JPH09101260A - インライン型液中不純物濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象となる液体の光透過率の経時的変動
や光学系に対する熱的悪影響を排除して測定精度を向上
でき且つ光学フローセルのメンテナンス性も改善できる
インライン型液中不純物濃度差測定装置を提供する。 【解決手段】 基準液体（Ａ）が通過する光学フローセ
ル（２）を着脱自在に装着した第１液槽部（３）と、被
測定液体（Ｂ）が通過する光学フローセル（４）を着脱
自在に装着した第２液槽部（５）と、光ファイバー
（９，１２，１３）により光経路が構成されることで各
液槽部（３，５）から離間させられた光源部（７）及び
受光部（８）と、受光部（８）の各フォトセンサ（１
０，１１）の出力信号に基づき被測定液体（Ｂ）の光透
過率と基準液体（Ａ）の光透過率とをデュアル積分型の
信号処理回路により同時に演算して比較する信号処理装
置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インライン型液中
不純物濃度測定装置に関するものであり、詳しくは、測
定対象となる液体の光透過率の経時的変動の影響や光学
系に対する熱的悪影響を排除することにより、高精度の
測定を可能とし且つ光学フローセルのメンテナンスを容
易に行うことが出来る様に改良したインライン型液中不
純物濃度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼル機関の燃料油や潤滑油
などの液体中に含まれる粒径１μｍ以上の金属粉や炭化
物などの固形不純物の濃度を自動的に測定する装置とし
て、図５に示す様なインライン型液中不純物濃度測定装
置（２０）が知られている。このインライン型液中不純
物濃度測定装置（２０）は、液体中に含まれる粒状固形
不純物が光を遮断散乱することによって光透過率が低下
することを測定原理とし、基準液体（Ａ）の光透過率と
被測定液体（Ｂ）の光透過率との比較により被測定液体
（Ｂ）中に含まれる粒状固形不純物の濃度を比較測定す
る。

【０００３】具体的には、インライン型液中不純物濃度
測定装置（２０）は、基準液体（Ａ）及び被測定液体
（Ｂ）が通過する光学フローセル（２１）を内蔵した一
つの液槽部（２３）と、光源（２４）の光を集光レンズ
（２５）を介して光学フローセル（２１）に投光する光
源部（２６）と、光学フローセル（２１）を透過する光
を一つのフォトセンサ（２７）で受光する受光部（２
８）とを直線状かつ一体に配列してなる。

【０００４】また、液槽部（２３）には、液槽部（２
３）の光学フローセル（２１）に対して基準液体（Ａ）
または被測定液体（Ｂ）を選択的に流通させ得る様に、
切換バルブ（２９，３０）を有する管路が接続されてい
る。そして、インライン型液中不純物濃度測定装置（２
０）は、光源（２４）に給電する電源、および、フォト
センサ（２７）の出力信号に基づき基準液体（Ａ）の光
透過率と被測定液体（Ｂ）の光透過率とを比較演算する
信号処理装置などを内蔵した電装部（３１）を備えてい
る。

【０００５】インライン型液中不純物濃度測定装置（２
０）により使用済み潤滑油などに含まれる粒径１μｍ以
上の有害な金属粉や炭化物などの固形不純物の濃度を測
定する場合、先ず、基準液体（Ａ）として、被測定液体
（Ｂ）である使用済み潤滑油から上記粒状固形不純物を
濾過した清浄な潤滑油を用意する。次いで、この基準液
体（Ａ）を切換バルブ（２９，３０）の操作により液槽
部（２３）に供給してその光学フローセル（２１）を通
過させる。その際、光学フローセル（２１）を透過する
集光レンズ（２５）からの光をフォトセンサ（２７）で
受光することにより、基準液体（Ａ）の光透過率を信号
処理装置で演算し、そのデータを光透過率の基準値とし
て記憶する。

