JPH09113440A

JPH09113440A - 光学式濃度測定装置

Info

Publication number: JPH09113440A
Application number: JP27536595A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hanawa; 剛花輪
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高い測定精度を保ちつつ長期間無保守で連続
運転が可能で、かつ保守性に優れた光学式濃度測定装置
を提供すること。【解決手段】対向面に投、受光用のセル窓を有し、内
部に試料水を通水する測定セルに光源と受光部を配置
し、特定波長の光の吸収に基づいて目的物質の濃度を計
測する光学式濃度測定装置において、ゼロ校正部とスパ
ン校正部を有するメンテナンスシリンダを光学式濃度検
出器１Ａの測定セル内に配設するとともに、外部の駆動
部１Ｂに連結する。その際、メンテナンスシリンダの回
転軸中心から一定半径の円周上に校正部とセル窓が位置
するようにする。校正時期はタイマーによる一定周期方
式または測定フローセルの汚れによる計測値のずれを検
出する方式により選択し、校正を自動的に行うようにす
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、上下水道の分野等
で使用される、ある特定波長の光の吸収に基づいて水中
の目的物質の濃度を計測する装置（光学式濃度測定装
置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の技術について、下水の処理水やそ
の他の排水に含まれる有機物の濃度を連続測定するＵＶ
計（有機汚濁モニタ）を例に挙げて説明する。ＵＶ計
は、連続通水形吸光光度法を測定原理としている。

【０００３】無機物による紫外吸光は、波長２５０ｎｍ
以上では殆ど認められない。これに対し、有機物は、２
５４ｎｍ程度の波長でもある程度の吸収を示す。従っ
て、２５４ｎｍ以上の波長での紫外吸光は、殆ど有機物
に基づくものである。この原理を利用して有機性汚濁濃
度を測定することが可能となる。

【０００４】一般に、上記の測定原理を用いた自動水質
測定装置は、光源用ランプの劣化、ランプ及び測定信号
増幅部の温度による特性の変化、測定セルの汚れ等によ
り、連続計測における計測値に差異が生じてくるが、計
測器の精度保証上、定期的な保守項目として人為的に、
標準液、光学フィルター等を用いての校正、薬液を用い
た洗浄を行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光学式自動水質測定装
置の校正を行う場合に、その実施頻度が計測器の善し悪
しを決定する要因の一つとなる。計測器の校正は、定期
的に実施することが望ましいが、計測器を構成する機器
の諸特性の変化、計測器周囲の状況の変化、測定対象物
質の濃度変化等を考慮すると、一定周期より早く校正の
必要が生じてくる場合が多い。

【０００６】しかしながら、装置が校正時期を検知する
自己診断機能を持たない場合は、人的にこの判断をする
が、そのためには、計測器に対する知識や経験等を要す
る。しかも、校正後の計測値に作業者の校正手順等によ
る個人差が生じ易い。また、校正を実施する上での問題
点として、校正前の準備及び実作業に多くの時間を要す
ることが挙げられる。計測器を校正する際には、既知の
値を持つ二つ以上のある程度の測定幅を持った疑似的な
測定対象物を用いるが、その物質に試薬等を用いる場合
には、試薬の調製や性状の安定等に時間を要する。

