JPH02281126A - 液体試料中の炭酸ガス濃度測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は液体試料中の炭酸ガス濃度測定方法にかかり、
詳しくは、ビールや炭酸飲料等の製造ラインにおいて液
体試料中に溶解している炭酸ガスの濃度を測定するため
の濃度測定方法に関する。

（従来の技術） 従来、この種の炭酸ガス濃度測定方法としては、日本農
林規格に基づく手分析による測定方法が知られている。

この測定方法は、まず、ビール等の液体試料が充填され
たビール瓶等の容器を恒温槽内に静置して液体試料を所
定の標準温度（例えば２０℃）にした後に前記容器を取
り出し、ガス内圧計を容器に取り付けてガス抜きを行な
った後、容器を激しく振とうしてガス内圧計から液体試
料中の炭酸ガスの分圧を求める。その後、ガス内圧計を
容器から取外し、温度計にて液体試料温度を測定する。

しかる後に、ある基準温度における炭酸ガスの基準圧力
と炭酸ガスの基準濃度（重量％）との関係を示す周知の
圧力演算衣を用いて、前記液体試料温度と測定した炭酸
ガス分圧とからその温度における炭酸ガス濃度を求め、
次いで、この炭酸ガス濃度を前記標準温度に補正して炭
酸ガス濃度を求めている。

また、上記測定方法と同一の原理に基づき、連の測定動
作を自動化した自動測定装置が従来より知られている。

すなわち、一定量のビールをサンプリングし、循環ポン
プで撹拌することにより炭酸ガスの分圧を発生させ、そ
の圧力を測定すると同時に試料の温度を測定することに
より、上記手分析の場合と同様の原理によって炭酸ガス
濃度を測定することが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述した手分析による測定方法では、測
定作業に人手を要するため極めて煩雑であると共に、ビ
ール等の製造ラインでインライン測定することが困難で
あるという問題があった。

また、自動化測定装置では、通常、１分間に１回程度の
バッチ測定を行なっているため、測定した炭酸ガス濃度
を製造ラインに即座にフィードバックしてプロセスを高
精度でコントロールすることができなかった。更に、こ
の測定装置では、試料を一定量サンプリングするために
ピストン等の駆動部品が必要であるため構造が概して複
雑になり易く、装置の価格が高価であると共に保守や点
検に多くの手間がかかる等の問題を有していた。

一方、出願人は先に、特公昭６１−１４４５４号として
揮発性物質の蒸気圧測定装置を提案した。この蒸気圧測
定装置は、蒸気圧を測定するべき揮発性物質を所定温度
にする手段と、前記揮発性物質を所定圧力にする手段と
、所定の温度及び圧力に保持された揮発性物質が噴出す
るノズルと、このノズルの出ロ圧力木頭を測定する手段
とを備えたものである。すなわちこの蒸気圧測定装置は
、ノズルの入口の圧力番一定値以上とし、かつ試料流量
及び試料温度が一定であるという条件のもとでは、ノズ
ルの出口の圧力がノズルを流れる試料の蒸気圧と一定の
相関を保つという点に着目したものであり、かかる蒸気
圧測定装置によれば揮発性物質の蒸気圧を連続的に測定
することが可能となった。

そこで発明者は、この蒸気圧測定装置におけるノズルは
駆動部品もなく構造が比較的簡単であるため、前述した
炭酸ガス濃度の自動測定装置が有する種々の欠点もない
ことに着目し、かかるノズルを炭酸ガス濃度の測定に用
いることの可能性を検討したところ、基本的にはこれが
可能であるとの知見を得た。