【０００６】続いて、切換バルブ（２９，３０）の操作
により被測定液体（Ｂ）を液槽部（２３）に供給してそ
の光学フローセル（２１）を通過させる。その際、光学
フローセル（２１）を透過する集光レンズ（２５）から
の光をフォトセンサ（２７）で受光することにより、被
測定液体（Ｂ）の光透過率を信号処理装置で演算し、そ
の演算結果を既に記憶されている光透過率の基準値と比
較する。なお、測定対象となる潤滑油や燃料油は、常温
での粘度が高く、光学フローセル（２１）を通過させる
のが困難であるため、８０〜１００°Ｃ程度に加熱して
予め粘度を下げてから導入する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のインライン型液
中不純物濃度測定装置（２０）では、光源（２４）から
集光レンズ（２５），光学フローセル（２１）を介して
フォトセンサ（２７）に至る光学系が１系統しか備えら
れていないため、基準液体（Ａ）の光透過率と被測定液
体（Ｂ）の光透過率とを同時に検出することは不可能で
あり、基準液体（Ａ）の光透過率を検出し、所定時間経
過後に被測定液体（Ｂ）の光透過率を検出せざるを得な
い。

【０００８】また、従来のインライン型液中不純物濃度
測定装置（２０）においては、切換バルブ（２９，３
０）の操作により液槽部（２３）に基準液体（Ａ）また
は被測定液体（Ｂ）を切換え供給する管路構成であるた
め、被測定液体（Ｂ）中の固形不純物が管路に滞留して
基準液体（Ａ）中に混入する虞があり、その場合には、
基準値となる基準液体（Ａ）の光透過率が本来の値から
外れて測定精度が低下するという問題がある。

【０００９】更に、液槽部（２３）と光源部（２６）と
受光部（２８）とが近接して配列されているため、８０
〜１００°Ｃ程度に加熱した潤滑油や燃料油を測定対象
とする場合、液槽部（２３）から光源（２４）やフォト
センサ（２７）に熱が伝わってこれらが７０°Ｃ程度ま
で昇温することがあり、その結果、光源（２４）が劣化
して寿命が低下し、フォトセンサ（２７）が雑音信号を
発生して測定精度が低下するという問題もある。もっと
も、光源部（２６）や受光部（２８）を強制空冷する手
段を付加すればこのような問題は解消するが、空冷によ
り集光レンズ（２５）に結露が生じることもあり、その
場合には測定誤差が生じるという新たな問題が発生す
る。

【００１０】また、光学フローセル（２１）のセルギャ
ップは１ｍｍ程度の狭いものである。このため、粒状固
形不純物を含んだ被測定液体（Ｂ）が通過する光学フロ
ーセル（２１）は、粒状固形不純物により内面が汚損さ
れたり、詰まったりするので、定期的に洗浄する必要が
ある。しかし、従来のインライン型液中不純物濃度測定
装置（２０）における光学フローセル（２１）は、セル
ギャップの精度を数μｍに保持したまま簡単に着脱でき
る構造となっていないため、メンテナンス性が悪いとい
う問題があった。

【００１１】本発明は、従来例が抱える種々の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象とな
る液体の光透過率の経時的変動の影響や光学系に対する
熱的悪影響を排除して測定精度を向上でき、かつ、光学
フローセルのメンテナンス性を向上させ得るインライン
型液中不純物濃度差測定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のインライン型液
中不純物濃度測定装置は、基準液体（Ａ）が通過する光
学フローセル（２）を有する第１液槽部（３）と、被測
定液体（Ｂ）が通過する光学フローセル（４）を有する
第２液槽部（５）と、各液槽部（３，５）に対応した光
源部（７）及び受光部（８）と、受光部の各フォトセン
サ（１０，１１）の出力信号に基づき被測定液体（Ｂ）
の光透過率と基準液体（Ａ）の光透過率とを比較演算す
る信号処理装置（１８）とを備え、光源部（７）、各液
槽部（３，５）、受光部（８）の相互間の光経路が光フ
ァイバーにより構成され、かつ、光源部（７）及び受光
部（８）が各液槽部（３，５）から離間して配置されて
いることにより、基準液体（Ａ）の光透過率と被測定液
体（Ｂ）の光透過率とを光源部（７）からの同一光源で
同時に測定可能とするとともに、被測定液体（Ｂ）中の
粒状固形不純物が基準液体（Ａ）中に混入するのを回避
し、かつ、各液槽部（３，５）の熱影響を排除し得る様
にしたことを基本的特徴とする。

