JP2021006781A

JP2021006781A - 異物検知装置

Info

Publication number: JP2021006781A
Application number: JP2019120884A
Authority: JP
Inventors: 夏実山田; Natsumi Yamada; 俊昭脇田; Toshiaki Wakita
Original assignee: Hirak KK; Daiichi Jitsugyo Co Ltd
Current assignee: Hirak KK; Daiichi Jitsugyo Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-01-21

Abstract

【課題】被測定物に含まれる気泡等の異物を高い精度で検知できる異物検知装置を提供する。【解決手段】被測定体に含まれる異物を検出する異物検知装置（１）であって、前記被測定体と直接的に接触する一対の電極（１２）と、前記一対の電極（１２）に対して交流電圧を印加する電圧印加部（２０）と、前記一対の電極（１２）間の誘電物性を測定する測定部（４１）と、前記測定部により測定された前記誘電物性の変化に基づき前記被測定体中の異物の状態を検知する検知部（４２）とを有し、前記電圧印加部（２０）は、前記一対の電極において電気分解が発生しない電圧範囲で、前記一対の電極（１２）に対して交流電圧を印加する。【選択図】図１

Description

本発明は、異物検知装置に関する。

液体や固体、流動体中に含まれる気泡や異物等を検知する方法として、超音波やマイクロ波を被測定物に照射する方法が知られている。しかし、超音波やマイクロ波を活用した異物検知では、検知精度に改善の余地があり、より高精度な異物検知の方法が求められている。

このような要請に対応すべく、例えば、流動管内に配置された電極対の静電容量を測定することにより、流動管内の液体中の気泡を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、電極対に直流電圧が印加され、電極対の静電容量の変化に基づいて液体中の気泡を検知する。

特開２０１４−１１１２０２号公報

しかしながら、上記のような方法では、電極対に対して直流電圧が印加されているので、電極において電気分解が生じやすく、電極周りで電気分解が生じてしまうと、静電容量が正しく測定されず、結果気泡等の異物の検知精度が低くなるおそれがある。

本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被測定物に含まれる気泡等の異物を高い精度で検知できる異物検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の態様は、被測定体に含まれる異物を検知する異物検知装置であって、前記被測定体と直接的に接触する一対の電極と、前記一対の電極に対して交流電圧を印加する電圧印加部と、前記一対の電極間の誘電物性の変化を測定する測定部と、前記測定部により測定された前記誘電物性の変化に基づき前記被測定体中の異物の状態を検知する検知部とを有し、前記電圧印加部は、前記一対の電極において電気分解が発生しない電圧範囲で、前記一対の電極に対して交流電圧を印加する。

また、前記電圧印加部により印加される交流電圧が、１．０Ｖ以下であることが好ましい。

また、前記測定部は、基準電圧値に対する前記一対の電極間の電圧値の変化に基づき、前記一対の電極間の誘電率の変化を測定することが好ましい。

前記一対の電極間の電圧の変化又は前記一対の電極間の誘電率の変化と、前記被測定体中の異物の状態との関係を表す特性マップデータを格納する格納部をさらに有し、前記検知部は、前記格納部に格納される特性マップデータに基づき、前記被測定体中の異物の状態を検知することが好ましい。

また、前記被測定体を収容する収容部を更に有し、前記一対の電極は、前記収容部内に配置されることが好ましい。

本発明に係る態様によれば、被測定体と直接的に接触する一対の電極を配置し、一対の電極に対して電気分解が発生しない電圧範囲で交流電圧を印加するので、電圧印加時に電気分解が生じず、高い精度で誘電率の変化を測定し、異物を検知することができる。

本発明の実施の形態に係る異物検知装置の概略構成を表す図である。本発明の実施の形態に係る異物検知装置の検知部の構成を表す斜視図である。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとり得る。

＜異物検知装置の構成＞
図１及び図２を用いて、本実施の形態に係る異物検知装置の構成について説明する。図１に示すように、異物検知装置１は、被検部１０と、電圧印加部２０と、検出部３０と、処理部４０と、表示部５０とを有する。

（被検部）
図２に示すように、被検部１０は、被測定体を収容する円筒状の収容部１１と、収容部１１の内壁に取り付けられるシート状の一対の電極１２とを有する。本実施の形態においては、収容部１１内に被測定体としての液体が収容される。収容部１１は、円筒状の形状に限られず直方体形状など種々の形状のものを適用することができる。また、収容部１１は、外部と連通し、液体等の被測定体が流動する構成とすることもできる。被測定体は、液体であるものに限られず、流動性を有する流動体或いは固体であってもよい。

