JP2008232890A - 液体比重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池電解液等の液体の比重を連続的に精度よく測定可能な液体比重測定装置を提供すること。
【解決手段】液体中に浮遊し、かつ前記液体の比重に応じて前記液体の液面に対する上下位置が変動する浮き子を液体とを測定容器に収納し、前記測定容器に前記液体を供給する液体供給口と、前記測定容器内の前記液体を排出する液体排出口と、前記測定容器内の前記液体の液面を一定に保持する堰を有し、前記浮き子の上下位置を非接触状態で計測するための変位計測手段を有し、前記変位計測手段によって検出された浮き子の上下位置情報に基いて前記液体比重を検出する検出装置を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の電解液といった、各種液体の比重を測定する装置に関するものである。

鉛蓄電池の電解液注液工程では、電解液として使用する希硫酸の濃度管理を比重管理で行うことが一般的である。また、液体の比重を測定する方法として、浮き子式目視比重計が知られており、正確な比重測定が可能である。しかしながら、目視操作が必要なため、製造工程内での自動計測には不向きである。

一方、製造工程内で比重を連続的、かつ自動で測定する方法として、導電率式濃度計、超音波式質量流量計、マイクロモーション式（コリオリ式）質量流量計、屈折率式濃度計を用いる方法があるが、測定する液体や温度条件等により測定器に設定するパラメータ値が大きく変わり、測定精度を維持する事ができず、前記したような浮き子式目視比重計を用いて頻繁に校正を行なう必要が有った。また、測定方式によっては、測定できない比重領域が存在するという不具合もあった。

また、測定する液体が透明でない場合は、浮き子式比重計の目盛が読みにくいという欠点も有った。

上記した各種の比重測定方式に対して、特許文献１には、従来の浮き子式目視比重計の浮き子と、液面測定用の浮き子とを併用し、両者の上下方向の位置と、これらの値から得られる液面に対する浮き子の上下方向の位置から液体の比重を得ることが示されている。
特開平９−５５２３３号公報

しかしながら、特許文献１に示された比重測定装置は、浮き子と液面測定用浮き子の２種の浮き子の上下方向の位置の測定が必要であり、装置構成として非常に複雑なものである。また、液面測定用浮き子も液体の比重変化により、アルキメデスの原理によって浮沈するため、液面位置測定の誤差が生じるため、この誤差の補正操作が必要となる。

液面測定用浮き子として、可能な限り低い密度の素材を用いることによって、比重変化による浮沈量の変化を少なくできる。このような場合、液面測定用浮き子の質量が低下するため、測定容器内の液体の流れや液面の揺動の影響を受け、液面測定用浮き子の液面に対する上下位置が不安定となり、結果として、比重測定精度を低下させるという課題があった。

本発明は、液体の種類に関係なく比重を精度よく自動で測定できる、液体比重測定装置を提供するものである。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、液体比重測定装置であり、前記液体中に浮遊し、かつ前記液体の比重に応じて前記液体の液面に対する上下位置が変動する浮き子と、前記浮き子と前記液体とを収納する測定容器と、前記測定容器に前記液体を供給する液体供給口と、前記測定容器内の前記液体を排出する液体排出口と、 前記測定容器内の前記液体の液面を一定に保持する堰を有し、前記浮き子の上下位置を非接触状態で計測するための変位計測手段を有し、前記変位計測手段によって検出された浮き子の上下位置情報に基いて前記液体の比重を検出する検出装置を備えた液体比重測定装置を示すものである。

また、前記液体供給口を前記測定容器の側壁の上下方向にわたって複数設けることにより、測定容器内の液体の流れによる浮き子の浮沈量の変化が抑制され、より正確な比重測定が可能となり、より好ましい。

さらに、前記液体の液温を計測する温度センサーを備え、前記液体の比重と温度との相関関係を示すデータを参照し、前記液体の比重を所望する液温における比重値に補正する補正手段を備えることにより、液温変化を補正した比重値を得ることができ、より好ましい。

また、さらに前記液体供給口より上流側、もしくは前記堰より下流側に、比重目盛を有した第２の浮き子と、前記第２の浮き子を収納する第２の測定容器を備えることにより、目視により比重測定が可能となり、目視によって得た比重値に基いて、液体比重測定装置の校正が可能となり、さらに好ましい。

本発明によれば、液体の種類に影響を受けることなく、液体の比重を精度よく自動で測定できるという顕著な効果を奏する。

図１は、本発明の液体比重測定装置１を示す図である。

比重を測定する液体２は測定容器３内にあり、測定容器３に設けられた液体供給口４から液体２が測定容器３内に供給されるとともに、液体２は測定容器３内を流動し、液体排出口５から液体比重測定装置１外に移動する。