しかるに、上述した蒸気圧測定装置における測定原理は
試料温度が一定であることを前提とし、そのために揮発
性物質を所定温度に保つべく恒温槽や温度制御装置等を
必要としている。これに対し、ビール等の製造ラインで
は試料の温度変化が起こりやすいため、上述のノズルを
そのまま用いて炭酸ガス濃度を測定した場合に、試料温
度が異なる状態でもノズルの出口圧力と蒸気圧（すなわ
ち炭酸ガス濃度）との間に一定の相関が得られるものか
否かが問題となる。換言すれば、恒温槽等を用いること
なく温度補償により試料の温度変化に対応できるか否か
が課題として存在していた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、炭酸ガス濃度をインラインで自動的かつ
連続的に測定可能としてプロセスを高精度でコントロー
ルできると共に、蒸気圧測定用のノズル式圧力センサを
採用することによって従来の自動測定装置が有していた
構造の複雑さや保守の煩雑さを解消し、しかも試料の温
度変化に対しては温度補償演算により対処することで炭
酸ガス濃度を常時正確に測定可能とした液体試料中の炭
酸ガス濃度測定方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、ビール等の液体試
料中に溶解した炭酸ガス濃度を、液体試料のある基準温
度における炭酸ガスの基準濃度及び基準蒸気圧の関係を
示す周知の圧力演算衣に基づく演算式から求める炭酸ガ
ス濃度測定方法において、まず、液体試料の蒸気圧を測
定するノズル式圧力センサと、液体試料の温度を検出す
る温度検出手段と、温度検出手段及びノズル式圧力セン
サの検出出力が入力される演算手段とを備える。

そして、圧力演算表上の少なくとも二つの基準濃度にお
ける同一基準温度に対する各基準蒸気圧と、同一の濃度
及び温度におけるノズル式圧力センサの各検出蒸気圧と
に基づいて、この検出蒸気圧を圧力演算衣」二の基準蒸
気圧に補正するための蒸気圧補正パラメータを求め、か
つ、圧力演算表上のある基準濃度における少なくとも二
つの基準温度に対する各基準蒸気圧と、炭酸ガス濃度を
求めるための前記演算式とに基づいて前記検出温度を前
記基準温度に補正するための温度補正パラメータを求め
る。

これらの蒸気圧補正パラメータ及び温度補正パラメータ
を予め演算手段に記憶させておき、前記検出蒸気圧及び
検出温度が入力されるたびにこれらを圧力演算表上の基
準蒸気圧及び基準温度に補正して前記演算式による演算
を実行することにより、目的とする炭酸ガス濃度を求め
るものである。

（作用） 本発明によれば、液体試料中に溶解した炭酸ガスの蒸気
圧がノズル式圧力センサによって検出蒸気圧として測定
され、また、これと並行して液体試料の温度が温度検出
器により検出温度として測定される。一方、液体試料の
ある基準温度における炭酸ガスの基準蒸気圧と基準濃度
との関係は圧力演算衣により周知となっており、ががる
圧カ演算表を用いて炭酸ガス濃度を求める一般式を得る
ことができる。

しかしながら、上記圧力演算衣における実際の基準蒸気
圧や液体試料の基準温度はノズル式圧力センサや温度検
出器の検出出方そのままの値ではなく、これらの検出出
力に対して一次の相関を有一 している。従って本発明では、上記各検出出方を基準蒸
気圧や基準温度にそれぞれ補正するための補正パラメー
タを予め求めておき、各検出出方に対して蒸気圧補正及
び温度補償を考慮した演算を演算手段にて行うことによ
り、如何なる蒸気圧及び液体試料温度に対しても連続的
かつ正確に炭酸ガス濃度を測定できるようにしたもので
ある。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

この実施例は、例えばビールの製造ラインにおい丁、液
体試料としてのビール中に溶解している炭酸ガス濃度を
測定するためのもので、第１図はこの実施例が適用され
る炭酸ガス濃度測定装置の概略的なブロック図である。

図において、１は液体試料（ビール）が通過する製造ラ
インの管路であり、この管路１には液体試料の温度を検
出する温度検出器２が設けられている。また、管路１か
らはサンプル管３が分岐しており、このサンプルｗ３は
昇圧ポンプ４を介して後述する蒸気圧測定用のノズル式
圧力センサ５の入口に連通している。更に、ノズル式圧
力センサ５の出口はオープンタンク９に連通している。

