JP3527476B2 - インライン粉粒体水分測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体の水分を製
造ラインであるベルトコンベア上において、自動で、迅
速に、しかも精度よく連続測定でき、さらに水分測定時
に粉粒体の比表面積あるいは粒径に応じた検量線を用い
ることなく、単一の検量線により種々の比表面積あるい
は粒径を持つ粉粒体の水分測定に対応できるインライン
測定システムであり、粉粒体製造工業における製品のリ
アルタイムな水分管理および制御に好適なシステムであ
る。

【０００２】

【従来の技術】粉粒体製造工業において、製品である粉
粒体の水分は品質を決定する重要な因子の一つであるた
め、その管理は重要である。また、粉粒体を使用するユ
ーザーの水分に対する要望は多種多様であり、製造者は
これを満足する粉粒体を製品として提供する必要があ
る。

【０００３】現在、粉粒体の水分管理に使用されている
センサーの一つに赤外反射式水分計がある。しかし、赤
外反射式水分計により測定された水分は粉粒体の比表面
積あるいは粒径の影響を受けるため、比表面積あるいは
粒径の異なる試料ごとに検量線を変更することが必要で
あった。なお、赤外反射式水分計は粉粒体表面の液厚に
応じて水分出力値を出力するため、粒径が大きくなると
比表面積が小さくなるので粉粒体の表面の液厚が大きく
なり、同じ水分％の小粒径の粉粒体と比較して水分出力
値は大きくなる。また、試料の比表面積に即した検量線
を用いた場合においても比表面積の小さな変動により、
測定される水分値は変動し十分な測定精度を得られない
のが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、粉粒体の水
分を製造ラインであるベルトコンベア上において、自動
で、迅速に、精度よく連続測定でき、さらに水分測定時
に粉粒体の比表面積あるいは粒径に応じた検量線を用い
ることなく単一の検量線により種々の比表面積あるいは
粒径を持つ粉粒体の水分測定に対応できるインライン測
定システムを提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述のとおり、赤外反射
式水分計により出力される水分出力値は、粉粒体の比表
面積の減少あるいは粒径の増加に伴い増加する。このた
め、種々の比表面積を持つ粉粒体の水分を正確に測定す
るためには、水分出力値を比表面積で補正する必要があ
り、赤外反射式水分計と比表面積を測定できる機器を組
み合わせて水分を測定することが必要である。

【０００６】本発明の発明者は、表面を平滑にした粉粒
体層において、粉粒体の比表面積の減少あるいは粒径の
増加に伴い平滑にした表面の粗さが増加することに着目
し、粉粒体層の表面の変位を連続的に測定することによ
り、比表面積が測定できるのではないかと考えた。

【０００７】赤外反射式水分計は、インライン測定機器
として一般に製造ラインであるベルトコンベア上部に設
置されている場合が多く、粉粒体はベルトコンベア上を
一定速度で移動する。このため、赤外反射式水分計の前
後に粉粒体層の表面の変位を測定する光学式変位計を設
置することが水分計の比表面積補正に有効であると考え
た。また、微小な粉粒体層の表面の変位の変化を微小長
さごとに正確に測定するための機器としてスポット径が
粉粒体の粒径に近く、取り込み速度が速い光学式変位計
を適用することとした。さらに、ベルトコンベア自体の
変動による粉粒体層の表面の変位変動への影響を小さく
するため、数千点の微小長さごとの変位を測定し、微小
長さ間の変位の差を算出して、これらの絶対値を平均し
た平均変位差と粉粒体の比表面積の逆数との間に良好な
相関関係があることを見出した。

【０００８】以上の検討をもとに、赤外反射式水分計と
光学式変位計を組み合わせて粉粒体の水分を単一の検量
線によりインライン測定できる本発明を完成するに至っ
た。すなわち、本発明の課題を解決する手段は以下のと
おりである。

