JP3717444B2 - 水分測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分測定装置、詳しくは、誘電体中の水分を測定するための水分測定装置に関する。
【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、粉体や粒体などからなる工業材料に含まれる水分を測定するために、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、このような水分測定装置において、たとえば、導電性物質を含む試料を測定する場合と、含まない試料を測定する場合とでは、対向電極間に流れる電流値が大幅に異なるため、1つの水分測定装置の検出レンジで対応することができない。そのため、従来では、試料の種類や要求精度などに応じて、適宜、適切な検出レンジを有する水分測定装置を用いて測定するようにしている。
【0005】
しかし、試料や要求精度などに応じて、個々に水分測定装置を用意すると、コスト高となり、また、その度毎に、水分測定装置の全体を設置交換しなければならず、作業が煩雑となる。
【0006】
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、簡易な構成および作業により、水分測定装置の検出レンジを変更することができ、広汎な試料を対象として、広汎なレンジで測定することのできる、水分測定装置を提供することにある。
【0007】
【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、所定の間隔を隔てて対向配置される少なくとも2つの検知電極を有し、前記検知電極間に試料を存在させて、電気的特性を測定することにより、水分を測定する水分測定装置において、少なくとも1つの前記検知電極の両側に、ガード電極がそれぞれ設けられており、各前記ガード電極の間において、前記検知電極の電極面の面積を変更可能とするために、前記検知電極、または、前記検知電極およびスペーサ部材が着脱自在に取り付けられていることを特徴としている。
【0008】
このような構成によると、少なくとも1つの検知電極の電極面の面積を変更することにより、その水分測定装置の検出レンジを変更することができる。そのため、たとえば、試料や要求精度などが異なる毎に、それに対応した水分測定装置を用意せずとも、1つの水分測定装置を用いて、それぞれの試料や要求精度に対応した検出レンジで測定することができる。その結果、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで測定することができる。
また、このような構成によると、各ガード電極の間において、電極面の面積が異なる検知電極を、必要によりスペーサ部材とともに取り付けることができるので、各ガード電極の配置を変更せずとも、検知電極およびスペーサ部材の組み合わせを適宜選択することによって、任意に電極の電極面の面積を変更できるので、より一層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで測定することができる。
【0013】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記検知電極間に試料を連続的に通過させて、試料の水分を連続的に測定することを特徴としている。
【0014】
このような構成によれば、検知電極間を通過する試料の水分を連続的に測定することができる。そのため、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで、試料の水分を連続的に測定することができ、工業材料の水分を汎用的に測定することができる。
【0015】
【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、たとえば、樹脂ペレットなどの粉粒体の乾燥水分を連続的に測定するために用いられ、試料(粉粒体)の電気的特性および温度を連続的に検知するセンサ部2と、センサ部2によって検知された検知信号から試料の水分を連続的に算出するコントロールユニット3とを備えている。
【0016】
センサ部2は、図2ないし図4に示すように、外側筒部4、内側筒部5、上側蓋部材6および熱電対7を備えている。
【0017】
外側筒部4は、検知電極としての小径円筒状の金属からなる外側電極8と、大径円筒状の金属からなるカバー部材9と、所定の厚みを有する円筒状の断熱材10と、略十字板状の金属からなる下側支持部材11とを備えている。外側電極8は、カバー部材9の内側に配置されており、外側電極8およびカバー部材9によって2重円筒形状とされた状態で、外側電極8とカバー部材9との間に断熱材10が介装されている。そして、この断熱材10に外側電極8とカバー部材9とが固着されるとともに、外側電極8の下端部に、下側支持部材11が溶接固定されることにより、これらが一体として形成されている。なお、下側支持部材11には、十字状の交差部分に後述する下側ボルト20を螺着するためのボルト固定孔12が形成されている。
【0018】
内側筒部5は、このセンサ部2の軸心部に配置され、ガード電極としての上側ガード電極13、検知電極としての内側電極14、ガード電極としての下側ガード電極15および支持筒16を備えている。
【0019】