【００１３】また、本発明のインライン型液中不純物濃
度測定装置は、メンテナンス性を改善すべく、各液槽部
（３，５）の光学フローセル（２，４）が補強筺体（２
ｂ）とともに着脱自在に構成されていることも特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本
発明のインライン型液中不純物濃度測定装置の一実施形
態を示す全体の概略構成図である。図２は液槽部の分解
斜視図、図３は信号処理装置のブロック図、図４は信号
処理装置の作用を示すタイミングチャートである。

【００１５】本発明のインライン型液中不純物濃度測定
装置（１）は、図１に示す様に、基準液体（Ａ）の光透
過率と被測定液体（Ｂ）の光透過率との比較により、被
測定液体（Ｂ）中に含まれる粒径１μｍ以上の粒状固形
不純物の濃度を比較測定するものであり、基準液体
（Ａ）が通過する光学フローセル（２）を着脱自在に装
着した第１液槽部（３）と、被測定液体（Ｂ）が通過す
る光学フローセル（４）を着脱自在に装着した第２液槽
部（５）と、各液槽部（３，５）から離間して電源と共
に電装部（６）内に配置された光源部（７）及び受光部
（８）とを備えている。

【００１６】光源部（７）は、第１液槽部（３）及び第
２液槽部（５）に対応した単一光源を有し、この光源と
第１液槽部（３）及び第２液槽部（５）との間には、二
分岐型光ファイバー（９）を介して光経路が構成されて
いる。また、受光部（８）には、第１液槽部（３）及び
第２液槽部（５）にそれぞれ対応した２つのフォトセン
サ（１０，１１）、および、その出力信号に基づき基準
液体（Ａ）の光透過率と被測定液体（Ｂ）の光透過率と
をデュアル積分型の信号処理回路により同時に演算して
比較する信号処理装置（１８）が装備されている。そし
て、フォトセンサ（１０）と第１液槽部（３）との間に
は、光ファイバー（１２）を介して光経路が構成され、
同様に、フォトセンサ（１１）と第２液槽部（５）との
間には、光ファイバー（１３）を介して光経路が構成さ
れている。

【００１７】第１液槽部（３）内には、光源部（７）か
ら二分岐型光ファイバー（９）を介して伝送される光を
平行光線として光学フローセル（２）に対して直角に投
光する光学式の投光レンズ（１４）と、光学フローセル
（２）の透過光を光ファイバー（１２）に向けて集光す
る光学式の集光レンズ（１５）とが内蔵されている。同
様に、第２液槽部（５）内にも投光レンズ（１４）に対
応する投光レンズ（１６）、および、集光レンズ（１
５）に対応する集光レンズ（１７）が内蔵されており、
両液槽部は同じ構造である。

【００１８】また、光学フローセル（２）は第１液槽部
（３）に、光学フローセル（４）は第２液槽部（５）
に、それぞれ着脱自在に組み付けられている。その着脱
構造は、光学フローセル（２）も光学フローセル（４）
も同様であるから、図２の斜視図に示す一方の光学フロ
ーセル（２）の着脱構造について説明する。光学フロー
セル（２）は、基準液体（Ａ）が通過する１ｍｍ程度の
セルギャップ（２ａ）を有するガラス製のものであり、
透明な合成樹脂製の補強筺体（２ｂ）内に封入されてい
る。補強筺体（２ｂ）は、その外形を直方体になされ、
光学フローセル（２）のセルギャップ（２ａ）の開口部
に連通する円形の流入口（２ｃ）と流出口（２ｄ）とが
それぞれ下面と上面とに設けられている。

