JP3900410B2

JP3900410B2 - 静電容量型水分計

Info

Publication number: JP3900410B2
Application number: JP2002006922A
Authority: JP
Inventors: 千壽大石
Original assignee: 株式会社エンゼルハウス
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP2003207474A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、静電容量型水分計に関し、主に木材の含水率を測定するのに適した静電容量型水分計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木材を製材したり、製材後の角材や板材を乾燥させ、保管、出荷する際には、木材の含水率を適正に管理することが極めて重要である。
現在市場に流通している木材は、内部まで乾燥されていないものが大半であり、欠陥住宅が発生する要因の一つにもなっている。
木材の含水率を静電容量に基づいて測定する水分計は従来から提供されており、木材の一面に電極を押し当てて測定を行なえるようにした高周波静電容量式の水分計も市販されているが、測定可能な深さが１０〜２０ｍｍ程度であるため、厚い板材や角材の中心部分までの含水率を測定することは困難であった。
木材の中心部分の含水率まで測定できるように、木材を一対の電極で挟んで測定を行なう装置も開発されているが、装置が大型となったり、木材の取付け操作が面倒であるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、測定操作が簡単で作業性に優れ、厚みのある木材の中心部分の含水率まで正確に測定でき、その測定精度も高く、コンパクトで持運びや取扱いに便利で、しかも比較的低コストで生産できる静電容量型水分計を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
先端部が電極板取付け部として形成され、手元側は握り部として形成された一対のハンドル部材を、それぞれの中間位置の連結部において互いに回動自在なよう連結して成る把持具と、
上記一対のハンドル部材の先端部に互いに対向するように、かつ、ハンドル部材に対して所定の角度範囲内で回動自在なようにそれぞれ取り付けられ、ハンドル部材の握り部を開閉操作することにより、被測定物を挾持し得るよう構成された一対の電極板と、
上記一対の電極板間に挟まれた被測定物の静電容量を検出し、これから被測定物の含水率を求める測定回路と、
上記測定回路を収容し、上記把持具の適宜の箇所に取り付けられる回路ケースと、
上記把持具に取り付けられ、把持具の先端側が閉じるように作用するスプリングと、
から構成されたことを特徴とする静電容量型水分計によって達成できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつゝ本発明の構成を具体的に説明する。
図１は本発明に係る静電容量型水分計の一実施例を示す正面図、図２はその側面図、図３は本発明に係る静電容量型水分計の測定回路の一実施例を示す説明図、図４は本発明に係る静電容量型水分計の測定原理を示す説明図である。
図１及び図２中、１は把持具、２Ａ及び２Ｂはハンドル部材、２１はその先端部、２２は電極板ホルダ、２３は握り部、２４は連結部、３Ａ及び３Ｂは電極板、４は測定回路を収容した回路ケース、５はスプリング、６は木材である。
【０００６】
ハンドル部材２Ａ及び２Ｂ（両者は略同等の構造であるので、ここでは２Ａについて説明する。）は、その先端部２１に電極板ホルダ２２が取り付けられ、この電極板ホルダ２２に電極板３Ａ（３Ｂ）が固着されている。電極板ホルダ２２は、軸支ピン２２ａによって所定の角度範囲内で回動自在なよう保持され、木材６の厚さに関係なく、電極板３Ａ及び３Ｂが木材の表面に密着し得るようになっている。
【０００７】
ハンドル部材２Ａ及び２Ｂは、その中間位置に設けた連結部２４において、連結ピン２４ａにより互いに回動可能なように連結され、握り部２３を持って開閉操作することにより、電極板３Ａと３Ｂの間が接離し、任意の厚さの木材６を挾持できるようになっている。
また、ハンドル部材２Ａと２Ｂは、連結部２４より先端側に近い位置に取り付けたスプリング５により引っ張られて、握り部２３への力を緩めると先端側が閉じるように作用し、木材６の表面に電極板３Ａと３Ｂを略一定の圧力で当接せしめるようになっている。
電極板３Ａ、３Ｂのサイズは、特に限定はしないが、これが小さすぎると外部からの誘導をうけやすく動作が不安定になるため、種々実験の結果、面積２００平方ｃｍ程度、寸法で８ｃｍ×２５ｃｍ程度とするのが、性能及び取扱いやすさの点から好適であることが判明した。
【０００８】
ハンドル部材２Ａの連結部２４の近くには、回路ケース４が取り付けられ、このケース内には、上記一対の電極板３Ａ及び３Ｂの間に挟まれた木材６の静電容量を検出し、これから木材６の含水率を求める測定回路７（図３参照）が収納されている。
測定回路７中の高周波発振器７１ａ（図４参照。図３における静電容量計測回路７１中に設けられる。）から発振される例えば１Ｖ、１ＭＨｚの正弦波高周波電圧は、同軸ケーブル３１ａ及び３１ｂを通じて電極板３Ａ及び３Ｂ間に印加されるようになっている。
図１及び図２に示した回路ケース４において、４１はメインスイッチ、４２は液晶表示器、４３及び４４は設定値の変更ボタン、４５は設定モードの切換えボタン、４６は計測開始ボタン、４７はスピーカー、４８は外気温度測定用のサーミスタ（図２参照）、４９は外部接続用のコネクタである。
【０００９】
次に、図３を参照しつつ、本発明に係る静電容量型水分計に備えられる測定回路７の構成について説明する。
測定回路７中、７１は静電容量測定回路、７２はマイクロコンピュータ、７３は音声回路、７４は電源回路である。
静電容量測定回路７１は、図４に示すように、発振器７１ａと静電容量計７１ｂとから構成されており、その測定原理は、既に公知ではあるが、簡単に説明すれば次の通りである。
