JP3963218B2

JP3963218B2 - 濃度計測装置及び飲料の濃度計測方法

Info

Publication number: JP3963218B2
Application number: JP2002243010A
Authority: JP
Inventors: 豊大岡
Original assignee: Asahi Soft Drinks Co Ltd
Current assignee: Asahi Soft Drinks Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP2004085226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の濃度計測装置に関し、特に導管内を連続して流れる液体の濃度を高精度で測定する濃度計測装置及び飲料の濃度計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、飲料の製造方法には、ビバレッジ調合とシロップ調合とがある。ビバレッジ調合は、調合タンクに水、溶質又は溶媒等の各原料を投入し、製品濃度に調合し、一バッチ（回分）毎に濃度を確認して容器に飲料を充填する充填工程に送り出す（払い出す）調合方法である。
【０００３】
シロップ調合は、溶質又は溶媒の各原料を例えば３〜７倍程度の高濃度に調合してシロップとし、このシロップの濃度を測定した後に、水でシロップを希釈し、製品濃度にして、充填工程に払い出すという調合方法である。
かかるビバレッジ調合又はシロップ調合において、充填工程に払い出す前の製品濃度を確認するため、従来、充填工程への払い出し時における製品濃度を測定し、且つ経時時間毎の連続した濃度を測定して記録することにより、製品の濃度管理（又は規格管理）をしている。
【０００４】
このような飲料の製品濃度を測定する方法として、飲料に対する光の屈折率を測定し、基準濃度の屈折率との比較により濃度を測定する屈折式濃度計（ブリックス計）による濃度測定方法が公知である。
このような濃度測定方法において、高い精度の屈折式濃度計を用いた場合、図７に示すように、飲料を供給するポンプの駆動及び停止時における導管内圧力の変動に応じて、測定したブリックス値（測定Ｂｘ値）が管理範囲（製品の許容範囲）を超えて変化してしまうという不都合がある。かかる圧力変動によるブリックス値の測定値変動を低減するため、特開２００１−２８１１４１号公報には、屈折式濃度計（ブリックス計）のブリックス値から濃度を求め、そのときに測定した液体の圧力に応じて濃度を補正することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公知の技術では、飲料の圧力と濃度との関係を予め行った実験データにより求めるもので、種々の圧力と濃度との関係において高い精度と頻繁な実験が必要であるとともに、かかる実験データは温度やその他の環境によっても変動するので、補正値を求めるための実験に手間や時間がかかり且つ実験設備も高い精度のものが必要になるという問題がある。
そこで、本発明は、液体圧力の変動に基づく補正値を求めるために設備や煩雑な実験を別途要することなく且つ簡易に精度の高い濃度管理ができる濃度計測装置及び飲料の濃度計測方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光又は超音波を用いて基準濃度に対する液体濃度の相対値を測定するブリックス計と、液体の圧力センサとを備え、ポンプにより導管内を圧送される液体の濃度を計測する濃度計測装置において、計測する液体は飲料であり且つポンプの駆動圧力が０．２〜０．５ＭＰａであるときに、下記（１式）により求めたブリックス値から液体の濃度を算出することを特徴とする濃度計測装置。
【０００７】
【式１】
ブリックス値＝測定ブリックス値−圧力値（ＭＰａ）／Ｎ・・・（１式）
Ｎは５〜１５
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、導管内を圧送する液体中の溶媒又は溶質の濃度を測定する場合に、液体に作用する圧力に応じて測定ブリックス値を補正しているので、液体に作用する圧力変化に伴う測定値の変動を低減でき、これにより高い精度で溶液の濃度を計測でき且つ溶液の濃度管理を精度良く行なうことができる。
