JPH02116745A - 超音波溶液濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） この発明は、超音波を利用して多成分溶液のそれぞれの
溶質濃度を測定する超音波溶液濃度測定装置に関する。

（発明の概要） この発明では、多成分溶液中での超音波伝搬速度Ｖ、溶
液温度Ｔおよび超音波パルスの受波レベルＬとを測定し
、Ｄ＝Ｆ　（Ｖ、　Ｔ、　　Ｌ）なる関数を参照しつつ
各成分の濃度りを測定する。

（従来技術とその問題点） 従来のこの種装置としては、例えば特開昭５８７７６５
６号公報に記載のものが知られており、溶液中での超音
波伝搬速度と溶液温度から溶液濃度を測定するよう構成
されている。

すなわち、まず超音波伝搬速度をＶ１溶液の体積弾性率
をＥ、溶液の密度をρとすると、溶液中での超音波伝搬
速度Ｖは、 Ｖ２　＝Ｅ／ρ と表わされる。

ここで、体積弾性率Ｅ１密度ρは溶液の濃度。

温度により変化するので、逆に温度、音速を測定すると
、 Ｄ夕Ｆ　（Ｔ、Ｖ） （但し、Ｄは溶液の濃度、Ｔは溶液の温度）なる関数に
より、濃度を求めることができる。

しかしながら、上記の如き従来装置にあっては、単に溶
液の温度Ｔと超音波伝搬速度Ｖに依存する関数りによっ
て溶液の濃度りを測定するよう構成されているのみなの
で、溶質が１成分の溶液濃度しか測定できないという問
題点があった。

（発明の目的） この発明は、上記問題点に鑑み、溶質が多成分の溶液の
それぞれの溶質濃度を測定することができる超音波溶液
濃度測定装置を提供することを目的とする。

（発明の構成と効果） 上記問題点を解決するために、この発明では、被測定溶
液内に超音波発振器を配設して溶液の成分濃度を測定す
る超音波溶液濃度測定装置において、 溶液の温度（Ｔ）を測定する温度測定部と、溶液中での
超音波伝搬速度（Ｖ）を測定する超音波伝搬速度測定部
と、 超音波パルスの受波レベル（Ｌ）を測定する受波レベル
測定部と、 上記温度（Ｔ）、超音波伝搬速度（Ｖ）および超音波の
受波レベル（Ｌ）をパラメータとする溶液濃度関数Ｄ＝
Ｆ　ｆＶ、　Ｔ、　　Ｌ）を記憶するとともに、上記関
数Ｄ＝Ｆ　（Ｖ、　Ｔ、　　Ｌ）を参照しつつ上記測定
された温度（Ｔ）、超音波伝搬速度（Ｖ）および超音波
の受波レベル（Ｌ）に基づき溶液の濃度りを算出する濃
度算出部と、を備えるよう構成されている。

このような構成によれば、溶液中の各溶質について、そ
れぞれ超音波伝搬速度Ｖ、溶液温度Ｔおよび超音波パル
スの受波レベルＬとに依存する濃度関数りを設定するの
で、溶質が多成分の溶液のそれぞれの溶質濃度を測定す
ることができることになる。

（実施例の説明） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本実施例装置の基本構成を示すブロック図で、
測定対象となる被測定溶液１中には超音波発振器２およ
び温度センサ３が配設されている。

なお、この例では、被測定溶液１中には、ショ糖とＮａ
Ｃ，ｇの２つの溶質が含まれている。

超音波発振器２としては公知のものが使用されており、
第２図に示す如く、超音波の振動子２ａと反射板２ｂ間
において超音波の授受を行うことにより後述するように
超音波伝搬速度および超音波の受渡レベルの検出が行え
るよう構成されている。

また、温度センサ３としては、例えば白金を用いた熱電
対等が使用される。

一方、４は超音波伝搬速度測定部で、公知のシングアラ
ウンド方式により超音波伝搬速度を測定するよう構成さ
れている。すなわち、振動子２ａから超音波を送信し、
この反射波を受信してから１０秒後に再度送信し、その
反射波を受信してから１０秒後に送信を行うという繰返
しを行って超音波伝搬速度Ｖを測定する方式である。