【００１０】
２枚の電極板３Ａ及び３Ｂを平行に保持し、両者間に木材６を挟むことなく、真空中に置いた状態で、両電極間に発振器７１ａから交流電圧を印加すると、電極間には下記の電流Ｉが流れる。
Ｉ＝２πｆＣＥ
ここで、ｆは交流の周波数（Ｈｚ）、Ｃは電極間の静電容量（Ｆ）、Ｅは交流の電圧（Ｖ）である。
静電容量Ｃは、電極の面積と電極間の距離により定まり、面積に比例し、距離に反比例する。
電極の間が真空でなく、さまざまな物質である場合、物質により流れる電流が異なるが、常に真空中よりも大きな値となる。真空のときに流れる電流を１としたとき、或る物質でｅ倍の電流が流れたとすると、ｅをその物質の比誘電率といい、このときの静電容量は真空時のｅ倍となる。
完全に乾燥した木材（全乾木材）の誘電率ｅは２〜３程度（杉、樫など木材の種類により異なり、基本的にその木材の比重によって変化する。）であるが、水の誘電率は８０程度である。従って、木材の含水率が高いほど誘電率が大きくなり、静電容量は大きくなるので、木材の静電容量を測定することにより、その含水率を求めることができる。
【００１１】
本発明においては、発振器７１ａにおいて得た例えば１Ｖ、１ＭＨｚの正弦波高周波電圧を、同軸ケーブル３１ａ及び３１ｂを通じて電極板３Ａ及び３Ｂ間に印加し、そのときの電流を静電容量計７１ｂで検知して、これに基づく静電容量と基準容量との比を電圧として出力するようになっている。この出力電圧をＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ７２に送る。
マイクロコンピュータ７２では、あらかじめ組み込まれた静電容量から含水率への変換関数プログラムに従って、上記静電容量計７１ｂからの出力データに基づき含水率を演算して、その結果を液晶表示器４２に表示すると共に、音声回路７３を介してスピーカ４７により音声出力する。
測定時には、使用者は、測定すべき木材の材厚、比重及び必要なパラメータをタッチパネル式入力操作部の設定値変更ボタン４３及び４４を用いてあらかじめ入力、設定しておくようにする。モード切換えボタン４５は、入力モードを材厚、比重、その他のパラメータ等に切り換えるボタンである。計測開始ボタン４６は、それらの設定を終え、木材６を電極板３Ａ及び３Ｂ間に挟んだ後、最終的に計測を行なう際に押すボタンである。
なお、正確な含水率を求めるには、温度補償を行なうことが望ましく、外気温度測定用のサーミスタ４８の出力データを取り入れて、含水率の演算を行なうようにすることが推奨される。
【００１２】
電源回路７４は、作業性を考慮すれば電池の方が望ましいが、商用の交流電源を変圧、整流して用いるようにしてもよい。
外部接続用のコネクタ４９は、マイクロコンピュータ７２で得られた含水率の記録データを、あとで外部のコンピュータに取り出して、統計処理等するために用いたり、或いはまた、マイクロコンピュータ７２の設定やプログラムを変更する際に用いることができる。
【００１３】
【発明の効果】
上記の如き構成を有する本発明によるときは、
（１）把持具１で木材を挟んで測定を行なうことが可能であるので、測定操作が簡単で作業性に優れ、コンパクトで持運びや取扱いが便利である、
（２）木材を一対の電極板３Ａ及び３Ｂで挟んで測定を行なうので、厚みのある木材の中心部分の含水率まで正確に測定できる、
（３）把持具１に取り付けた回路ケース４内に測定回路７を収納してあり、測定回路から電極板までの距離を短縮できるので、浮動容量が小さくかつ一定に保つことができ、測定精度が高い、
（４）全体的にコンパクトに作製でき、部品数も少なく、ハンドル部材２Ａ，２Ｂはプラスチック等で作製できるから、比較的低コストで生産できる、
等々の作用効果を得ることができる。
【００１４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、把持具１の形態、測定回路７の回路構成等は、使用形態に応じて適宜設計変更することが可能であり、また、最も好適には木材の含水率の測定に用いられるが、必要に応じて他の物体の含水率の測定にも用いることが可能であり、その場合には、電極板の取付け構造も目的に応じて適宜変更され得るものであり、従って、本発明は、その目的の範囲内において上記の説明から当業者が容易に想到し得るすべての変更実施例を包摂するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電容量型水分計の一実施例を示す正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】本発明に係る静電容量型水分計の測定回路の一実施例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る静電容量型水分計の測定原理を示す説明図である。
【符号の説明】
1 把持具
2A,2B ハンドル部材
21 先端部
22 電極板ホルダ
23 握り部
24 連結部
3A,3B 電極板
4 回路ケース
41 メインスイッチ
42 液晶表示器
5 スプリング
6 木材
7 測定回路

Claims

先端部（２１）が電極板取付け部として形成され、手元側は握り部（２３）として形成された一対のハンドル部材（２Ａ，２Ｂ）を、それぞれの中間位置の連結部（２４）において互いに回動自在なよう連結して成る把持具（１）と、
上記一対のハンドル部材（２Ａ，２Ｂ）の先端部（２１）に互いに対向するように、かつ、ハンドル部材に対して所定の角度範囲内で回動自在なようにそれぞれ取り付けられ、ハンドル部材の握り部を開閉操作することにより、被測定物（６）を挾持し得るよう構成された一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）と、
上記一対の電極板間に挟まれた被測定物（６）の静電容量を検出し、これから被測定物の含水率を求める測定回路（７）と、
上記測定回路を収容し、上記把持具の適宜の箇所に取り付けられる回路ケース（４）と、
上記把持具（１）に取り付けられ、把持具の先端側が閉じるように作用するスプリング（５）と、
から構成されたことを特徴とする静電容量型水分計。