JP3779419B2 - 水分計用電子天秤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分計用電子天秤に関する。更に詳しくは、測定試料中の水分量を測定するとともに測定試料自体の質量をも測定できるようにした水分計用の電子天秤に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、固体又は液体中の水分量を測定する高精度の水分定量法として、カールフィッシャー法(KF法)が広く知られている。KF法は、ヨウ素、二酸化硫黄、ピリジン、メタノールを成分とするカールフィッシャー試薬が水と定量的に反応することを利用するものである。しかしながら、KF法による水分量の測定では、測定対象物によっては各種の修正が必要になり、正確な水分量を求めるには、相当な熟練を必要としていた。また、測定においては、特殊な試薬やガラス容器が必要になるという問題もあった。
【0003】
上記の問題点を解決するために、加熱乾燥型の水分計が開発されてきた。このような加熱乾燥型の水分計は、例えば、特開平7−12696号公報に記載されているもののように、キャリアガスを生成する気体導入部と、この気体導入部からキャリアガスを導入して被測定物を加熱する加熱部と、この加熱部から導出されるキャリアガスから気化水分を補集する水分収集部と、前記水分収集部の増加質量を検出する電子天秤ユニットとを備えており、被測定物を加熱して、被測定物中の水分を気化させ、この気化させた水分を補集、計量することで被測定物の水分量を測定するという作用を有するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の加熱乾燥型水分計の電子天秤では、気化水分量の測定は可能なものの試料質量自体を測定することはできなかったため、試料質量を水分計の器外で正確に測定しなければならず、結果的に水分計と同精度の電子天秤が別個必要であった。
また、このような従来の電子天秤を有する水分計においては、測定試料の質量を器外に設置された電子天秤で測定した後に測定試料を水分計内に移動させることが必要であり、その結果、測定試料移動等の際に外気湿気等の吸着若しくは測定試料中の水分の放出が生じてしまい、測定環境による誤差及び測定における個人差が生じ易く、高精度の測定を行うことができないということも問題となっていた。
更に、水分量の計算の際には、器外で計量した測定試料の質量を測定者が水分計に入力する等の操作が必要であり、また水分計と同精度の電子天秤を別個必要とするため、操作性及びコスト上の問題もあった。
【0005】
そこで、本発明は、測定試料の気化水分量だけでなく試料質量自体をも測定することができる水分計用の電子天秤の提供を目的とする。
【0006】
【発明を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、測定試料中の水分を加熱により気化させ、キャリアガスと共に携行し、この気化水分のみを補集し検知することで測定試料中の水分量を測定する水分計用の電子天秤であって、該電子天秤に設けられた電子天秤ユニットの計量アームに測定試料計量部と補集された気化水分質量検知部とを備えることを特徴としたものである。(請求項1)
【0007】
【発明の実施の形態】
そして、本発明は上記手段により、測定試料に含まれる水分量のみならずその試料自体の質量も測定できるようになるので、器外に高精度天秤を別個備える必要がなく、また、水分量測定の際に測定試料を移動させることもないため、外気湿気等の測定環境による誤差が防止されることとなる。
【0008】
【実施例】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明にかかる水分計用電子天秤の一実施例であって、本発明の電子天秤が適用される水分計における流体系の経路及び機能ブロック図である。この図において、1はキャリアガスをコントロールするコントロール部、2はコントロールされたキャリアガスを2方向に分ける分岐部、3は分岐部2からのキャリアガスを導入して測定試料を加熱乾燥する加熱部、4は加熱部3から流出する加熱により発生する気化水分及びガスを携行するキャリアガスのうち気化水分以外のガスを除去するフィルター部、5はフィルター部4から流出した気化水分を携行するキャリアガスから気化水分のみを吸着する水分吸着部、6は電子天秤部であり、必要によりコントロール部1の前段にキャリアガス中の水分を乾燥させるドライユニット1cを備える。又、キャリアガス等が流れるチューブはテフロン製であることが好ましい。