【０００７】計測器の精度を維持するために、有機物、
鉄、マンガン、浮遊物質等が測定セル窓に付着した場合
は、塩酸等による薬液洗浄やワイパー等による機械的な
洗浄が必要となる。薬液洗浄には薬液を貯留するための
タンク、薬液送液ポンプ、薬液送液配管等の付属機器を
必要とし、装置全体が大きくなる上、機器の点検や薬液
の補充、といった保守業務が増加する。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、校正を一定周期で定期的に、または計測器の自己診
断機能により全自動で行うことにより、高い測定精度を
保ちつつ長期間無保守で連続運転が可能で、かつ保守性
に優れた光学式濃度測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向面に投光
用、受光用のセル窓を有し、内部に試料水を通水する測
定フローセルに光源と受光部を配置し、特定波長の光の
吸収に基づいて目的物質の濃度を計測する光学式濃度測
定装置において、少なくともゼロ校正部とスパン校正部
を有するメンテナンスシリンダを、そのゼロ校正部とス
パン校正部の端面が防水状態で前記測定フローセルの内
面に摺接可能なように、かつメンテナンスシリンダの回
転軸中心から一定半径の円周上に前記両校正部とセル窓
が位置するように測定フローセル内に配設する一方、校
正時期をタイマーによる一定周期方式または測定フロー
セルの汚れによる計測値のずれを検出する方式により選
択して、校正を自動的に行うようにしたこと、並びにゼ
ロ校正部とスパン校正部の端面に並ぶようにワイパーを
メンテナンスシリンダの両端面に設けたことを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明は、対向面に投光用、受光用
のセル窓を有し、内部に試料水を通水する測定フローセ
ルに光源と受光部を配置し、特定波長の光の吸収に基づ
いて目的物質の濃度を計測する光学式濃度測定装置にお
いて、ゼロ校正部、スパン校正部及びスポンジ製洗浄部
を回転軸と平行に、かつ同一円周上に位置する状態で有
するメンテナンスシリンダを、そのゼロ校正部、スパン
校正部及び洗浄部の端面が防水状態で前記測定フローセ
ルの内面に摺接可能なように、かつメンテナンスシリン
ダの回転軸中心から一定半径の円周上に前記両校正部、
洗浄部とセル窓が位置するように測定フローセル内に配
設する一方、校正時期をタイマーによる一定周期方式ま
たは測定フローセルの汚れによる計測値のずれを検出す
る方式により選択して、校正を自動的に行うようにした
こと、スポンジ製洗浄部に代えて、２％程度の塩酸等を
洗浄液とする薬液封入の洗浄部を用いたこと、並びにス
ポンジ製洗浄部に代えて、両端部にスポンジを有する、
２％程度の塩酸等を洗浄液とする薬液封入の洗浄部を用
いたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の機器構
成を示すブロック図である。光学式濃度測定装置は、光
学式濃度検出器１Ａ及び校正・洗浄機構駆動部１Ｂを備
えた濃度検出部１、光学式濃度変換器２、演算・制御部
（プロセスコントローラ）３、表示・操作部（フラット
ディスプレイ）４からなる。

【００１２】前記濃度検出部１の構成を図２，図３に示
す。図２は正面図、図３は側面図（光源ランプは省略）
である。図中、１１は試料水を通水する測定フローセ
ル、１２は照射光の光源ランプ、１３は照射光を感知す
る受光部、１４は少なくともゼロ・スパン校正機能を有
するメンテナンスシリンダ、１５はこのメンテナンスシ
リンダ１４を回転駆動するモータ、１６はプリアンプで
ある。前記モータ１５は、校正・洗浄機構駆動部１Ｂを
構成している。

【００１３】前記測定フローセル１１は、ランプ１２側
の側面に投光用セル窓１７を、受光部１３側の側面に受
光用セル窓１８をそれぞれ設けている。また、下面に試
料水入口１９を、上面に試料水出口２０をそれぞれ設け
ている。測定対象となる試料水は、試料水入口１９から
フローセル１１内に入り、これを通過して試料水出口２
０から排出される。

【００１４】前記メンテナンスシリンダ１４は、ゼロ・
スパン校正機能のみを有するするものと、ゼロ・スパン
校正機能及びセル窓用洗浄機構を有するものがある。前
者は実施例１として、後者は実施例２〜５として説明す
る。実施例１は図４（ａ）（ｂ）に、実施例２は図５
（ａ）（ｂ）及び図６に、実施例３は図７（ａ）（ｂ）
に、実施例４は図８（ａ）（ｂ）に、実施例５は図９
（ａ）（ｂ）に、それぞれその基本的な構造を示してい
る。

