JP2018115872A - Carbon black measuring apparatus, carbon black measuring program and carbon black measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃タイヤ等を燃焼させた後に残る燃焼灰中のカーボンブラックを測定するためのカーボンブラック測定装置、カーボンブラック測定プログラムおよびカーボンブラック測定方法に関するものである。 The present invention relates to a carbon black measuring device, a carbon black measuring program, and a carbon black measuring method for measuring carbon black in combustion ash remaining after burning waste tires or the like.
従来、炭素の微粉末であるカーボンブラックは、タイヤ等のゴム製品に添加され補強材として機能することが知られている。また、近年では、アスファルト舗装された道路の耐久性を向上する目的で、アスファルト原料にカーボンブラックを添加し、アスファルトが紫外線によって劣化するのを抑制する技術も実用化され始めている。 Conventionally, it is known that carbon black, which is a fine powder of carbon, is added to rubber products such as tires and functions as a reinforcing material. Further, in recent years, for the purpose of improving the durability of asphalt paved roads, a technique of adding carbon black to asphalt raw material and suppressing asphalt from being deteriorated by ultraviolet rays has begun to be put into practical use.
しかしながら、市販されているようなカーボンブラックは高価なため、上記技術はコスト面がネックとなって一般道路等には普及していない。このため、大量に廃棄されている廃タイヤ等を燃焼させ、その燃焼灰中に残留するカーボンブラックをリサイクルすることも検討されている。ただし、当該リサイクルに際しては燃焼灰中のカーボンブラックが定量的に測定されていることが前提となる。 However, since commercially available carbon black is expensive, the above technique has become a bottleneck in terms of cost and has not spread to general roads. For this reason, it is also considered to burn waste tires and the like that have been discarded in large quantities and to recycle the carbon black remaining in the combustion ash. However, it is assumed that the carbon black in the combustion ash is quantitatively measured during the recycling.
なお、カーボンブラックを定量的に測定する技術として、例えば、特開平１１−２８１５５６号公報には、試料を窒素ガスの流入下に加熱して有機物を熱分解させ、一旦冷却した後、空気の流入下に加熱してカーボンブラックを燃焼させ、この間の重量減少からカーボンブラック量を求めるカーボンブラックの定量分析法が開示されている（特許文献１）。 As a technique for quantitatively measuring carbon black, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-281556, a sample is heated under inflow of nitrogen gas to thermally decompose organic matter, and once cooled, the inflow of air A method for quantitative analysis of carbon black is disclosed in which carbon black is burned by heating downward and the amount of carbon black is determined from the weight loss during this period (Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明を含め、従来、カーボンブラックを定量的に測定しうる有効な方法は熱分析試験に限られるところ、当該熱分析試験用の装置は、非常に高価で大がかりなものであるという問題がある。また、熱分析試験によってカーボンブラックを測定するには多くの時間を要するため、いわゆるその場（in situ）測定には向いていないという問題もある。 However, including the invention described in the above-mentioned Patent Document 1, conventionally, an effective method capable of quantitatively measuring carbon black is limited to a thermal analysis test. However, the apparatus for the thermal analysis test is very expensive. There is a problem that it is a big one. Further, since it takes a lot of time to measure carbon black by a thermal analysis test, there is also a problem that it is not suitable for so-called in situ measurement.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定することができるカーボンブラック測定装置、カーボンブラック測定プログラムおよびカーボンブラック測定方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such problems, and has a simple and inexpensive configuration, and can measure carbon black in combustion ash quickly and easily in a quantitative manner. An object is to provide an apparatus, a carbon black measurement program, and a carbon black measurement method.
本発明に係るカーボンブラック測定装置は、簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定するという課題を解決するために、カルシウム化合物を主成分とする燃焼灰中のカーボンブラックを測定するためのカーボンブラック測定装置であって、前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め記憶する関係式記憶部と、受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得部と、前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出部と、を有する。 The carbon black measuring device according to the present invention has a simple and inexpensive configuration, and in order to solve the problem of quick and easy quantitative measurement of carbon black in the combustion ash, the combustion ash mainly composed of a calcium compound is used. A carbon black measuring device for measuring carbon black in a carbon black, wherein the relationship between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash A relational expression storage unit that stores an equation in advance, a relative reflectance acquisition unit that acquires the relative reflectance of the combustion ash by normalizing the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means, and the relative reflectance acquisition A content rate calculating unit that calculates a content rate of carbon black in the combustion ash based on the relative reflectance acquired by the unit and the relational expression.
また、本発明の一態様として、カーボンブラックの含有率を高精度に算出しうる関係式を生成するという課題を解決するために、前記カーボンブラックの含有率が異なる複数の燃焼灰についての各含有率と、前記複数の燃焼灰の各相対反射率とのデータ対を回帰分析することにより、前記関係式を生成する関係式生成部を有してもよい。 Further, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of generating a relational expression that can calculate the carbon black content rate with high accuracy, each content of the plurality of combustion ash having different carbon black content rates You may have a relational expression production | generation part which produces | generates the said relational expression by carrying out regression analysis of the data pair of a rate and each relative reflectance of said some combustion ash.
さらに、本発明の一態様として、カーボンブラックの含有率を算出する関係式を簡単に特定するという課題を解決するために、前記関係式は下記式（１）により示されてもよい。
Ｎ＝−Ｃａ・ｌｎＲ＋Ｃｂ ・・・式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：燃焼灰中のカーボンブラックの含有率
Ｒ：燃焼灰の相対反射率
Ｃａ，Ｃｂ：係数
Furthermore, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of simply specifying a relational expression for calculating the carbon black content, the relational expression may be expressed by the following formula (1).
N = −C a · lnR + C b (1)
However, each symbol represents the following.
N: Carbon black content in combustion ash R: Relative reflectance of combustion ash C a , C b : Coefficient
また、本発明の一態様として、金属等をほとんど含有しない燃焼灰中のカーボンブラックを高精度に測定するという課題を解決するために、前記相対反射率取得部は、前記受光手段から異なる波長ごとの反射強度を取得した場合、各反射強度の平均値を規格化した相対反射率を前記燃焼灰の相対反射率として取得してもよい。 Further, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of measuring carbon black in combustion ash containing almost no metal or the like with high accuracy, the relative reflectance acquisition unit is configured to receive different wavelengths from the light receiving unit. In this case, the relative reflectance obtained by standardizing the average value of the respective reflection intensities may be obtained as the relative reflectance of the combustion ash.
さらに、本発明の一態様として、カーボンブラック測定装置を携帯可能に小型化するという課題を解決するために、前記燃焼灰に対して異なる波長の光を照射する複数の発光手段と、前記燃焼灰からの反射光を受光し反射強度を出力する受光手段とを有し、前記発光手段のそれぞれは、前記受光手段を中心とする円周上に沿って等間隔で配置されていてもよい。 Furthermore, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of downsizing the carbon black measuring device to be portable, a plurality of light emitting means for irradiating the combustion ash with light of different wavelengths, and the combustion ash Light receiving means for receiving reflected light from the light and outputting the reflection intensity, and each of the light emitting means may be arranged at equal intervals along a circumference centered on the light receiving means.
また、本発明の一態様として、金属等の不純物を含有する燃焼灰中のカーボンブラックを高精度に測定するという課題を解決するために、前記相対反射率取得部は、前記受光手段から反射スペクトルを取得した場合、カーボンブラックを含有しない燃焼灰の反射強度によって、前記反射スペクトル中の所定波長における反射強度を規格化した相対反射率を前記燃焼灰の相対反射率として取得してもよい。 Further, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of measuring carbon black in combustion ash containing impurities such as metals with high accuracy, the relative reflectance acquisition unit receives a reflection spectrum from the light receiving means. May be obtained as the relative reflectance of the combustion ash by standardizing the reflection intensity at a predetermined wavelength in the reflection spectrum based on the reflection intensity of the combustion ash not containing carbon black.
本発明に係るカーボンブラック測定プログラムは、簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定するという課題を解決するために、カルシウム化合物を主成分とする燃焼灰中のカーボンブラックを測定するためのカーボンブラック測定プログラムであって、前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め記憶する関係式記憶部と、受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得部と、前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出部と、してコンピュータを機能させる。 The carbon black measurement program according to the present invention has a simple and inexpensive configuration, and in order to solve the problem of quick and easy quantitative measurement of carbon black in the combustion ash, the combustion ash mainly composed of a calcium compound is used. A carbon black measurement program for measuring carbon black in the ash, the relationship showing the relationship between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash A relational expression storage unit that stores an equation in advance, a relative reflectance acquisition unit that acquires the relative reflectance of the combustion ash by normalizing the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means, and the relative reflectance acquisition A content rate calculating unit that calculates the content rate of carbon black in the combustion ash based on the relative reflectance obtained by the unit and the relational expression; Causing a computer to function Te.
本発明に係るカーボンブラック測定方法は、簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定するという課題を解決するために、カルシウム化合物を主成分とする燃焼灰中のカーボンブラックを測定するためのカーボンブラック測定方法であって、前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め関係式記憶部に記憶する関係式記憶ステップと、受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得ステップと、前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出ステップと、を有する。 The carbon black measurement method according to the present invention has a simple and inexpensive configuration, and in order to solve the problem of quick and easy quantitative measurement of carbon black in the combustion ash, the combustion ash mainly composed of a calcium compound is used. A carbon black measurement method for measuring carbon black in a carbon black, wherein the relationship between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectivity obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash A relational expression storage step for storing an expression in a relational expression storage unit in advance, a relative reflectance acquisition step for acquiring a relative reflectance of the combustion ash by normalizing a reflection intensity of the combustion ash acquired from a light receiving means, Based on the relative reflectance acquired by the relative reflectance acquisition unit and the relational expression, the content of carbon black in the combustion ash is calculated. It has a ratio calculating step.
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定することができる。 According to the present invention, carbon black in combustion ash can be quickly and easily quantitatively measured with a simple and inexpensive configuration.