【0009】
コントロール部1は、窒素もしくはヘリウム等の不活性ガス又は空気を乾燥したドライエアーからなるキャリアガスの流量を調整するニードルバルブ1aと、加熱部へ送り出されるキャリアガスの流量を検知するフローセンサー1bとから構成されている。なお、空気を乾燥させたドライエアーをキャリアガスとして用いる場合には、ドライユニット1cがニードルバルブ1aの前段に設けられる。
【0010】
なお、分岐部2は、本発明の電子天秤が適用される水分計において必ずしも必要ではないが、測定試料表面に正確にキャリアガスを送り込み、気化水分等を完全に水分吸着部5へと携行するためには、キャリアガスを少なくとも2方向、好ましくは2方向又は3方向に分岐し加熱部3へ導入することが好ましい。
【0011】
図2は、電子天秤部6の断面図であり、図3は、その概略平面図である。これらの図において、前記電子天秤部6は、電子天秤ユニット6dの計量アーム6aに測定試料計量部6bと補集された気化水分質量検知部6cとを備えている。測定試料計量部6b及び気化水分質量検知部6cの位置については、特に制限はないが、計量アーム6aの先端部に測定試料計量部6bが設けられている方が構造上好ましい。
そして、測定試料の計量は、測定試料計量部6bの上部に設けられた天秤シャフト6eがサンプル皿3hの底面と接し、測定試料計量部6bが測定試料裁置前後のサンプル皿3hの質量を検知し測定することで行われる。
また、気化水分質量検知部6cの上部には、水分吸着部5が設置されていて、水分吸着部中の吸着剤の質量の増加を、測定試料の気化水分量として検出する。
【0012】
図4から図7は、加熱部3及びフィルター部4のホルダー4aについて示した図である。ここで、図2及び図3は、加熱部3及びフィルター4のホルダー4aの断面図であって、加熱部3は、縦置きにされた中空筒状の加熱管3aを備え、その上部には、2方向のキャリアガス導入口3b及び前記フィルター部4と連絡するキャリアガス流出口3cが設けられている。また、加熱管3aの外周にはヒーターが蒸着されており、加熱管3a内部の様子を簡単に確認できるようにするため、加熱管3a及び蒸着されるヒーターは透明であることが好ましく、特に、加熱管3aは耐熱性等の点からガラス製であることが好ましい。
なお、キャリアガス導入口3bは、必ずしも2方向とする必要はなく1方向でも良いが、前述のように分岐部2によりキャリアガスが分岐された場合には、分岐数に応じて導入口が設けられることになる。また、キャリアガス導入口3bと前記テフロン製チューブとの接続部分はナイロン製のチューブにすることが望ましい。
更に、図4及び図5に示すように、加熱管3aの下部にはシール材3dが加熱管の底断面3eに沿って取付けられている。ここで、シール材3dの材料としては、耐熱性で且つ水分を吸収しない材料であれば特に制限はないが、優れた耐熱性及び密着性を有し且つ水分の吸収がないという点でフッ素系のゴムであることが好ましい。
なお、図4は非測定時における加熱部の状態を示しており、加熱管3aの底は加熱管蓋3fで密閉されている。加熱管蓋3fには、円周上に突起3gが設けられており、接合時には突起3gがシール材3dを突き上げることにより、加熱管を密閉することが可能となる。
一方、図6は測定時における、加熱部3及びフィルター4の断面図であり、加熱管3aの底にはサンプル皿3hが設置され、サンプル皿3hのフランジ部3iがシール材3dを突き上げることにより、非測定時同様に加熱管を密閉することが可能となる。
【0013】
なお、測定試料の測定時においては、まず、加熱管蓋3fが矢印イ方向にわずかに動き、その後矢印ロ方向に移動する。この状態において加熱管を加熱し且つキャリアガスを流入させておくと、内外圧力差で外気の進入を遮断することができるので、外気湿気の影響を全く受けることなく測定試料の挿入が可能となる。次いで、サンプル皿3hが矢印ハ方向から突き上げられ、サンプル皿3hのフランジ部3iが加熱管3a下部のシール材3dに密着することになる。
【0014】