しかも、（１式）は、測定したブリックス値から圧力（ＭＰａ）／Ｎを差し引くだけという、極めて単純な式であり、単位換算も不要であるため、コンピュータ等を用いなくても人的な計算で行なうこともできる。
圧力の単位を「ＭＰａ」として且つ圧力値（ＭＰａ）／Ｎ（Ｎは５〜１５）としているのは、液体搬送に必要な圧力は、一般に、０．２〜０．５ＭＰａであり、かかる液体の圧送ライン（導管）で用いられるポンプの駆動圧力は、一般に、０．２〜０．３ＭＰａである。一方、高精度の濃度管理が求められる場合のブリックス値の管理範囲は一般に±０．０４（変動幅０．０８）であるから、圧力（ＭＰａ）／ＮでＮが５〜１５であれば、ブリックス値の測定において、圧力変動によるブリックス値の変動範囲を、一般的な濃度管理範囲内に押えることができる（図５の実験結果参照）。
例えば、圧力が０．２ＭＰａでＮ＝５の場合には、０．２÷５＝０．０４であり、圧力が０．３ＭＰａでＮ＝５の場合には０．０６となるので、管理範囲±０．０４（変動幅０．０８）の範囲内に収まることになる。Ｎが５よりも大きければ言うまでもなく、±０．０４の範囲内に収まるのは明らかである。
【０００９】
Ｎを５以上としているのは、Ｎが５よりも小さいと、圧力変動と測定ブリックス値との間に時間的なずれが生じるため、上記（１式）で計算してブリックス値を求めた場合に、圧力変動の開始時と終了時とにおける補正値（圧力（ＭＰａ）／Ｎが）が大きくなりすぎて（１式）で高精度の管理範囲を保持できなくなるおそれがあるからである。また、Ｎが１５よりも大きいと圧力補正値（圧力（ＭＰａ）／Ｎ）が小さすぎて充分な圧力補正値えられなくなるからである。
Ｎは好ましくは１０である、計算しやすいとともに、実験の結果、ポンプ駆動時の圧力変動に対する濃度管理範囲に有効に収められるとともに圧力変動の開始時と終了時における誤差も小さくできたからである。
尚、Ｎは整数に限らず、小数や分数で表される数を含む。
【００１０】
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、ブリックス計は液体の屈折率を測定しており、ブリックス値は基準濃度の屈折率に対する相対値であることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏するとともに、ブリックス計として屈折式濃度計を用いているので、低い濃度の計測を高い精度で、簡易且つ迅速に行なうことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、液体の測定精度がブリックス値で±０．０２であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の作用効果を奏するとともに、液体の濃度を測定する測定精度が±０．０２を要求されるような高い測定精度が要求される場合には、特に液体に作用する圧力の変動による影響を受け易いが、上記（１式）による圧力補正をすることにより、高精度の濃度測定を実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにに記載の発明において、前記（１式）の圧力値は、経過時間毎に測定した複数の測定圧力の平均値であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の作用効果を奏するとともに、圧力変動による変動開始（圧力の立ち上がり）と終了時（圧力の下がり）における（１式）のブリックス値変動幅を小さくできる。即ち、圧力変動の変動開始時と終了時におけるその変動前後の平均値を圧力値とすることにより、圧力変動の開始時と終了時との補正値を時間的ずれを持たせて、ならす（平らにする）ことができ、圧力変動開始と終了時における変動幅を更に低減できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、圧力センサは、導管内の動圧を測定することを特徴とする。
【００１７】
この請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作用効果を奏するとともに、測定が簡易にでき且つ測定位置による誤差の影響を受け難いことから、精度の高い圧力補正を行なうことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、飲料の濃度を請求項１〜５のいずれかに記載の濃度計測装置を用いて測定することを特徴とする。
