JP3714900B2 - 水分測定装置および水分測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分測定装置および水分測定方法、詳しくは、誘電率測定法によって誘電体中の水分を測定する水分測定装置、および、その水分測定装置を用いる水分測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物質の水分を測定する方法としては、カールフィッシャー法などの化学的測定法、重量減量法などの物理的測定法、誘電率分析法などの電気的測定法などが知られている。
【０００３】
このうち、誘電率測定法は、水の誘電率が大きいことに着目して、試料である誘電体を対向電極間に配置して、その時の静電容量の変化を電気的方法によって測定することで、その誘電体の水分含量を測定するものであり、たとえば、粉体や粒体からなる工業材料に含まれる水分を、工業的に測定するために広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、誘電率測定法では、対向電極の他に、試料の温度を測定するための熱電対が設けられており、対向電極によって測定される電流値（誘電損失および静電容量）と、この熱電対によって測定される試料の温度値（温度）とからの演算によって、水分含量が算出されるので、たとえば、室温環境下において、対向電極間にセルを設けて、高温の試料をそのセルに投入しても、水分の測定中に、その試料の温度がどんどんと低下するので、正確に水分を測定することは困難である。
【０００５】
そのため、このような誘電率測定法による水分測定装置は、たとえば、試料を加熱処理しているオーブンや乾燥ホッパなどの外部の処理装置の内部に装着して、試料と水分測定装置との温度環境を同一にして、試料が加熱されたままの温度変化のない状態で、水分を測定するようにしている。
【０００６】
しかし、水分測定装置を外部の処理装置に装着すると、１つの処理装置に対して、１つの水分測定装置が必要となり、コストの上昇が不回避となる。また、処理装置の内部に装着すると、水分測定装置の洗浄や修理などのメンテンスが煩雑となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成によって、種々の異なる環境からサンプリングした試料中の水分を、その試料の温度変化を防止して、低コストで確実に測定することのできる水分測定装置、および、その水分測定装置を用いる水分測定方法を提供することにある。
【０００８】
【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に記載の発明は、試料を挟んで対向配置される少なくとも２つの電極と、試料の温度を検知するための温度検知手段とを備え、試料中の水分を測定する水分測定装置において、対向配置される前記電極間に、試料を受け入れる試料収容部が着脱自在に設けられ、少なくとも２つの前記電極のうちの一の前記電極を埋設可能な凹部が形成され、その凹部に絶縁体からなるスペーサを介して一の前記電極を埋設し、少なくとも２つの前記電極から検出される電流値を安定化させるガード電極を備えていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によると、たとえば、試料収容部を電極間から取り外して、測定対象となる試料の温度と同一または近傍となるように調整した後、その試料収容部に試料を受け入れるとともに再び電極間に装着すれば、試料収容部が試料の温度と同一または近傍の温度に調整されていることから、測定中においても試料の温度変化が低減され、これによって、その試料中の水分を、試料を挟んで対向配置される少なくとも２つの電極によって検知される電気的特性と、温度検知手段によって検知される温度とからの演算により、確実に測定することができる。そのため、試料収容部を電極間から着脱させるのみの簡易な構成によって、種々の異なる環境からサンプリングした試料中の水分を、１つの水分測定装置において低コストで確実に測定することができる。また、この水分測定装置は、測定対象となる試料が処理されている処理装置の内部に設ける必要もないため、洗浄や修理なども容易に行なうことができ、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、水分測定方法であって、請求項１に記載の水分測定装置を用いて、まず、前記試料収容部を測定対象となる試料の温度に対応させて調整し、次いで、前記試料収容部に試料を受け入れた後、その試料収容部を対向配置される前記電極間に配置して、試料中の水分を測定することを特徴としている。
【００１１】