第３図（Ａ）に送信波、同図（Ｂ）に受信波を示しであ
る。ここで、任意の送信時点から（ｎ十１）回の送信が
行われるまでの時間をｔ　（第３図（Ｃ）参照）とし、
演算によって得られたＰ＝ｔ／ｎ　　　　　　　　　　
　　　　　（１）を、データＰとすれば、伝搬速度Ｖは
次式で１７．えられる。

Ｖ＝２Ｌｏ　／　（Ｐ　　ｒｏ　）　　　　　　　　　
（２）ここで、Ｌｏは振動子２ａと反射板２ｂとの距離
で、上記演算は、後述するコントローラ７で実行される
よう構成されている。

また、５は受波レベル測定部で、振動子２ａから送出さ
れた超音波が反射板２ｂで反射されて振動子２ａにより
再び受信されるときの受波レベルＬを測定するよう構成
されている。

温度測定部６は温度センサ３のセンサ出力から被測定溶
液１の温度Ｔを測定する。

７はコントローラで、超音波伝搬速度測定部４で測定さ
れた超音波伝搬速度Ｖ、受波レベル測定部５で測定され
た受波レベルＬおよび温度測定部６で測定された温度Ｔ
に基づいて、後述するように被測定溶液１中のそれぞれ
の溶質濃度り、、Ｄ２の算出を行うよう構成されている
。

８は表示器で、コントローラ７で算出された被測定溶液
１中のそれぞれの溶質濃度り、、Ｄ２を表示する。

本実施例装置は、上記の如く構成されているが、次にコ
ントローラ７によって実行される被測定溶液１中のそれ
ぞれの溶質濃度り、、Ｄ２の算出方法について説明する
。

ところで、本実施例装置では、コントローラ７には、溶
液中の温度Ｔ、超音波伝搬速度■、受波レベルＬからそ
れぞれの溶質の濃度り、、Ｄ２を求める関数、 Ｄ　　＝Ｆ　（Ｔ、　Ｖ、　　Ｌ）　　　　　　　　　
（３）Ｄ２＝Ｆ　（Ｔ、Ｖ、Ｌ）　　　　　　　　　（
４）の−例として、以下に述べる多次多項式が記憶され
ている。

Ｄ＝Ｆ　（Ｔ、　　Ｖ、　　Ｌ） 一ΣＣｉΦＴＩ　φＶ’　　−Ｌ’　　　　　　（５）
（１・Ｉφに−１） そして、この多次多項式は２成分それぞれに与えられる
。

以下、上記多次多項式の決定方法について説明する。

まず、上記多次多項式を何次の項まで利用するかについ
て決定する。一般に高次の項の係数は小となるので、何
次の項まで利用するかは測定精度の要求によって決まる
。

そこで、この実施例では、ショ糖とＮａＣｆについて、
未知の定数を含む多次多項式を次式の如く展開して設定
する。

Ｄ＝Ｆ　　（Ｔ、Ｖ、Ｌ） ＝ΣＣ１−ＴＩ　−Ｖｋ　−Ｌ （１・ｌ−に壷１） ＝Ｃ＋　＋Ｃ２ＴＩｃ３ｖ＋ｃ４Ｌ＋Ｃ３Ｔ２＋Ｃ６Ｖ
２＋Ｃ７Ｌ２＋Ｃ３Ｔｖ＋Ｃ３ＴＬ＋ｃ、ｏＶＬ＋Ｃ，
、Ｔ２Ｖ＋ＣＢＴＶ２　・・・＋−Ｃ２７Ｔ２　Ｖ２　
Ｌ２　　　　　　　　　　　　　（６）ここで、各溶液
のモル濃度Ａｔ　、Ａ２　、Ａ３と、温度Ｔ、、Ｔ２．
Ｔ３との組合せから ／ヨ糖のモル濃度　　ＮａＣｊのモル濃度　、温度× （３通り）　　　（３通り）　　　（３通り）の２７通
りの組合せで、超音波伝搬速度Ｖと受波レベルＬを測定
する。