【００１９】
この請求項６に記載の発明では、飲料の製造工程における濃度計測では、製造工程中に飲料を圧送するポンプの駆動及び停止により飲料中の溶質及び溶媒の濃度値が圧力変動の影響を受けやすいとともに、飲料は高い品質管理が要求されているので、飲料を圧送する導管内の圧力補正をすることにより、飲料製品の濃度管理を高い精度で行なうことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面の図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の実施の形態にかかる濃度計測装置１を用いた飲料の製造ライン（製造装置）３は、いわゆるシロップ調合による製造方法で行なわれている。このシロップ調合による製造ライン３において、調合タンク１１では、抽出液、糖液、果汁等の原料や、水等を注入して、例えば製品飲料の３倍〜７倍程度の高濃度のシロップ液に調合する。
【００２１】
調合タンク１１のシロップ液は、ポンプ１３により流量制御バルブ１５を介してブレンダ１７に圧送される。このブレンダ１７では、流量制御バルブ１９を介して希釈用の水が流入される。即ち、ブレンダ１７では、シロップ液と水との流入量が制御され、所定の濃度になるように供給される。
【００２２】
ブレンダ１７で混合された液は、ミキシングタンク２１で更に攪拌混合され製品飲料として、ポンプ２３により、容器に飲料を充填する充填工程に導出される。
【００２３】
この充填工程の手前には、本発明にかかる濃度計測装置１が設けられており、充填工程の手前で製品となる飲料の濃度値を計測し、これを記録するとともに濃度の確認をしている。
【００２４】
ここで、本実施の形態にかかる濃度計測装置１について説明する。濃度計測装置１は、図２に示すように、指示調節計２７、ブリックス計２９、温度センサ３１、圧力センサ３３、記録計４１とを主要部として構成されている。
【００２５】
ブリックス計２９は、飲料の屈折率を計測し、温度センサ３１により測定した飲料の温度に基づいて屈折率を補正した後、温度補正した屈折率の信号を指示調節計２７の濃度値演算部３５に送る。濃度値演算部３５では、予め屈折率と濃度値との関係を求めているスケール（基準となる屈折率基準）が記憶されており、測定した屈折率とスケールの屈折率とを比較して、飲料の濃度値を決定する。本実施の形態では、濃度計測装置１の測定精度が±０．０２％であり、飲料の中でも低濃度で狭い規格幅の飲料の濃度測定が可能である。
【００２６】
一方、圧力センサ３３は、ポンプ２３により飲料が圧送される導管に設けられており、導管内を圧送される飲料に作用する圧力（動圧）を測定し、測定した圧力信号を補正値演算部３７に送り出している。
【００２７】
補正値演算部３７では、下記（１）式により、測定した圧力に応じて、濃度値を補正する。
【００２８】
【式２】
ブリックス値＝測定ブリックス値−圧力値（ＭＰａ）／１０・・・（２式）
【００２９】
しかも、圧力値（ＭＰａ）は、経過時間毎に測定した３点の圧力値の平均値としている。経過時間毎の３点は、例えば、０．５〜２秒毎に過去２点と現在の１点で合計３点における圧力の平均値を取ったものである。
【００３０】
図７はポンプの駆動により導管内の液体に作用する圧力と、ブリックス計により計測したブリックス値との関係を示す実験結果である。図７に示す実験では、所定の濃度に調整した液体を基準液として導管内に流したものであり、Ａはポンプをインバータ制御したときのブリックス測定値であり、インバータ制御の場合には特に圧力変動が激しく、それに伴ってブリックス計測値も変動幅が大きくなることが明らかである。また、規定出力でポンプを駆動する場合においても、Ｂで示すように、ポンプが不規則に且つ連続的にＯＮ、ＯＦＦした場合にはそれに伴うブリックス計測値も大きく変動することがわかる。
【００３１】
図５は、上記（２式）によりブリックス計測値を圧力補正したときのブリックス値と導管内の圧力変動との関係を示すグラフであり、破線で示すように、補正後のポンプの駆動開始（ＯＮ）及び駆動停止（ＯＦＦ）時における時間のずれを持って測定ブリックス値（Ｇ）が変動するが、上記（１式）による補正後のブリックス値（図中Ｆで示す）によれば、変動幅を略半分に小さくすることができた。この場合には、図５からも明らかなように、ポンプの圧力変動が０．２４ＭＰａに対してブリックス値の変動を±０．０２の範囲内に押えることができた。