図7は、サンプル皿3hの突き上げを示す図である。ここで、サンプル皿3hの突き上げは、突き上げ用のシャフト3jにより行われる。突き上げ用のシャフト3jは、ねじ3oによって円盤3pに取付けられており、円盤3pはスクリュー3qの回転により上下できるような構造となっている。シャフト3jは、ベースシャフト3kと、ベースシャフト3kの内部をスライドするシャフト軸3mと、ばね3nで構成されている。このシャフト3jはばね3nを有することにより、突き上げ位置の停止精度がばらついていても密閉に必要な荷重がサンプル皿にかかるように設定することができ、また、突き上げ圧力を大きくした場合には、ねじ3oのねじ長さを変更することで簡単に圧力を変更することが出来る。
【0015】
図8は、フィルター部4の断面図である。この図において、フィルター4は、ホルダー4aと挿入部4bとフィルター本体4cとフィルター本体4cに充填された活性炭4dとを有している。フィルター本体4cには、挿入部4bと連通する穴4eが空いており、フィルター本体4cの底にはメッシュ板4fが設置されている。ホルダー4aの外周にはヒーター4qが蒸着されている。ホルダー4a及びヒーター4qの材質は、フィルターの汚れ等の確認を容易にするという点よりガラス製であることが好ましい。なお、高精度の測定を可能とするためには、活性炭を毎日交換することが望ましい。
ホルダー4aの上部には蓋4gがあり、蓋4gの上部にはキャリアガスを通すためのチューブ継ぎ手4o及びチューブ4pが設けられている。なお、フィルター本体の交換は、図9に示すように行われ、ホルダー4aと蓋4gとの取付けによるフィルター本体4cの固定は、図10のようにホルダー4a上部にある突起4hと蓋4gの側面に設けられたリード溝4iとを噛合わすことにより行われる。このような固定方法を採用するため、フィルター本体4cの交換を非常に簡単に行うことが出来、また交換時における蓋4g取り外しの際、チューブ4pがねじられることもないのでチューブ4p表面のねじれによる亀裂等による痛みもなく、チューブ4pを蓋4gに取付けたままで、蓋4gをホルダー4aから取り外すことが可能となり、作業性が大幅に改善される。
蓋4gの裏側にはO−リング4jを取付けるための溝4kがある。フィルター本体4cの上部はフランジ形状になっておりこのフランジ部4nと蓋4gの裏の溝4kに取付けるO−リング4jが密着する。フィルター本体4cの上部にはフランジ部4nと蓋4gの隙間にはメッシュ板4mがあり、4aと4cの間にはO−リング4rがある。
【0016】
図11は、水分吸着部5の断面図であり、図12は水分吸着部5が計量アーム6aに取付けられた状態を示す斜視図である。この水分吸着部5は、キャリアガス導入用チューブ5aが接続される台5bと、気化水分を吸着する吸着剤5cが充填されるセル本体5dとを有している。台5bには、チューブ5a装着用のコネクタ部5eと、孔部5fと、円錐状突起部5gとが設けられ、円錐状突起部5gがセル本体5dに嵌められる。また、突起部5gを備える台5bは、電子天秤部6における計量アーム6aに取付けられている。セル本体5dには、円錐状突起部5gと嵌合するための凹み5hがあり台5bに取付けられる。更に、セル本体5dには、テフロン製の円盤5iが取付けられており、テフロン製の円盤5iには、キャリアガスがセル本体5dに流入できるように穴が空いている。
セル本体5dの上部には、キャップ5jが装着されている。キャップ5jには、水平方向に対称に配置された複数の排出口5kが設けられており、本体上部凹み部5mに設けられた排出口5oと連通するよう構成されている。なお、排出口5oはキャリアガス導入チューブ5aと垂直方向となるように取付けられることが好ましい。キャップ5jとセル本体5dとの取付けは、本体上部凹み部5mとキャップ5jの下部の円錐状の突起部5nとが嵌合することによって行われる。なお、図13は測定時及び非測定時における水分吸着部の状態を示す図であり、キャップ5jの排出口5kと本体上部凹み部5mの排出口5oとの連通を、キャップ5jの90度の回転により容易に切り替えることができ、結果として、容易にキャリアガスの流出及び外気の遮断を行うことができる。