測定容器３内の液体２中には、液体２の比重に応じて液体２の液面２ａに対する上下位置が変動する浮き子６が配置される。浮き子６の上部には浮き子６の上下位置の基準面となる平板６ａが有り、この平板６ａの上方に、変位計測手段７が設けられ、変位計測手段７と平板６ａとの間の距離ｘを非接触的に計測する。

変位計測手段７は、レーザー式変位計や超音波式変位計といった非接触式の変位計であればよく、本発明の液体比重測定装置１では、非接触式変位計における変位量の検出方式で、機能を限定されるものでは無い。

本発明では、測定容器３内の液面２ａを一定高さに保持するための堰８を有する。堰８の先端から、液体２がオーバーフローして液体排出口５に導出される。堰８の先端形状としては、直線状とすることもできるが、図２に示したような波型形状とすることができる。波型形状における山部８ａと谷部８ｂとの間より液体２がオーバーフローすることになる。このような波型形状は、先端形状を直線状とした場合より、液面２ａの位置がより安定するため、好ましい。

本発明では、液面２ａの位置が堰８によって一定となるため、変位計測手段７によって求めた距離ｘと、既知である液面２ａ間の距離ｙとの差分ｚ（ｚ＝ｙ−ｘ）が、平板６ａの液面２ａを基準とした上下方向の位置情報となる。

液体２の種類と、浮き子６の寸法形状・質量によって決定付けられる差分ｚと、液体２の比重との相関関係を示す相関式あるいはデータテーブル等の相関データを、予め変位計測手段７に接続された比重の検出装置９内に記憶させておき、得られた差分ｚの値から、前記の相関データより液体２の比重値を検出する。検出された比重値は、必要に応じて液晶ディスプレイ等の表示手段９ａで表示してもよく、比重値を示す電気的信号として、出力ポート９ｂより外部出力してもよい。

比重値は、一般的に温度によって変化するため、比重値を所定温度での換算比重とし、この換算比重を管理することが一般的である。したがって、液体２の液温Ｔを計測する温度センサー１０を配置し、これによって得られた液温Ｔを用いて補正手段９ｃにより、液温Ｔにおける比重値を所望とする液温Ｔ₀における換算比重値に補正する。

このような補正手段９ｃとしては、予め液体の種類別に比重と液温との関係を示す関係式やデータテーブルを記憶させておき、液温Ｔ、液温Ｔ₀と比重値とから、液温Ｔ₀における換算比重値を得ることができる。

温度センサー１０としては、液体２の種類に応じて必要な防食処理を施した熱電対や測温抵抗体を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

本発明の液体比重測定装置１は、堰８によって液面２ａが一定位置に保持されるため、液面２ａの高さ位置を検出するためのセンサーが不要となる。その結果、液面２ａの測定誤差の影響を受けることなく、より正確な比重測定が可能となる。また、浮き子６を用いるものの、浮き子６には目視用目盛りを用いて比重を読み取るものではないため、液体２の色調に関わらず、正確な比重測定を行なうことができる。

浮き子６としては、図３に示したような、下部に密度の高い、鉛等の錘６ｂと、錘６ｂよりも低密度の部分６ｃを配置することにより、液体２内で、浮き子６が、その上部に設けた平板６ａを上として直立するように構成されている。平板６ａの表面状態としては、変位計測手段７の測定原理に応じて選択する。例えば超音波やレーザーの反射によるものは、これらの信号を反射しやすい表面状態とする。浮き子６の外装６ｄの素材としては、液体２に対する耐食性を有したものから選択することはいうまでもない。

なお、浮き子６の位置が水平方向にずれた場合、距離ｘの測定誤差が大きくなり、場合によっては計測不能となりため、浮き子６の水平方向への移動量を距離ｘの測定可能範囲内に保持するための浮き子ガイド１１を有する。浮き子ガイド１１は浮き子６の水平方向への移動を制限する目的上、少なくとも３個配置する。浮き子ガイド１１と浮き子６とが接触した場合、両者間の摩擦力によって、浮き子６の上下移動が制限される場合があるため、浮き子ガイド１１の表面と浮き子６の外装６ｄの表面は、摩擦力を無視できうる程度まで抑制するべく、平滑性を確保する。

本発明の液体比重測定装置１において、好ましくは、測定容器３の側壁３ａの上下方向にわたって複数の液体供給口４を配置することが好ましい。この場合、液体供給口４が水平方向に開口することとなるが、液体供給口４を測定容器３の底壁３ｂに設ける場合とは異なり、液体供給口４からの液体２の流れが、直線的に浮き子６に衝突し、浮き子６が上方に持ち上げられることによる比重測定誤差を低減することができる。