【００３２】
更に、図６は、（２式）における圧力補正値、即ち、圧力値（ＭＰａ）／１０を経時変化毎に測定した３点ａ、ｂ、ｃの平均値を取った場合を示すものであり、この場合には、図６中Ｅで示すように圧力変動の開始と終了時とにおけるブリックス値の変動を更に低減することができた。具体的には、ブリックス値の巾Ｂを±０．０１以下の範囲内に押えることができた。このように、経時変化毎に測定した複数の時点での圧力値（（ＭＰａ）／１０）の平均値を取ることにより、圧力変動における開始時（圧力の立ち上がり）及び終了時（圧力の下がり）の変動を極めて有効に低減できる。
【００３３】
本実施の形態によれば、特に、低い濃度の飲料や規格幅の狭い飲料等において、高い精度の濃度測定が要求されている場合には、測定する屈折率が飲料に作用する圧力によって変動しやすいが、かかる圧力の変動を受けても本実施の形態では飲料の圧力に基づいて濃度値を補正するので、高い精度の濃度測定が可能である。
【００３４】
尚、圧力補正後の濃度値は、コンピュータ出力３９及び記録計４１に送り出されるとともに、表示部４３に表示され、また、測定した濃度値が所定の範囲の濃度値を超えている場合には、警報部４５により警報が発せられる。
【００３５】
次に、図３及び図４を参照して、濃度計測装置１の作用を説明する。濃度計測装置１では、ステップＳ１において、ブリックス計２９が飲料の屈折率を測定し、ステップＳ２において温度センサ３１で測定した温度に基づいて測定値の補正をおこない、ステップＳ３で濃度値を算出する。
【００３６】
次に、ステップＳ５において、圧力センサ３３が測定した圧力に基づいて補正値演算部３７が圧力値（ＭＰａ）／１０を直近の３回の平均値を算出し、ステップＳ６において、その平均値を測定ブリックス値から減算して補正後のブリックス値、即ち、上述した（２式）の計算を行なう。
【００３７】
ステップＳ７において、このブリックス値に基づく飲料の濃度が所定の範囲の値を超えているか否か判断し、超えている場合には、ステップＳ８で警報部４５により警報を発する。
【００３８】
一方、ステップＳ７でブリックス値に基づく飲料の濃度値が所定範囲内にある場合には、ステップＳ９において、濃度値が所定値Ｓよりも大きいか否か判断し、大きくない場合にはステップＳ１０で希釈水のバルブ１９を閉じ方向に制御して希釈水の流量を少なくし、製品飲料の濃度を高める。ステップＳ９で濃度値が所定値Ｓよりも大きい場合には、更に、ステップＳ１１で濃度値が所定値Ｔより小さいか否か判断し、小さくない場合にはステップＳ１２で希釈水のバルブ１９を開き方向に制御して、希釈水の流量を多くして製品飲料の濃度を低くする。その後、ステップＳ１３で所定時間をカウントし、ステップＳ１に戻る。
【００３９】
尚、上述した実施の形態では、ステップＳ９〜ステップＳ１２において希釈水のバルブ１９を自動制御する構成とし、測定した濃度をフィードバックしたが、これに限らず、濃度のフィードバック制御を行なわないものであってもよい。この場合には、ステップＳ９〜ステップＳ１２がなく、いわゆる品質の確認フローとなる。また、上述した濃度のフィードバック制御では、希釈水の流量制御バルブのみを制御することに限らず、シロップの流量制御バルブをも制御するものであってもよい。
【００４０】
また、従来、低濃度のために規格管理が不可能であったお茶等の飲料についても上述した実施の形態と同様に本発明にかかる濃度計測装置及び濃度計測方法を適用して、規格管理（濃度管理）をすることができる。
【００４１】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００４２】
例えば、上述した実施の形態では、飲料を例に用いて説明したが、これに限らず、工業用薬品、例えば、界面活性剤溶液の濃度や、医薬品等にも同様に適用することができる。
【００４３】
また、ブリックス計は、液体の屈折率を計測すること限らず、密度、超音波伝波速度等により濃度値を測定するものであっても同様な効果を得ることができる。
（１式）におけるＮは、上述した実施の形態（２式）ではＮ＝１０としたが、これに限らず、ブリックス値の測定精度や、ポンプの圧力変動の範囲に応じて、５〜１５の範囲で任意に設定可能である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、導管内を圧送する液体中の溶媒又は溶質の濃度を測定する場合に、液体に作用する圧力に応じて測定ブリックス値を補正しているので、液体に作用する圧力変化に伴う測定値の変動を低減でき、これにより高い精度で溶液の濃度を計測でき且つ溶液の濃度管理を精度良く行なうことができる。
