JPH04238246A - 濃度計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は懸濁物質の濃度、例えば
汚泥濃度、パルプ濃度、又は液体中に溶解している物質
の濃度を測定する濃度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の超音波式濃度計の構成図で
ある。配管１には超音波送信器２及び超音波受信器３が
それぞれ対向配置されている。これら超音波送信器２及
び超音波受信器３はそれぞれ配管１の管壁に配管１を流
れる流体と接触するように設けられている。かかる構成
で超音波送信器２に超音波発振器４から超音波信号が入
力すると、超音波送信器２から超音波が放射される。こ
の超音波は流体中を伝播して超音波受信器３で受信され
る。このとき、超音波の強度は流体中の懸濁物質の濃度
に応じて減衰する。超音波受信器３は受信した超音波強
度に応じた電気信号を出力し、この電気信号は超音波減
衰率測定回路５に送られる。この超音波減衰率測定回路
５は懸濁物質の濃度とこの濃度に応じた超音波の減衰率
との関係を示す検量線が予め設定されており、入力した
電気信号から減衰率を求めて濃度を得る。

【０００３】しかしながら、上記濃度計では次のような
問題がある。

【０００４】（１）　超音波の送受信器２、３が液体に
接触しているので、その接触面に懸濁物質が付着して測
定誤差の要因となり、定期的に洗浄する必要がある。特
に下水汚泥等の懸濁物質では付着しやすい。

【０００５】（２）　これに対して超音波の送受信器２
、３を配管１の外側に取り付けることがあるが、この場
合、配管１における取り付ける部分の肉厚を薄くしなけ
ればならない。また、配管１の振動の影響を受けやすく
、誤差の要因となる。

【０００６】（３）　超音波は液体中と比較して気体中
では減衰率が非常に大きくなる。このため、流体中に気
泡が混入していると、超音波の減衰が懸濁物質による減
衰よりも格段に大きくなる。従って、測定不可能となっ
たり、又見掛け上非常な高濃度として測定される。そこ
で、消泡式の濃度計が用いられている。この濃度計は流
体をサンプリングして一旦加圧消泡室に入れて加圧し、
これにより気泡を溶け込ませて濃度を測定するものであ
る。ところが、この濃度計では流体をサンプリングする
ので、連続測定ができない。又、サンプリング及び加圧
を行うため機械的な可動機構が必要となり、長期的な信
頼性が低い。

【０００７】（４）　超音波が懸濁物質により分散され
て減衰することを利用しているので、懸濁物質が液体中
に溶解する物質の場合には適用できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように懸濁物質
の付着や液体中の気泡の影響を受け、かつ懸濁物質が液
体中に溶解する物質では測定に適用できず、長期的な信
頼性が低い。

【０００９】そこで本発明は、懸濁物質の付着や液体中
の気泡の影響を受けず濃度測定ができ、かつ懸濁物質が
液体中に溶解する物質でも測定できる長期的な信頼性の
高い濃度計を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定物質を
含む被測定流体の流れる配管又は流体を収納した容器を
介して対向配置されたマイクロ波の送受信器と、この送
信器から発射され被測定流体を通過し受信器にて受信さ
れたマイクロ波の位相遅れθ２　と、予め被測定物質を
含まない流体を用いて測定しておいた位相遅れθ１　と
の位相差Δθつまり Δθ＝θ２　−θ１　 を求めることにより被測定流体の濃度を測定するように
して上記目的を達成しようとする濃度計である。

【００１１】この場合、被測定流体の導電率を測定し、
予め測定しておいた被測定物質を含まない流体の導電率
との差に基づき位相差を補正する導電率による位相差補
正手段を設けている。

【００１２】又、被測定流体の温度を測定し、予め測定
しておいた被測定物質を含まない流体の温度との差に基
づき位相差を補正する温度による位相差補正手段を設け
ている。

【００１３】

【作用】このような手段を備えたことにより、送信器か
ら発射され被測定流体を通過し受信器にて受信されたマ
イクロ波の位相遅れθ２　と、予め被測定物質を含まな
い流体を用いて測定しておいた位相遅れθ１　との位相
差Δθつまり Δθ＝θ２　−θ１　 を求めることにより被測定流体の濃度が測定される。