また、液体供給口４を上下方向にわたって複数設けることにより、それぞれの液体供給口４からの液体２の流れが干渉し、摩擦しあうことにより、測定容器３内の一部で液体２流速が他の部分よりも突出して高くなることを抑制する。流速が高く突出した部分が発生すると、この流速の高い流れが浮き子６に衝突して、浮き子６が押し上げられたり、またこの押し上げによって浮き子６が流速の高い流れからはずれて急激に浮き子６が沈下する等、浮き子６の上下位置が静水状態よりも大幅に上方に変位したり、あるいは急激に変化し、結果として比重測定誤差の原因となる。

本発明では、液体供給口４を上下方向にわたって複数設けることにより、上記に起因すする比重測定誤差を抑制でき、より好ましい。

本発明では、液体供給口４より上流側もしくは堰８よりも下流側に第２の測定容器１２を配置し、第２の測定容器１２内の液体２に比重測定用目盛１３ａを有し、液体２の比重に応じて浮沈する第２の浮き子１３を配置することができる。なお、図１に示した例は、第２の測定容器１２を堰８の下流側に設けた例を示している。

第２の測定容器中に配置される第２の浮き子１３は、その比重測定用目盛１３ａにおける液面２ｂ位置を読み取ることにより、目視で液体２の比重を測定するが、第２の浮き子１３による比重測定結果と、検出装置９で検出した温度補正前の比重測定結果とを比較することにより、本発明の液体比重測定装置１が正常に動作しているかどうかの確認作業や、液体比重測定装置１の校正作業が極めて容易となるため、好ましい。

なお、第２の測定容器における液面２ｂは、一定である必要はなく、直接液体排出口５を通して、液体２を排出する構成とすればよい。また、第２の浮き子１３の周囲にも、浮き子６と同様、第２の浮き子１３の水平方向の移動を規制する第２の浮き子ガイド１５を設けることが好ましい。

さらに、第２の測定容器１２内部の１２の流速を各部でより均一とするため、第２の測定容器１２への液体２の導入口１４を図１に示したように、第２の測定容器１２の堰８側の側壁１２ａに上下に渡って複数設けることが好ましい。

浮き子６及び第２の浮き子１３の水平方向の断面積を小さくするに従い、液体２の比重変化に対して、浮き子６及び第２の浮き子１３の上下位置変化がより大きくなる。したがって、精度が要求される浮き子６の水平方向の断面積を、第２の浮き子１３の断面積よりも小さく設定し、第２の浮き子１３を液体比重測定装置１の動作確認用とすることができ、好ましい。

本発明の液体比重測定装置１は、流動する液体２の比重を精度よく連続的に測定することができる。本発明の液体比重測定装置１は、鉛蓄電池の電解液注液工程における電解液比重管理に用いたり、あるいは電解液の比重調整工程に用いることができる。また、電解液の比重管理の他、種々の液体の比重管理に適用することができる。

本発明の液体の比重測定装置を示す図 堰の先端形状を示す図 浮き子を示す断面図 第２の浮き子を示す図

符号の説明

１ 液体比重測定装置
２ 液体
２ａ 液面
２ｂ 液面
３ 測定容器
３ａ 側壁
３ｂ 底壁
４ 液体供給口
５ 液体排出口
６ 浮き子
６ａ 平板
６ｂ 錘
６ｃ 部分
６ｄ 外装
７ 変位計測手段
８ 堰
８ａ 山部
８ｂ 谷部
９ 検出装置
９ａ 表示手段
９ｂ 出力ポート
９ｃ 補正手段
１０ 温度センサー
１１ 浮き子ガイド
１２ 第２の測定容器
１２ａ 側壁
１３ 第２の浮き子
１３ａ 比重測定用目盛
１４ 導入口
１５ 第２の浮き子ガイド

Claims (4)

1. 液体比重測定装置であり、前記液体中に浮遊し、かつ前記液体の比重に応じて前記液体の液面に対する上下位置が変動する浮き子と、前記浮き子と前記液体とを収納する測定容器と、前記測定容器に前記液体を供給する液体供給口と、前記測定容器内の前記液体を排出する液体排出口と、前記測定容器内の前記液体の液面を一定に保持する堰を有し、前記浮き子の上下位置を非接触状態で計測するための変位計測手段を有し、前記変位計測手段によって検出された浮き子の上下位置情報に基いて前記液体の比重を検出する検出装置を備えた液体比重測定装置。
2. 前記液体供給口を前記測定容器の側壁の上下方向にわたって複数設けた請求項１に記載の液体比重測定装置。
3. 前記液体の液温を計測する温度センサーを備え、前記液体の比重と温度との相関関係を示すデータを参照し、前記液体の比重を所望する液温における比重値に補正する補正手段を備えた請求項１〜２の液体比重測定装置。
4. 前記液体供給口より上流側、もしくは前記堰より下流側に、比重目盛を有した第２の浮き子と、前記第２の浮き子を収納する第２の測定容器を備えた請求項１〜３に記載の液体比重測定装置。

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