本発明に係るカーボンブラック測定装置、カーボンブラック測定プログラムおよびカーボンブラック測定方法は、本願発明者らが見出したカーボンブラックの測定原理に基づいて、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定するのに好適なものとして発明されたものである。したがって、まず、上記測定原理について詳細に説明する。 The carbon black measuring device, the carbon black measuring program, and the carbon black measuring method according to the present invention quickly and easily quantitatively measure carbon black in combustion ash based on the measurement principle of carbon black found by the present inventors. It was invented as suitable for this. Therefore, first, the measurement principle will be described in detail.
本願発明者らは、上述した課題に鑑み、蛍光Ｘ線元素分析法によって廃タイヤの燃焼灰を元素分析したところ、主として、酸化カルシウムに由来すると思われるカルシウム（Ｃａ）と、亜硫酸カルシウムに由来すると思われる硫黄（Ｓ）と、カーボンブラックに由来する炭素（Ｃ）とが検出され、その他の元素については無視できるほど微量であるか、分析用容器由来のものであった。すなわち、廃タイヤの燃焼灰は、カルシウム化合物とカーボンブラックとの混合物とみなせることがわかった。なお、蛍光Ｘ線元素分析法は、炭素に対する感度が低いため、カーボンブラックを定量的に測定しうるものではない。 In view of the above-mentioned problems, the inventors of the present application have conducted an elemental analysis of the combustion ash of waste tires by a fluorescent X-ray elemental analysis method. Suspected sulfur (S) and carbon (C) derived from carbon black were detected, and other elements were negligibly small or derived from an analytical container. That is, it was found that the combustion ash of the waste tire can be regarded as a mixture of a calcium compound and carbon black. In addition, since the X-ray fluorescence elemental analysis method has low sensitivity to carbon, carbon black cannot be measured quantitatively.
つぎに、本願発明者らは、上記元素分析の結果より、スペクトル的に白色のカルシウム化合物と、スペクトル的に黒色のカーボンブラックとの混合物である燃焼灰は、色彩工学上のグレー（灰色）に近似できることを着想した。そして、鋭意研究の結果、燃焼灰の残留成分を把握しているという前提条件のもとでは、カーボンブラック以外の残留成分のスペクトルと、カーボンブラックを含む燃焼灰のスペクトルとの差分から、燃焼灰中のカーボンブラックを定量的に測定できることを見い出し、本発明を完成させるに至った。 Next, based on the results of the above elemental analysis, the inventors of the present application recognize that the combustion ash, which is a mixture of a spectrally white calcium compound and a spectrally black carbon black, is gray in color engineering. Inspired by the approximation. As a result of intensive research, under the precondition that the residual components of combustion ash are known, the difference between the spectrum of residual components other than carbon black and the spectrum of combustion ash containing carbon black is calculated. The present inventors have found that carbon black therein can be quantitatively measured and have completed the present invention.
具体的には、上記のとおり、本発明に係る燃焼灰は、カーボンブラック以外の残留成分としてカルシウム化合物を主成分としている。一方、カーボンブラックを構成する炭素原子は、可視領域および近赤外領域では光をほとんど反射しない黒体に相当するため、光で計測することは極めて困難である。よって、カーボンブラックの含有率が高くなるほど燃焼灰の反射強度が減衰するため、当該減衰量に基づいて燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を推定することが可能となる。 Specifically, as described above, the combustion ash according to the present invention contains a calcium compound as a main component as a residual component other than carbon black. On the other hand, carbon atoms constituting carbon black correspond to a black body that hardly reflects light in the visible region and the near-infrared region, and thus are extremely difficult to measure with light. Therefore, since the reflection intensity of the combustion ash decreases as the carbon black content increases, the carbon black content in the combustion ash can be estimated based on the attenuation.
以上より、燃焼灰の反射強度を何らかの基準値で規格化した相対反射率をＲ（Ｎ）、燃焼灰中のカルシウム化合物の含有率をＮ０、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率をＮとすると、下記式（ａ）が成り立つ。
Ｒ（Ｎ）∝Ｎ０／（Ｎ０＋Ｎ） …式（ａ）
上記式（ａ）は、定数Ｃ１と、ｘ＝Ｎ／Ｎ０を用いて、下記式（ｂ）で表される。
Ｒ（Ｎ）＝Ｃ１・Ｎ０／（Ｎ０＋Ｎ）＝Ｃ１・１／（１＋ｘ） …式（ｂ）
上記式（ｂ）より、Δｘ＝ｄＮ／Ｎ０とすると、下記式（ｃ）が導かれる。
Ｒ（Ｎ＋ｄＮ）＝Ｃ１・１／（１＋ｘ＋Δｘ）
＝Ｃ１・１／（１＋ｘ）・１／［１＋Δｘ／（１＋ｘ）］
≒Ｃ１・１／（１＋ｘ）・［１−Δｘ／（１＋ｘ）］＋Ｏ（｜Δｘ｜２）
＝Ｒ（Ｎ）・［１−Δｘ／（１＋ｘ）］＋Ｏ（｜Δｘ｜２） …式（ｃ）
なお、Ｏはランダウ記号であり、上記近似式の誤差が｜Δｘ｜２のオーダーで抑えられる（管理できる）ことを意味する。上記式（ｃ）より、下記式（ｄ）が導かれる。
ｄＲ＝−Ｒ（Ｎ）・１／（１＋ｘ）・ｄＮ／Ｎ０ …式（ｄ）
ここで、本発明において、Ｎ／Ｎ０は０．１（１０％）前後を想定しているため、ｘ≪１と言えるから、下記式（ｅ）が導かれる。
ｄＲ／ｄＮ≒−１／Ｎ０・Ｒ（Ｎ） …式（ｅ）
上記式（ｅ）は、定数Ｃ２と、α＝−１／Ｎ０を用いて、下記式（ｆ）で表される。
ｌｎＲ＝−１／Ｎ０・Ｎ＋Ｃ２＝−αＮ＋Ｃ２ …式（ｆ）
上記式（ｆ）より、燃焼灰の相対反射率Ｒは、定数Ｃ３を用いて下記式（ｇ）で表される。
Ｒ＝ｅｘｐ（Ｃ２）・ｅｘｐ（−αＮ）＝Ｃ３・ｅｘｐ（−αＮ） …式（ｇ）
または、上記式（ｆ）より、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率Ｎは、定数Ｃ４，Ｃ５を用いて下記式（ｈ）で表される。
Ｎ∝Ｃ４−Ｃ５・ｌｎＲ …式（ｈ）
From the above, the relative reflectance obtained by normalizing the reflection intensity of the combustion ash with some reference value is R (N), the content of the calcium compound in the combustion ash is N 0 , and the content of the carbon black in the combustion ash is N Then, the following formula (a) is established.
R (N) ∝N 0 / (N 0 + N) ... Formula (a)
The above formula (a) is expressed by the following formula (b) using the constant C 1 and x = N / N 0 .
R (N) = C 1 · N 0 / (N 0 + N) = C 1 · 1 / (1 + x) Equation (b)
From the above equation (b), when Δx = dN / N 0 , the following equation (c) is derived.
R (N + dN) = C 1 · 1 / (1 + x + Δx)
= C 1 · 1 / (1 + x) · 1 / [1 + Δx / (1 + x)]
≒ C 1 · 1 / (1 + x) · [1-Δx / (1 + x)] + O (| Δx | 2 )
= R (N). [1-Δx / (1 + x)] + O (| Δx | 2 ) Equation (c)
Note that O is a Landau symbol, which means that the error in the approximate expression can be suppressed (managed) on the order of | Δx | 2 . The following formula (d) is derived from the above formula (c).
dR = −R (N) · 1 / (1 + x) · dN / N 0 Formula (d)
Here, in the present invention, since N / N 0 is assumed to be around 0.1 (10%), it can be said that x << 1, so the following formula (e) is derived.
dR / dN≈−1 / N 0 · R (N) Expression (e)
The above formula (e) is represented by the following formula (f) using a constant C 2 and α = −1 / N 0 .
lnR = −1 / N 0 · N + C 2 = −αN + C 2 Formula (f)
From the formula (f), the relative reflectivity R of the combustion ash, using a constant C 3 is represented by the following formula (g).
R = exp (C 2 ) · exp (−αN) = C 3 · exp (−αN) Expression (g)
Alternatively, from the above formula (f), the carbon black content N in the combustion ash is expressed by the following formula (h) using constants C 4 and C 5 .
N∝C 4 -C 5 · lnR Formula (h)
上記式（ｇ）により、燃焼灰の相対反射率は、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率に対して指数関数的に減衰する特性を有することが示された。また、上記式（ｈ）により、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率は、燃焼灰の相対反射率に対して対数依存性を有することが示された。なお、本発明において、相対反射率は、反射強度を示す指標値であり、当該反射強度を規格化する方法としては、所定の基準値で除算する等の他、様々な規格化方法を適用可能である。 From the above formula (g), it was shown that the relative reflectance of the combustion ash has a characteristic of decaying exponentially with respect to the content of carbon black in the combustion ash. Further, the above formula (h) indicates that the carbon black content in the combustion ash has logarithmic dependence on the relative reflectance of the combustion ash. In the present invention, the relative reflectance is an index value indicating the reflection intensity, and as a method for normalizing the reflection intensity, various standardization methods other than division by a predetermined reference value can be applied. It is.
そして、上記式（ｈ）に基づいて、本願発明者らは、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を下記式（１）によって定義した。
Ｎ＝−Ｃａ・ｌｎＲ＋Ｃｂ ・・・式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：燃焼灰中のカーボンブラックの含有率
Ｒ：燃焼灰の相対反射率
Ｃａ、Ｃｂ：係数
Then, based on the above formula (h), the inventors of the present application have developed a relational expression indicating the relationship between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash. It was defined by the following formula (1).
N = −C a · lnR + C b (1)
However, each symbol represents the following.