このノズル式圧力センサ５がらは液体試料の蒸気圧が検
出されるようになっており、この検出蒸気圧はＰＩ３（
圧力／電流）変換器６により電流値に変換され、マイク
ロコンピュータ等の演算部７に入力されるように構成さ
れている。一方、演算部７には前記温度検出器２がらの
液体試料の検出温度も入力されており、演算部７ではＰ
／Ｉ変換器６からの検出蒸気圧及び温度検出器２がらの
検出温度に基づき、最終的に液体試料中に溶解している
炭酸ガス濃度を演算するものである。そして、この測定
された炭酸ガス濃度は適宜な指示計８によって指示可能
であると共に、プロセスのコントロールのために製造ラ
インにフィードバックされるようになっている。

次に、蒸気圧測定用のノズル式圧力センサ５の構造を第
２図に沿って説明する。このノズル式圧力センサ５は、
ノズル孔の直径が例えば０．７ｎｍであるノズル５０１
と、これに対して同軸上に配置されたベンチュリ５０２
と、これらのノズル５０１及びベンチュリ５０２を内部
に収容し、かつ圧力検出部５０３を側方に備えた中央部
サニタリー管５０４と、この中央部サニタリー管５０４
の両端部に配置されるガスケット５０５と、このガスケ
ット５０５を介して中央部サニタリー管５０４と同軸上
に配置される入口サニタリー管５０６及び出口サニタリ
ー管５０７と、各サニタリー管５０４，５０６，５０７
を互いに連結する丸ナツト５０８，５０９と、水密性を
保つための０リング５１０とかσ構成されている。

すなわちこのノズル式圧力センサ５は、丸ナツト５０８
，５０９を緩めることで各サニタリー管５０４，５０６
゜５０７を分離可能であり、更に中央部サニタリー管５
０４の内部からノズル５０１及びベンチュリ５０２を取
外し可能となっている。

このノズル式圧力センサ５において、ノズル５０１から
噴出される液体試料は、ノズル５０１の入口で速度が増
加するのに対しノズル５０１の出口で圧力が減少して負
圧になるが、蒸気圧の高い成分は蒸発してその分圧だけ
出口圧力が増加する。従って、ノズル５０１の入口の液
体試料の圧力が一定値以上であり、その流量及び温度が
一定である場合には、ノズル５０１の出口の圧力がノズ
ル５０１を流れる液体試料の蒸気圧（炭酸ガスの分圧）
に対して一定の相関を保つ・ 従って、ノズル５０１の出口の圧力を圧力検出部５０３
及びＰ／Ｉ変換器６を介して検出した電流値は液体試料
中の炭酸ガスの検出蒸気圧と等価なものとなり、基本的
には、この検出蒸気圧と温度検出器２による検出温度と
に基づき、周知の圧力演算衣から導出した演算式を用い
て炭酸ガスの濃度を求めることができる。

ここで、第１表は、液体試料のある基準温度Ｔ、〔℃〕
における炭酸ガスの基準濃度Ｃ〔重量％〕に対する同基
準蒸気圧Ｐ　（ｋｇ／ｃｄ）を示した、周知の圧力演算
衣の一部である。　　　　　（以下、余白）上記第１表
から、Ｔ、、Ｃ，Ｐの関係を求めると以下の（１）式の
とおりとなる。

つまり基本的には、第１図に示した演算部７により、Ｐ
／Ｉ変換器６及び温度検出器２の各検出出力を上記（１
）式の一般式に代入して炭酸ガス濃度を算出することが
できるわけであるが、上記圧力演算衣における実際の基
準蒸気圧ＰとＰ／Ｉ変換器６による検出蒸気圧Ｐ′との
間には一次の相関があり、基準蒸気圧Ｐは一般に次の（
２）式のような検出蒸気圧Ｐ′の一次関数として表され
る。