なお、超音波伝搬速度Ｖおよび受波レベルＬの測定は、
超音波伝搬速度測定部４および受波レベル測定部５の出
力を用いて行うことができる。

次に、こうして得られた２７通りのデータ値を上記（６
）式に代入して、Ｃ１，Ｃ２，・・・、Ｃ２７を未知数
とする２７元連立方程式を解くことにより、各係数Ｃ，
，Ｃ２，・・・＋Ｃ２□を決定する。

なお、この計算式は２成分それぞれに作成する。

こうして、２つの関数り、、ｐ２の係数が決定されると
、（６）式中に測定された超音波伝搬速度Ｖ、受波レし
ルＬ、温度Ｔを代入して、それぞれの溶質の濃度が測定
されることになる。

なお、この実施例では、関数りのパラメータとして温度
Ｔ、超音波伝搬速度Ｖ、受波レベルＬを利用したが、受
波レベルＬの代わりに各溶液の屈折率Ｒを測定し、 Ｄ＝Ｆ　（Ｖ、Ｔ、Ｒ）　　　　　　　　　　（７）な
る関数により各成分の濃度を測定することもできる。

また、さらには受波レベルＬの代わりに、各溶液の電気
伝導度Ｃを測定し、 Ｄ＝Ｆ　（Ｖ、　Ｔ、　　Ｃ）　　　　　　　　　　（
８）なる関数により各成分の濃度を測定することもでき
る。

また、上記Ｖ、　Ｔ、　　Ｌ、　Ｒ，Ｃを適宜組合せた
関数により、３成分以上の濃度を求めることもできる。

本実施例装置は、上記の如く、溶液の温度（Ｔ）、溶液
中での超音波伝搬速度（Ｖ）および超音波パルスの受波
レベル（Ｌ）を測定するとともに、この温度（Ｔ）、超
音波伝搬速度（Ｖ）および音波の受波レベル（Ｌ）をパ
ラメータとする溶液濃度関数Ｄ−Ｆ　（Ｖ、　Ｔ、　Ｌ
）を設定する。そして、この関数りを参照しつつ溶液中
の２成分毎にそれぞれの溶質濃度を算出するよう構成し
た。このため、溶質が２成分の溶液濃度を測定すること
ができるとともに、濃度に対して音速が単調に変化せず
ピークの現れる溶液（例えば硫酸、メチルアルコール等
）等でも測定することができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の基本構成を示すブロック図、第２図
は超音波発振器の説明図、第３図は超音波伝搬速度算出
作用説明図である。 １・・・被測定溶液 ２・・・超音波発振器 ３・・・温度センサ ４・・・超音波伝搬速度測定部 ５・・・受波レベル測定部 ６−・温度測定部 ７・・・コントローラ ８・・・表示器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定溶液内に超音波発振器を配設して溶液の成分
   濃度を測定する超音波溶液濃度測定装置において、 溶液の温度（Ｔ）を測定する温度測定部と、溶液中での
   超音波伝搬速度（Ｖ）を測定する超音波伝搬速度測定部
   と、 超音波パルスの受波レベル（Ｌ）を測定する受波レベル
   測定部と、 上記温度（Ｔ）、超音波伝搬速度（Ｖ）および超音波の
   受波レベル（Ｌ）をパラメータとする溶液濃度関数Ｄ＝
   Ｆ（Ｖ，Ｔ，Ｌ）を記憶するとともに、上記関数Ｄ＝Ｆ
   （Ｖ，Ｔ，Ｌ）を参照しつつ上記測定された温度（Ｔ）
   、超音波伝搬速度（Ｖ）および超音波の受波レベル（Ｌ
   ）に基づき溶液の濃度Ｄを算出する濃度算出部と、 を備えることを特徴とする超音波溶液濃度測定装置。