このような方法によると、たとえば、試料収容部を電極間から取り外して、測定対象となる試料の温度と同一または近傍となるように調整した後、その試料収容部に試料を受け入れるとともに再び電極間に装着すれば、試料収容部が試料の温度と同一または近傍の温度に調整されていることから、測定中においても試料の温度変化が低減され、これによって、その試料中の水分を確実に測定することができる。そのため、試料収容部を電極間から着脱させるのみの簡易な構成によって、種々の異なる環境からサンプリングした試料中の水分を、１つの水分測定装置において低コストで確実に測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の水分測定装置の一実施形態を示す、概略構成図である。図１において、この水分測定装置１は、センサ部２、変換器部３、データ処理部４および表示部５を備えている。
【００１３】
センサ部２は、図２にも示すように、１対の電極、すなわち、センサ電極６およびアース電極７と、センサ電極６側に設けられるガード電極８と、温度検知手段としての熱電対９と、試料収容部としてのセル１０とを備えている。
【００１４】
センサ電極６およびアース電極７は、金属からなる略矩形板状をなし、それらの間に、セル１０を着脱自在に設置できるように、互いに所定の間隔を隔てて対向状に配置されている。
【００１５】
また、ガード電極８は、センサ電極６およびアース電極７から検出される電流値を安定化させるものであって、センサ電極６の裏面側においてアース電極７に対して所定の間隔を隔てて対向状に配置されている。このガード電極８は、センサ電極６より大きい略矩形板状をなし、センサ電極６を埋設可能な略矩形状の凹部が形成されており、その凹部がアース電極７に向かうように配置されるとともに、センサ電極６が、その凹部に、絶縁体からなる略矩形板状のスペーサ１１を介して埋設されている。そのため、アース電極７に対しては、センサ電極６の全面とそのセンサ電極６の周囲の矩形枠状のガード電極８とが対向する状態となる。
【００１６】
また、センサ電極６およびガード電極８の裏面側には、それらと所定の間隔を隔てて、水分測定装置１のセンサ側支持フレーム１２が立設されるとともに、アース電極７の裏面側には、所定の間隔を隔てて、水分測定装置１のアース側支持フレーム１３が立設されている。
【００１７】
センサ側支持フレーム１２には、センサ支持杆１４の一端部が、絶縁体（ポリテトラフロロエチレン、以下同じ）からなるブッシュ１５を介して支持されている。また、このセンサ支持杆１４の他端部は、ガード電極８を貫通してセンサ電極６に連結されている。なお、ガード電極８とセンサ支持杆１４との間には、絶縁体からなるリング部材１６が介装されている。そして、センサ支持杆１４は、後述する電流計２４に接続されており、これによって、センサ電極６は、絶縁された状態で、センサ側支持フレーム１２によって支持されるとともに、センサ支持杆１４を介して、電流計２４に接続される。
【００１８】
また、このセンサ側支持フレーム１２には、ガード支持杆１７の一端部が、絶縁体からなるブッシュ１８を介して支持されている。また、このガード支持杆１７の他端部は、ガード電極８に連結されている。そして、ガード支持杆１７は、後述する電流計２４と交流電源２３との間から引き出される分岐接続線に接続されており、これによって、ガード電極８は、絶縁された状態で、センサ側支持フレーム１２によって支持されるとともに、ガード支持杆１７を介して、分岐接続線に接続される。
【００１９】
また、このアース側支持フレーム１３には、アース支持杆１９の一端部が、絶縁体からなるブッシュ２０を介して支持されている。また、このアース支持杆１９の他端部は、アース電極７に連結されている。そして、アース支持杆１９は、後述する交流電源２３に接続されており、これによって、アース電極７は、絶縁された状態でアース側支持フレーム１３によって支持されるとともに、アース支持杆１９を介して、交流電源２３に接続される。
【００２０】
また、熱電対９は、温度センサとして用いられ、試料Ｓの温度を検知するために、後述するセル１０内に挿入可能に構成されており、測定時において、試料Ｓが投入されたセル１０内に、その開口部２１から挿入される。
【００２１】
また、セル１０は、セラミックス（ガラス）やプラスチック（ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系プラスチック、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂）などの絶縁体からなり、前壁、後壁、右側壁、左側壁および底壁が一体的に形成され、上側に開口部２１が形成される略矩形扁平状のボックス形状に形成されている。このセル１０には、後述するように、測定対象となる試料Ｓが受け入れられる。
【００２２】