Ｐ＝ＡｐＰ’＋Ｂｐ　・・・・・（２）ここでＡＰ及び
Ｂｐは蒸気圧補正パラメータを示す。

更に、上記圧力演算衣における実際の基準温度Ｔと温度
検出器２による検出温度Ｔ′との間にも一次の相関があ
り、基準温度Ｔは一般に次の（３）式のような検出温度
Ｔ′の一次関数として表される。

Ｔ＝ＡｔＴ′＋Ｂｔ　　・・・・・・（３）ここでＡｔ
及びＢｔは温度補正パラメータを示す。

従って、演算部７による具体的な演算としては、上記（
２）　、　（３）式を（１）式に代入して得た次の（４
）式を実行すればよいことになる。

この、（４）式において、Ｐ’、Ｔ’は測定時にそれぞ
れＰ／Ｉ変換器６．温度検出器２から入力される検出出
力であるから、各補正パラメータＡｐ、Ａｔ。

Ｂｐ、Ｂｔを求めることができればＰ’、Ｔ’の入力に
よって目的とする炭酸ガス濃度Ｃを即座に算出すること
ができる。

以下、各補正パラメータＡ　Ｐ　＋　Ａ　ｔｒ　Ｂ　Ｐ
　ｒ　Ｂ　ｔの算出方法について述べる。まず、液体試
料温度Ｔ□及び炭酸ガス濃度Ｃ工が既知である製造ライ
ンにこの測定装置を設置し、Ｐ／Ｉ変換器６の検出蒸気
圧Ｐ１′を読み取る。次に、基準温度がＴ１、基準濃度
がＣ□の場合の基準蒸気圧Ｐ１を第１表の圧力演算衣か
ら読み取る。このとき、Ｐ□とＰ□′との間には、 Ｐ□＝ＡｐＰ１’＋Ｂｐ　　・・・・・・（５）という
関係がある。

次いで、液体試料温度Ｔ□をそのままにしておき、炭酸
ガス濃度を０２に変化させてＰ／Ｉ変換器６の検出蒸気
圧Ｐ２′を読み取ると共に、基準温度Ｔ１及び基準濃度
Ｃ２における基準蒸気圧Ｐ２を圧力演算衣から読み取る
。このとき、Ｐ２とＰ２′との間には、 Ｐ２＝ＡｐＰ２’＋Ｂｐ　　・・・・・・（６）という
関係がある。

よって上記（５）　、　（６）式により、まず蒸気圧補
正パラメータＡ　Ｐ　＋　Ｂ　Ｐを求めることができる
。

次に、温度Ｔ１及び濃度Ｃ２におけるＰ／Ｉ変換器６の
検出蒸気圧Ｐ２′を上で求めたＡ　Ｐ　＋　Ｂ　Ｐによ
り補正して基準蒸気圧Ｐ２とし、このＰ、が基準蒸気圧
Ｐ、２に等しくなることを確認する。すなわち、次の（
７）式を得る。

Ｐ２＝ＡｐＰ２’＋Ｂｐ　　・・・・・（７）更に、濃
度Ｃ２のまま温度をＴ２に変化させてＰ／Ｉ変換器６の
検出蒸気圧Ｐ３′をＡ　Ｐ　ｒ　Ｂ　Ｐにより補正した
基準蒸気圧Ｐ３（≠Ｐ２）を読み取る。この蒸気圧ＰＲ
は次の（８）式によって表される。

Ｐｔ＝ＡｐＰ＋’＋Ｂｐ　　・・・・・（８）上記（７
）式におけるＰ、は温度Ｔ１、濃度ｃ２の場合の基準蒸
気圧であり、また、（８）式におけるＰ。

は温度Ｔ２、濃度Ｃ２の場合の基準蒸気圧であるから、
これらを前記（４）式にそれぞれ代入することによって
以下の（９）、（１０）式が得られる。

よって（９）式＝　（１０）式と置くことにより、温度
補正パラメータＡｔ、Ｂｔを求めることができる。

従って、（４）式におけるＡｐ、Ａｔ、Ｂｐ、Ｂｔがす
べて求まることから、これらの値を適宜なメモリに記憶
させておき、演算部７では随時入力されるＰ／工変換器
６の検出蒸気圧Ｐ′及び温度検出器２の検出温度Ｔ′に
応じて（４）式の演算を行うことにより、蒸気圧補正及
び温度補償が行なわれた実際の炭酸ガス濃度Ｃを求める
ことができるものである。