N: Carbon black content in combustion ash R: Relative reflectance of combustion ash C a , C b : Coefficient
なお、上記式（１）に係る係数Ｃａ、Ｃｂは、後述するとおり、カーボンブラックの含有率が既にわかっている複数の燃焼灰をサンプルとして用意し、各燃焼灰についての各含有率と、各燃焼灰についての各相対反射率とのデータ対を回帰分析することによって特定することが可能である。ただし、当該回帰分析に用いる燃焼灰の相対反射率は、燃焼灰中に金属等の不純物が混入していない場合と、混入している場合とで、定義を異ならせる必要がある。 As will be described later, the coefficients C a and C b according to the above formula (1) are prepared by preparing a plurality of combustion ash whose carbon black content is already known as samples, It is possible to specify by performing a regression analysis of a data pair with each relative reflectance for each combustion ash. However, the relative reflectance of the combustion ash used in the regression analysis needs to be defined differently depending on whether impurities such as metal are mixed in the combustion ash.
具体的には、燃焼灰中に金属等の不純物が混入していない場合、上記のとおり、燃焼灰はグレー（灰色）に近似できる。そして、当該グレーのものは波長依存性がなく、可視領域ではほぼフラットな特性を有する。したがって、燃焼灰の相対反射率は、下記式（２）に示す、ｎ個の異なる波長ごとの各反射強度Ｉｉの平均値Ｉを、何らかの基準値で規格化した値として定義することができる。
ただし、サンプル数ｎが少ない場合ほど、吸収が強い特異点の影響を受けて誤差が大きくなるため、当該特異点を避けて平均化することにより、高い測定精度が担保される。
Specifically, when impurities such as metal are not mixed in the combustion ash, the combustion ash can approximate gray (gray) as described above. And the gray thing does not have wavelength dependence, and has a substantially flat characteristic in the visible region. Therefore, the relative reflectance of the combustion ash can be defined as a value obtained by normalizing an average value I of each reflection intensity I i for each of n different wavelengths, which is expressed by the following formula (2), with some reference value. .
However, the smaller the number of samples n, the larger the error due to the influence of the strong singularity, so that high measurement accuracy is ensured by avoiding the singularity and averaging.
一方で、燃焼灰中に金属等の不純物が混入している場合、当該金属等に固有の色（スペクトル）を呈するため、単純に上記式（２）を用いることはできない。また、混入した不純物によっては、特定の波長で強い吸収や蛍光発光を示すことがあるため、燃焼灰の反射スペクトルの形状に応じて評価する必要がある。 On the other hand, when impurities such as a metal are mixed in the combustion ash, since the color (spectrum) unique to the metal or the like is exhibited, the above formula (2) cannot be simply used. In addition, depending on the mixed impurities, strong absorption and fluorescence emission may be exhibited at a specific wavelength, and therefore it is necessary to evaluate according to the shape of the reflection spectrum of combustion ash.
したがって、カーボンブラックの含有率がＮ（％）である燃焼灰の相対反射率Ｒは、下記式（３）に示すように、所定の波長λ０における、カーボンブラックの含有率が０である燃焼灰の反射強度Ｉ（０，λ０）に対する、カーボンブラックの含有率がＮである燃焼灰の反射強度Ｉ（Ｎ，λ０）の割合として定義することができる。
Ｒ（Ｎ，λ０）＝Ｉ（Ｎ，λ０）／Ｉ（０，λ０） ・・・式（３）
ただし、上記波長λ０は、相対反射率の基準点を規定するものであるから、分子吸収が混在する波長領域を避け、反射強度が比較的フラットな波長領域から選択することにより、測定誤差が最小限に抑制される。
Accordingly, the relative reflectance R of the combustion ash having a carbon black content of N (%) is a combustion with a carbon black content of 0 at a predetermined wavelength λ 0 as shown in the following formula (3). It can be defined as the ratio of the reflection intensity I (N, λ 0 ) of combustion ash having a carbon black content of N to the reflection intensity I (0, λ 0 ) of ash.
R (N, λ 0 ) = I (N, λ 0 ) / I (0, λ 0 ) (3)
However, since the wavelength λ 0 defines a reference point for relative reflectance, measurement error can be reduced by selecting from a wavelength region where the reflection intensity is relatively flat and avoiding a wavelength region in which molecular absorption is mixed. Minimized.
上記式（２）または上記式（３）によって算出された相対反射率を上記式（１）に代入して回帰分析を行い、上記式（１）に係る係数Ｃａ、Ｃｂを決定することで、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率と、燃焼灰の相対反射率との関係を示す関係式が生成される。そして、本発明に係るカーボンブラックの測定原理は、当該関係式を用いて、燃焼灰の相対反射率から燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出するというものである。 Substituting the relative reflectance calculated by the above formula (2) or the above formula (3) into the above formula (1) to perform regression analysis and determine the coefficients C a and C b according to the above formula (1). Thus, a relational expression showing the relationship between the content of carbon black in the combustion ash and the relative reflectance of the combustion ash is generated. And the measurement principle of the carbon black which concerns on this invention is calculating the content rate of the carbon black in combustion ash from the relative reflectance of combustion ash using the said relational expression.
以下、本発明に係るカーボンブラック測定装置、カーボンブラック測定プログラムおよびカーボンブラック測定方法の第１実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of a carbon black measuring device, a carbon black measuring program, and a carbon black measuring method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本第１実施形態において、カーボンブラック測定装置１は、持ち運び可能なハンディタイプの筐体に内蔵されたコンピュータによって構成されており、図１に示すように、主として、燃焼灰に対して光を照射する発光手段２と、当該燃焼灰からの反射光を受光する受光手段３と、測定結果等を表示する表示手段４と、各種のデータを記憶する記憶手段５と、記憶手段５にインストールされたカーボンブラック測定プログラム１ａを実行することにより、各種の演算処理を実行する演算処理手段６とを有している。以下、各構成手段について詳細に説明する。 In the first embodiment, the carbon black measuring device 1 is constituted by a computer built in a portable handy type housing, and mainly irradiates light to combustion ash as shown in FIG. Installed in the storage means 5, the light-receiving means 3 for receiving the reflected light from the combustion ash, the display means 4 for displaying the measurement results, etc., the storage means 5 for storing various data By executing the carbon black measurement program 1a, it has an arithmetic processing means 6 for executing various arithmetic processes. Hereinafter, each component will be described in detail.
発光手段２は、燃焼灰に対して光を照射するものである。本第１実施形態において、発光手段２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）によって構成されており、燃焼灰に対して異なる波長の光を照射する複数の発光手段２を有している。そして、当該発光手段２のそれぞれは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、受光手段３を中心とする円周上に沿って等間隔で配置されている。 The light emission means 2 irradiates light with respect to combustion ash. In the first embodiment, the light emitting means 2 is configured by an LED (Light Emitting Diode), and has a plurality of light emitting means 2 that irradiate the combustion ash with light having different wavelengths. And each of the said light emission means 2 is arrange | positioned at equal intervals along the periphery centering on the light-receiving means 3, as shown to Fig.2 (a), (b).
なお、本第１実施形態において、発光手段２は、ＬＥＤによって構成されているが、可視光から近赤外までの所定波長の光を照射可能な発光源であれば、特に限定されるものではない。また、本第１実施形態では、８つの発光手段２を設けているが、この構成に限定されるものではなく、適宜増減してもよい。さらに、本第１実施形態において、発光手段２が照射する光の波長帯域は、４００ｎｍ（紫）から１０００ｎｍ（近赤外）であるが、特に限定されるものではない。 In the first embodiment, the light emitting means 2 is constituted by an LED, but is not particularly limited as long as it is a light emitting source capable of emitting light of a predetermined wavelength from visible light to near infrared. Absent. In the first embodiment, the eight light emitting units 2 are provided. However, the present invention is not limited to this configuration, and may be increased or decreased as appropriate. Furthermore, in the first embodiment, the wavelength band of light emitted from the light emitting means 2 is 400 nm (purple) to 1000 nm (near infrared), but is not particularly limited.
受光手段３は、燃焼灰からの反射光を受光し反射強度を出力するものである。本第１実施形態において、受光手段３は、フォトダイオードや分光放射計等の受光素子によって構成されており、図２（ａ），（ｂ）に示すように、円周上に沿って配置された各発光手段２の中心に配置されている。そして、発光手段２が燃焼灰に光を照射した場合に、当該燃焼灰から受光した反射光を電気信号に変換し、反射強度として後述する反射強度取得部６２に出力するようになっている。なお、各発光手段２の前方には拡散シート２１が設けられ、受光手段３の前方にはレンズ３１が設けられている。 The light receiving means 3 receives the reflected light from the combustion ash and outputs the reflection intensity. In the first embodiment, the light receiving means 3 is composed of a light receiving element such as a photodiode or a spectroradiometer, and is arranged along the circumference as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The light emitting means 2 is arranged at the center. And when the light emission means 2 irradiates light to combustion ash, the reflected light received from the combustion ash is converted into an electrical signal, and it outputs to the reflection intensity acquisition part 62 mentioned later as reflection intensity. A diffusion sheet 21 is provided in front of each light emitting means 2, and a lens 31 is provided in front of the light receiving means 3.
表示手段４は、測定結果を含む各種の情報を表示するものである。本第１実施形態において、表示手段４は、液晶ディスプレイによって構成されており、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率の他、バッテリの残量等を表示するようになっている。 The display means 4 displays various information including measurement results. In this 1st Embodiment, the display means 4 is comprised with the liquid crystal display, and displays the residual amount of a battery other than the content rate of the carbon black contained in combustion ash.
記憶手段５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等によって構成されており、各種データを記憶するとともに、演算処理手段６が各種処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本第１実施形態において、記憶手段５は、図１に示すように、プログラム記憶部５１と、関係式記憶部５２とを有している。 The storage means 5 is composed of a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, and the like, and stores various data and functions as a working area when the arithmetic processing means 6 performs various processes. To do. In the first embodiment, the storage unit 5 includes a program storage unit 51 and a relational expression storage unit 52 as shown in FIG.
