JP3623451B2

JP3623451B2 - 水分量測定方法及び装置

Info

Publication number: JP3623451B2
Application number: JP2001003713A
Authority: JP
Inventors: 針次近藤; 規彰榊原
Original assignee: 株式会社ケーアンドエス
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002207017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質に含まれる水分量を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物質（例えば、植物の葉、セロハン、布等）に含まれる水分量を測定する従来の方法として、物質を乾燥処理し、その乾燥処理の前後の重さの差分から、物質に含まれる水分量を測定する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、物質をゲージに収容してから、加熱して乾燥処理を行っていたが、物質をゲージに収容する際に、水分を含んだ外気も一緒に収容されるので、物質から迅速に水分を蒸発させることができず、水分量の測定に長時間を要していた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、迅速に水分量を測定することが可能な水分量測定方法及び装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る水分量測定方法は、物質に含まれる水分量を測定する方法であって、被測定物質を収容したゲージ内の空気を吸引して真空に近づけることで、ゲージ内の湿度を一定にした後、ゲージ内を一定温度に保持しつつそのゲージ内に乾燥した空気を供給し、このときのゲージ内の湿度の変化量に基づいて、被測定物質に含まれる水分量を測定するところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明に係る水分量測定装置は、物質に含まれる水分量を測定する水分量測定装置であって、被測定物質を収容して密閉したゲージと、ゲージ内の湿度を測定する湿度センサと、ゲージ内の温度を測定する温度センサと、ゲージ内の空気を吸引して真空に近づけることが可能な吸引手段と、ゲージの内部を加熱又は冷却する加熱冷却手段と、温度及び湿度の両センサから検出信号を受ける制御部と、制御部からの信号に基づいて、ゲージ内に乾燥空気を供給する空気供給手段とを備え、制御部は、吸引手段を駆動して、ゲージ内から空気を吸引することで、ゲージ内を一定湿度に保持した後、加熱冷却手段を駆動してゲージ内を一定温度に保持しつつ、空気供給手段を駆動してゲージ内に乾燥空気を供給し、湿度センサからの検出信号に基づいて、乾燥空気を供給する前後のゲージ内の湿度の変化量を求め、その変化量から被測定物質に含まれる水分量を算出するところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２記載の水分量測定装置において、加熱冷却手段は、ペルチェ素子であるところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１〜３の発明＞
請求項１及び請求項２の発明では、ゲージ内に被測定物質を収容し、空気を吸引して真空に近づけると、空気に含まれていた水分までもが吸引されてゲージ内の湿度が一定になる。そして、この状態で、ゲージ内の温度を一定に保持しつつ、乾燥空気をゲージ内に供給すると、この乾燥空気に接した被測定物質から水分が迅速に蒸発して、ゲージ内の湿度が上昇する。ここで、ゲージ内の湿度の変化量は、被測定物質に含まれていた水分量に応じた値になる。従って、湿度センサで検出したゲージ内の湿度の変化量に基づき、被測定物質に含まれていた水分量が求められる。
【０００９】
