品交換など)が容易に実施できる。
As described above, it is possible to control the flow rate wider than in the case of the
次に、図4で示す実施の形態を説明する。図4は、流動電位計のセンサヘッド1部分及び周辺機器の構成を示す図である。前述した図3の構成に対して、流れを安定化させる整流器14を追加した構成となっている。すなわち、センサヘッド1を構成する直管パイプ6の被処理水流入側に、この直管パイプ6内の被処理水の流れを層流状態に整流する整流器14を配置している。
Next, the embodiment shown in FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
通常、バタフライ弁や、曲がり管などが上流側にある場合、その下流側の流れの状態は旋回流となり乱れる。その乱れた流れの状態でセンサヘッド1へ被検体が流入した場合、センサヘッド1内の流れの状態も同様に乱れ、流動電位の検出が困難となる。そこで、上記の乱れた流れの状態を安定した層流にするために、整流器14をセンサヘッド1の上流側に配置する。整流器14としては、多数の孔を平行に開けた板を用いる。この整流器14を用いると、乱れた流れの状態であっても、整流器14の孔を通ったあとでは、流れ方向に平行した状態、つまり層流に近い状態となる。なお、注意すべき点としては、整流器14により圧力損失が発生することを考慮する必要がある。
Usually, when a butterfly valve, a bent pipe or the like is on the upstream side, the flow state on the downstream side becomes a swirling flow and is disturbed. When the subject flows into the
次に、図5で示す実施の形態を説明する。図5は、流動電位計のセンサヘッド1部分の構成を示す図である。図2で示した電極のうち上流側(図示右側)電極9aの位置を、図5で示すように、流入部から距離Leだけ下流側(図示左側)に移動させている。図5では、上流側電極9aのみ下流側に移動させたように見えるが、下流側の電極9bも同じく距離Leだけ図示左側に移動させ、図2の場合と同じ電極間距離が得られるように構成している。
Next, the embodiment shown in FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
このように構成したのは次の理由による。センサヘッド1内には、流動電位を検出するために、直管パイプ6の内周面と芯体7の外周面との間に、隙間が非常に狭い(1mm未満)流路が形成されている。この流路形状は、上流側配管からセンサヘッド1内へ流入する被検体の流路形状(配管口径)とは大幅に異なっている。このため、センサヘッド1内での壁面近傍の流速勾配が大きくなり、被検体の流動電位が乱れる(減少する)可能性がある。この流速勾配が層流となるまでの距離は理論的及び実験的に求められている。その距離Leは、レイノルズ数Reと管の直径dから、次の(3)式で示される。
The reason for this configuration is as follows. In the
Le=0.058×Re×d ・・・(3)
したがって、センサヘッド1内の電極9a,9bの位置を流入部から距離Leだけ下流側に移動することによって、センサヘッド1内部の電極9a部分における壁面近傍の流速勾配が安定状態(層流)となる。これにより、流速分布が層流状態で安定した流動電位を検出できる。
Le = 0.058 × Re × d (3)
Therefore, by moving the positions of the
すなわち、センサヘッド1を構成する直管パイプ6内に配置される2個の電極9a,9bのうち、上流側の電極9aを、直管パイプ6及び芯体7で構成される流路の開始端から、被処理水の流れが層流状態に落ち着く距離Le分、下流側に配置する。また、下流側の電極9bは、上流側の電極9aと所定の距離を保って配置する。このように構成することにより、センサヘッド1内部の電極9a部分における壁面近傍の流速勾配が安定状態(層流)となり、流速分布が層流状態で安定した正確な流動電位を検出できる。
That is, among the two
次に、図6で示す実施の形態を説明する。図6は流動電位計のセンサヘッド1部分の構成を示す図である。図2で示したセンサヘッド1の長さを2倍にし、3つ目の電極9cを両端の電極9a,9b間に配置し、各電極9a,9c間及び9c、9b間の電位差をそれぞれ検出する構成となっている。すなわち、センサヘッド1の直管パイプ6及び芯体7で構成される流路の開始端から終了端までの距離を、通常の流動電位測定に要する距離の2倍以上に設定する。この流路の被処理水流通方向に対し、その上流に電極9aを、中間部に電極9cを、下流に電極9bをそれぞれ設置する。これら電極9a,9c間及び9c,9b間の距離は、それぞれ通常の流動電位測定に要する距離とする。そして、上流側電極9aと中間部電極9c及び中間部電極9cと下流側電極9bとの間の被処理水に生じる電位差を、計測部13でそれぞれ計測する。
Next, the embodiment shown in FIG. 6 will be described. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