一対の電極１２は、収容部１１に被測定体（液体）が満たされた状態において、収容された被測定体と直接的に接触する。本実施の形態においては被測定体として液体を採用したが、被測定体が固体である場合には、例えば、一対の電極１２を固体中に直接挿入する。このようにすることで、一対の電極１２が被測定対と直接的に接触する状態が得られる。また、一対の電極１２はシート状の形状に限られずブロック形状、棒形状など種々の形状のものを適用することができる。

一対の電極１２は、例えば、白金（Ｐｔ）を用いることができる。使用される電極としては、これに限られず、金、銀、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、鉄、およびこれらの合金などからなる金属材料や、酸化亜鉛、酸化チタンなどからなる金属酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、黒鉛、薄層黒鉛、グラフェンなどの導電性炭素材料など、測定対象である被測定体の材質や物性等に応じて適宜選択することができる。

（電圧印加部）
電圧印加部２０は、交流電圧を出力する交流電源２１と、出力された電圧に対応する電流を流すＶＩコンバータ２２と、絶縁トランス２３とを有する。交流電源２１は、交流電圧を出力する。交流電源２１により出力される電圧値は、被測定体と一対の電極１２との間で電気分解が生じない電圧範囲に設定される。電圧印加時に電極１２において電気分解が生じると、被測定体の状態が変化してしまうため正しい誘電率を測定できなくなる。交流電源２１により出力される電圧値は、１．０Ｖ以下であることが好ましい。電圧値が１．０Ｖを超える場合には、被測定体に直接的に接触する電極において電気分解が生じる可能性が高くなってしまい、後述する電極間の誘電率の測定を正しく実施することができなくなるため好ましくない。電気分解に起因する誘電率の測定精度低下を抑制する観点から、交流電源２１により出力される電圧値は、電極１２間の電圧が０．５Ｖ以下であることがより好ましく、１００ｍＶ以下であることがさらに好ましい。

（検出部）
検出部３０は、電圧印加により生じる、被検部１０の一対の電極１２間の電流および電圧を検出する。検出部３０は、電流検出部３１と電圧検出部３２とを有する。電流検出部３１は、一対の電極１２間の電流を検出するものであり、例えば、電流検出アンプ３１ａと、ＡＤ変換器３１ｂと、基準抵抗３１ｃと、絶縁トランス３１ｄとを有する。電圧検出部３２は、一対の電極１２間の電圧を検出するものであり、例えば、電圧検出アンプ３２ａと、ＡＤ変換器３２ｂと、絶縁トランス３２ｃとを有する。電流検出部３１の絶縁トランス３１ｄ及び電圧検出部３２の絶縁トランス３２ｃは、必ずしも必要ではないが、測定の高精度化の観点においては重要であり、配置されていることが好ましい。

（処理部）
処理部４０は、検出部３０により検出される一対の電極１２間の電流および電圧に基づいて、被測定体中に含まれる異物の状態を検知する。ここで異物の状態とは、例えば、被測定体中の異物の有無、異物の存在量、異物の大きさなど、異物に関する様々な状態を表す。処理部４０は、測定部４１と、検知部４２と、格納部４３とを有する。

測定部４１は、電流検出部３１により検出される電流と電圧検出部３２により検出される電圧とに基づき得られる一対の電極１２間のインピーダンスに基づき、一対の電極１２間の電圧を測定する。測定部４１により測定される一対の電極１２間の電圧は、被測定体の誘電物性（誘電率、静電容量等）に応じて変動する。例えば、被測定体中に気泡等の異物が存在する場合には、被測定体の基準状態（例えば、気泡等が全く存在しない状態）と比較して、被測定体中の誘電物性が変化し、その結果一対の電極１２間の電圧に変動が生じる。したがって、測定部４１は、一対の電極１２間の電圧変化を測定することによって、一対の電極１２間、すなわち被測定体の誘電物性の変化を測定することができる。具体的には、被測定体の基準状態（例えば、気泡等が全く存在しない状態）における基準電圧を予め測定しておき、測定部４１は、この基準電圧と対比して、一対の電極１２間の電圧の変化を測定する。
なお、本実施の形態において、測定部４１は、一対の電極１２間の電圧の変化を測定することにより、間接的に一対の電極１２間（被測定体）の誘電物性の変化を測定しているが、これに限られない。測定部４１は、直接的に一対の電極１２間の誘電物性の変化を測定する構成を適用することもできる。