【００１９】補強筺体（２ｂ）は、基準液体（Ａ）の配
管がそれぞれ接続される第１液槽部（３）の上板（３
ａ）と下板（３ｂ）との間に上下の面がシールリング
（３ｃ，３ｄ）を介して挟持され、シールリング（３
ｃ，３ｄ）により流入口（２ｃ）及び流出口（２ｄ）の
周囲が液密になされる。上板（３ａ）と下板（３ｂ）と
は４本の支柱（３ｅ，３ｅ，…）を介して着脱自在に連
結され、この下板（３ｂ）と共に補強筺体（２ｂ）は外
枠（３ｆ）により囲まれており、上板（３ａ）を取り外
すことで補強筺体（２ｂ）は外部に取り出し可能となっ
ている。

【００２０】受光部（８）に装備された信号処理装置
（１８）は、図３に示す様に、フォトセンサ（１０）の
出力信号に対応した積分器（１８ａ）及びサンプルアン
ドホールド回路（１８ｂ）、フォトセンサ（１１）の出
力信号に対応した積分器（１８ｃ）及びサンプルアンド
ホールド回路（１８ｄ）等を有するデュアル積分型の信
号処理回路により基準液体（Ａ）の光透過率と被測定液
体（Ｂ）の光透過率とを同時に演算して比較する機能を
備えている。

【００２１】次に、上記のように構成された本発明のイ
ンライン型液中不純物濃度測定装置（１）の作用につい
て説明する。図１中の被測定液体（Ｂ）は、例えば、粒
径１μｍ以上の有害な金属粉や炭化物などの固形不純物
が含まれたディーゼル機関において使用済みの潤滑油で
あり、基準液体（Ａ）は、使用済み潤滑油から上記粒状
固形不純物を濾過した清浄な潤滑油である。これらの基
準液体（Ａ）及び被測定液体（Ｂ）は、光学フローセル
（２，４）を容易に通過し得る様に、８０〜１００°Ｃ
程度に加熱して予め粘度を下げてから導入される。

【００２２】電装部（６）の作動に伴い、光源部（７）
から二分岐型光ファイバー（９）を介して第１液槽部
（３）及び第２液槽部（５）に光が伝送され、この光は
投光レンズ（１４，１６）により平行光線となって光学
フローセル（２，４）に直角に投光される。そこで、基
準液体（Ａ）が光学フローセル（２）のセルギャップ
（２ａ）を通過し、同時に、被測定液体（Ｂ）が光学フ
ローセル（４）のセルギャップを通過すると、基準液体
（Ａ）の透過光は、集光レンズ（１５）により集光さ
れ、そして、光ファイバー（１２）を介してフォトセン
サ（１０）に受光される。一方、被測定液体（Ｂ）の透
過光は、集光レンズ（１７）により集光され、そして、
光ファイバー（１３）を介してフォトセンサ（１１）に
受光される。

【００２３】そこで、図３及び図４に示す様に、信号処
理装置（１８）では、フォトセンサ（１０，１１）の出
力信号電流（Ｉ１，Ｉ２）を積分器（１８ａ，１８ｃ）
で積分する。そして、基準液体（Ａ）の透過光である基
準光に対応した積分器（１８ａ）の出力電圧（Ｖ１）が
基準電圧（ＶTH）を超えたとき、Ｓ／Ｈパルスを発して
その出力電圧（Ｖ１）をサンプルアンドホールド回路
（１８ｂ）にホールドする。また、同時に、被測定液体
（Ｂ）の透過光である測定光に対応した積分器（１８
ｃ）の出力電圧（Ｖ２）をサンプルアンドホールド回路
（１８ｄ）にホールドする。次に、リセットパルスを発
して積分器（１８ａ）と積分器（１８ｃ）とをリセット
する。ここで、フォトセンサ（１０，１１）の出力信号
としての電流（Ｉ１，Ｉ２）は常時流れているので、リ
セットされた積分器（１８ａ，１８ｃ）が再び充電され
て積分器（１８ａ）の出力電圧（Ｖ１）が基準電圧（Ｖ
TH）を超えると、発振動作状態となって測定が安定す
る。

