JPH07504508A - 液体の不透明度の光学的測定方法およびその装置 - 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】 上記底板上に置かれる第１の縁部と、その反対側に在る第２の縁部とを有する、 は＼′矩形状でかつ透明な頂板と、上記底板と頂板との間に楔形のセル空間を形 成するため、上記底板から間隔をおいて上記第２の縁部を保持するための保持手 段とから成る流体の光学的減衰特性の測定用セル。

１３、上記保持手段は上記底板と頂板との間に存在する流体不透過性の細片であ る請求項１２のセル。

明細書 液体の不透明度の光学的測定方法およびその装置技術分野 本発明は測光分析方法、より詳しくはディーゼル機関用潤滑油中の煤粒子に起因 する不透明度の測定方法およびその装置に関する。

背景技術 ディーゼル機関に使用される潤滑油の最も一般的な汚染物質は煤である。従って ディーゼル機関用潤滑油は、懸濁液中に上記煤粒子を保持するための分散剤を含 むのが通例である。よってこのような機関を経済的に運転するには、上記分散剤 がどの時点で実質的に消耗し切ったかを測定できるようにするのが重要である。

このようにてきれば、上記潤滑油を最も経済的に有利な時点で交換することがで きる。上記分散剤を完全に利用し切るずっと以前にオイル交換をを行うのは不経 済であるが、反対に上記分散剤の完全消耗時点を超えてしまっては上記機関の損 傷を招くことになる。従って少量の潤滑油試料の煤濃度の簡単な試験方法があれ ば便利であろう。

またそのような試験が短時間内に行われると共に、正確かつ安価であることもま た重要であろう。例えば長距離トラックの運転者にとって、そのような試験は特 に有用であろう。

恐らく、平行ガラス板で囲まれた従来型セル内に潤滑油試料を入れ、このセルを 透過した光線を検出器へ送ることによって、潤滑油中の煤粒子をいとも簡単に光 学的に測定することができるように或いは思われるかも知れない。ところが実際 的には必ずしもそうは行かない。例えばこのようなセル内で新品またはほんの僅 かの期間にわたって使用されたディーゼル用潤滑油を検査すると、このような潤 滑油はあまりにも透明過ぎて正確な測定値が得られないことがしばしば起る。他 方、ある程度の期間にわたって使用された潤滑油はしばしばあまりにも不透明で あって、到底煤濃度を測定することができない。つまり、従来型のセルは限られ た濃度範囲の測定にのみ使用可能である。しかしこの問題は、いくつかの異なる セルを使用したり、或いは潤滑油試料を注意深く稀釈したりして克服することが できる。

よって本発明の第一の目的は、潤滑油の煤濃度を測定するための光学的セルの改 良型を提供することである。本発明の他の目的は、構造が簡単であると共に使用 が容易でありかつ広範囲の煤濃度で使用可能であるばかりでなく、他のセルや装 置に対して校正の必要がなくかつまた測定結果が正確であると共に再現性が良い ようなセルを提出することである。これらの目的が如何にして達成されるかは欠 配の記述及び添付された請求の範囲から明らかにされるであろう。

発明の開示 本発明に使用されるセルは、上記試料を一対のガラス板の間に保持する楔状物か ら成る。このセルは光源と検出器との間の光束中を通過しながら前進する。上記 楔状物の試料厚みの増加に伴って、上記光束の減衰度は増加する。こうして、所 望の情報の読取りが行われる。

図面の簡単な説明 図１は本発明に使用される光学的セルの平面図である。

図２は、図１のセルの正面図であり、光源と検出器とを図式的に示す。

図３は、図１の３−３から見た部分の詳細を示す。

図４は、本発明に使用されるセルを利用する装置の一部分の斜視図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明はベールの法則の原理に基づいて働く。ベールの法則自体はランベルトの 法則の延長である。ランベルトの法則によれば、薄い物質層を透過する光線の強 度はこの物質層の厚さに応じて減少する。ベールの法則によれば、今ここに二つ の溶液があって、そのうち第一の溶液が第二の溶液の二倍の濃度の吸光性または 散乱性の物質を含み、そのほかには再溶液間に相違点がない場合、成る一定の厚 さを有する上記第一の溶液の層を透過する光線の（吸光および散乱の効果を含む ）減衰度は、上記一定の厚さの二倍の厚みを有する上記第二の溶液の層を透過す る光線の減衰度に等しくなる。

光線が吸光性の液体を透過する際、単位液体厚さ当りの光線強度の変化率は一定 である。液体が光路について均質であるとすれば、単位厚さ当りの光線強度の減 衰率は全光路について同一である。よって光の減衰度は、単位厚さ当りの成る値 として表わされることができる。そして上記の関係は対数的でありかつ読取りデ ータをできるだけ少数の数字で表わしたいので、減衰率はミクロメートル当りの デシベル値で表わされる。なおデシベル値は、光線強度比の（底をＩＯとする） 常用対数に１０を掛けた値である。

図１〜３は、本発明に使用されるセル１０を示す。このセルは一対の研磨された ガラス板で形成されている。下側の底板１２はその長さおよび幅が、上側のカバ ー板１４よりも共に大きい。この底板１２の上には、枕１６を形成するガラス細 片が取り付けられている。