下側ガード電極15は、金属からなり、下側に向かって縮径する円錐状をなし、外側電極8の下部と所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。この下側ガード電極15には、その中央部に凹部17が形成されており、この凹部17に、絶縁体からなるブッシュ19を介して下側ボルト20を受け入れて、その下側ボルト20をボルト固定孔12に螺着固定させることによって、下側支持部材11に固定されている。
【0020】
なお、下側ガード電極15には、この下側ガード電極15の中心部までを径方向に貫通する配線管18が設けられている。この配線管18の外側端部は、絶縁体からなるブッシュ26を介して外側電極8に支持されるとともに、内側端部は、凹部17内に開口形成されている。
【0021】
支持筒16は、金属からなり、内側電極14より小径の円筒状をなし、下側ガード電極15から立設するように設けられている。この支持筒16の上端部には、上側に向かって突出する支持ボルト21が固着されている。
【0022】
内側電極14は、金属からなり、外側電極8よりも小径であって、上側ガード電極13の下端部および下側ガード電極15の上端部と同径に形成される円筒状をなし、外側電極8の中部および支持筒16と所定の間隔を隔てて対向するように配置され、リング板状の絶縁体からなる下側スペーサ23を介して、下側ガード電極15上に載置されている。
【0023】
上側ガード電極13は、金属からなり、上側に向かって縮径する円錐状をなし、外側電極8の上部と所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。この上側ガード電極13の軸心部には、後述する上側ボルト30および支持ボルト21を螺着させるための螺着孔22が貫通形成されている。この上側ガード電極13は、リング板状の絶縁体からなる上側スペーサ24を介して、内側電極14上に載置されている。
【0024】
そして、内側筒部5は、下側ガード電極15の上に、下側スペーサ23、内側電極14および上側スペーサ24を順次載置した状態で、支持筒16の支持ボルト21に上側ガード電極13を螺着させることにより、上側ガード電極13と下側ガード電極15との間で、下側スペーサ23および上側スペーサ24を介して、内側電極14を押圧挟持することによって、組み付けられている。
【0025】
また、上側蓋部材6は、図4にも示すように、プレート状をなし、外側筒部4と対向する円環部分27と、円環部分27の内側に配置され、内側筒部5と対向する円板部分28と、円環部分27と円板部分28とを連結する十字状の連結部分29とが一体的に形成されており、連結部分29における十字状の交差部分には、後述する上側ボルト30を螺着するためのボルト固定孔31が形成されている。また、円環部分27には、その周方向に沿って、このセンサ部2を、試料を処理するための処理装置などに取り付けるためのボルト孔25が複数形成されている。
【0026】
そして、図2に示すように、上側蓋部材6は、外側筒部4および内側筒部5の上側を蓋う状態で、ボルト固定孔31に、絶縁体からなるブッシュ32を介して、上側ボルト30を挿通し、その上側ボルト30を上側ガード電極13の螺着孔22に螺着させることによって、組み付けられている。
【0027】
熱電対7は、温度センサとして用いられ、図3にも示すように、外側筒部4の側方から、カバー部材9、断熱材10および外側電極8を介して、その先端部分(温度検知部分)が外側電極8と内側電極14との間に配置されるように挿入されており、ボルト33によって、カバー部材9の上端部に固定されている。
【0028】
そして、このセンサ部2には、後述するコントロールユニット3からのシールド線34が配線されている。すなわち、このシールド線34は、3つに分岐可能な同軸ケーブルなどからなり、第1接続線34aがカバー部材9に接続されるとともに、残りが接続管25内に挿通され、支持筒16内において第2接続線34bと第3接続線34cとに分岐して、第2接続線34bが、支持筒16に設けられる端子35に接続されるとともに、第3接続線34cが、内側電極14に設けられる端子36に接続されている。なお、カバー部材9と外側電極8とは、たとえば、上側蓋部材6などを介して導通されており、また、支持筒16と上側ガード電極13および下側ガード電極15とも、直接または支持ボルト21などを介して導通されている。ちなみに、外側電極8、内側電極14、上側ガード電極13および下側ガード電極15は、それぞれ、所定の間隔やスペーサあるいはブッシュなどによって絶縁されている。
【0029】
そして、このセンサ部2は、たとえば、乾燥ホッパなどの乾燥・加熱装置などの処理装置の内部に装着され、所定の間隔を隔てて対向配置される外側電極8の内側の電極面と内側電極14の外側の電極面との間を、図1に示す矢印方向に沿って連続的に通過(流下)する粉粒体などの試料の電気的特性を連続的に検知する。また、このセンサ部2では、熱電対7によって、測定時における雰囲気温度も連続的に検知している。
【0030】
コントロールユニット3は、図1に示すように、変換器部37、データ処理部38および表示部39を備えている。
【0031】
変換器部37は、交流電源40、電流計41、検波回路42、検波用A/D変換器43および温度用A/D変換器44を備えている。
【0032】
交流電源40および電流計41は、外側電極8および内側電極14とともに、閉回路を形成している。すなわち、交流電源40、電流計41、内側電極14および外側電極8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。
【0033】