【００１５】即ち、略半円柱状体２１の円中心に回転軸
２２を持ち、かつこの回転軸と同心円の円周上に複数
個、例えば実施例１，２では１８０゜の間隔で２個、実
施例３〜５では９０゜の間隔で３個の貫通孔を有し、前
記測定フローセル１１内に回転軸２２が照射光の光軸
（対向する両セル窓１７，１８の中心点を結ぶ線）と平
行に、かつルセル窓１７，１８が２個または３個の貫通
孔の存在する円周上に位置するように配設する構造とし
ている。回転軸２２は、前記駆動部１Ｂに連結させてい
る。

【００１６】前記貫通孔は、ゼロ校正部２３、スパン校
正部２４及び洗浄部２６（２７，２８）を形成するため
のもので、実施例１及び２ではゼロ校正部２３とスパン
校正部２４のみを設けている。ゼロ校正部２３は、超純
粋水又は精製水のゼロ水２３Ａを封入した構成とする。
スパン校正部２４は、特定の波長に対してある程度の吸
収を持つ光学フィルター（スパンフィルター）２４Ａと
ゼロ校正部２３と同じ液体のゼロ水２４Ｂを封入した構
成とする。ゼロ校正部２３及びスパン校正部２４の貫通
孔の両端には、液漏れや試料水の侵入を防止するために
Ｏ−リング２５を取り付け、測定フローセル１１の内面
に摺動可能に押接させている。洗浄部２６〜２８の貫通
孔両端にも、同様にＯ−リング２５を取り付けている。
洗浄部２６〜２８は、スポンジ、薬液またはその併用に
より構成している。

【００１７】なお、実施例２では、半円柱状体２１の両
端面にワイパー２９を取り付けて洗浄部としている。

【００１８】測定セルでは、光源から照射された光をあ
る特定の波長のみを透過する光学フィルターを通して検
出する。この光は測定セル内の試料水に含まれる物質濃
度により異なり、試料水により吸収されたサンプル信号
と試料水を透過させない光源の光量を比較信号として出
力する。光学式濃度変換器２は、光学式濃度検出器１Ａ
から得られた計測信号を濃度信号に変換し、出力する。

【００１９】演算・制御部３は、シーケンス制御や測定
信号の演算処理を行う。操作・表示部４は、演算を行う
ための係数や異状診断の基準値の設定・変更・表示が可
能なグラフィック型操作パネルを有する。

【００２０】次に、自動校正機能の概要を述べる。ゼロ
校正は、演算・制御部３からの信号で光学式濃度検出部
１のモータ１５を駆動し、メンテナンスシリンダ１４を
回転させ測定セル窓１７，１８の位置にゼロ校正部２３
を移動する。この状態で、光学式濃度検出器１Ａの測定
信号を光学式濃度変換器２に入力し、濃度信号に変換し
て、演算・制御部３に出力する。演算・制御部３は、こ
の信号が安定するのを待ち、ゼロ校正点（Ｙｚ）として
記憶する。

【００２１】この後、メンテナンスシリンダ１４を回転
させ測定セル窓１７，１８の位置にスパン校正部２４を
移動する。この時の光学式濃度検出器１Ａの測定信号を
光学式濃度変換器２で濃度信号に変換し、演算・制御部
３に出力する。演算・制御部３は、この信号をスパン校
正点（Ｙｆｓ）として記憶する。ゼロ校正点とスパン校
正点からＹ軸には濃度変換器出力、Ｘ軸には補正後の出
力をとり、図１０のような検量線から補正後濃度計測値
を演算する。一次方程式のＹ切片をＹｚ、スパン校正フ
ィルターの吸光度（濃度に換算した値）をＸｆｓ、この
Ｘｆｓに対応する濃度変換器出力をＹｆｓとし、傾きａ
を求めると次式のようになる。

【００２２】ａ＝（Ｙｆｓ−Ｙｚ）／Ｘｆｓ但し、Ｘｆｓ：スパンフィルターの吸光度（濃度換算）Ｙｚ：フィルター通水時の濃度変換器出力Ｙｆｓ：スパンフィルター挿入時の濃度変換器出力上式から校正後測定値Ｘｄを求める演算方式はＸｄ＝Ｘｆｓ（Ｙｄ−Ｙｚ）／（Ｙｆｓ−Ｙｚ）但し、Ｙｄ：光学式濃度変換器出力（濃度測定値）となり、試料水を測定した場合の濃度変換器出力値Ｙｄ
を上式に代入することにより補正後の濃度信号を得られ
る。