検知部４２は、測定部４１により測定される一対の電極１２間の誘電物性の変化若しくは当該誘電物性の変化に基づく一対の電極１２間の電圧の変化から被測定体中の気泡の状態を検知する。検知部４２による気泡の状態の検知は、予め設定される特性マップデータに基づいて実施される。特性マップデータは、測定対象である被測定体における、一対の電極１２間の電圧の変化と気泡の状態との関係をまとめたデータであり、後述する格納部４３に格納されている。検知部４２は、測定部４１により測定された一対の電極１２間の電圧の変化に関する情報を入手し、特性マップデータを参照することで入手された電圧の変化に関する情報に対応する気泡の状態に関する情報を抽出する。検知部４２は、抽出された気泡の状態に関する情報に基づき、気泡の有無や気泡の存在量等を検知する。

格納部４３は、特性マップデータを格納する。格納部４３により格納される特性マップデータは、測定対象である被測定体ごとに設定されており、例えば、一対の電極１２間の電圧変化と、これに対応する被測定体中の気泡の存在量（体積分率）として関係づけられている。なお、同じ電圧変化であっても、測定環境（測定温度、測定湿度、被測定体の測定容積（体積）、電極の種類、印加電圧等）によって気泡の状態は変動する。したがって、格納部４３は、各種測定環境ごとに特性マップデータを格納している。格納部４３は、処理部４０内に配置されている構成に限られない。例えば、格納部４３は、外部データベースとして、有線若しくは無線の通信を介して処理部４０と接続される構成であってもよい。

表示部は、処理部４０から出力された各種処理結果（一対の電極間の電圧変化、被測定体中の気泡の状態など）を表示する。

（実施例）
被測定体として水を収容部１１に収容するとともに、一対の電極１２間を一定速度で通過するように流動させた。電圧印加部２０により一対の電極１２に対して交流電圧（印加電圧：０．５Ｖ、波形周期：１００μｓ）を印加した。一対の電極１２として白金（Ｐｔ）を使用した。
その結果、被測定体中に気泡が含まれるタイミングにおいては、一対の電極１２間の電圧変化が測定され、この測定結果に基づいて被測定体中に含まれる気泡量を検知することができた。

（比較例）
被測定体の収容条件は実施例と同じである。電圧印加部２０により一対の電極１２に対して交流電圧（印加電圧：２Ｖ、波形周期：２０００μｓ）を印加した。一対の電極１２として金を使用した。
その結果、印加電圧の大きさ（２Ｖ）に起因して、一対の電極１２において電気分解が生じた。これにより、被測定体中の気泡量を精度よく検知することができなかった。

上記実施の形態においては、被測定体中の異物として検知される対象が気泡である場合について説明したがこれに限られない。例えば、被測定体が水である場合に、水中に含まれる樹脂等の異物を検知する構成にも適用することができる。また、上記実施の形態においては、被測定体が液体である場合について説明したがこれに限られない。例えば、食品等の固形物を被測定体とし、固形物に一対の電極を挿入することにより一対の電極と固形物とが直接的に接触する状態において交流電圧を印加することにより、固形物中に含まれる気泡（空隙）を検知する構成にも適用することができる。

１異物検知装置
１０被検部
１１収容部
１２一対の電極
２０電圧印加部
３０検出部
４０処理部
４１測定部
４２検知部
４３格納部
５０表示部

Claims

被測定体に含まれる異物を検出する異物検知装置であって、
前記被測定体と直接的に接触する一対の電極と、
前記一対の電極に対して交流電圧を印加する電圧印加部と、
前記一対の電極間の誘電物性を測定する測定部と、
前記測定部により測定された前記誘電物性の変化に基づき前記被測定体中の異物の状態を検知する検知部とを有し、
前記電圧印加部は、前記一対の電極において電気分解が発生しない電圧範囲で、前記一対の電極に対して交流電圧を印加することを特徴とする異物検出装置。
前記電圧印加部により印加される交流電圧が、１．０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の異物検知装置。
前記測定部は、基準電圧に対する前記一対の電極間の電圧の変化に基づき、前記一対の電極間の誘電率の変化を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の異物検知装置。
前記一対の電極間の電圧の変化又は前記一対の電極間の誘電率の変化と、前記被測定体中の異物の状態との関係を表す特性マップデータを格納する格納部をさらに有し、
前記検知部は、前記格納部に格納される特性マップデータに基づき、前記被測定体中の異物の状態を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の異物検知装置。
前記被測定体を収容する収容部を更に有し、
前記一対の電極は、前記収容部内に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の異物検知装置。