【０００９】請求項１のインライン粉粒体水分測定シス
テムは、ベルトコンベア上を移動する粉粒体の水分をイ
ンラインで自動測定するインライン粉粒体水分測定シス
テムであって、移動する粉粒体層の表面を平滑にするた
めの均し手段と、前記平滑にされた移動する粉粒体層に
ついて、粉粒体の水分および比表面積あるいは粒径に応
じた出力値を出力する赤外反射式水分計と、前記平滑に
された移動する粉粒体層の表面の変位を微小長さごとに
高速で測定し該変位に応じた出力値を出力する光学式変
位計と、前記赤外反射式水分計と前記光学式変位計から
出力されたそれぞれの出力値を高速で取り込むデータ収
集装置と、前記赤外反射式水分計の出力値を平均するこ
とにより平均水分出力値を算出し、前記光学式変位計の
微小長さごとの出力値から微小長さ間の変位出力値差の
絶対値である変位差を順次算出し、さらに平均すること
により粉粒体の比表面積と高い相関関係にある平均変位
差を算出し、算出した平均水分出力値と平均変位差を用
いて、予め作成しておいた粉粒体の水分と平均水分出力
値および平均変位差との関係式から粉粒体の水分を演算
する演算処理装置と、から構成されたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項２のインライン粉粒体水分測定シス
テムは、請求項１の構成を備え、前記平均水分出力値と
前記平均変位差とから前記粉粒体の水分を算出する演算
式が以下のように表すことができることを特徴とする。 Ｗ＝ａ₀ ＋ａ₁ ・Ｗ_M ／（ＡＶＥ（ｄＬ_n ））＾ａ₂ Ｗ：粉粒体の水分 Ｗ_M ：平均水分出力値 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ａ₀ ，ａ₁ ，ａ₂ ：粉粒体の形状、使用する水分計およ
び変位計、ベルトコンベア速度、変位データ取り込み速
度により決定される係数

【００１１】請求項３のインライン粉粒体水分測定シス
テムは、請求項１の構成を備え、前記平均変位差から粉
粒体の比表面積を算出する演算式が以下のように表すこ
とができることを特徴とする。 Ｓ＝１／（ｂ₀ ＋ｂ₁ ・ＡＶＥ（ｄＬ_n ）） Ｓ：粉粒体の比表面積 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ｂ₀ ，ｂ₁ ：粉粒体の形状、使用する変位計、ベルトコ
ンベア速度、変位データ取り込み速度により決定される
係数

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のインライン粉粒
体水分測定システムを製塩工場における塩製品の測定に
適用した実施の形態について説明する。

【００１３】（１）測定システム概要 図１は本発明の実施例のインライン粉粒体水分測定シス
テムの概要を示す図である。本システムは、ベルトコン
ベアＡ上を移動する粉粒体（結晶塩）の水分をインライ
ンで自動測定するシステムであり、移動する粉粒体層Ｂ
の表面を平滑にするための均し手段としての整流板Ｃ、
表面を平滑にした粉粒体層Ｂ１の水分と比表面積あるい
は粒径に応じた電圧信号を出力する赤外反射式水分計
Ｅ、表面を平滑にした粉粒体層Ｂ１の表面の変位を微小
長さごとにｍｓ（ミリ秒）オーダーの高速で測定し、電
圧信号として出力する光学式変位計Ｆ、赤外反射式水分
計Ｅと光学式変位計Ｆから出力された水分出力値と変位
出力値を高速で取り込むデータ収集装置Ｇ、水分出力値
を平均することにより平均水分出力値を算出し、一方、
微小長さごとの変位出力値の変化から微小長さ間の変位
出力値差の絶対値である変位差を順次算出し、さらに平
均することにより粉粒体の比表面積と高い相関関係にあ
る平均変位差を算出し、算出した平均水分出力値と平均
変位差を用いて、予め作成しておいた粉粒体の水分と平
均水分出力値および平均変位差との関係式から粉粒体の
水分を演算するための演算処理装置Ｈから構成される。

【００１４】なお、光学式変位計Ｆは、例えばレーザー
式変位センサを用いたものであり、レーザー光を被測定
物に照射してその反射光のスポット位置を光位置検出素
子（ＰＳＤ）で検出し、三角測量を応用して被測定物の
表面の変位を検出するものである。

【００１５】図２にインライン自動測定フローチャート
を示す。測定開始を選択すると水分測定が開始される。
この時、水分出力値、変位出力値のデータ収集装置Ｇへ
の取り込みは待機状態になる。ベルトコンベアＡ上に粉
粒体層Ｂが存在し、整流板Ｃにより表面を平滑にした粉
粒体層Ｂ１の変位出力値がほぼ一定になったことを変位
計Ｆが検知し、赤外反射式水分計Ｅからの水分出力値と
光学式変位計Ｆからの変位出力値のデータ収集装置Ｇへ
の取り込みが始まる。

【００１６】任意の点数（本実施例では６０００点）の
取り込みが終了すると取り込まれた水分出力値の平均値
である平均水分出力値と変位出力値の変動から平均変位
差が算出され、これらの値から水分値が演算される。演
算が終了した後、データ収集装置Ｇのデータ取り込みは
待機状態になり、表面を平滑にした粉粒体層Ｂ１が存在
すると水分出力値、変位出力値の取り込みを再び開始す
る。このため、ベルトコンベアＡ上に表面を平滑にした
粉粒体層Ｂ１が存在する限り連続して水分値が自動測定
される。