そして、この水分測定装置１では、セル１０が、センサ電極６およびアース電極７の間に着脱自在に設置されている。すなわち、このセル１０は、図３に示すように、センサ電極６およびアース電極７の間に上方から挿入して、それらの間に設けられる水分測定装置１の支持台２２上に載置することによって、それらの間に容易に装着することができ、その装着状態においては、図２に示すように、センサ電極６およびアース電極７の間において、それらと所定の間隔を隔てて配置される。また、このセル１０は、図３に示すように、センサ電極６およびアース電極７の間から上方に引き抜けば、それらの間から容易に取り外すことができる。
【００２３】
変換器部３は、図１に示すように、交流電源２３、電流計２４、検波回路２５、検波用Ａ／Ｄ変換器２６および温度用Ａ／Ｄ変換器２７を備えている。
【００２４】
交流電源２３および電流計２４は、センサ電極６とアース電極７とともに、閉回路を形成している。すなわち、交流電源２３、電流計２４、センサ電極６およびアース電極７が、接続線によって順次接続されることにより、クローズドラインによる閉回路が形成されている。また、交流電源２３と電流計２４との間の接続線からは、分岐接続線が引き出されており、この分岐接続線が上記したようにガード電極８に接続されている。また、検波回路２５には、交流電源２３および電流計２４がそれぞれ接続されており、さらに、検波用Ａ／Ｄ変換器２６には、この検波回路２５が接続されている。また、熱電対９には、温度用Ａ／Ｄ変換器２７が接続されている。
【００２５】
変換器部３においては、交流電源２３によって印加される電流値が、センサ電極６とアース電極７との間に配置されるセル１０内の試料Ｓによって変化するので、その電流値の変化を電流計２４で検出し、検波回路２５によって特定の波形として検知する。ここで検知された波形において、位相のずれの変化成分が誘電損失に対応し、振幅の大きさの変化成分が静電容量に対応する。そして、この検波回路２５によって検知された波形が、検波用Ａ／Ｄ変換器２６によってデジタル信号に変換された後、次に述べるデータ処理部４に送信される。また、熱電対９によって検知された温度も、温度用Ａ／Ｄ変換器２７によってデジタル信号に変換された後、次に述べるデータ処理部４に送信される。
【００２６】
データ処理部４は、ＣＰＵによって構成されており、検波用Ａ／Ｄ変換器２６、温度用Ａ／Ｄ変換器２７および表示部５が接続されている。このデータ処理部４では、検波用Ａ／Ｄ変換器２６から送信されてくる電流の測定値（誘電損失および静電容量）と、温度用Ａ／Ｄ変換器２７から送信されてくる温度値（温度）とから、公知の演算方法によって水分含量を算出する。誘電損失、静電容量および温度から水分含量を算出する方法は、たとえば、特公平５−７０７８６号公報に記載される方法など、適宜公知の方法に準拠すればよい。そして、データ処理部４において算出された水分含量が、ＬＥＤなどからなる表示部５において表示される。
【００２７】
次に、この水分測定装置１を用いて、試料Ｓ中の水分を測定する方法について説明する。
【００２８】
この方法では、まず、セル１０を測定対象となる試料Ｓの温度に対応させて調整する。セル１０を試料Ｓの温度に対応させて調整するには、たとえば、水分測定装置１を室温雰囲気下に設置しておいて、セル１０のみを、センサ電極６とアース電極７との間から取り外し、測定しようとする試料Ｓの温度と同一または近傍となるように調整する。たとえば、オーブンや乾燥ホッパなどの加熱処理装置によって加熱処理されている試料Ｓを対象とする場合には、セル１０を、たとえば、オーブンなどの加熱装置内に設置することによって、その加熱処理温度と同一または近傍となるように加熱する。セル１０の加熱は、試料Ｓを加熱している加熱処理装置内にセル１０を設置してもよく、また、別の加熱装置内に設置して加熱するようにしてもよい。さらには、加熱装置内に設置せずとも、他の公知の加熱方法によって加熱するようにしてもよい。
【００２９】
また、セル１０の加熱は、必ずしも、厳密に試料Ｓの温度と同一となるように調整する必要はなく、試料Ｓの測定中において、試料Ｓが温度変化しても、その温度変化が実質的に測定に影響しない程度となるように恒温されればよく、試料Ｓによっては、たとえば、その試料Ｓの温度よりもやや高い温度で恒温することが好適となる場合がある。
【００３０】
そして、セル１０が、その温度で恒温された後に、加熱処理装置から試料Ｓをサンプリングして、そのセル１０の開口部２１から投入した後、試料Ｓが投入されたセル１０を、再び、センサ電極６とアース電極７との間に装着して、そのセル１０内に熱電対９を挿入した後、上記した方法によって、試料Ｓの水分を測定する。
【００３１】