この枕１６の長さは、少くともカバー板１４の幅に等しいことが望ましい。上記 カバー板１４の下側の一端には、取っ手１８を形成するガラス薄板が取り付けら れている。

」二記セル１０の構成部材の寸法はあまり重要視する必要はない。

しかし実施例中の１例において、上記カバー板１４の幅は２５ミリメートルであ った。そしてカバー板１４の左端（図１）から枕１６の縁までの距離は５５ミリ メートルであった。枕１６の厚さは１ミリ−トルてあり、枕１６は図３に示すよ うに取っ手１８にかみ合わされていた。取っ手１８は、カバー板１４が枕１６か ら逃げ出さないようにするためのものである。従って取っ手１８の厚さは、取っ 手１８が底板１２に接触しない限りあまり重要ではない。更に取っ手１８は、底 板１２と枕１６とに関連してカバー板１４の実効長さおよび位置を制限すること により、上記セルｌＯの楔角を再現性良く形成することができる。この楔角は約 １度であることができる。

図２から判るように、上記セルＩＯは光源２０と検出器２２との間に位置する。

光源２０には光フアイバー使用光源が使用できる。

検出器２２には光検出用シリコン光電池が使用できる。セル１０は、少量（約１ −）の試験用潤滑油試料を底板Ｉ２上に置いて使用するために作られている。カ バー板１４は底板１２上に置かれた上記試料の上に降ろされ、最終的にはカバー 板１４の一端は底板１２により支えられると共にカバー板１４の他端は枕１６に より支えられる。

上記潤滑油の表面張力の大きさは、こうして組立てられた形成体をばらばらにし ないように保持するのに充分である。最初、上記セル１０は全く光路外に置かれ 、次いて楔状セルの薄い縁部を先頭として上記光路内に送り込まれる。この過程 を実行する方法が図４に図解されていて、上記セルＩＯは受け台２４上に静置さ れている状態が示されている。ここでは上記セルｌＯは、上記光源２０からの光 線を上記検出器（図示せず）２２に到達させる開口部２６の上に坐っている。上 記受は台２４は回転精密ねじ３０により１対のレール２８に沿って滑る。

上記セルｌＯを上記光路内に向けて駆動する上記ねじ３０の回転を始動するため に、コンピュータを使用することができる。上記楔状セルＩＯの薄い縁部が上記 光路内に入り込むに伴って、上記検出器２２に入射する光信号の強度が連続的に 測定されると共にこの測定された信号がディジタル化される。上記試料セルｌＯ の充分に厚い部分が上記光路をさえぎるに至った時、上記コンピュータは上記一 連のディジタル値のセーブ（保存）を自動的に開始する。光検出器電流のディジ タル値は記憶された後、減衰度のデシベル値に換算される。各測定点で上記受は 台２４の位置との関連で得られた上記記憶値により、減衰度対溶液膜厚さのデー タを得ることができる。

これらのデータは、最小二乗回帰分析を使用して直線を決定するのに使用される 。そしてこれにより、試料溶液厚さのミクロメートル当りの減衰度のデシベル値 が決定される。データ読取りが行われた後、上記受は台２４は上記光路から引き 戻され、測定技能者は新しい試料をこの光路に装填することができる。

本発明の方法により得られた読取り値は潤滑油中の煤の濃度に比例することが判 明した。観測データがランベルトの法則とベールの法則との条件を共に満たす限 り、上記潤滑油中の煤の質量濃度に比例する数値が得られるであろう。これらの 数値に定数を単純に掛りることによって、これらの数値は質量濃度に換算される 。

上記セル１０の利点のなかには、ゼロ点の決定が不要であるという事実がある。

また、固定された光路を使用する従来型のセルは、透明潤滑油で充たされた同一 セルの下で行われる補足的測定を必要とする。更にまた、互いに平行な窓を有す るセルでは反射が起こり、読取り値に悪影響を与える。これに対し、テーパ付き であって光路長が変る本発明のセルでは、測定に係わるのは透過光線強度対セル 位置の変化だけである。

上記セルＩＯのダイナミック・レンジは極めて大きい。これは、このダイナミッ ク・レンジが上記測光機器のダイナミック・レンジと、上記セルｌＯで得られる 溶液厚さのレンジとの積により決定されることによる。

データ出力の正確度は上記読取りの百分率として表わされることができる。多く の測定機器においては甚だ望ましくないことだが、最大目盛の百分率の形で正確 度の評価を行わなければならない。しかし本発明では、溶液膜厚さに対する光線 減衰度の変化だけが係っているので、液中に少量の煤が含まれているか、或いは また高濃度の煤が含まれているかによって差異を生じない。すなわち本発明では 、どちらの場合も高い正確度が得られる。

本発明の技術は、上記潤滑剤中に浮遊する黒づんだゼラチン状物質のミセルを無 視する。これらのミセルの影響は光束の面積に比べると小さいので、上記読取り 値に殆ど影響がない。黒づんだミセル、大きな粒子、小さな空気泡等の吸収体に より本発明が影響を受け難い他の理由は、そのような人工物の影響が最小二乗回 帰分析により最小限に素止められるからである。