なお、この閉回路において、電流計41と内側電極14とが上記した第3接続線34cによって接続され、交流電源40と外側電極8とがカバー部材9を介して上記した第1接続線34aによって接続されている。また、交流電源40と電流計41との間の接続線からは、分岐接続線が分岐されており、この分岐接続線が、上記した第2接続線34bとして、支持筒16を介して上側ガード電極13および下側ガード電極15にそれぞれ接続されている。
【0034】
また、検波回路42には、交流電源40および電流計41がそれぞれ接続されており、さらに、検波用A/D変換器43には、この検波回路42が接続されている。また、熱電対7には、温度用A/D変換器44が接続されている。
【0035】
変換器部37においては、交流電源40によって印加される電流値が、外側電極8および内側電極14の間に存在する試料によって変化するので、その電流値の変化を電流計41で検出し、検波回路42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42によって検知された波形が、検波用A/D変換器43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38に送信される。また、熱電対7によって検知された温度も、温度用A/D変換器44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38に送信される。
【0036】
データ処理部38は、CPUによって構成されており、検波用A/D変換器43、温度用A/D変換器44および表示部39が接続されている。このデータ処理部38では、検波用A/D変換器43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44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38において算出された水分含量が、LEDなどからなる表示部39において表示される。
【0037】
そして、この水分測定装置1では、上記したように、たとえば、センサ部2を、乾燥ホッパなどの乾燥・加熱装置など処理装置の内部に装着して、外側電極8と内側電極14との対向電極間を連続的に通過する粉粒体などの微量な水分を、連続的に精度よく測定することができる。
【0038】
一方、この水分測定装置1の検出レンジが、導電性物質が含まれていない試料を対象として設計されている場合において、たとえば、カーボンなどの導電性粒子が含まれている粉粒体など、導電性物質が含まれている試料を、この水分測定装置1によって測定すると、対向電極間に流れる電流値の大幅に変化に起因して、たとえ電気的に調整してもレンジオーバーとなる場合がある。
【0039】
そのため、この水分測定装置1では、そのような試料でも測定できるように、機械的に、外側電極8の電極面および内側電極14の電極面の対向面積を変更すべく、内側電極14を交換可能としている。
【0040】
図5には、内側電極14を交換した状態の図2に対応する正断面図が示されている。
【0041】
すなわち、図5においては、下側ガード電極15の上に、下側スペーサ23を介して、上記した内側電極14の約半分の軸方向長さを有する円筒状の金属からなるスペーサ部材としてのガード電極である中側ガード電極45が載置され、その上に、リング板状の絶縁体からなるスペーサ部材としての中側スペーサ46を介して、上記した内側電極14の約半分の軸方向長さの内側電極14(以下、互いに区別する場合には、図2に示す内側電極14をロング内側電極14a、図5に示す内側電極14をショート内側電極14bとする。)が載置され、その上に、上側スペーサ24を介して上側ガード電極13が載置されている。そして、これらは、上記と同様に、支持筒16の支持ボルト21に上側ガード電極13を螺着させることにより、上側ガード電極13と下側ガード電極15との間で、下側スペーサ23、中側スペーサ46および上側スペーサ24を介して、中側ガード電極45およびショート内側電極14bを押圧挟持することによって、組み付けられている。
【0042】
なお、支持筒16に設けられる端子35からは、さらに第2接続線34bが引き出されて、これが中側ガード電極45に設けられる端子47に接続されている。
【0043】
このように、内側電極14をロング内側電極14aからショート内側電極14bに変更すれば、外側電極8と内側電極14との電極面の対向面積が、約半分となるので、上記したような導電性物質が含まれている試料を測定しても、対向電極間に流れる電流値を大幅に減少させることができ、この水分測定装置1の検出レンジ内において精度よく測定することができる。
【0044】
次に、このような内側電極14の交換作業について、たとえば、図2に示すロング内側電極14aが装着されている状態から、図5に示すショート内側電極14bに交換する場合を例示して説明する。
【0045】
ロング内側電極14aからショート内側電極14bに交換するには、図2において、まず、上側ボルト30を取り外して、上側蓋部材6を取り外す。そうすると、外側筒部4の内側に内側筒部5が露出するので、次に、上側ガード電極13を支持ボルト21から螺退させることにより取り外す。そうすると、上側スペーサ24、ロング内側電極14aおよび下側スペーサ23は、載置されているのみであるので、端子36から第3接続線34cを外せば、上側スペーサ24およびロング内側電極14aを容易に取り外すことができる。なお、下側スペーサ23はそのまま残しておくようにする。