しかも、測定ブリックス値に対して、圧力（ＭＰａ）／Ｎを測定値から差し引くだけであるから、簡単な数式による計算で済み単位換算も不要であるため、コンピュータ等を用いなくても人的な計算で行なうこともできる。
【００４５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果を奏するとともに、ブリックス計として屈折式濃度計を用いているので、低い濃度の計測を高い精度で、簡易且つ迅速に行なうことができる。
【００４６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果を奏するとともに、液体の濃度を測定する測定精度が±０．０２であるような高い測定精度が要求される場合には、特に液体に作用する圧力の変動による影響を受け易いが、上記（１式）による圧力補正をすることにより、高精度の濃度測定を実現できる。
【００４７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の効果を奏するとともに、圧力変動による変動開始（圧力の立ち上がり）と終了時（圧力の下がり）における（１式）により算出したブリックス値の変動幅を更に小さくできる。
【００４８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作用効果を奏するとともに、導管内の動圧の測定が容易に行なうことができるとともに、測定位置等による誤差の影響を受け難いことから、精度の高い圧力補正を行なうことができる。
【００４９】
の請求項６に記載の発明によれば、飲料の製造工程における濃度計測では、製造工程中に飲料を圧送するポンプの駆動及び停止により飲料中の溶質及び溶媒の濃度値が圧力変動の影響を受けやすいとともに、飲料は高い品質管理が要求されているので、飲料を圧送する導管内の圧力補正をすることにより、飲料製品の濃度管理を高い精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる濃度計測装置を用いた飲料の製造工程の図である。
【図２】図１に示す濃度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す濃度計測装置のフローチャートである。
【図４】図１に示す濃度計測装置のフローチャートである。
【図５】飲料を圧送する導管の圧力変動と（１式）を適用して計算したブリックス値との関係を示すグラフである。
【図６】図５に示す圧力変動とブリックス値との関係において、更に測定圧力の平均値を求めた場合の圧力変動とブリックス値との関係を示すグラフである。
【図７】従来の圧力変動とブリックス値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１濃度計測装置
１９流量制御バルブ
２９ブリックス計
３１温度センサ
３３圧力センサ

Claims

光又は超音波を用いて基準濃度に対する液体濃度の相対値を測定するブリックス計と、液体の圧力センサとを備え、ポンプにより導管内を圧送される液体の濃度を計測する濃度計測装置において、計測する液体が飲料であり且つポンプの駆動圧力が０．２〜０．５ＭＰａであるときに、下記（１式）により求めたブリックス値から液体の濃度を算出することを特徴とする濃度計測装置。
【式１】

Ｎは５〜１５
ブリックス計は液体の屈折率を測定しており、ブリックス値は基準濃度の屈折率に対する相対値であることを特徴とする請求項１に記載の濃度計測装置。
液体の測定精度がブリックス値で±０．０２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の濃度計測装置。
前記（１式）の圧力値は、経過時間毎に測定した複数の測定圧力の平均値であることを特徴とする請求項１〜３に記載の濃度計測装置。
圧力センサは、導管内の動圧を測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の濃度計測装置。
飲料の濃度を請求項１〜５のいずれかに記載の濃度計測装置を用いて測定することを特徴とする飲料の濃度計測方法。