【００１４】この場合、被測定流体の導電率を測定し、
予め測定しておいた被測定物質を含まない流体の導電率
との差に基づき位相差が補正される。

【００１５】又、被測定流体の温度を測定し、予め測定
しておいた被測定物質を含まない流体の温度との差に基
づき位相差が補正される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００１７】図１は本発明の濃度計の構成図である。配
管１、２の間には検出部配管３及び付属配管４がそれぞ
れ連通して接続されている。これら配管１、２と検出部
配管３及び付属配管４との接続部にはそれぞれ仕切弁５
、６が設けられている。又、付属配管４には水道管７及
び排水管８が接続され、これら配管７、８にそれぞれ給
水バルブ９、排水バルブ１０が設けられている。

【００１８】検出部配管３にはマイクロ波の送信アンテ
ナ２０及び受信アンテナ２１が密着して取り付けられて
おり、これら送信アンテナ２０及び受信アンテナ２１は
検出部配管３を介して互いに対向位置に配置されている
。なお、これら送信アンテナ２０及び受信アンテナ２１
が取り付けられる検出部配管３の部分は絶縁体、例えば
ファイバ・レジン・プラスチック（ＦＲＰ）により形成
されている。

【００１９】発振器２２にはパワースプリッタ２３が接
続されている。このパワースプリッタ２３には送信アン
テナ２０及び位相差測定回路２４が接続されており、発
振器２２から出力されたマイクロ波信号を分岐して送信
アンテナ２０及び位相差測定回路２４へ出力する。送信
アンテナ２０はパワースプリッタ２３から受けたマイク
ロ波信号により検出部配管３中にマイクロ波を発射する
。このマイクロ波は検出部配管３中の流体を透過した後
、受信アンテナ２１で受信され、受信アンテナ２１は受
信信号として位相差測定回路２４に出力する。

【００２０】位相差測定回路２４は受信アンテナ２１が
出力する受信信号とパワースプリッタ２３から送られる
マイクロ波信号との位相遅れθ２　と、予め被測定物質
を含まない流体、例えば水道水で求めた位相遅れθ１　
との位相差Δθつまり Δθ＝θ２　−θ１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１）　を求める。ここで、（１）　式におけ
る位相差θ２　、θ１　はそれぞれ次式の通り表される
。

【００２１】

【数１】

【００２２】従って、上記（１）　式、（２）　式及び
（３）　式から位相差Δθは、

【００２３】

【数２】

【００２４】により表される。

【００２５】この式において、Ｃ０　は真空中での電波
の伝播速度、ｄは被測定液層の厚さ（距離）、ωはマイ
クロ波の角周波数、εｓ　は被測定液の比誘電率、ε０
　は真空の比誘電率、εｗ　は被測定物質の濃度０％の
流体の比誘電率、σは被測定液の導電率、σｗ　は被測
定物質の濃度０％の流体の導電率である。

【００２６】又、付属配管４には導電率検出器２５及び
温度検出器２６が配設されている。これら導電率検出器
２５及び温度検出器２６は付属配管４内を流れる流体と
接触するように取り付けられている。そして、これら導
電率検出器２５及び温度検出器２６はそれぞれ信号変換
回路２７、２８を介して補正演算回路２９に接続されて
いる。

【００２７】この補正演算回路２９は流体の導電率及び
温度による影響を補正する機能を有している。これは、
上記式において位相差Δθが導電率σ及び温度の影響を
受けることを解決するもので、例えば先ず導電率につい
て説明すると、下水汚泥濃度測定の場合には基準となる
濃度測定法が乾燥重量測定法なので、液体中に溶解して
いる成分（イオン成分等）に起因する導電率σの影響を
除くものである。

【００２８】実際に補正演算回路２９には例えば図２に
示すように導電率σと位相差補正値Δθσとの関係が記
憶されている。

【００２９】図２の関係は水に塩化ナトリウムなどを溶
解し、導電率σを変えて、測定した結果である。従って
、補正演算回路２９は位相差測定回路２４により測定さ
れた位相差Δθから位相差補正値Δθσを差し引いて位
相差Δθ´とする導電率補正手段としての機能を有して
いる。

【００３０】次に温度について説明すると、流体の比誘
電率εｓ　は温度によって変化し、位相差Δθに影響を
与える。そこで、補正演算回路２９には図３に示す温度
差Δｔと位相差補正値Δθεとの関係が予め記憶されて
いる。この関係は温度差Δｔと位相差補正値Δθεとの
測定結果である。従って、補正演算回路２９は位相差測
定回路２４により測定された位相差Δθから位相差補正
値Δθεを差し引いて位相差Δθ´とする温度補正手段
としての機能を有している。

【００３１】さらに補正演算回路２９は導電率及び温度
に対する各補正を同時に行う機能を有し、Δθ´＝Δθ
−Δθσ−Δθε なる式により補正した位相差を求めることができる。