プログラム記憶部５１には、本第１実施形態のカーボンブラック測定装置１を制御するためのカーボンブラック測定プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段６が、当該カーボンブラック測定プログラム１ａを実行することにより、カーボンブラック測定装置１としてのコンピュータを後述する各構成部として機能させるようになっている。 The program storage unit 51 is installed with a carbon black measurement program 1a for controlling the carbon black measurement device 1 of the first embodiment. Then, the arithmetic processing means 6 executes the carbon black measurement program 1a so that the computer as the carbon black measurement device 1 functions as each component described later.
なお、カーボンブラック測定プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリ等のように、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体にカーボンブラック測定プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やＡＳＰ（Application Service Provider）方式等で利用してもよい。 The utilization form of the carbon black measurement program 1a is not limited to the above configuration. For example, the carbon black measurement program 1a may be stored in a computer-readable non-transitory recording medium such as a CD-ROM or a USB memory, and directly read from the recording medium and executed. Moreover, you may utilize by a cloud computing system, an ASP (Application Service Provider) system, etc. from an external server.
関係式記憶部５２は、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め記憶するものである。本第１実施形態において、相対反射率は、反射強度を所定の基準値で除算することにより規格化されている。また、本第１実施形態において、関係式記憶部５２は、後述する関係式生成部６４によって係数が決定された上記式（１）を予め記憶している。 The relational expression storage unit 52 stores in advance a relational expression indicating the relation between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash. In the first embodiment, the relative reflectance is standardized by dividing the reflection intensity by a predetermined reference value. In the first embodiment, the relational expression storage unit 52 stores in advance the expression (1) in which the coefficient is determined by the relational expression generation unit 64 described later.
なお、本第１実施形態では、カーボンブラック測定装置１をコンパクト化するために、演算能力に制限がある組込用のボードやＣＰＵを使用している。このため、上記式（１）を所定区間ごとに直線で近似した複数の多項式によってコーディングした上で記憶するようになっている。これにより、後述する含有率算出部６５は、四則演算のみでカーボンブラックの含有率を算出できるため、低スペックな装置にも適用可能となる。 In the first embodiment, in order to make the carbon black measuring device 1 compact, a built-in board or CPU with a limited calculation capability is used. For this reason, the equation (1) is stored after being coded by a plurality of polynomials approximated by straight lines for each predetermined section. Thereby, since the content rate calculation part 65 mentioned later can calculate the content rate of carbon black only by four arithmetic operations, it is applicable also to a low specification apparatus.
演算処理手段６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成されており、記憶手段５にインストールされたカーボンブラック測定プログラム１ａを実行することにより、図１に示すように、発光手段２を制御する発光制御部６１と、反射強度を取得する反射強度取得部６２と、燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得部６３と、上述した関係式を生成する関係式生成部６４と、カーボンブラックの含有率を算出する含有率算出部６５として機能するようになっている。以下、各構成部について説明する。 The arithmetic processing means 6 is constituted by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and controls the light emitting means 2 as shown in FIG. 1 by executing the carbon black measurement program 1a installed in the storage means 5. The light emission control unit 61, the reflection intensity acquisition unit 62 for acquiring the reflection intensity, the relative reflectance acquisition unit 63 for acquiring the relative reflectance of the combustion ash, the relational expression generation unit 64 for generating the above-described relational expression, and carbon It functions as a content rate calculation unit 65 that calculates the content rate of black. Hereinafter, each component will be described.
発光制御部６１は、発光手段２の照射タイミングを制御するものである。本第１実施形態において、発光制御部６１は、全ての発光手段２に対応する反射強度を所定のサンプリング数だけ取得しうるように、各発光手段２を順次発光させて燃焼灰に照射し、その反射光を受光手段３に取得させるようになっている。 The light emission control unit 61 controls the irradiation timing of the light emitting means 2. In the first embodiment, the light emission control unit 61 sequentially emits the light emitting means 2 to irradiate the combustion ash so that the reflection intensities corresponding to all the light emitting means 2 can be acquired by a predetermined number of samples. The reflected light is acquired by the light receiving means 3.
反射強度取得部６２は、受光手段３から反射強度を取得するものである。本第１実施形態では、上述したとおり、複数の発光手段２が異なる波長の光を照射するため、反射強度取得部６２は、受光手段３から異なる波長ごとに１または複数の反射強度を取得する。そして、反射強度取得部６２は、上記式（２）で示したとおり、各波長ごとに取得された各反射強度を平均化し、当該平均化した反射強度を各波長の反射強度として相対反射率取得部６３に提供するようになっている。 The reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection intensity from the light receiving means 3. In the first embodiment, as described above, since the plurality of light emitting units 2 emit light of different wavelengths, the reflection intensity acquisition unit 62 acquires one or a plurality of reflection intensities for each different wavelength from the light receiving unit 3. . Then, the reflection intensity acquisition unit 62 averages each reflection intensity acquired for each wavelength as shown by the above formula (2), and acquires the relative reflectance using the averaged reflection intensity as the reflection intensity of each wavelength. The unit 63 is provided.
相対反射率取得部６３は、燃焼灰の相対反射率を取得するものである。本第１実施形態において、相対反射率取得部６３は、反射強度取得部６２によって取得された各波長ごとの反射強度を平均化し、当該平均値を所定の基準値によって規格化した値を燃焼灰の相対反射率として取得するようになっている。 The relative reflectance acquisition part 63 acquires the relative reflectance of combustion ash. In the first embodiment, the relative reflectance acquisition unit 63 averages the reflection intensity for each wavelength acquired by the reflection intensity acquisition unit 62, and calculates a value obtained by normalizing the average value with a predetermined reference value as combustion ash. The relative reflectance is obtained.
具体的には、相対反射率取得部６３は、まず、異なる波長ごとの反射強度を取得し、各反射強度の平均値を取得する。この場合、相対的に弱い反射強度を除外して平均化することが好ましい。これにより、異物の混入等によって生じた不要なノイズの影響が除外されることとなる。そして、当該反射強度の平均値を所定の基準値（例えば、いずれかの波長における反射強度）で除算して規格化することにより、燃焼灰の相対反射率を取得するようになっている。 Specifically, the relative reflectance acquisition unit 63 first acquires the reflection intensity for each different wavelength, and acquires the average value of each reflection intensity. In this case, it is preferable to average by excluding relatively weak reflection intensity. As a result, the influence of unnecessary noise caused by the contamination of foreign matters is excluded. And the relative reflectance of combustion ash is acquired by dividing and normalizing the average value of the reflection intensity by a predetermined reference value (for example, the reflection intensity at any wavelength).
また、本第１実施形態において、相対反射率取得部６３は、後述する関係式生成処理においては、得られた燃焼灰の相対反射率を関係式生成部６４に提供し、後述する含有率算出処理においては、得られた燃焼灰の相対反射率を含有率算出部６５に提供するようになっている。 In the first embodiment, the relative reflectance acquisition unit 63 supplies the relative reflectance of the obtained combustion ash to the relational expression generation unit 64 in the relational expression generation process described later, and calculates the content ratio described later. In the processing, the relative reflectance of the obtained combustion ash is provided to the content rate calculation unit 65.
関係式生成部６４は、カーボンブラックの含有率が既知の燃焼灰に基づいて、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、燃焼灰の相対反射率との関係を示す関係式を生成するものである。本第１実施形態において、関係式生成部６４は、カーボンブラックの含有率が異なる複数の燃焼灰についての各含有率と、複数の燃焼灰の各相対反射率とのデータ対を回帰分析することにより、関係式を生成するようになっている。 The relational expression generating unit 64 generates a relational expression indicating the relation between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance of the combustion ash based on the combustion ash whose carbon black content is known. Is. In the first embodiment, the relational expression generating unit 64 performs regression analysis on a data pair of each content rate for a plurality of combustion ash having different carbon black content rates and each relative reflectance of the plurality of combustion ash. Thus, a relational expression is generated.
具体的には、関係式生成部６４は、カーボンブラックの含有率が既にわかっている複数の燃焼灰について、相対反射率取得部６３が相対反射率を取得すると、各燃焼灰についての含有率と相対反射率とからなる複数のデータ対を上記式（１）に代入し、回帰分析を行う。これにより、関係式生成部６４は、上記係数Ｃａ、Ｃｂが特定された上記式（１）を関係式として生成し、当該関係式を関係式記憶部５２に記憶するようになっている。 Specifically, when the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the relative reflectance for a plurality of combustion ash whose carbon black content is already known, the relational expression generation unit 64 obtains the content for each combustion ash and A plurality of data pairs consisting of relative reflectances are substituted into the above equation (1), and regression analysis is performed. Thereby, the relational expression generating unit 64 generates the above expression (1) in which the coefficients C a and C b are specified as a relational expression, and stores the relational expression in the relational expression storage unit 52. .
なお、本実施形態では、カーボンブラック測定装置１に関係式生成部６４を設け、カーボンブラック測定装置１によって関係式を生成しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック測定装置１からは、複数の燃焼灰について測定した相対反射率のみを出力させ、当該相対反射率と含有率とのデータ対を別途、パーソナルコンピュータ等に読み込ませて関係式を生成し、当該関係式を関係式記憶部５２に記憶させるようにしてもよい。 In the present embodiment, the relational expression generating unit 64 is provided in the carbon black measuring apparatus 1 and the relational expression is generated by the carbon black measuring apparatus 1, but the present invention is not limited to this configuration. For example, from the carbon black measuring device 1, only the relative reflectance measured for a plurality of combustion ash is output, and a data pair of the relative reflectance and content rate is separately read into a personal computer or the like to generate a relational expression. The relational expression may be stored in the relational expression storage unit 52.
含有率算出部６５は、カーボブラックの含有率が未知の燃焼灰について、カーボンブラックの含有率を算出するものである。本第１実施形態において、含有率算出部６５は、相対反射率取得部６３によって取得された相対反射率と、関係式記憶部５２に予め記憶されている関係式とに基づいて、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出するようになっている。 The content rate calculation part 65 calculates the content rate of carbon black about the combustion ash whose content rate of carbo black is unknown. In the first embodiment, the content rate calculation unit 65 is based on the relative reflectance acquired by the relative reflectance acquisition unit 63 and the relational expression stored in advance in the relational expression storage unit 52. The carbon black content is calculated.