【００２３】自動校正は、タイマーにより定期的に実行
する方式と、ゼロ点のずれを検出して実行する方式があ
り、演算・制御部３（表示・操作部４）で選択、設定を
行う。

【００２４】タイマーにより校正を実行する場合の周期
設定は、表示・操作部４で行う。また、ゼロ点のずれを
検出し校正を実行する方式を選択した場合には、定期的
に光学濃度検出器１Ａにゼロ水を通水し、そのときの光
学式濃度変換器出力と前回校正を行った際のＹｚの値と
の比較を行う。その結果、この２つの値に差を検出した
際に校正を自動的に実行する。

【００２５】洗浄は、一定周期による方式と、光学式濃
度検出器１Ａの汚れを検出し洗浄を実行する方式があ
る。演算・制御部３は、洗浄方式を選択する機能、洗浄
周期を設定する機能及び汚れを検出するための基準値を
設定する機能を有する。

【００２６】一定周期による洗浄方式は、設定された洗
浄周期により演算・制御部３からメンテナンスシリンダ
１４を駆動し洗浄を行う。

【００２７】光学式濃度検出器１Ａの汚れを検出し、洗
浄を実施する方式は、定期的に光学式濃度検出器１Ａに
ゼロ水を通水し、その時の光学式濃度変換器２の計測信
号を汚れ検出信号として演算・制御部３で監視する。洗
浄または自動ゼロスパン校正を実施した直後は、汚れ検
出信号はゼロであるが、測定セル１１内に汚れが徐々に
蓄積するに従い汚れ検出信号は増大する。その値と汚れ
検出基準値とを比較し、基準値を上回った場合に送液ポ
ンプを駆動して洗浄を実施する。

【００２８】メンテナンスシリンダ１４の回転位置と保
守工程を図１１（ａ）〜（ｄ）に示す。（ａ）は試料水
測定中、（ｂ）はスパン校正中、（ｃ）は洗浄中（実施
例２〜５）、（ｄ）はゼロ校正中である。

【００２９】次に、メンテナンスシリンダの各実施例に
ついて説明する。

【００３０】実施例１の構造を図４（ａ）（ｂ）に示
す。測定対象となる試料水が水道水等の比較的有機物濃
度、鉄、マンガン等の含有量が少ない場合には、長期間
の測定に対応できるため、メンテナンスシリンダ１４は
洗浄部を持たない構造となる。このため、制御において
も繁雑なシーケンス動作を行わないので、装置の寿命を
長期間維持できる。また、洗浄液、洗浄ワイパーの交換
の保守作業がないため、人的に行う保守周期を長期化で
きる。

【００３１】実施例２の構造を図５（ａ）（ｂ）及び図
６に示す。測定対象となる試料水に浮遊物が多い下水２
次処理水等を測定する場合、光学式濃度検出器１Ａ内部
の測定セル窓１７，１８に浮遊物等の汚れが付着しやす
くなる。実施例２は、付着した汚れを除去するためのワ
イパー２９による洗浄機構を実施例１に付加したもので
ある。

【００３２】ワイパー２９にはネオプレンゴムまたはシ
リコンゴム等を用い、メンテナンスシリンダ１４の両端
に放射状に配置して、メンテナンスシリンダ１４を回転
させることにより測定セル窓１７，１８に付着した汚れ
を除去する。

【００３３】洗浄ワイパー２９で測定セル窓１７，１８
に付着した固形物を除去することにより、人的保守期間
の長期化と測定精度の信頼性を高めることができる。

【００３４】実施例３の構造を図７（ａ）（ｂ）に示
す。測定対象となる試料水に若干の有機物が含まれる水
道水等を測定する場合、光学式濃度検出器１Ａ内部の測
定セル窓１７，１８にスライム等の汚れが付着しやすく
なる。実施例３は、付着した汚れを除去するためのスポ
ンジを用いた洗浄部２６を実施例１に付加したものであ
る。