第３図はこの実施例により測定した炭酸ガス濃度と、従
来例として説明した自動測定装置による炭酸ガス濃度と
の相関を示したものであり、この図から明らかなように
両者の間には直線的相関が認められている。

なお、この実施例においてノズル式圧力センサ５を分解
可能に形成することにより、ノズル式圧カセンサ５自体
や各サニタリー管５０４，５０６，５０７内、及びこれ
らにつながる配管内の洗浄を容易に行なうことができ、
各種飲料内への不純物の混入を防止することができる。

また、本発明は、上記実施例で述べたビールのばか各種
炭酸飲料等の液体試料中に溶解している炭酸ガス濃度の
測定に適用可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、従来の手分析によ
る方法に比べて、液体試料中の炭酸ガス濃度をインライ
ンで自動的かつ連続的に測定することができるため、測
定作業の煩雑さを解消することができる。

また、従来の自動測定装置と比較しても、バッチ測定で
はなく連続的な測定が可能であるから、測定結果をプロ
セスに迅速にフィードバックしてプロセスを高精度にコ
ントロールすることができ、炭酸ガス濃度を所望の値に
管理することができる。

同時に、蒸気圧測定用のノズル式圧力センサを用いたこ
とによって駆動部品が皆無となり、構造の簡略化、保守
点検の容易化及びコストの低減を図ることができる。

更に、製造ラインにおける液体試料の温度変化に対して
は温度補償演算により対処することができ、恒温槽等を
用いることなく高精度の濃度測定を行なうことができる
等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を説明するため
のもので、第１図はこの実施例が適用される炭酸ガス濃
度測定装置の概略的な構成を示す図、第２図は蒸気圧測
定用のノズル式圧力センサの断面図、第３図はこの実施
例による測定濃度と従来の自動測定装置による測定濃度
との相関を示すグラフである。 ５０１・・・ノズル　　　　　　　５０２・・・ベンチ
ュリ５０３・・・圧力検出部　　５ｏ４・・・中央部サ
ニタリー管５０５・・・ガスケット　　５０６・・・入
口サニタリー管５０７・・・出口サニタリー管　５０８
，５０９・・・丸ナツト５１０・・・０リング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液体試料中に溶解した炭酸ガス濃度を、前記液体試料の
   ある基準温度における炭酸ガスの基準濃度及び基準蒸気
   圧の関係を示す圧力演算表に基づく演算式から求める炭
   酸ガス濃度測定方法において、 前記液体試料の蒸気圧を測定するノズル式圧力センサと
   、前記液体試料の温度を検出する温度検出手段と、前記
   ノズル式圧力センサ及び温度検出手段の検出出力が入力
   される演算手段とを備え、前記圧力演算表上の少なくと
   も二つの基準濃度における同一基準温度に対する各基準
   蒸気圧と、同一の条件における前記ノズル式圧力センサ
   の各検出蒸気圧とに基づいて、この検出蒸気圧を前記基
   準蒸気圧に補正するための蒸気圧補正パラメータを求め
   ると共に、 前記圧力演算表上のある基準濃度における少なくとも二
   つの基準温度に対する各基準蒸気圧と、前記演算式とに
   基づいて前記検出温度を前記基準温度に補正するための
   温度補正パラメータを求め、前記演算手段は、前記検出
   蒸気圧、検出温度、蒸気圧補正パラメータ及び温度補正
   パラメータを用いて前記演算式により前記炭酸ガス濃度
   を求めることを特徴とする液体試料中の炭酸ガス濃度測
   定方法。