具体的には、含有率算出部６５は、相対反射率取得部６３が、測定対象である燃焼灰の相対反射率を取得すると、当該相対反射率を関係式に代入することで、カーボンブラックの含有率を算出する。そして、算出した含有率を表示手段４等に出力し表示させるようになっている。 Specifically, when the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the relative reflectance of the combustion ash that is the measurement target, the content rate calculation unit 65 substitutes the relative reflectance into the relational expression, thereby obtaining the carbon black Calculate the content. Then, the calculated content rate is output and displayed on the display means 4 or the like.
つぎに、本第１実施形態のカーボンブラック測定装置１、カーボンブラック測定プログラム１ａおよびカーボンブラック測定方法の作用について、上記関係式を生成する関係式生成処理と、カーボンブラックの含有率を算出する含有率算出処理とに分けて説明する。 Next, with respect to the functions of the carbon black measuring apparatus 1, the carbon black measuring program 1a, and the carbon black measuring method of the first embodiment, the relational expression generation process for generating the above relational expression and the content for calculating the carbon black content rate The description will be divided into rate calculation processing.
関係式生成処理を実行するに際しては、まず、従来の熱分析試験等の定量測定方法によって、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率を測定し、カーボンブラックの含有率が既知の燃焼灰を準備する。そして、当該燃焼灰にカーボンブラックを所定量混入することにより、カーボンブラックの含有率が異なる複数の燃焼灰を準備する。なお、前記燃焼灰は、蛍光Ｘ線元素分析法等の成分分析方法によって、主成分がカルシウム化合物で金属等の不純物がほとんど含まれていないこと、かつ、有害物質を含有しないことが予め確認されているものである。 When executing the relational expression generation process, first, the content of carbon black contained in the combustion ash is measured by a quantitative measurement method such as a conventional thermal analysis test, and the combustion ash having a known carbon black content is obtained. prepare. A plurality of combustion ash having different carbon black contents are prepared by mixing a predetermined amount of carbon black into the combustion ash. The combustion ash is confirmed in advance by a component analysis method such as a fluorescent X-ray elemental analysis method so that the main component is a calcium compound and hardly contains impurities such as metals and does not contain harmful substances. It is what.
つぎに、複数の発光手段２と燃焼灰との距離が一定となるように、カーボンブラック測定装置１を所定の位置にセットする。これにより、受光手段３が、各波長における反射強度を精度良く検出することが可能になる。 Next, the carbon black measuring device 1 is set at a predetermined position so that the distances between the plurality of light emitting means 2 and the combustion ash are constant. Thereby, the light receiving means 3 can accurately detect the reflection intensity at each wavelength.
以上の準備が完了すると、図３に示すように、発光制御部６１が、いずれかの発光手段２を制御し、カーボンブラックの含有率が既知の燃焼灰に所定波長の光を照射する（ステップＳ１）。これにより、燃焼灰で反射された反射光が受光手段３によって受光され、反射強度として出力される。このとき、各発光手段２が、受光手段３を中心とする円周上に沿って等間隔で配置されているため、誤検知が発生しにくい上、カーボンブラック測定装置１の小型化に寄与する。 When the above preparation is completed, as shown in FIG. 3, the light emission control unit 61 controls any one of the light emission means 2 to irradiate the combustion ash having a known carbon black content with light of a predetermined wavelength (step). S1). Thereby, the reflected light reflected by the combustion ash is received by the light receiving means 3 and output as the reflection intensity. At this time, since each light emitting means 2 is arranged at equal intervals along the circumference centering on the light receiving means 3, it is difficult for erroneous detection to occur and contributes to downsizing of the carbon black measuring apparatus 1. .
つぎに、反射強度取得部６２が、受光手段３から反射強度を取得する（ステップＳ２）。これにより、照射した光の波長に対応する反射強度が取得される。そして、全ての発光手段２に対応する波長について、所定回数のサンプリングが終了したか否かを判定し（ステップＳ３）、サンプリングが終了していない限り（ステップＳ３：ＮＯ）、発光制御部６１が、他の発光手段２を制御することにより燃焼灰に照射する波長を変更し（ステップＳ４）、再びステップＳ１からの処理を繰り返す。これにより、各発光手段２に対応する各波長について、所定のサンプリング数の反射強度が取得されることとなる。 Next, the reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection intensity from the light receiving means 3 (step S2). Thereby, the reflection intensity corresponding to the wavelength of the irradiated light is acquired. Then, it is determined whether or not a predetermined number of times of sampling have been completed for the wavelengths corresponding to all the light emitting means 2 (step S3), and unless the sampling is completed (step S3: NO), the light emission control unit 61 The wavelength emitted to the combustion ash is changed by controlling the other light emitting means 2 (step S4), and the processing from step S1 is repeated again. Thereby, for each wavelength corresponding to each light emitting means 2, a predetermined sampling number of reflection intensities are acquired.
一方、サンプリングが終了すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、相対反射率取得部６３が、波長ごとの反射強度の平均値を規格化することで当該燃焼灰の相対反射率を取得する（ステップＳ５）。これにより、各発光手段２の強度のばらつきや、異物の混入等による影響が排除され、相対反射率の算出精度が向上する。そして、準備した燃焼灰のうち、含有率が異なる燃焼灰があれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、再びステップＳ１からの処理を繰り返し、当該燃焼灰の相対反射率を取得する。これにより、カーボンブラックの含有率の異なる複数の燃焼灰のそれぞれについて、相対反射率が取得される。 On the other hand, when sampling is completed (step S3: YES), the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the relative reflectance of the combustion ash by normalizing the average value of the reflection intensity for each wavelength (step S5). As a result, the influence of variations in the intensity of the light emitting means 2 and the presence of foreign matters are eliminated, and the relative reflectance calculation accuracy is improved. And if there exists combustion ash from which the content rate differs among prepared combustion ash (step S6: YES), the process from step S1 is repeated again and the relative reflectance of the said combustion ash is acquired. Thereby, a relative reflectance is acquired about each of the some combustion ash from which the content rate of carbon black differs.
一方、準備した全ての燃焼灰について相対反射率が取得されると（ステップＳ６：ＮＯ）、関係式生成部６４が、各燃焼灰についてのデータ対（含有率，相対反射率）を上記式（１）に代入して回帰分析することにより、関係式を生成する（ステップＳ７）。これにより、上記式（１）の係数が決定され、カーボンブラックの含有率を高精度に測定する関係式が特定される。そして、当該関係式が関係式記憶部５２に記憶されると（ステップＳ８）、本処理が終了する。 On the other hand, when the relative reflectance is obtained for all the prepared combustion ash (step S6: NO), the relational expression generating unit 64 converts the data pair (content ratio, relative reflectance) for each combustion ash to the above formula ( By substituting into 1) and performing regression analysis, a relational expression is generated (step S7). Thereby, the coefficient of the said Formula (1) is determined and the relational expression which measures the content rate of carbon black with high precision is specified. And if the said relational expression is memorize | stored in the relational expression memory | storage part 52 (step S8), this process will be complete | finished.
以上の関係式生成処理により、含有率の異なる燃焼灰から取得した反射強度の測定データから、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と相対反射率との関係を表す関係式を生成することが可能となる。この関係式は、燃焼灰の相対反射率から当該燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を求めるための検量線として利用することが可能である。なお、発光手段２としてのＬＥＤは個体差によって出力が異なるため、カーボンブラック測定装置１ごとに上記式（１）の係数は異なる。このため、関係式生成処理は、カーボンブラック測定装置１ごとに予め実行することにより、再現性および測定精度の高い関係式を実装することができる。 By the above relational expression generation process, a relational expression representing the relation between the content ratio of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance is generated from the measurement data of the reflection intensity obtained from the combustion ash having different content ratios. Is possible. This relational expression can be used as a calibration curve for obtaining the carbon black content in the combustion ash from the relative reflectance of the combustion ash. In addition, since the output of the LED as the light emitting means 2 varies depending on individual differences, the coefficient of the above formula (1) differs for each carbon black measuring device 1. For this reason, the relational expression generation process can be implemented in advance for each carbon black measuring device 1 to implement a relational expression with high reproducibility and measurement accuracy.
つぎに、カーボンブラックの含有率を測定するための含有率算出処理について説明する。含有率算出処理を実行する前提として、関係式記憶部５２には、前述の関係式生成処理によって生成された関係式が予め記憶されている。 Next, a content rate calculation process for measuring the content rate of carbon black will be described. As a premise for executing the content rate calculation process, the relational expression storage unit 52 stores the relational expression generated by the above-described relational expression generation process in advance.
含有率算出処理では、図４に示すように、まず、カーボンブラックの含有率が未知の燃焼灰に、上述したステップＳ１〜Ｓ５に相当する処理を実行し、当該燃焼灰の相対反射率を取得する（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）。これにより、取得した相対反射率を関係式生成処理に用いた燃焼灰の相対反射率と同じ基準で比較することが可能となる。そして、含有率算出部６５が、取得された相対反射率と関係式とに基づいて、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出し（ステップＳ１６）、当該含有率を表示手段４等に出力する（ステップＳ１７）。これにより、燃焼灰の反射強度を測定するだけで、燃焼灰中のカーボンブラックが測定される。 In the content rate calculation process, as shown in FIG. 4, first, the process corresponding to steps S1 to S5 described above is performed on the combustion ash whose carbon black content rate is unknown, and the relative reflectance of the combustion ash is obtained. (Step S11 to Step S15). This makes it possible to compare the acquired relative reflectance with the same standard as the relative reflectance of the combustion ash used in the relational expression generation process. And the content rate calculation part 65 calculates the content rate of the carbon black in combustion ash based on the acquired relative reflectance and a relational expression (step S16), and outputs the said content rate to the display means 4 grade | etc., (Step S17). Thereby, carbon black in combustion ash is measured only by measuring the reflection intensity of combustion ash.
