JP3717444B2 - 水分測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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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