【００１７】本実施例における水分出力値、変位出力値
の取り込み速度は１ｍｓであり、６０００点のデータを
取り込むための測定時間は６秒であり、演算時間を含め
ても１点あたりの測定時間は１０秒程度となり、リアル
タイムなインライン自動測定が実現できる。

【００１８】（２）粉粒体層変位測定例 図３に本実施例のシステムを用いて１ｍｓのデータ取り
込み速度で測定した表面を平滑にした粉粒体層Ｂ１の変
位測定例として比表面積が異なる３種類の粉粒体につい
て測定した変位出力値（電圧）の経時変化を示す。ま
た、粉粒体が存在しないときのベルトコンベアＡ自体の
変位出力値の経時変化もあわせて示す。同図よりベルト
コンベアＡの変位変動と比較して表面を平滑にした粉粒
体層Ｂ１が存在するときの変位変動は大きかった。ま
た、粉粒体の比表面積の減少に伴い変位変動は増加し
た。

【００１９】図４に変位差（電圧換算値）の算出例を示
す。変位差ｄＬ_n はある時点で測定した変位出力値Ｌ_n
と１ｍｓ後に測定した変位出力値Ｌ_n+1 との差の絶対値
と定義し、以下の（１）式を用いて算出した。 ｄＬ_n ＝ＡＢＳ（Ｌ_n −Ｌ_n+1 ） ……（１） 同図より粉粒体の比表面積の減少に伴い変位差は増加す
る傾向が見られ、光学式変位計による比表面積測定の可
能性が示唆された。

【００２０】（３）平均変位差と比表面積との関係 図５に測定した変位出力値（本実施例では６０００点）
から算出した変位差（本実施例では５９９９点）を平均
した平均変位差（電圧換算値）と粉粒体の比表面積の逆
数との関係を示す。これらの間には（２）式に示す相関
係数０．９８１の良好な直線関係が見られ、平均変位差
から比表面積を推定することが可能となった。 １／Ｓ＝ｂ₀ ＋ｂ₁ ・ＡＶＥ（ｄＬ_n ） ……（２） Ｓ：粉粒体の比表面積 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ｂ₀ ，ｂ₁ ：粉粒体の形状、使用する変位計、ベルトコ
ンベア速度、変位データ取り込み速度により決定される
係数

【００２１】図６に比表面積の分析値と（２）式による
予測値との関係を示す。比表面積予測誤差はほぼ±５cm
²/g の範囲に入っており、平均予測誤差は２．２２cm²/
g であった。このように、請求項３に対応して平均変位
差から粉粒体の比表面積を求めることができる。

【００２２】（４）平均水分出力値と水分との関係 図７に赤外反射式水分計で測定した平均水分出力値と水
分分析値との関係を示す。これらの相関係数は０．１５
３であり、水分出力値が比表面積による影響を受けるた
め、これらの間には相関関係は見られなかった。

【００２３】（５）平均水分出力値の平均変位差による
補正 水分出力値は、粉粒体の比表面積の減少に伴い増加す
る。そこで、比表面積に反比例する平均変位差を用いて
平均水分出力値補正について種々検討した結果、平均水
分出力値を平均変位差の０．６２乗で除した平均水分出
力補正値と水分の間に良好な相関関係にあることを見出
した。本実施例における平均水分出力値は上記に示した
変位差の０．６２乗で補正する方法が最適であったが、
使用する水分計、変位計、測定条件により最適値の０．
６２は変化することが考えられるため、実態に即した値
を定めることが必要である。

【００２４】図８に水分分析値と平均水分出力補正値と
の関係を示す。これらの間には（３）式に示す相関係数
０．７３の直線関係が見られ、補正を行わなかった場合
と比較して相関性は大幅に向上した。 Ｗ_A ＝ａ₀ ＋ａ₁ ・Ｗ_M ／（ＡＶＥ（ｄＬ_n ））^0.62 ……（３） Ｗ_A ：水分分析値 Ｗ_M ：平均水分出力値 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ａ₀ ，ａ₁ ：粉粒体の形状、使用する水分計および変位
計、ベルトコンベア速度、変位データ取り込み速度によ
り決定される係数

【００２５】そこで、請求項２に対応して、上式（３）
の水分分析値Ｗ_A を粉粒体の水分Ｗに置き換えた次式
（４）により粉粒体の水分を測定するようにした。 Ｗ＝ａ₀ ＋ａ₁ ・Ｗ_M ／（ＡＶＥ（ｄＬ_n ））^0.62 ……（４） これにより、粉粒体の比表面積あるいは粒径に応じた検
量線を用いることなく単一の検量線により種々の比表面
積あるいは粒径を持つ粉粒体の水分測定に対応できるイ
ンライン測定システムとすることができた。