【００３２】信号変換回路３０には図４に示す位相差Δ
θ´と濃度との関係が予め設定され、補正演算回路２９
により補正された位相差Δθ´から濃度を求めこの濃度
に対応した電流信号を出力する機能を有している。

【００３３】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【００３４】先ず、濃度０％の液体、この場合は水道水
での受信波遅れθ１　を測定する。そのためには、汚泥
が流れている配管１、２の仕切弁５、６を閉じて汚泥を
止める。なお、汚泥の流れを止められない場合はバイパ
ス管を設けておき、汚泥の流れをバイパス管へ切換えお
く。次に排水バルブ１０を開き検出部配管３及び付属配
管４内の汚泥を排出し、次に給水バルブ９を開いて水道
水を検出部配管３及び付属配管４内に供給する。そして
、検出部配管３及び付属配管４内を洗浄した後に、これ
ら検出部配管３及び付属配管４内を水道水で満たす。

【００３５】この状態でマイクロ波発振器２２からマイ
クロ波信号を出力する。このマイクロ波信号はパワース
プリッタ２３により２方向に分岐され、その一方がマイ
クロ波アンテナ２０に送られるとともに、他方が位相差
測定回路２４に送られる。マイクロ波アンテナ２０はマ
イクロ波を放射し、このマイクロ波は図５に示すように
検出部配管３を透過し、水道水を伝播して受信アンテナ
２１に到達する。この受信アンテナ２１は受信したマイ
クロ波に応じた信号を出力する。このとき、位相差測定
回路２４は受信アンテナ２１の出力信号とパワースプリ
ッタ２３からのマイクロ波信号との位相遅れθ１　を求
めて記憶する。

【００３６】又、導電率検出器２５で測定した濃度ゼロ
の液体、ここでは水の導電率と温度検出器２６で測定し
た濃度ゼロの液体、ここでは水の温度を記憶しておく。

【００３７】次に排水バルブ１０を開いて検出部配管３
及び付属配管４内の水道水を排出し、次に各仕切弁５、
６を開いて汚泥を検出部配管３及び付属配管４内に流す
。

【００３８】この状態でマイクロ波発振器２２からマイ
クロ波信号を出力する。このマイクロ波信号は上記同様
にマイクロ波アンテナ２０に送られるとともに、位相差
測定回路２４に送られる。マイクロ波アンテナ２０はマ
イクロ波を放射し、このマイクロ波は図６に示すように
汚泥内を伝播して受信アンテナ２１に到達する。この受
信アンテナ２１は受信したマイクロ波に応じた信号を出
力する。このとき、位相差測定回路２４は受信アンテナ
２１の出力信号とパワースプリッタ２３からのマイクロ
波信号との位相遅れθ２　を求めて記憶する。

【００３９】次に位相差測定回路２４は水道水及び汚泥
のときの各位相遅れθ１　、θ２　の差つまり位相差Δ
θΔθ＝θ２　−θ１　 を求める。この位相差Δθは補正演算回路２９に送られ
る。

【００４０】一方、導電率検出器２５により検出された
汚泥の導電率は信号変換回路２７により導電率に応じた
導電率信号に変換されて補正演算回路２９に送られ、こ
れとともに温度検出器２６により検出された汚泥の温度
は信号変換回路２７により温度に応じた温度信号に変換
されて補正演算回路２９に送られる。

【００４１】この補正演算回路２９は導電率及び温度の
補正を行わなければ位相差Δθを信号変換回路３０に送
る。

【００４２】この信号変換回路３０は位相差Δθを受け
ると図４に示す位相差Δθと濃度との関係から汚泥の濃
度を求め、この濃度に応じた電流信号を出力する。この
電流信号は例えば濃度０〜１０％であれば、４〜２０ｍ
Ａに対応する。

【００４３】又、導電率の補正を行う場合、補正演算回
路２９は導電率信号を受けて図２に示す予め測定して記
憶しておいた濃度ゼロの液体の導電率との導電率差と位
相差補正値Δθσとの関係から位相差補正値Δθσを求
め、位相差Δθと位相差補正値Δθσとの差Δθ´Δθ
´＝Δθ−Δθσ を求める。この位相差Δθ´は信号変換回路３０に送ら
れ、この信号変換回路３０は図４に示す位相差Δθ´と
濃度との関係から汚泥の濃度を求め、この濃度に応じた
電流信号を出力する。