【0046】
そして、下側スペーサ23の上に、中側ガード電極45、中側スペーサ46、ショート内側電極14bおよび上側スペーサ24を順次載置した後、支持ボルト21に上側ガード電極13を螺着させて締め込むことにより、上側ガード電極13と下側ガード電極15との間で、下側スペーサ23、中側スペーサ46および上側スペーサ24を介して、中側ガード電極45およびショート内側電極14bを押圧挟持することによって、組み付ける。その後、端子36に第3接続線34cを接続し、端子35から、さらに第2接続線34bを引き出して端子47に接続した後、上側蓋部材6を外側筒部4および内側筒部3の上に載置して、これを、上側ボルト30を螺着孔22に螺着させることにより固定すれば、交換作業を終了することができる。
【0047】
なお、図5に示すショート内側電極14bが装着されている状態から、図2に示すロング内側電極14aに交換する場合には、上記した交換手順を逆に作業すればよい。
【0048】
そして、このような水分測定装置1では、ショート内側電極14bとロング内側電極14aとを交換可能に構成され、内側電極14の電極面の面積を変更することができるので、この水分測定装置1の検出レンジを、機械的に変更することができる。そのため、上記したように、たとえば、導電性物質が含まれていない試料および導電性物質が含まれている試料を、適宜、ロング内側電極14aおよびショート内側電極14bを交換することにより、この1つの水分測定装置1において、それぞれの試料に対応した検出レンジで測定することができる。その結果、これらを測定するために、それらに個々に対応した水分測定装置1を用意しなくてもよく、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで、試料の水分を連続的に測定することができる。そのため、工業材料の水分を汎用的に測定することができる。
【0049】
また、この水分測定装置1では、内側電極14ごと交換することで、簡易に電極面の面積を変更しているので、より一層、簡易な構成および作業によって、電極面の面積を変更して、水分測定装置1の検出レンジを変更することができる。
【0050】
すなわち、この水分測定装置1では、上側ガード電極13および下側ガード電極15が固定される一方で、これらの間において、ロング内側電極14a、または、ショート内側電極14bおよび中側ガード電極45を選択的に取り付けることで、上側ガード電極13および下側ガード電極15の配置を変更せずとも、任意に内側電極14の電極面の面積を変更できるので、より一層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで測定することができる。
【0051】
なお、上記した説明においては、ロング内側電極14aと、そのロング内側電極14aの約半分の電極面を有するショート内側電極14bとを交換する場合について説明したが、交換に用いられる内側電極14の電極面の面積は、適宜決定され、たとえば、ロング内側電極14aの軸方向長さに対して、1/3の内側電極14および2/3の中側ガード電極45と、2/3の内側電極14および1/3の中側ガード電極45とを用意して、3段階に切り替えて交換可能とすることもできる。また、内側電極14および中側ガード電極45、および、それに対応する中側スペーサ46を複数設けてもよい。
【0052】
また、中側ガード電極45に代えて中側スペーサ46のみを用いてもよく、さらには、外側電極8の電極面の面積を可変に構成してもよい。
【0053】
【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、水分測定装置の検出レンジを変更することができるので、より一層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで測定することができる。
【0056】
請求項2に記載の発明によれば、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで、試料の水分を連続的に測定することができ、工業材料の水分を汎用的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に示す水分測定装置のセンサ部の正断面図である。
【図3】図1に示す水分測定装置のセンサ部の左側面図である。
【図4】図1に示す水分測定装置のセンサ部の平面図である。
【図5】図1に示す水分測定装置のセンサ部の他の実施形態の正断面図である。
【符号の説明】
1 水分測定装置
8 外側電極
13 上側ガード電極
14 内側電極
15 下側ガード電極
45 中側ガード電極
46 中側スペーサ
Claims (2)
- 所定の間隔を隔てて対向配置される少なくとも2つの検知電極を有し、前記検知電極間に試料を存在させて、電気的特性を測定することにより、水分を測定する水分測定装置において、
少なくとも1つの前記検知電極の両側に、ガード電極がそれぞれ設けられており、各前記ガード電極の間において、前記検知電極の電極面の面積を変更可能とするために、前記検知電極、または、前記検知電極およびスペーサ部材が着脱自在に取り付けられていることを特徴とする、水分測定装置。 - 前記検知電極間に試料を連続的に通過させて、試料の水分を連続的に測定することを特徴とする、請求項1に記載の水分測定装置。
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