以上のような本第１実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１．簡単かつ安価な構成でありながら、燃焼灰中のカーボンブラックを迅速かつ手軽に定量測定することができる。
２．カーボンブラックの含有率を高精度に算出しうる関係式を簡単に特定し、生成することができる。
３．金属等の不純物をほとんど含有しない燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率を高精度に算出することができる。
４．カーボンブラック測定装置１が携帯可能に小型化されているため、燃焼灰の仕入れ先や製造現場等において、その場で簡便かつ迅速に測定することができる。
５．波長ごとに取得した各相対反射率を平均化することで、発光手段２の強度のばらつきや、異物の混入等による不要なノイズの影響が除去されて、測定精度を向上することができる。
６．カーボンブラック測定装置１ごとにキャリブレーションされた関係式を生成することで、測定精度を向上することができる。
７．燃焼灰中のカーボンブラックを定量的に測定できるため、廃タイヤ等に含まれるカーボンブラックのリサイクルを実用化することができる。
８．リサイクルによってカーボンブラックを大量かつ安価に供給できるため、アスファルト舗装の一般道路にも広く補強材として普及させることができる。
According to the first embodiment as described above, the following effects can be obtained.
1. While being simple and inexpensive, carbon black in the combustion ash can be quickly and easily quantitatively measured.
2. A relational expression capable of calculating the carbon black content rate with high accuracy can be easily identified and generated.
3. The content of carbon black contained in the combustion ash containing almost no impurities such as metals can be calculated with high accuracy.
4). Since the carbon black measuring device 1 is miniaturized so as to be portable, it can be measured easily and quickly on the spot at a supplier of combustion ash, a manufacturing site, or the like.
5. By averaging the relative reflectances acquired for each wavelength, the influence of unnecessary noise due to variations in the intensity of the light-emitting means 2 and the inclusion of foreign matters is removed, and the measurement accuracy can be improved.
6). By generating a relational expression calibrated for each carbon black measuring device 1, the measurement accuracy can be improved.
7). Since carbon black in combustion ash can be measured quantitatively, recycling of carbon black contained in waste tires and the like can be put to practical use.
8). Since carbon black can be supplied in large quantities and at low cost by recycling, it can be widely used as a reinforcing material on asphalt pavement general roads.
つづいて、本発明に係るカーボンブラック測定装置、カーボンブラック測定プログラムおよびカーボンブラック測定方法の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における構成のうち、上述した第１実施形態と同一もしくは相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。 Next, a second embodiment of the carbon black measuring device, the carbon black measuring program, and the carbon black measuring method according to the present invention will be described. Note that, among the configurations in the second embodiment, the same or corresponding components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本第２実施形態のカーボンブラック測定装置１の特徴は、金属等の不純物を含む燃焼灰中のカーボンブラックを定量的に測定するのに好適な構成を有する点にある。 The feature of the carbon black measuring apparatus 1 of the second embodiment is that it has a configuration suitable for quantitatively measuring carbon black in combustion ash containing impurities such as metals.
具体的には、上述した第１実施形態では、発光手段２が複数のＬＥＤによって構成されていたところ、本第２実施形態の発光手段２は、連続スペクトルを有する発光源によって構成されている。具体的には、可視光から近赤外領域でスペクトル的に連続的な光源であり、例えば、ハロゲン光源、キセノン光源、白色ＬＥＤ、人工太陽光源等である。 Specifically, in the first embodiment described above, the light emitting means 2 is configured by a plurality of LEDs. However, the light emitting means 2 of the second embodiment is configured by a light emission source having a continuous spectrum. Specifically, the light source is a spectrally continuous light source from visible light to the near infrared region, such as a halogen light source, a xenon light source, a white LED, and an artificial solar light source.
また、本第２実施形態において、受光手段３は、燃焼灰中に含まれる不純物の反射スペクトルを忠実に再現するために、２次元画像を構成する各ピクセルごとにハイパースペクトル情報（数十〜数百バンドに分光されたスペクトル）を対応付けてなるハイパースペクトルデータを取得可能なハイパースペクトルカメラによって構成されている。なお、本第２実施形態において、ハイパースペクトルカメラは、３５０ｎｍ（可視）〜１０５０ｎｍ（近赤外）の反射スペクトルを１４１バンド（色）単位で取得し、反射強度取得部６２に出力するようになっている。 Further, in the second embodiment, the light receiving means 3 has hyperspectral information (several tens to several tens) for each pixel constituting the two-dimensional image in order to faithfully reproduce the reflection spectrum of impurities contained in the combustion ash. It is configured by a hyperspectral camera capable of acquiring hyperspectral data obtained by associating spectra separated into hundred bands. In the second embodiment, the hyperspectral camera acquires a reflection spectrum of 350 nm (visible) to 1050 nm (near infrared) in units of 141 bands (colors) and outputs it to the reflection intensity acquisition unit 62. ing.
さらに、本第２実施形態において、発光制御部６１は、一つの燃焼灰に対して一度だけ発光手段２を発光させるようになっている。また、相対反射率取得部６３は、受光手段３から反射スペクトルを取得すると、上記式（３）で示したとおり、カーボンブラックを含有しない燃焼灰の反射強度によって、反射スペクトル中の所定波長における反射強度を規格化した相対反射率を燃焼灰の相対反射率として取得するようになっている。 Further, in the second embodiment, the light emission control unit 61 causes the light emitting means 2 to emit light only once for one combustion ash. Further, when the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the reflection spectrum from the light receiving means 3, as shown by the above formula (3), the reflection at a predetermined wavelength in the reflection spectrum is caused by the reflection intensity of the combustion ash not containing carbon black. The relative reflectance with normalized intensity is acquired as the relative reflectance of combustion ash.
具体的には、反射強度取得部６２は、まず、受光手段３からカーボンブラックを含有しない燃焼灰の反射スペクトルを取得し、反射強度が比較的フラットな部分の波長を特定する。つぎに、反射強度取得部６２は、当該波長における、カーボンブラックを含有しない燃焼灰の反射強度（以下、「基準強度」と表記する場合がある）を取得する。そして、反射強度取得部６２は、受光手段３から測定対象となる燃焼灰の反射スペクトルを取得し、相対反射率取得部６３は、当該反射スペクトル中の前記波長における反射強度を前記基準強度で規格化した相対反射率を燃焼灰の相対反射率として取得するようになっている。 Specifically, the reflection intensity acquisition unit 62 first acquires the reflection spectrum of combustion ash that does not contain carbon black from the light receiving means 3, and identifies the wavelength of the portion where the reflection intensity is relatively flat. Next, the reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection intensity of combustion ash that does not contain carbon black at the wavelength (hereinafter may be referred to as “reference intensity”). Then, the reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection spectrum of the combustion ash to be measured from the light receiving means 3, and the relative reflectance acquisition unit 63 standardizes the reflection intensity at the wavelength in the reflection spectrum with the reference intensity. The converted relative reflectance is obtained as the relative reflectance of the combustion ash.
つぎに、本第２実施形態のカーボンブラック測定装置１、カーボンブラック測定プログラム１ａおよびカーボンブラック測定方法の作用について、関係式生成処理と含有率算出処理とに分けて説明する。 Next, the operation of the carbon black measurement device 1, the carbon black measurement program 1a, and the carbon black measurement method of the second embodiment will be described separately in relational expression generation processing and content rate calculation processing.
関係式生成処理を実行するに際しては、まず、金属等の不純物を含有する燃焼灰を、酸素雰囲気または空気中で完全燃焼させることで、カーボンブラックを含有しない燃焼灰を準備する。そして、当該燃焼灰に、カーボンブラックを所定量混入することにより、カーボンブラック以外の成分が同じであって、カーボンブラックの含有率の異なる複数の燃焼灰を準備する。 When executing the relational expression generation process, first, combustion ash containing impurities such as metal is completely burned in an oxygen atmosphere or air to prepare combustion ash not containing carbon black. Then, by mixing a predetermined amount of carbon black into the combustion ash, a plurality of combustion ash having the same components other than carbon black and different carbon black contents are prepared.
以上の準備が完了すると、図５に示すように、発光制御部６１が、発光手段２を制御し、カーボンブラックを含有しない燃焼灰に光を照射する（ステップＳ２１）。そして、反射強度取得部６２が、受光手段３から取得した反射スペクトル中の所定波長における反射強度を取得する（ステップＳ２２）。これにより、カーボンブラック以外の不純物に固有のスペクトル形状を示す、規格化のための反射強度（基準強度）が取得される。 If the above preparation is completed, as shown in FIG. 5, the light emission control part 61 will control the light emission means 2, and will irradiate light to the combustion ash which does not contain carbon black (step S21). Then, the reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection intensity at a predetermined wavelength in the reflection spectrum acquired from the light receiving means 3 (step S22). Thereby, the reflection intensity (standard intensity) for normalization which shows the spectrum shape peculiar to impurities other than carbon black is acquired.
つぎに、発光制御部６１が、発光手段２を制御し、カーボンブラックが既知の燃焼灰に光を照射すると（ステップＳ２３）、反射強度取得部６２が、受光手段３から反射スペクトルを取得して、相対反射率取得部６３が、当該反射スペクトル中の所定波長における反射強度をステップＳ２２で取得した基準強度によって規格化し、燃焼灰の相対反射率として取得する（ステップＳ２４）。これにより、金属等の不純物による影響が差し引かれるため、燃焼灰の相対反射率の算出精度が向上する。 Next, when the light emission control unit 61 controls the light emission unit 2 and the carbon black irradiates light to the known combustion ash (step S23), the reflection intensity acquisition unit 62 acquires the reflection spectrum from the light reception unit 3. The relative reflectance acquisition unit 63 normalizes the reflection intensity at a predetermined wavelength in the reflection spectrum by the reference intensity acquired in step S22, and acquires it as the relative reflectance of combustion ash (step S24). Thereby, since the influence by impurities, such as a metal, is deducted, the calculation precision of the relative reflectance of combustion ash improves.