このように本発明によれば、被測定物質の周りから水分が含まれた空気を取り除いてから、乾燥空気を被測定物質の周りに供給するから、被測定物質に含まれていた水分が迅速に乾燥空気側に奪われ、水分量の測定時間を短縮することができる。なお、ゲージ内を加熱又は冷却する手段として、ペルチェ素子を用いてもよい（請求項３の発明）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、符号１０で示したゲージは、蓋体１０Ｆを外して内部に被測定物質を収容することが可能な容器構造をなし、蓋体１０Ｆを閉めた状態にして、少なくとも１気圧以上の圧力に耐え得る強度を有する。
【００１１】
ゲージ１０内には、加熱冷却手段としてのペルチェ素子１１が備えられており、そのペルチェ素子１１との対向位置には、温度センサ１２及び湿度センサ１３が設けられている。そして、これらペルチェ素子１１、温度センサ１２及び湿度センサ１３の各端子に接続した電線が、ゲージ１０外に引き出されて、図２に示すように、制御部２０に接続されている。また、ゲージ１０内には、ワーク台１０Ｄが形成され、その上に被測定物質である、例えば、紙、セロハン、布、糸、半導体ウェハー等が載置される。なお、本実施形態では、前記湿度センサ１３は、例えば、静電容量型湿度センサにて構成されている。
【００１２】
ゲージ１０には、吸引ポンプ１４が連なる排出路と、コンプレッサ１５が連なる供給路とが形成されており、これら排出路及び供給路の途中には、それぞれ電磁弁１４Ａ，１５Ａが設けられて、制御部２０にて開閉制御可能としてある。また、供給路のうちコンプレッサ１５と電磁弁１５Ａとの間には、一対の除湿器１９Ａ，１９Ｂと、流量調整用のバルブ１９Ｃとが直列にして設けられている。そして、本実施形態では、流量調整用のバルブ１９Ｃにて、供給路内の流量を、例えば、０．３リットル／分に調整し、このとき前記除湿器１９Ａ，１９Ｂを通過した空気の湿度が、例えば、３〜１０％湿度になるように設定してある。
【００１３】
制御部２０は、図２に示されており、ＣＰＵ２１の入力ポートには、マルチプレクサ２２を介して前記した温度センサ１２と湿度センサ１３が接続されており、これらの検出信号をマルチプレクサ２２で選択的に切り替えてＣＰＵ２１に取り込むことができる。
【００１４】
また、ＣＰＵ２１の出力ポートには、Ｉ／Ｏユニット２３を介して、ペルチェ素子１１，吸引ポンプ１４，コンプレッサ１５及び電磁弁１４Ａ，１５Ａが接続されている。さらに、ＣＰＵ２１の出力ポートには、モニタ２６が接続されると共に、Ｄ／Ａコンバータ２４を介してアナログ出力端子２５が導出されている。
【００１５】
次に、この水分量測定装置の動作及び作用効果について説明する。
ゲージ１０の蓋体１０Ｆを外して、内部に被測定物質（例えば、セロハン、紙等）を収容し、蓋対１０Ｆを閉じる。この状態では、大気に含まれた水分もゲージ１０内に密閉されている。従って、この状態で仮にペルチェ素子１１にてゲージ１０内を加熱しても、被測定物質から水分を迅速且つ十分に奪うことは困難である。
【００１６】
制御部２０に備えた起動スイッチをオンする。すると、ＣＰＵ２１から出力された２値信号がＩ／Ｏユニット２３で所定のレベルに増幅され、オンオフ信号として、電磁弁１４Ａ，電磁弁１５Ａに与えられる。これにより、電磁弁１４Ａは開放し、電磁弁１５Ａは閉じた状態になり、これと共に、吸引ポンプ１４が駆動されて、ゲージ１０から空気が吸引される。このとき、ゲージ１０内の空気と共に水分も吸引されて、ゲージ１０内の湿度が低下する。そして、真空に近づくと、それ以上水分を吸引することができないから、湿度も安定する。すなわち、湿度センサ１３の検出結果が一定値に平衡し、これをもって、ＣＰＵ２１は、ゲージ１０内が真空になったと判断する。すると、ＣＰＵ２１は、ペルチェ素子１１を駆動して、ゲージ１０内を予め設定した温度まで上昇させると共に、温度センサ１２の検出信号をフィードバックして、ゲージ１０内の温度を、例えば設定温度±１℃に保持するように制御する。なお、本実施形態では、前記設定温度は、被測定物質が引火しない程度に設定されている。
【００１７】
ゲージ１０内の温度が、設定温度±１℃に保持されたら、ＣＰＵ２１は、電磁弁１４Ａを閉じる一方、電磁弁１５Ａを開放して、除湿器１９Ａ，１９Ｂにて乾燥させた空気をゲージ１０内に供給する。なお、このとき、迅速に乾燥空気を供給するためにコンプレッサ１５が駆動される。
【００１８】