【００３５】スポンジ（ワイパー）２６は、ゼロ校正部
と２３スパン校正部２４の同一の円周上に配置してお
り、メンテナンスシリンダ１４を回転させることにより
測定セル窓１７，１８に付着した汚れを除去する。

【００３６】洗浄部２６で測定セル窓１７，１８に付着
したスライム状の汚れを除去することにより、人的保守
期間の長期化と測定精度の信頼性を高めることができ
る。また、スポンジを用いるため、測定セル窓１７，１
８に対し試料水中のサビ等による損傷を与えることが少
なく計測器の長寿命化が図れる。

【００３７】実施例４の構造を図８（ａ）（ｂ）に示
す。測定対象となる試料水に鉄、マンガン、有機物等が
含まれる上水原水、下水２次処理水を測定する場合に用
いる。このような試料水では光学式濃度検出器１Ａ内部
の測定セル窓１７，１８に鉄、マンガン及びスライム等
の汚れが付着しやすくなる。実施例４は、付着した汚れ
を除去するための洗浄液２７Ａとして塩酸を用いた洗浄
部２７を実施例１に付加したものである。

【００３８】有機物等の汚れを除去する方法として、ま
た、鉄、マンガンを析出するため塩酸を用いた薬液洗浄
方式が有効的であることから、洗浄液（薬液）２７Ａと
して２％程度の塩酸を使用する。

【００３９】洗浄部２７をゼロ校正部２３とスパン校正
部２４の同一の円周上に配置して、メンテナンスシリン
ダ１４を回転させることにより測定セル窓１７，１８に
付着した汚れを溶解し除去する。

【００４０】洗浄液２７Ａに塩酸を用いるためワイパー
方式（スポンジを用いたものも含む）と比較して、洗浄
効果が高く、測定セル窓１７，１８に付着したスライム
状の汚れや鉄、マンガン等を除去することにより、人的
保守期間の長期化と測定精度の信頼性を高めることがで
きる。また、ワイパーを使用しないため、ワイパーの劣
化、変質による交換作業等の保守が軽減される。

【００４１】実施例５の構造を図９（ａ）（ｂ）に示
す。実施例５は実施例４の洗浄効果を高めるため、洗浄
部２８の両端にスポンジ（ワイパー）２８Ｂを付着した
もので、上水原水や下水２次処理水において有機物濃度
が高い場合や鉄、マンガンの含有率が高い場合に有効で
ある。このような試料水で光学式濃度検出器１Ａ内部の
測定セル窓１７，１８に付着した汚れは塩酸２８Ａだけ
では除去しにくいため、ワイパー等での機械的洗浄が必
要となる。

【００４２】この方式は、塩酸洗浄とワイパー洗浄を同
時に行うため、洗浄効果が高く有機物濃度、鉄、マンガ
ンの含有率が高い試料水を測定する場合においても人的
保守期間の長期化と測定精度の信頼性を高めることがで
きる。また、塩酸洗浄とワイパー洗浄を１つの洗浄部に
収納したため、光学式濃度検出器１Ａの構造が小型化で
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動的に
ゼロ及びスパン校正を行うようにしたため、長期間に亘
って計測器の精度を保つことができたり、長期間無保守
で計測が可能になって、計測器の保守に要するコストを
低減できる。しかも、校正作業に個人差がなくなり、計
測精度が高くなる。また、校正には装置に付属している
ゼロ校正部と光学式スパンフィルタを使用するため、校
正の準備作業において試薬を調製する等の時間が省け
る。更に、メンテナンスシリンダ以外の構造は共通のた
め、同一測定点で水質の変動があった場合でもメンテナ
ンスシリンダを交換することで対応が可能である、とい
った利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す機器構成ブロック図。