そして、準備した燃焼灰のうち、含有率が異なる燃焼灰があれば（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、再びステップＳ２３からの処理を繰り返し、当該燃焼灰の相対反射率を取得する。これにより、カーボンブラックの含有率の異なる複数の燃焼灰のそれぞれについて、相対反射率が取得される。 And if there exists combustion ash from which the content rate differs among the prepared combustion ash (step S25: YES), the process from step S23 will be repeated again and the relative reflectance of the said combustion ash will be acquired. Thereby, a relative reflectance is acquired about each of the some combustion ash from which the content rate of carbon black differs.
一方、準備した全ての燃焼灰について相対反射率を取得すると（ステップＳ２５：ＮＯ）、第１実施形態のステップＳ７およびステップＳ８と同様の処理を実行することにより（ステップＳ２６，Ｓ２７）、関係式を生成して記憶した後、本処理を終了する。これにより、燃焼灰中のカーボンブラック以外の不純物に固有の色（スペクトル）の影響が除去された関係式が実装される。 On the other hand, when the relative reflectance is obtained for all the prepared combustion ash (step S25: NO), the same processing as in steps S7 and S8 of the first embodiment is executed (steps S26 and S27), thereby obtaining a relational expression. Is generated and stored, and then the present process is terminated. Thereby, the relational expression from which the influence of the color (spectrum) peculiar to impurities other than carbon black in combustion ash is removed is implemented.
つづいて、図６に示す含有率算出処理について説明する。まず、前述の関係式生成処理に用いた燃焼灰とカーボンブラック以外の成分が略同一であって、カーボンブラックの含有率が未知の燃焼灰に、上述したステップＳ２３とステップＳ２４に相当する処理を実行し、当該燃焼灰の相対反射率を取得する（ステップＳ３１とステップＳ３２）。これにより、取得した相対反射率を関係式生成処理に用いた燃焼灰の相対反射率と同じ基準で比較することが可能となる。 It continues and demonstrates the content rate calculation process shown in FIG. First, components corresponding to the combustion ash used in the above-described relational expression generation process and the components other than carbon black are substantially the same, and the combustion ash whose carbon black content is unknown is processed corresponding to steps S23 and S24 described above. It executes and acquires the relative reflectance of the said combustion ash (step S31 and step S32). This makes it possible to compare the acquired relative reflectance with the same standard as the relative reflectance of the combustion ash used in the relational expression generation process.
そして、第１実施形態のステップＳ１６とステップＳ１７に相当する処理を実行することにより（ステップＳ３３とステップＳ３４）、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出し表示手段４等に出力する。これにより、燃焼灰の反射強度を測定するだけで、燃焼灰中のカーボンブラックが測定される。 And the content rate of the carbon black in combustion ash is calculated and output to the display means 4 etc. by performing the process corresponded to step S16 and step S17 of 1st Embodiment (step S33 and step S34). Thereby, carbon black in combustion ash is measured only by measuring the reflection intensity of combustion ash.
以上のような本第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、以下のような効果を奏する。すなわち、燃焼灰中に金属等の不純物が含まれている等の理由で色味を帯びている場合であっても、カーボンブラックを含有しない燃焼灰の相対反射率からの減衰率を評価しうるように、測定対象となる燃焼灰の相対反射率を定義することで、当該燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率を高精度に算出することができる。 According to the second embodiment as described above, the following effects can be obtained in addition to the operational effects of the first embodiment described above. That is, even when the combustion ash is tinted due to the presence of impurities such as metals, the decay rate from the relative reflectance of the combustion ash not containing carbon black can be evaluated. As described above, by defining the relative reflectance of the combustion ash to be measured, the content of carbon black contained in the combustion ash can be calculated with high accuracy.
つぎに、本発明に係るカーボンブラック測定装置１、カーボンブラック測定プログラム１ａおよびカーボンブラック測定方法の具体的な実施例について説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の実施例によって示される特徴に限定されるものではない。 Next, specific examples of the carbon black measuring apparatus 1, the carbon black measuring program 1a, and the carbon black measuring method according to the present invention will be described. The technical scope of the present invention is not limited to the features shown by the following examples.
本実施例１では、上述した第１実施形態のカーボンブラック測定装置１によって、本発明に係る関係式を生成する実験を行った。 In Example 1, an experiment for generating a relational expression according to the present invention was performed by the carbon black measuring apparatus 1 of the first embodiment described above.
具体的には、まず、カーボンブラックを含有する廃タイヤの燃焼灰を準備し、蛍光Ｘ線元素分析法によって元素分析することにより、有害物質や金属等の不純物を含有しておらず、カルシウム化合物を主成分とする燃焼灰であることを確認した。そして、当該燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率を熱分析試験によって測定したところ、４．９２％であった。 Specifically, first, the combustion ash of waste tires containing carbon black is prepared, and elemental analysis is performed by fluorescent X-ray elemental analysis, so that it does not contain impurities such as harmful substances and metals, and calcium compounds It was confirmed that it was a combustion ash containing as a main component. And when the content rate of the carbon black contained in the said combustion ash was measured by the thermal analysis test, it was 4.92%.
つぎに、上記燃焼灰にカーボンブラック（東海カーボン社製）を所定量混合することにより、図７に示すように、カーボンブラックの含有率がそれぞれ、４．９２％、９．９９％、２０．００％および３０．００％の燃焼灰をサンプルとして作製した。また、上記熱分析試験によってカーボンブラックが完全燃焼し、カーボンブラックの含有率が０％の燃焼灰もサンプルとして用意した。 Next, by mixing a predetermined amount of carbon black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) with the combustion ash, the carbon black content is 4.92%, 9.99%, 20. 00% and 30.00% combustion ash were prepared as samples. In addition, carbon black was completely burned by the thermal analysis test, and combustion ash having a carbon black content of 0% was also prepared as a sample.
つづいて、第１実施形態のカーボンブラック測定装置１によって各燃焼灰サンプルを測定したところ、図８に示すように、８つのＬＥＤ（Ｒ０〜Ｒ７）に対応する各波長（Ｒ０−Ｒ１：青、Ｒ２−Ｒ３：緑、Ｒ４−Ｒ５：赤、Ｒ７：赤外）について反射強度が測定された。 Subsequently, when each combustion ash sample was measured by the carbon black measurement device 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 8, each wavelength (R0-R1: blue, corresponding to eight LEDs (R0 to R7)). The reflection intensity was measured for R2-R3: green, R4-R5: red, and R7: infrared.
図８に示すように、カーボンブラックを含有しない燃焼灰（ＣＢ＝０％）のＲ１およびＲ２における反射強度は、ＬＥＤの性能上の問題で、他の波長（Ｒ０、Ｒ３〜Ｒ７）における反射強度と比較して弱かったため、各燃焼灰の相対反射率は、Ｒ４とＲ５における各反射強度の平均値を規格化して取得した。なお、燃焼灰の相対反射率は、含有率４．９２％の燃焼灰（ＣＢ＝５％）のＲ５における反射強度で除算することで規格化した。 As shown in FIG. 8, the reflection intensity at R1 and R2 of the combustion ash not containing carbon black (CB = 0%) is a problem in LED performance, and the reflection intensity at other wavelengths (R0, R3 to R7). Therefore, the relative reflectance of each combustion ash was obtained by standardizing the average value of each reflection intensity in R4 and R5. The relative reflectance of the combustion ash was normalized by dividing by the reflection intensity at R5 of the combustion ash having a content rate of 4.92% (CB = 5%).
そして、各燃焼灰サンプルについての相対反射率と、カーボンブラックの含有率とのデータ対を上記式（１）に代入して回帰分析したところ、上記式（１）の係数Ｃａ、Ｃｂは、それぞれ６．５８２および４．８４９５であった。したがって、燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、燃焼灰の相対反射率との関係を示す関係式は、下記式（４）および図９に示すグラフによって表された。 When a regression analysis was performed by substituting the data pair of the relative reflectance and the carbon black content for each combustion ash sample into the above equation (1), the coefficients C a and C b in the above equation (1) are Were 6.582 and 4.8495, respectively. Therefore, the relational expression showing the relationship between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance of the combustion ash was expressed by the following equation (4) and the graph shown in FIG.
Ｎ＝−６．５８２ｌｎＲ＋４．８４９５ ・・・式（４）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：燃焼灰中のカーボンブラックの含有率
Ｒ：燃焼灰の相対反射率
なお、上記式の相関係数は０．９８３３である。
N = −6.582lnR + 4.8495 (4)
However, each symbol represents the following.
N: Content of carbon black in combustion ash R: Relative reflectance of combustion ash The correlation coefficient of the above equation is 0.9833.
以上のような本実施例１によれば、第１実施形態のカーボンブラック測定装置１を用いて、本発明に係る関係式を生成できることが示された。 According to the present Example 1 as described above, it was shown that the relational expression according to the present invention can be generated using the carbon black measuring apparatus 1 of the first embodiment.
本実施例２では、上述した実施例１で生成した上記式（４）を関係式としてセットした第１実施形態のカーボンブラック測定装置１を用いて、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を測定する実験を行った。 In the present Example 2, the carbon black content in the combustion ash is measured using the carbon black measuring device 1 of the first embodiment in which the above formula (4) generated in the above-described Example 1 is set as a relational expression. An experiment was conducted.
具体的には、上述の実施例１で用いた燃焼灰のうち、カーボンブラックの含有率が０％の燃焼灰と、４．９２％の燃焼灰と、９．９９％の燃焼灰のそれぞれについて、第１実施形態のカーボンブラック測定装置１を用いて、カーボンブラックの含有率を測定した。その結果、各燃焼灰のカーボンブラックの含有率はそれぞれ０％、５％および１０％であり、実際のカーボンブラックの含有率とほぼ一致していることが確認された。 Specifically, among the combustion ash used in Example 1 above, each of the combustion ash having a carbon black content of 0%, 4.92%, and 9.99% The carbon black content was measured using the carbon black measuring device 1 of the first embodiment. As a result, the carbon black content of each combustion ash was 0%, 5%, and 10%, respectively, and it was confirmed that the carbon black content was almost the same as the actual carbon black content.