このような構成において、被処理水の流れが層流で安定している場合には、各電極9a,9c間及び9c,9b間に発生する電位差(流動電位)は安定した値となっている。しかし、流れの状態が乱れてくると、上流側の電極9a,9c間の電位差が乱れてくる。これにより、流れの状態が乱れてきて層流でなくなることを検知することが可能となり、制御回路3において、図1で示したポンプ2や、図3及び図4で示した電動可変バルブ21,22,23の開度を調整することにより、流れの状態を安定化させることができる。
In such a configuration, when the flow of water to be treated is stable in a laminar flow, the potential difference (flow potential) generated between the
次に、被処理水の流量を変化させることについて説明する。前述のように、電極表面の分極発生を防ぐためには、被処理水の流量(流速)を変化させることが必要である。すなわち、センサヘッド1内における被処理水の流速が一定である場合、電極9の表面と被検体の各々が持つ電位の違いから、前述のように電極9の表面が分極状態となる。このため、流れのちょっとした乱れや被処理水(被検体)に含まれる大きな粒子との衝突により分極状態が変化し、電極間の電位差にノイズやドリフトが生じ、誤差要因となる。そこで、センサヘッド1内における被処理水の流速を、層流条件を満たす流速以下において、流速変化させることとする。このように流速を変化させることにより、分極を低減させることができ、安定した流動電位を測定が可能となる。
Next, changing the flow rate of the water to be treated will be described. As described above, in order to prevent polarization on the electrode surface, it is necessary to change the flow rate (flow velocity) of the water to be treated. That is, when the flow rate of the water to be treated in the
流速の変化は、例えば、図7で示すように、常に流速が変化するパルス状の流れを生じさせる。これにより、上記分極によるノイズやドリフトの影響を低減させることができる。但し、流れの状態が乱流にならないように、センサヘッド1内のレイノルズ数Reが2000以下となる流速以下にポンプ2を制御する。ポンプ2には、通常電磁駆動のダイヤフラムポンプが用いられる。すなわち、パルス状の流速を発生させるには、安価に入手可能なダイヤフラムポンプの運転をそのまま利用することができる。流速のパルス周期twは、分極とポンプ特性を考慮して、10ms〜250msぐらいが経験的に妥当である。
For example, as shown in FIG. 7, the change in the flow velocity causes a pulsed flow in which the flow velocity always changes. Thereby, the influence of the noise and drift by the said polarization can be reduced. However, the
このように、パルス状に流速を変化させることは、安価で容易に構成することが可能である。しかし、反面、流速変化が急速になりやすく、ポンプの特性にもよるがハンチング状の流速変化が重畳されることがあり、分極以外のノイズ要因となることがある。すなわち、ダイヤフラムポンプは、その動作原理上、ダイヤフラムに駆動棒を当接させて押圧しているが、この当接によりパルスは計のほかに余分な振動が生じ、これによりハンチング上の流速変化が生じるためである。 In this way, changing the flow velocity in a pulse shape can be easily and inexpensively configured. However, on the other hand, the flow rate change is likely to be rapid, and depending on the characteristics of the pump, a hunting-like flow rate change may be superimposed, which may be a noise factor other than polarization. In other words, the diaphragm pump presses the drive rod against the diaphragm due to its operating principle, but this contact causes extra vibration in addition to the meter due to this contact, and this causes a change in flow rate on hunting. This is because it occurs.