乾燥空気がゲージ１０内に供給されると、この乾燥空気に被測定物質が覆われることで、被測定物質から水分が迅速に奪われる。そして、被測定物質に含まれていたほぼ全ての水分が乾燥空気に奪われ、その分、ゲージ１０内の湿度が上がる。なお、このとき、ゲージ１０内は、ペルチェ素子１１にて一定温度に保持されている。そして、ＣＰＵ２１は、同じ温度条件の下での湿度の上昇量と、ゲージ１０内の空気量とに基づき、被測定物質から乾燥空気に移行した水分量を算出し、これが被測定物質に含まれていた水分量としてモニタ２６及びアナログ出力端子２５に出力される。
【００１９】
このように本実施形態の水分量測定装置によれば、被測定物質の周りから水分が含まれた空気を取り除いてから、乾燥空気を被測定物質の周りに供給するから、被測定物質に含まれていた水分が迅速に乾燥空気側に奪われ、水分量の測定時間を短縮することができる。
【００２０】
＜参考例＞
本参考例は、図３及び図４に示されており、図３において符号３１は、チューブであって、例えば、外径３ｍｍ、内径２ｍｍのビニール管で構成されている。チューブ３１の先端部分の周壁には、複数の孔（図示せず）が形成され、それら孔を覆うように、チューブ３１先端の外周に、布状のフィルタ３２が巻き付けられている。そして、フィルタ３２ごとチューブ３２の先端部が、オムツ３０内に配されて、オムツ３０内の空気を吸引可能としてある。なお、このフィルタ３２は、例えば、水分吸着布の内部にスポンジを埋設してなる。
【００２１】
また、チューブ３１は、途中部分で切断されており、その切断部は、ドレイン容器３３内に下向きにして取り付けられている。そして、チューブ３１内に吸引された空気中の水分が液化した場合に、その液体がこのドレイン容器３３内に排出されて、後述の湿度センサ４２側に送られないようにしてある。
【００２２】
チューブ３１の基端部には、排泄検出装置４０に結合されている。この排泄検出装置４０は、チューブ３１内を通ってきた空気が充填されるゲージ４１を備え、そのゲージ４１内に、湿度センサ４２と温度センサ４３とを備える。また、温度及び湿度の両センサ４２，４３の出力線は、制御部４４に接続されると共に、その制御部４４にはメモリ４５が連ねられている。さらに、排泄検出装置４０に内蔵したコンプレッサ（図示せず）により、オムツ３０内の空気がチューブ３１を介してゲージ４１に引き込まれるようになっている。
【００２３】
上記構成からなる本参考例の排泄検出装置４０は、以下のように動作する。図４には、オムツ装着部分における空気の湿度の推移が例示されており、同図において、(2)で示したタイミングでオムツ３０が被験者に装着される。
【００２４】
まずは、オムツ３０を未装着の状態（図４において(1)のタイミング）で、排泄検出装置４０をオンする。すると、図示しないコンプレッサが起動して、オムツ装着部分の空気が、チューブ３１を通って排泄検出装置４０に取り込まれ、湿度センサ４２が湿度を検出する。そして、制御部４４が、単位時間当たりの湿度の変化量（図４のグラフの傾き）を算出する。ここで、制御部４４は、上記湿度の変化量を環境湿度が変化として、メモリ４５に記憶する。
【００２５】
さて、図４における(2)のタイミングでオムツ３０が被験者に装着される。すると、発汗や排出等によりオムツ３０内の湿度が上昇する。制御部４４は、このときの単位時間当たりの湿度の変化量（即ち、湿度の傾き）を求め、これをメモリ４５に記憶する。そして、時間の経過と共に、随時、湿度の傾きをメモリ４５に記憶していく。これにより、被験者の体調の変化によって、発汗量自体が徐々に変化しても対応することができる。
【００２６】
なお、発汗による湿度の変化量から、前記した環境湿度による変化量を差し引いて、発汗のみによる単位時間当たりの湿度の変化量を求めてもよい。また、上記した湿度は、全て相対湿度であって、温度の影響を受けるから、湿度センサ４２と共に温度センサの検出信号も制御部４４に取り込まれて、相対湿度が求められる。さらに、メモリ４５に記憶したデータは、測定を終了するまで有効で、オムツ３０を取り替えた後に再度傾きを算出する際の参照データとしても使用してもよい。
【００２７】