【００４４】又、温度の補正を行う場合、補正演算回路
２９は温度信号を受けて図３に示す予め測定して記憶し
ておいた濃度ゼロの液体の温度との温度差と位相差補正
値Δθｔ　との関係から位相差補正値Δθεを求め位相
差Δθと位相差補正値Δθεとの差Δθ´Δθ´＝Δθ
−Δθε を求める。この位相差Δθ´は信号変換回路３０に送ら
れ、この信号変換回路３０は図４に示す位相差Δθ´と
濃度との関係から汚泥の濃度を求め、この濃度に応じた
電流信号を出力する。

【００４５】又、導電率及び温度の補正を共に行う場合
、補正演算回路２９は導電信号及び温度信号を受けて上
記同様に各位相差補正値Δθσ及びΔθεを求め、位相
差Δθと各位相差補正値Δθσ及びΔθεとの差Δθ´ Δθ´＝Δθ−Δθσ−Δθε を求める。この位相差Δθ´は信号変換回路３０に送ら
れ、この信号変換回路３０は図４に示す位相差Δθ´と
濃度との関係から汚泥の濃度を求め、この濃度に応じた
電流信号を出力する。

【００４６】このように上記一実施例においては、受信
アンテナ２１の出力信号とマイクロ波信号との位相差Δ
θを求め、この位相差Δθから汚泥に含まれる被測定物
質の濃度を求めるようにしたので、汚泥に含まれる懸濁
物質の付着や汚泥中の気泡の影響を受けず濃度測定がで
き、かつ懸濁物質が液体中に溶解する物質でも濃度測定
ができる。そのうえ機械的な機構がないので、長期的な
信頼性を向上できる。

【００４７】又、汚泥の導電率を測定して位相差Δθを
補正するので、汚泥に溶解しているイオン成分等に起因
する導電率の影響をなくすことができる。

【００４８】又、汚泥の温度を測定して位相差Δθを補
正するので、温度により比誘電率が変化してもその影響
をなくして正確な濃度測定ができる。

【００４９】さらに汚泥の導電率及び温度を測定して位
相差Δθを補正するので、汚泥に溶解しているイオン成
分等に起因する導電率の影響と温度による比誘電率の変
化の影響とを共になくすことができる。

【００５０】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよい
。例えば、上記一実施例では汚泥は流れている状態で測
定したが、静止している状態で濃度測定してもよい。 又、汚泥に限らず他の流体の濃度測定にも適用できる。 又、実施例では濃度０％の液体を基準とするように述べ
たが、厳密にゼロでなくても測定範囲から考えて濃度ゼ
ロとみなせる液体を基準としてもよいし、ある既知濃度
の被測定物質を含むものを基準としてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、懸
濁物質が付着や液体中の気泡の影響を受けず濃度測定が
でき、かつ懸濁物質が液体中に溶解する物質でも測定で
きる長期的な信頼性の高い濃度計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる濃度計の一実施例を示す構成図
。

【図２】同濃度計における導電率と位相差との関係を示
す図。

【図３】同濃度計における温度と位相差との関係を示す
図。

【図４】同濃度計における濃度と位相差との関係を示す
図。

【図５】同濃度計におけるマイクロ波伝播を示す図。

【図６】同濃度計におけるマイクロ波伝播を示す図。

【図７】従来技術の構成図である。

【符号の説明】

１，２…配管、３…検出部配管、４…付属配管、５，６
…仕切弁、９…給水バルブ、１０…排水バルブ、２０…
送信アンテナ、２１…受信アンテナ、２２…マイクロ波
発振器、２３…パワースプリッタ、２４…位相差測定回
路、２５…導電率検出器、２６…温度検出器、２９…補
正演算回路、３０…信号変換回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定物質を含む被測定流体の流れる
   配管又は前記流体を収納した容器を介して対向配置され
   たマイクロ波の送受信器と、この送信器から発射され前
   記被測定流体を通過し前記受信器にて受信されたマイク
   ロ波の位相遅れθ２　と、予め前記被測定物質を含まな
   い流体を用いて測定しておいた位相遅れθ１　との位相
   差Δθつまり Δθ＝θ２　−θ１　 を求めることにより前記被測定流体の濃度を測定するこ
   とを特徴とする濃度計。
2. 【請求項２】　　前記被測定流体の導電率を測定し、予
   め測定しておいた被測定物質を含まない前記流体の導電
   率との差に基づき前記位相差を補正する導電率による位
   相差補正手段を設けたことを特徴とする請求項（１）　
   記載の濃度計。
3. 【請求項３】　　前記被測定流体の温度を測定し、予め
   測定しておいた被測定物質を含まない前記流体の温度と
   の差に基づき前記位相差を補正する温度によ位相差補正
   手段を設けたことを特徴とする請求項第（１）　又は請
   求項第（２）記載の濃度計。