【００２４】積分器（１８ａ，１８ｃ）の出力電圧
（Ｖ）は、Ｖ＝Ｉ・Ｔ／Ｃの式で定まり、積分用のコン
デンサ容量（Ｃ）が一定の場合は、電流（Ｉ）と積分時
間（Ｔ）とで決まる。図４のタイムチャートでみると、
基準光に対応した積分器（１８ａ）の出力電圧（Ｖ１）
は、基準電圧（ＶTH）を超えるとリセットされることか
ら、前式中の（Ｖ）は常に基準電圧（ＶTH）に近似した
一定値となる。前式を変形すると、Ｔ＝Ｖ・Ｃ／Ｉとな
り、（Ｖ）と（Ｃ）は一定であって（Ｔ）は（Ｉ）に反
比例の関係となることから、基準光に対応したフォトセ
ンサ（１０）の出力電流（Ｉ１）の変化は積分時間
（Ｔ）の変化（Ｔ０〜Ｔ５）となる。そして、測定光に
対応したフォトセンサ（１１）の出力電流（Ｉ２）を積
分時間（Ｔ）と積分容量（Ｃ）を一定として積分した場
合の出力電圧（Ｖ２）と、基準光に対応したフォトセン
サ（１０）の出力電流（Ｉ１）を積分した出力電圧（Ｖ
１）との間には、Ｉ１／Ｉ２＝Ｖ１／Ｖ２の関係が成り
立つ。

【００２５】このように、本発明のインライン型液中不
純物濃度測定装置（１）では、基準液体（Ａ）の光透過
率と被測定液体（Ｂ）の光透過率とを同一光源を使用し
て同時に検出できるため、基準液体（Ａ）や被測定液体
（Ｂ）の光透過率の経時的変動の影響を排除することが
出来、測定レンジを調整することなく被測定液体（Ｂ）
中に含まれる粒状固形不純物の濃度を精度よく測定する
ことが出来る。また、基準液体（Ａ）の通過経路と被測
定液体（Ｂ）の通過経路とは全く別系統に構成されてい
るため、測定にあたって被測定液体（Ｂ）中の粒状固形
不純物が基準液体（Ａ）中に混入するのを回避でき、測
定精度を大幅に向上することが出来る。

【００２６】また、光源部（７）及び受光部（８）は、
各液槽部（３，５）から離間した電装部（６）に配置さ
れているので、各液槽部（３，５）に高温の基準液体
（Ａ）や被測定液体（Ｂ）が流れても、その熱影響が光
源やフォトセンサ（１０，１１）に及ぶことがない。従
って、光源の劣化による寿命低下が防止され、且つフォ
トセンサ（１０，１１）の雑音信号の発生も未然に防止
されるのであり、この点からも測定精度を大幅に向上す
ることが出来る。

【００２７】更に、各液槽部（３，５）の光学フローセ
ル（２，４）は、上板（３ａ）を取り外すことで補強筺
体（２ｂ）ごと外部に取り出すことが出来るから、光学
フローセル（２，４）を定期的に洗浄するなどのメンテ
ナンス性も改善することが出来る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、基
準液体（Ａ）の光透過率と被測定液体（Ｂ）の光透過率
とを同一光源を使用して同時に検出でき、光透過率の経
時的変動の影響を排除できると共に、被測定液体（Ｂ）
中の粒状固形不純物が基準液体（Ａ）中に混入するのも
回避できるため、被測定液体（Ｂ）中に含まれる粒状固
形不純物の濃度の測定精度を大幅に向上することが出来
る。