【００２６】（６）水分分析値と測定値との関係 図９に水分分析値と本システムを用いて測定した測定値
との関係を示す。水分測定誤差はほぼ±１％以内に入っ
ており、平均誤差は０．０５３％と良好な測定が可能で
あった。

【００２７】

【発明の効果】本発明のインライン粉粒体水分測定シス
テムは、粉粒体の粒径を製造ラインであるベルトコンベ
ア上において、自動で、迅速に、精度よく連続測定で
き、さらに水分測定時に粉粒体の比表面積あるいは粒径
に応じた検量線を用いることなく単一の検量線により種
々の比表面積あるいは粒径を持つ粉粒体の水分測定に対
応できるインライン測定システムであるため、粉粒体製
造工業における水分のリアルタイムな管理および制御が
可能となり、工程管理の省力化、工程制御精度の向上に
大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインライン粉粒体水分測定システムの
概要図である。

【図２】本発明のインライン粉粒体水分測定システムの
測定フローチャートを示す図である。

【図３】表面を平滑にした粉粒体層の変位測定例を示す
図である。

【図４】表面を平滑にした粉粒体層の変位差算出例を示
す図である。

【図５】表面を平滑にした粉粒体層の平均変位差と粉粒
体の比表面積の逆数との関係を示す図である。

【図６】粉粒体の比表面積の分析値と平均変位差を用い
て予測した予測値との関係を示す図である。

【図７】実施例に使用した光学式水分計による平均水分
出力値と水分分析値との関係を示す図である。

【図８】平均水分出力値を平均変位差で補正した平均水
分出力補正値と水分分析値との関係を示す図である。

【図９】本発明のインライン粉粒体水分測定システムを
使用して測定した水分測定値と分析値との関係を示す図
である。

【符号の説明】

Ａ…ベルトコンベア、Ｂ…粉粒体、Ｃ…整流板、Ｅ…赤
外反射式水分計、Ｆ…光学式変位計、Ｇ…データ収集装
置、Ｈ…演算処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−129981（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129980（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−337455（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294427（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−288892（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−52435（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベルトコンベア上を移動する粉粒体の水
   分をインラインで自動測定するインライン粉粒体水分測
   定システムであって、 移動する粉粒体層の表面を平滑にするための均し手段
   と、 前記平滑にされた移動する粉粒体層について、粉粒体の
   水分および比表面積あるいは粒径に応じた出力値を出力
   する赤外反射式水分計と、 前記平滑にされた移動する粉粒体層の表面の変位を微小
   長さごとに高速で測定し該変位に応じた出力値を出力す
   る光学式変位計と、 前記赤外反射式水分計と前記光学式変位計から出力され
   たそれぞれの出力値を高速で取り込むデータ収集装置
   と、 前記赤外反射式水分計の出力値を平均することにより平
   均水分出力値を算出し、前記光学式変位計の微小長さご
   との出力値から微小長さ間の変位出力値差の絶対値であ
   る変位差を順次算出し、さらに平均することにより粉粒
   体の比表面積と高い相関関係にある平均変位差を算出
   し、算出した平均水分出力値と平均変位差を用いて、予
   め作成しておいた粉粒体の水分と平均水分出力値および
   平均変位差との関係式から粉粒体の水分を演算する演算
   処理装置と、から構成されたことを特徴とするインライ
   ン粉粒体水分測定システム。
2. 【請求項２】 前記平均水分出力値と前記平均変位差と
   から前記粉粒体の水分を算出する演算式が以下のように
   表すことができることを特徴とする請求項１記載のイン
   ライン粉粒体水分測定システム。 Ｗ＝ａ₀ ＋ａ₁ ・Ｗ_M ／（ＡＶＥ（ｄＬ_n ））＾ａ₂ Ｗ：粉粒体の水分 Ｗ_M ：平均水分出力値 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ａ₀ ，ａ₁ ，ａ₂ ：粉粒体の形状、使用する水分計およ
   び変位計、ベルトコンベア速度、変位データ取り込み速
   度により決定される係数
3. 【請求項３】 前記平均変位差から粉粒体の比表面積を
   算出する演算式が以下のように表すことができることを
   特徴とする請求項１記載のインライン粉粒体水分測定シ
   ステム。 Ｓ＝１／（ｂ₀ ＋ｂ₁ ・ＡＶＥ（ｄＬ_n ）） Ｓ：粉粒体の比表面積 ＡＶＥ（ｄＬ_n ）：平均変位差 ｂ₀ ，ｂ₁ ：粉粒体の形状、使用する変位計、ベルトコ
   ンベア速度、変位データ取り込み速度により決定される
   係数