そこで、図8に示すように、一定の加速で流速が変化するいわば三角波状に流速変化させるとよい。これにより、流速のハンチングがおきにくくなり、ノイズ低減を実現できる。この三角波状に流速変化は、図3及び図4で示した弁21,22の開度制御により実現することができる。流速のパルス周期twは、分極を考慮して、10ms〜1sぐらいが経験的に妥当である。
Therefore, as shown in FIG. 8, it is preferable to change the flow velocity in a triangular wave shape so that the flow velocity changes with constant acceleration. Thereby, hunting of the flow velocity is difficult to occur, and noise reduction can be realized. The change in flow velocity in the triangular wave shape can be realized by the opening degree control of the
さらに、別の手法として、図9で示すように、被処理水を方形波状に流速変化させてもよい。ここで、前述した(1)式及び(2)式で説明したように、流動電位Vは流速u0に比例している。しかし、流速がおおきくなると流れの状態が層流から乱流に変化し、流動電位の検出が難しくなる。 Furthermore, as another method, as shown in FIG. 9, the flow rate of the water to be treated may be changed in a square wave shape. Here, the flow potential V is proportional to the flow velocity u 0 as described in the equations (1) and (2). However, when the flow velocity increases, the flow state changes from laminar flow to turbulent flow, and it becomes difficult to detect the flow potential.
そこで、図9に示すような層流状態を維持できる最大流速を一定期間確保し、かつ電極表面の分極が大きくなくノイズ・ドリフト影響が小さい間隔で周期的に流速を変化させる方形波状に流れを制御する。この場合、流速のパルス周期twは、分極を考慮して、10ms〜1sぐらいが経験的に妥当である。 Therefore, the maximum flow velocity that can maintain the laminar flow state as shown in FIG. 9 is ensured for a certain period, and the flow of the flow is made into a square wave that periodically changes the flow velocity at intervals where the polarization of the electrode surface is not large and the influence of noise drift is small. Control. In this case, the pulse period tw of the flow velocity is empirically appropriate from about 10 ms to 1 s in consideration of polarization.
このようにすることにより、流動電位を大きくとれ、かつ分極状態が発生しない最大の定常流速時間を維持することになり、流動電位の計測回数を増加させ、ノイズ影響を低減することが可能となる。 By doing so, it is possible to maintain a maximum steady flow velocity time in which the streaming potential can be increased and the polarization state does not occur, and it is possible to increase the number of streaming potential measurements and reduce the influence of noise. .
1 センサヘッド
2 ポンプ
6 直管パイプ
7 芯体
9 電極
13 電位差の測定部
14 整流器
21,22,23 弁
24 バイパス路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記直管パイプ内面と芯体との間の前記一定間隔の流路を流れる被処理水が層流状態で、かつその流速が変化するように流す手段
を備えたことを特徴とする流動電位計。 The core body is arranged in the straight pipe where the water to be treated flows, so that the outer peripheral surface forms a channel with a certain distance from the inner peripheral surface of the straight pipe, and this core is located at or near both ends of the channel. Each of the electrodes is disposed so as to be in contact with the water to be treated flowing through the flow path, and is a flow electrometer equipped with a measuring unit that measures a potential difference generated in the water to be treated between these electrodes
A flow electrometer comprising: means for flowing the water to be treated flowing through the flow passage at a predetermined interval between the inner surface of the straight pipe and the core in a laminar flow state so that the flow velocity thereof changes. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006226940A JP2008051603A (en) | 2006-08-23 | 2006-08-23 | Streaming potentiometer |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013544016A (en) * | 2010-11-16 | 2013-12-09 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Dielectric barrier discharge lamp device and optical fluid treatment device provided with dielectric barrier discharge lamp device |
CN110006955A (en) * | 2019-04-23 | 2019-07-12 | 广东省海洋工程装备技术研究所 | It is a kind of for detecting the detection device of sand content in oil-gas pipeline |
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2006
- 2006-08-23 JP JP2006226940A patent/JP2008051603A/en active Pending
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JP2013544016A (en) * | 2010-11-16 | 2013-12-09 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Dielectric barrier discharge lamp device and optical fluid treatment device provided with dielectric barrier discharge lamp device |
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CN110006955B (en) * | 2019-04-23 | 2021-10-01 | 广东省海洋工程装备技术研究所 | Detection device for detecting sand content in oil and gas pipeline |
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