【００２９】また、光源部（７）、各液槽部（３，
５）、受光部（８）の相互間の光経路を光ファイバー
（６，１２，１３）により構成して光源部（７）及び受
光部（８）を各液槽部（３，５）から離間させること
で、光源部（７）及び受光部（８）に対する各液槽部
（３，５）の熱影響を排除したから、光源の劣化による
寿命低下を防止でき、かつ、フォトセンサ（１０，１
１）の雑音信号の発生を防止して測定精度を大幅に向上
することが出来る。

【００３０】更に、各液槽部（３，５）の光学フローセ
ル（２，４）が、補強筺体（２ｂ）ごと着脱自在に構成
されているので、光学フローセル（２，４）のメンテナ
ンス性を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインライン型液中不純物濃度測定装置
の一実施形態を示す全体の概略構成図である。

【図２】液槽部の分解斜視図である。

【図３】信号処理装置のブロック図である。

【図４】信号処理装置の作用を示すタイミングチャート
である。

【図５】従来のインライン型液中不純物濃度測定装置を
示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ ：インライン型液中不純物濃度測定装置 ２ ：光学フローセル ２ａ：セルギャップ ２ｂ：補強筺体 ２ｃ：流入口 ２ｄ：流出口 ３ ：第１液槽部 ３ａ：上板 ３ｂ：下板 ３ｃ：シールリング ３ｄ：シールリング ３ｅ：支柱 ３ｆ：外枠 ４ ：光学フローセル ５ ：第２液槽部 ６ ：電装部 ７ ：光源部 ８ ：受光部 ９ ：二分岐型光ファイバー １０：フォトセンサ １１：フォトセンサ １２：光ファイバー １３：光ファイバー １４：投光レンズ １５：集光レンズ １６：投光レンズ １７：集光レンズ １８：信号処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 保寿 神奈川県川崎市川崎区大川町２番１号 三 菱化工機株式会社内 (72)発明者 岡 精一 神奈川県川崎市川崎区大川町２番１号 三 菱化工機株式会社内 (72)発明者 白井 正人 神奈川県川崎市川崎区大川町２番１号 三 菱化工機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定液体（Ｂ）の光透過率と基準液体
   （Ａ）の光透過率との比較により被測定液体（Ｂ）中の
   粒状固形不純物の濃度を測定するインライン型液中不純
   物濃度測定装置において、基準液体（Ａ）が通過する光
   学フローセル（２）を有する第１液槽部（３）と、被測
   定液体（Ｂ）が通過する光学フローセル（４）を有する
   第２液槽部（５）と、各液槽部（３，５）に対応した光
   源部（７）及び受光部（８）と、受光部の各フォトセン
   サ（１０，１１）の出力信号に基づき被測定液体（Ｂ）
   の光透過率と基準液体（Ａ）の光透過率とを比較演算す
   る信号処理装置（１８）とを備え、光源部（７）、各液
   槽部（３，５）、受光部（８）の相互間の光経路が光フ
   ァイバーにより構成され、かつ、光源部（７）及び受光
   部（８）が各液槽部（３，５）から離間して配置されて
   いることを特徴とするインライン型液中不純物濃度測定
   装置。
2. 【請求項２】 各液槽部（３，５）の光学フローセル
   （２，４）は、補強筺体（２ｂ）とともに着脱自在に構
   成されている請求項１に記載のインライン型液中不純物
   濃度測定装置。
3. 【請求項３】 信号処理装置（１８）は、被測定液体の
   光透過率と基準液体の光透過率とを同時に演算するデュ
   アル積分型の信号処理回路を備えている請求項１又は２
   に記載のインライン型液中不純物濃度差測定装置。