このような測定方法によれば、セル１０が試料Ｓの温度と同一または近傍の温度に調整されていることから、測定中においても試料Ｓの温度変化が、実質的に測定に影響しない程度にまで低減され、これによって、その試料Ｓ中の水分を、上記した電流の測定値（誘電損失および静電容量）と、温度値（温度）との演算から確実に測定することができる。
【００３２】
そのため、セル１０をセンサ電極６とアース電極７との間から着脱させるのみの簡易な構成によって、種々の異なる環境からサンプリングした試料Ｓ中の水分を、１つ水分測定装置１において低コストで確実に測定することができる。
【００３３】
また、この水分測定装置１のセンサ部２は、たとえば、オーブンや乾燥ホッパなどの測定対象となる試料Ｓが処理されている処理装置の内部に設ける必要もないため、洗浄や修理なども容易に行なうことができ、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００３４】
また、この水分測定装置１においては、セル１０が絶縁体によって形成されているので、試料Ｓ中に導電性物質や電解性物質が含まれていても、セル１０が、センサ電極６とアース電極７との間における導電性物質や電解性物質による通電を遮蔽する。そのため、交流電源２３によって印加され、試料Ｓの存在によって変化する電流値を、電流計２４によって良好に検出することができる。その結果、導電性物質や電解性物質が含まれている試料Ｓであっても、検波回路２５によって誘電損失および静電容量を検知することができ、データ処理部４においてその水分含量を算出することができる。したがって、たとえば、導電性物質や電解性物質が配合されている泥状ないしはスラリー状の食品（たとえば、マーガリン、あめ、あんこ、ジャムなど）や、導電性粉末が配合されている樹脂ペレットなどの粉粒体（たとえば、金属粉や炭素粉が配合されている樹脂ペレットなど）の水分含量を測定することができるので、そのような試料が測定対象とされる、たとえば、食品、化粧品、プラスチックなどの工業材料の水分を汎用的に測定することができる。
【００３５】
なお、上記の説明では、高温の試料Ｓを、室温雰囲気下に設置されている水分測定装置１を用いて測定する方法を例示したが、本発明においては、水分測定装置と試料との温度の相違に起因して、そのままでは測定中の試料の温度が変化するものに適用することができ、たとえば、低温の試料Ｓを、室温雰囲気下に設置されている水分測定装置１を用いて測定する場合などにも、適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に記載の発明によれば、試料収容部を電極間から着脱させるのみの簡易な構成によって、種々の異なる環境からサンプリングした試料中の水分を、１つの水分測定装置において低コストで確実に測定することができる。また、この水分測定装置は、測定対象となる試料が処理されている処理装置の内部に設ける必要もないため、洗浄や修理なども容易に行なうことができ、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、種々の異なる環境からサンプリングした試料中の水分を、１つの水分測定装置において低コストで確実に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水分測定装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【図２】図１の水分測定装置のセンサ部の拡大概略構成図である。
【図３】図１の水分測定装置におけるセルの着脱状態を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 水分測定装置
６ センサ電極
７ アース電極
９ 熱電対
１０ セル

Claims (2)

1. 試料を挟んで対向配置される少なくとも２つの電極と、試料の温度を検知するための温度検知手段とを備え、試料中の水分を測定する水分測定装置において、
   対向配置される前記電極間に、試料を受け入れる試料収容部が着脱自在に設けられ、
   少なくとも２つの前記電極のうちの一の前記電極を埋設可能な凹部が形成され、その凹部に絶縁体からなるスペーサを介して一の前記電極を埋設し、少なくとも２つの前記電極から検出される電流値を安定化させるガード電極を備えていることを特徴とする、水分測定装置。
2. 請求項１に記載の水分測定装置を用いて、まず、前記試料収容部を測定対象となる試料の温度に対応させて調整し、次いで、前記試料収容部に試料を受け入れた後、その試料収容部を対向配置される前記電極間に配置して、試料中の水分を測定することを特徴とする、水分測定方法。

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