さて、被験者は排泄を行っていないが、発汗量が多くなって湿度が上昇する場合がある。ここで、本実施形態の排泄検出装置４０では、制御部４４が、被験者の発汗による湿度の変化量を、随時メモリ４５に記憶し、このメモリ４５に記憶されたデータと、湿度センサ４２で実際に測定した現時点の湿度の変化量とを比較する。これにより、湿度の変化量が急激に増加しない限り、排泄以外の要因で湿度が上昇したと判断する。これに対し、被験者が排泄した場合には、オムツ３０内の湿度は急激に上昇する（(6)−(7)間）。そして、この湿度の変化量の急激な変化をもって、排泄がなされたと判断する。
【００２８】
具体的には、以下の通りである。
被験者の発汗による湿度の変化量を、Ｋ１＝（（DtX−Dt２）／時間）で求めて、メモリ４５に随時記憶する。次いで、湿度の変化量の変化の急激度の基準となる所定値αをＫ１に加え、現時点の湿度の変化量である、Ｋ２＝（Dt７−Dt６）／時間、と比較する。そして、
Ｋ１＋α ＜Ｋ２
の場合は排泄と判断し、
Ｋ１＋α ＞Ｋ２
の場合は排泄は無かったものと判断する。
【００２９】
このように、本参考例によれば、湿度の変化量の変化が、所定の基準値より大きくて変化したことをもって、排泄を検出するから、被験者が時間をかけて汗を大量にかいた場合に、それを排泄と誤って検出する事態を防ぐことができる。なお、本参考例の排泄検出装置４０を利用して、環境湿度が変化したときの湿度の傾きを基本の傾きとしてメモリ４５に記憶しておき、その環境湿度の変化の傾き分を、湿度センサ４２で測定した現時点の湿度の変化の傾きからキャンセルすることで、被験者の発汗だけによる湿度の変化量を経時的に測定し、体調の変化を調べてもよい。
【００３０】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３１】
（１）前記実施形態の水分量測定装置は、加熱冷却手段としてペルチェ素子を備えていたが、例えばニクロム線を用いて加熱を行う一方、冷却は空冷にて行う構成としてもよい。
【００３２】
（２）前記実施形態では、乾燥空気を供給する場合にコンプレッサ１５を用いていたが、ゲージ内を真空にしたことによって生じた除湿器側との差圧によって乾燥空気をゲージ内に引き込む構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水分量測定装置の概念図
【図２】その水分量測定装置の制御部を示すブロック図
【図３】参考例に係る水分量測定装置の概念図
【図４】オムツ装着部分の空気の湿度の変化を示すグラフ
【符号の説明】
１０…ゲージ
１１…ペルチェ素子（加熱冷却手段）
１２，４３…温度センサ
１３，４２…湿度センサ
１４…吸引ポンプ（吸引手段）
１９Ａ，１９Ｂ…除湿器
２１…ＣＰＵ
４４…制御部
４５…メモリ（記憶手段）

Claims

物質に含まれる水分量を測定する方法であって、
被測定物質を収容したゲージ内の空気を吸引して真空に近づけることで、前記ゲージ内の湿度を一定にした後、
前記ゲージ内を一定温度に保持しつつそのゲージ内に乾燥した空気を供給し、このときの前記ゲージ内の湿度の変化量に基づいて、前記被測定物質に含まれる水分量を測定することを特徴とする水分量測定方法。
物質に含まれる水分量を測定する水分量測定装置であって、被測定物質を収容して密閉したゲージと、
前記ゲージ内の湿度を測定する湿度センサと、
前記ゲージ内の温度を測定する温度センサと、
前記ゲージ内の空気を吸引して真空に近づけることが可能な吸引手段と、
前記ゲージの内部を加熱又は冷却する加熱冷却手段と、
前記温度及び湿度の両センサから検出信号を受ける制御部と、
前記制御部からの信号に基づいて、前記ゲージ内に乾燥空気を供給する空気供給手段とを備え、
前記制御部は、前記吸引手段を駆動して、前記ゲージ内から空気を吸引することで、前記ゲージ内を一定湿度に保持した後、前記加熱冷却手段を駆動して前記ゲージ内を一定温度に保持しつつ、前記空気供給手段を駆動して前記ゲージ内に乾燥空気を供給し、前記湿度センサからの検出信号に基づいて、前記乾燥空気を供給する前後の前記ゲージ内の湿度の変化量を求め、その変化量から前記被測定物質に含まれる水分量を算出することを特徴とする水分量測定装置。
前記加熱冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項２記載の水分量測定装置。