このように、セル本体5dと台5bもしくはキャップ5jとの取付けが、円錐状の凹凸のみの嵌合だけで可能となり、又チューブ5aは台5bに取付けてあるため、セル本体交換時等に、電子天秤部6に大きな外力を与えることがなく、電子天秤の破損等を防ぐことが出来る。また、セル本体5d及び吸着剤5cの材質としては特に制限はないが、吸着剤の交換時期の判断を容易にするため、セル本体5dはガラス製であることが望ましく、また吸着剤5cは水分補集量によって色が変化するような性質を有するものが好ましい。かかる吸着剤5cの中でもモレキュラーシーブがより好ましく、最も好ましいものとしてはモレキュラーシーブ3Aが挙げられる。またここで、台5b及びキャップ5jの突起部5g及び5nの材質は、取り外しの容易性及び密着性の点でテフロン製であることが好ましい。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、水分計用電子天秤を気化水分量だけでなく測定試料自体の質量をも測定できるように構成したため、高精度天秤を別個水分計外に設置する必要が無く、また測定の際に測定試料自体を移動させることも不要となるので、設備的な面での簡略化が可能となり、且つ測定環境による誤差を防止できるという効果がある。特に、外気湿気の影響を受けない状態で水分量測定が出来るという点で測定精度の大幅な改善が達成が可能となり、微量な水分量においても高い精度で測定試料中の水分量の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される水分計の流体系の経路及びブロック図である。
【図2】電子天秤の実施例を示す断面図である。
【図3】電子天秤の実施例を示す概略平面図である。
【図4】加熱部の実施例(非測定時)を示す断面図である。
【図5】加熱部の実施例を示す断面説明図である。
【図6】加熱部の実施例(測定時)を示す断面図である。
【図7】測定時におけるサンプル皿突き上げ機構の説明図である。
【図8】フィルター部の実施例を示す断面図である。
【図9】本発明のフィルター本体の交換方法の説明図である。
【図10】本発明のフィルター本体の交換方法の説明図である。
【図11】水分吸着部の実施例を示す断面図である。
【図12】水分吸着部の実施例を示す斜視図である。
【図13】測定時及び非測定時の水分吸着部の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 コントロール部
2 分岐部
3 加熱部
4 フィルター
5 水分吸着部
6 電子天秤部
6a 計量アーム
6b 測定試料計量部
6c 気化水分質量検知部
6d 電子天秤ユニット
6e 天秤シャフト
Claims (1)
- 測定試料中の水分を加熱により気化させ、キャリアガスと共に携行し、この気化水分のみを補集し検知することで測定試料中の水分量を測定する水分計用の電子天秤であって、該電子天秤に設けられた電子天秤ユニットの計量アームに、測定試料計量部と補集された気化水分質量検知部とを備えることを特徴とする水分計用電子天秤。
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US09/066,666 US6279387B1 (en) | 1997-05-02 | 1998-04-28 | Moisture meter, electronic weighing machine for moisture meter, filter for moisture meter, and moisture adsorption unit for moisture meter |
TW087106584A TW432214B (en) | 1997-05-02 | 1998-04-29 | Moisture meter, electronic weighing machine for moisture meter, filter for moisture meter, and moisture adsorption unit for moisture meter |
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- 1997-05-02 JP JP11466597A patent/JP3779419B2/ja not_active Expired - Lifetime
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