【図２】実施形態における濃度検出部の構成を示す正面
図。

【図３】実施形態における濃度検出部の構成を示す側面
図。

【図４】濃度検出部におけるメンテナンスシリンダの実
施例１の基本的構造を示すもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図５】濃度検出部におけるメンテナンスシリンダの実
施例２の基本的構造を示すもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図６】メンテナンスシリンダの実施例２におけるワイ
パーの外観を示す斜視図。

【図７】濃度検出部におけるメンテナンスシリンダの実
施例３の基本的構造を示すもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図８】濃度検出部におけるメンテナンスシリンダの実
施例４の基本的構造を示すもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図９】濃度検出部におけるメンテナンスシリンダの実
施例５の基本的構造を示すもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図１０】実施形態の動作説明に用いる自動校正検量線
図。

【図１１】実施形態におけるメンテナンスシリンダの回
転位置と保守工程の関係を示すもので、（ａ）は試料水
測定中、（ｂ）はスパン校正中、（ｃ）は洗浄中、
（ｄ）はゼロ校正中である。

【符号の説明】

１…濃度検出部１Ａ…光学式濃度検出器１Ｂ…校正・洗浄機構駆動部２…光学式濃度変換器３…演算・制御部４…表示・操作部１１…測定フローセル１２…光源ランプ１３…受光部１４…メンテナンスシリンダ１５…モータ１７，１８…セル窓２１…半円柱状体２２…回転軸２３…ゼロ校正部２３Ａ…ゼロ水２４…スパン校正部２４Ａ…スパンフィルター２４Ｂ…ゼロ水２５…Ｏ−リング２６…洗浄部（ワイパー）２７…洗浄部（スポンジ）２８…洗浄部２８Ａ…薬液２８Ｂ…スポンジ２９…ワイパー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向面に投光用、受光用のセル窓を有
し、内部に試料水を通水する測定フローセルに光源と受
光部を配置し、特定波長の光の吸収に基づいて目的物質
の濃度を計測する光学式濃度測定装置において、少なく
ともゼロ校正部とスパン校正部を有するメンテナンスシ
リンダを、そのゼロ校正部とスパン校正部の端面が防水
状態で前記測定フローセルの内面に摺接可能なように、
かつメンテナンスシリンダの回転軸中心から一定半径の
円周上に前記両校正部とセル窓が位置するように測定フ
ローセル内に配設する一方、校正時期をタイマーによる
一定周期方式または測定フローセルの汚れによる計測値
のずれを検出する方式により選択して、校正を自動的に
行うようにしたことを特徴とする光学式濃度測定装置。
【請求項２】ゼロ校正部とスパン校正部の端面に並ぶ
ようにワイパーをメンテナンスシリンダの両端面に設け
たことを特徴とする請求項１に記載の光学式濃度測定装
置。
【請求項３】対向面に投光用、受光用のセル窓を有
し、内部に試料水を通水する測定フローセルに光源と受
光部を配置し、特定波長の光の吸収に基づいて目的物質
の濃度を計測する光学式濃度測定装置において、ゼロ校
正部、スパン校正部及びスポンジ製洗浄部を回転軸と平
行に、かつ同一円周上に位置する状態で有するメンテナ
ンスシリンダを、そのゼロ校正部、スパン校正部及び洗
浄部の端面が防水状態で前記測定フローセルの内面に摺
接可能なように、かつメンテナンスシリンダの回転軸中
心から一定半径の円周上に前記両校正部、洗浄部とセル
窓が位置するように測定フローセル内に配設する一方、
校正時期をタイマーによる一定周期方式または測定フロ
ーセルの汚れによる計測値のずれを検出する方式により
選択して、校正を自動的に行うようにしたことを特徴と
する光学式濃度測定装置。
【請求項４】スポンジ製洗浄部に代えて、薬液封入の
洗浄部を用いたことを特徴とする請求項３に記載の光学
式濃度測定装置。
【請求項５】スポンジ製洗浄部に代えて、両端部にス
ポンジを有する薬液封入の洗浄部を用いたことを特徴と
する請求項３に記載の光学式濃度測定装置。