以上のような本実施例２によれば、第１実施形態のカーボンブラック測定装置１によって、燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を高精度に算出できることが示された。 According to Example 2 as described above, it was shown that the carbon black content in the combustion ash can be calculated with high accuracy by the carbon black measuring device 1 of the first embodiment.
なお、本発明に係るカーボンブラック測定装置１、カーボンブラック測定プログラム１ａおよびカーボンブラック測定方法は、前述した各実施形態および各実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。 The carbon black measuring device 1, the carbon black measuring program 1a, and the carbon black measuring method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and can be changed as appropriate.
例えば、上述した第１実施形態において、発光手段２は、複数の発光手段２を有して構成されているが、この構成に限定されるものではなく、特定の波長の光を照射する１つの発光手段２によって構成されていてもよい。この場合、関係式生成処理において、ステップＳ２の処理は、受光手段から取得した反射強度を規格化することにより燃焼灰の相対反射率を取得することとなり、ステップＳ３〜ステップＳ５の処理は不要となる。同様にして、含有率算出処理において、ステップＳ１２の処理は、受光手段から取得した反射強度を規格化することにより燃焼灰の相対反射率を取得することとなり、ステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理は不要となる。 For example, in the first embodiment described above, the light emitting means 2 is configured to include a plurality of light emitting means 2, but is not limited to this configuration, and one light that emits light of a specific wavelength is used. The light emitting means 2 may be used. In this case, in the relational expression generation process, the process of step S2 acquires the relative reflectance of the combustion ash by normalizing the reflection intensity acquired from the light receiving means, and the processes of step S3 to step S5 are unnecessary. Become. Similarly, in the content rate calculation process, the process of step S12 acquires the relative reflectance of combustion ash by normalizing the reflection intensity acquired from the light receiving means, and the processes of step S13 to step S15 are unnecessary. It becomes.
また、上述した第１実施形態において、発光手段２および受光手段３は、複数の発光手段２のそれぞれが、受光手段３を中心とする円周上に沿って配置されているが、発光手段２と受光手段３とが所定の間隔で配置されている構成であれば、この構成に限定されるものではない。例えば、１つの発光手段２と１つの受光手段３とが互いに対になって、複数配置されて構成されていてもよい。これにより、受光手段３から反射強度とその波長とを直接取得することが可能となる。 Further, in the first embodiment described above, the light emitting means 2 and the light receiving means 3 are each arranged along the circumference centering on the light receiving means 3. If it is the structure by which the light-receiving means 3 is arrange | positioned by predetermined spacing, it will not be limited to this structure. For example, a plurality of one light emitting means 2 and one light receiving means 3 may be arranged in a pair with each other. As a result, the reflection intensity and its wavelength can be directly acquired from the light receiving means 3.
さらに、上述した第１実施形態において、相対反射率取得部６３は、受光手段３から異なる波長ごとの反射強度を取得した場合、各反射強度の平均値を規格化した値を燃焼灰の相対反射率として取得するようになっているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、相対反射率取得部６３は、受光手段３から異なる波長ごとの反射強度を取得した場合、各反射強度を規格化した各相対反射率の平均値を燃焼灰の相対反射率として取得してもよい。 Furthermore, in the first embodiment described above, when the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the reflection intensity for each different wavelength from the light receiving means 3, the value obtained by standardizing the average value of each reflection intensity is used as the relative reflection of the combustion ash. Although it is obtained as a rate, it is not limited to this configuration. That is, when the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the reflection intensity for each different wavelength from the light receiving means 3, the relative reflectance acquisition unit 63 acquires the average value of the relative reflectances obtained by standardizing each reflection intensity as the relative reflectance of the combustion ash. Also good.
この場合、上述した関係式生成処理のステップＳ２において、受光手段３から取得した燃焼灰の反射強度を規格化して各波長の相対反射率を取得し、ステップＳ５において、各相対反射率の平均値を当該燃焼灰の相対反射率として取得することとなる。上述した含有率算出処理のステップＳ１２およびステップＳ１５についても同様である。 In this case, in step S2 of the relational expression generation process described above, the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means 3 is normalized to acquire the relative reflectance of each wavelength, and in step S5, the average value of each relative reflectance. Is obtained as the relative reflectance of the combustion ash. The same applies to step S12 and step S15 of the content rate calculation process described above.
また、上述した第２実施形態では、金属等の不純物を含む燃焼灰を測定するのに好適なカーボンブラック測定装置１について説明したが、当該第２実施形態のカーボンブラック測定装置１を用いて、金属等の不純物をほとんど含まない燃焼灰を測定することも可能である。 Moreover, in 2nd Embodiment mentioned above, although the carbon black measuring apparatus 1 suitable for measuring the combustion ash containing impurities, such as a metal, was demonstrated, using the carbon black measuring apparatus 1 of the said 2nd Embodiment, It is also possible to measure combustion ash containing almost no impurities such as metals.
この場合、相対反射率取得部６３は、受光手段３から連続的な反射スペクトルを取得するため、相対反射率を下記式（５）によって定義することが好ましい。したがって、関係式生成処理のステップＳ２１およびＳ２２は不要となる。 In this case, since the relative reflectance acquisition unit 63 acquires a continuous reflection spectrum from the light receiving means 3, it is preferable to define the relative reflectance by the following equation (5). Therefore, steps S21 and S22 of the relational expression generation process are not necessary.
ただし、各符号は以下を表す。
Ｒ：燃焼灰の相対反射率
λ：波長
λｍａｘ：発光手段２の最大波長
λｍｉｎ：発光手段２の最小波長
Ｒ（λ）：波長λにおける反射強度
However, each symbol represents the following.
R: relative reflectance of combustion ash λ: wavelength λ max : maximum wavelength of light emitting means 2 λ min : minimum wavelength of light emitting means 2 R (λ): reflection intensity at wavelength λ
１ カーボンブラック測定装置
１ａ カーボンブラック測定プログラム
２ 発光手段
３ 受光手段
４ 表示手段
５ 記憶手段
６ 演算処理手段
２１ 拡散シート
３１ レンズ
５１ プログラム記憶部
５２ 関係式記憶部
６１ 発光制御部
６２ 反射強度取得部
６３ 相対反射率取得部
６４ 関係式生成部
６５ 含有率算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon black measurement apparatus 1a Carbon black measurement program 2 Light emission means 3 Light reception means 4 Display means 5 Storage means 6 Arithmetic processing means 21 Diffusion sheet 31 Lens 51 Program storage part 52 Relational expression storage part 61 Light emission control part 62 Reflection intensity acquisition part 63 Relative reflectance acquisition unit 64 Relational expression generation unit 65 Content rate calculation unit
Claims (8)
前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め記憶する関係式記憶部と、
受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得部と、
前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出部と、
を有する、カーボンブラック測定装置。 A carbon black measuring device for measuring carbon black in combustion ash mainly composed of a calcium compound,
A relational expression storage unit that stores in advance a relational expression indicating a relation between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash;
A relative reflectance acquisition unit that acquires the relative reflectance of the combustion ash by standardizing the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means;
Based on the relative reflectance acquired by the relative reflectance acquisition unit and the relational expression, a content rate calculation unit that calculates the content rate of carbon black in the combustion ash,
A carbon black measuring device.
Ｎ＝−Ｃａ・ｌｎＲ＋Ｃｂ ・・・式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：燃焼灰中のカーボンブラックの含有率
Ｒ：燃焼灰の相対反射率
Ｃａ，Ｃｂ：係数 The carbon black measuring device according to claim 1 or 2, wherein the relational expression is represented by the following formula (1);
N = −C a · lnR + C b (1)
However, each symbol represents the following.
N: Carbon black content in combustion ash R: Relative reflectance of combustion ash C a , C b : Coefficient
前記発光手段のそれぞれは、前記受光手段を中心とする円周上に沿って等間隔で配置されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載のカーボンブラック測定装置。 A plurality of light emitting means for irradiating the combustion ash with light of different wavelengths; and a light receiving means for receiving reflected light from the combustion ash and outputting reflected intensity.
5. The carbon black measurement device according to claim 1, wherein each of the light emitting units is arranged at equal intervals along a circumference centered on the light receiving unit.
前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め記憶する関係式記憶部と、
受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得部と、
前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出部と、
してコンピュータを機能させる、カーボンブラック測定プログラム。 A carbon black measurement program for measuring carbon black in combustion ash mainly composed of calcium compounds,
A relational expression storage unit that stores in advance a relational expression indicating a relation between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash;
A relative reflectance acquisition unit that acquires the relative reflectance of the combustion ash by standardizing the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means;
Based on the relative reflectance acquired by the relative reflectance acquisition unit and the relational expression, a content rate calculation unit that calculates the content rate of carbon black in the combustion ash,
A carbon black measurement program that allows the computer to function.
前記燃焼灰中に含まれるカーボンブラックの含有率と、前記燃焼灰の反射強度を規格化した相対反射率との関係を示す関係式を予め関係式記憶部に記憶する関係式記憶ステップと、
受光手段から取得した前記燃焼灰の反射強度を規格化することにより前記燃焼灰の相対反射率を取得する相対反射率取得ステップと、
前記相対反射率取得部によって取得された相対反射率と前記関係式とに基づいて、前記燃焼灰中のカーボンブラックの含有率を算出する含有率算出ステップと、
を有する、カーボンブラック測定方法。 A carbon black measurement method for measuring carbon black in combustion ash containing a calcium compound as a main component,
A relational expression storage step for storing in advance a relational expression indicating a relation between the content of carbon black contained in the combustion ash and the relative reflectance obtained by standardizing the reflection intensity of the combustion ash in the relational expression storage unit;
A relative reflectance acquisition step of acquiring the relative reflectance of the combustion ash by normalizing the reflection intensity of the combustion ash acquired from the light receiving means;
A content rate calculating step for calculating a content rate of carbon black in the combustion ash based on the relative reflectivity acquired by the relative reflectivity acquisition unit and the relational expression;
A method for measuring carbon black.
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