一連の読取り値が原理的に互いに独立している理由は、各データ点は互いに相違 する光路から取得されることによる。このことは「均一化Ｊ（“ｈｏｍｏｇｅｎ ｉｚｉｎｇ”）効果または「平均化」（“ａＶｅｒａｇｉｎｇ″）効果を生むこ とになる。従ってほんの少しの読取りエラーを招来する因子は著しく低減または 除去される。試料溶液中の空気泡はこのような因子の１例である。

当該分野の専門家にとって本発明の多くの利点がこれまでの説明によって今や明 白になったものと信する。また本発明の意図と範囲から逸脱することなく多数の 変形および修正が可能であることも明白になったものと思う。例えば、潤滑油中 の煤の測定のみならず、液体中に存在しかつ不透明度を招来するいかなる物質の 測定にも本発明は使用可能であることが明白になったものと思う。従って上述の 説明は本発明の説明のためのみにされたのであって、本発明範囲を限定するもの ではないという意味に解釈されるべきである。本発明は欠配の請求の範囲によっ てのみ限定されている。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．流体中に含まれて光を減衰させる物質の分析方法において、光学的に透明な テーパつきセルを準備する工程と、上記流体の試料を上記セル内に配置する工程 と、上記セルに面する一方の側に光源を準備する工程と、上記セルに面する他方 の側に光の検出器を準備する工程と、上記光源から上記セルおよび流体を経由し て上記検出器に至る光路に沿って光線を通過させる工程と、 上記セルと上記光路とを相対移動させることにより、上記セル内に含まれる流体 を横切る光路の長さ部分が初めの値と次の値との間で変化する工程と、 上記光を減衰させる物質の濃度を表示するため、上記相対移動の間に上記検出器 に突き当たる光線の強度に比例する信号を発生させる工程とから成る、流体中に 含まれて光を減衰させる物質の分析方法。
2. ２．上記流体が液体である請求項１の方法。
3. ３．上記流体が油である請求項１の方法。
4. ４．上記光を減衰させる物質が煤である請求項３の方法。
5. ５．流体中に懸濁する粒子状物質の分析方法において、光学的に透明なテーパつ きセルを準備する工程と、上記流体の試料を上記セル内に配置する工程と、上記 セルに面する一方の側に光源を準備する工程と、上記セルに面する他方の側に光 の検出器を準備する工程と、上記光源から上記セルおよび流体を経由し上記検出 器に至る光路に沿って光線を通過させる工程と、 上記セルと上記光路とを相対移動させることにより、上記セル内に含まれる流体 を横切る光路の長さ部分が初めの値と次の値との間で変化する工程と、 上記セルに突き当たる光線の強度に比例する初めの信号を発生させる工程と、 上記検出器に突き当たる光線の強度に比例する次の信号を発生させる工程と、 上記粒子状物質の濃度を表示するため、上記相対移動の間に上記初めの信号と次 の信号との比を比較する工程とから成る、流体中に懸濁する粒子状物質の分析方 法。
6. ６．上記流体が液体である請求項５の方法。
7. ７．上記流体が油である請求項５の方法。
8. ８．上記粒子状物質が煤である請求項７の方法。
9. ９．流体中に含まれかつ光学的減衰能を有する物質の濃度測定装置において、 上記流体を収容しかつ光学的に透明なテーパつきセルと、上記セルに面する一方 の側に置かれた光源と、上記セルに面する他方の側に置かれ、上記光源から発し て上記セルおよび流体を通過する光線を受光するように位置する検出器と、上記 セルと上記光路とを相対移動させることにより、上記セル内の内容物を横切る光 路の長さ部分が初めの値と次の値との間で変化する手段と、 上記光学的減衰能を有する物質の濃度を表示するため、上記相対移動の間に上記 検出器に突き当たる光線の強度に比例する信号を発させる手段とから成る、流体 中に含まれかつ光学的減衰能を有する物質の濃度測定装置。
10. １０．透明な底板と、 上記底板上に置かれる第１の縁部と、その反対側に在る第２の縁部とを有し、ほ ゞ矩形状でかつ透明な頂板と、上記底板と頂板との間に楔形のセル空間を形成す るため、上記底板から間隔をおいて上記第２の縁部を保持するための保持手段と から成る請求項９の装置。
11. １１．上記保持手段は上記底板と頂板との間に存在する流体不透過性の細片であ る請求項１０の装置。
12. １２．流体の光学的特性の測定用セルにおいて、透明な底板と、 上記底板上に置かれる第１の縁部と、その反対側に在る第２の縁部とを有する、 ほゞ矩形状でかつ透明な頂板と、上記底板と頂板との間に楔形のセル空間を形成 するため、上記底板から間隔をおいて上記第２の縁部を保持するための保持手段 とから成る流体の光学的減衰特性の測定用セル。
13. １３．上記保持手段は上記底板と頂板との間に存在する流体不透過性の細片であ る請求項１２のセル。