JPH11174015A - 水分測定装置とそのセンサ - Google Patents
水分測定装置とそのセンサInfo
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- JPH11174015A JPH11174015A JP10243657A JP24365798A JPH11174015A JP H11174015 A JPH11174015 A JP H11174015A JP 10243657 A JP10243657 A JP 10243657A JP 24365798 A JP24365798 A JP 24365798A JP H11174015 A JPH11174015 A JP H11174015A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 印刷機に使用する水−インク懸濁液の水分濃
度を測定するための水分測定器を提供すること。 【解決手段】 本発明の水分測定器は、２枚の極板の間
を被測定懸濁液が通過する静電容量型センサを使用し、
懸濁液の水分濃度に応じた静電容量の変化を、発振器の
周波数信号として発信し、この周波数信号を水分濃度に
応じた電圧に変換するものであり、水分濃度が０〜50％
の範囲で直線的な出力が得られる。
度を測定するための水分測定器を提供すること。 【解決手段】 本発明の水分測定器は、２枚の極板の間
を被測定懸濁液が通過する静電容量型センサを使用し、
懸濁液の水分濃度に応じた静電容量の変化を、発振器の
周波数信号として発信し、この周波数信号を水分濃度に
応じた電圧に変換するものであり、水分濃度が０〜50％
の範囲で直線的な出力が得られる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、印刷機で使用する
水−インク懸濁水溶液の水分濃度を監視するための水分
測定装置及びそのセンサに関する。
水−インク懸濁水溶液の水分濃度を監視するための水分
測定装置及びそのセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】平版印
刷機(Lithographic printing press)で使用されるイン
クは、通常、インクと加湿溶液の２つの成分で構成され
ている。加湿溶液は、印刷板の非印刷部分の加湿を促進
する少量の添加物を含む水である。これまでインクと加
湿溶液は別個の経路で供給されている。
刷機(Lithographic printing press)で使用されるイン
クは、通常、インクと加湿溶液の２つの成分で構成され
ている。加湿溶液は、印刷板の非印刷部分の加湿を促進
する少量の添加物を含む水である。これまでインクと加
湿溶液は別個の経路で供給されている。
【０００３】しかし印刷機を簡略化しコストを低減する
ために、予め混合されたインクと水（即ち加湿溶液）の
懸濁液を単一経路で印刷機に供給することがある。懸濁
液の単位時間内の使用量が僅かであるため、経済運転の
面から、水−インク懸濁水溶液は、インクトレーンを擦
るだけでシステム内に循環される。擦り落とされた懸濁
液は、当初のものに比べて、水分が10〜20％減少してい
る。最適の印刷結果を得るには、懸濁液が適切な水分濃
度を維持しなければならない。この水分濃度は、インク
組成にもよるが、通常30〜50％である。印刷開始時に新
たなインクと水とを適切な比率で混合することもでき
る。しかし印刷が進行するに従い、循環される懸濁液の
インクと水の比率が変化する。印刷の過程で、連続して
新しい懸濁液を補充する場合には、連続して懸濁液中の
水分濃度をリアルタイムで測定しなければならないこと
が多い。
ために、予め混合されたインクと水（即ち加湿溶液）の
懸濁液を単一経路で印刷機に供給することがある。懸濁
液の単位時間内の使用量が僅かであるため、経済運転の
面から、水−インク懸濁水溶液は、インクトレーンを擦
るだけでシステム内に循環される。擦り落とされた懸濁
液は、当初のものに比べて、水分が10〜20％減少してい
る。最適の印刷結果を得るには、懸濁液が適切な水分濃
度を維持しなければならない。この水分濃度は、インク
組成にもよるが、通常30〜50％である。印刷開始時に新
たなインクと水とを適切な比率で混合することもでき
る。しかし印刷が進行するに従い、循環される懸濁液の
インクと水の比率が変化する。印刷の過程で、連続して
新しい懸濁液を補充する場合には、連続して懸濁液中の
水分濃度をリアルタイムで測定しなければならないこと
が多い。
【０００４】懸濁液の絶縁常数によって、懸濁液の濃度
を測定する測定器が知られている。これらの内のある測
定器では絶縁常数を測定するホイートストン・ブリッジ
を使用している（例えば米国特許第4,048,844号）。他
の測定器では、ピーク検知装置を備えた発振器（例えば
米国特許第4,130,796号）又は論理回路（例えば米国特
許第4,399,404号）を使用している。米国特許第4,559,4
93号には、水−インク懸濁液の水分濃度測定器が開示さ
れている。しかし'493号特許明細書に記載された測定器
の論理増幅器は水分濃度０〜20％の領域が除外されてい
るが、大部分の印刷で水分濃度20〜50％の懸濁液が使用
されるため、この'493号特許明細書には、望ましい実施
形態として、センサの出力を直線化するための対数増幅
器が記載されている。
を測定する測定器が知られている。これらの内のある測
定器では絶縁常数を測定するホイートストン・ブリッジ
を使用している（例えば米国特許第4,048,844号）。他
の測定器では、ピーク検知装置を備えた発振器（例えば
米国特許第4,130,796号）又は論理回路（例えば米国特
許第4,399,404号）を使用している。米国特許第4,559,4
93号には、水−インク懸濁液の水分濃度測定器が開示さ
れている。しかし'493号特許明細書に記載された測定器
の論理増幅器は水分濃度０〜20％の領域が除外されてい
るが、大部分の印刷で水分濃度20〜50％の懸濁液が使用
されるため、この'493号特許明細書には、望ましい実施
形態として、センサの出力を直線化するための対数増幅
器が記載されている。
【０００５】さらに、上記測定器では、対数増幅器の適
用範囲の拡大以外にも問題がある。例えば、ある測定器
では、静電容量センサに使用する極板が圧力によって変
形又は変位する。極板に変形又は変位が生じると、流量
によって出力に変動が生じ、対象変量、即ち水分濃度に
測定誤差が生じる。
用範囲の拡大以外にも問題がある。例えば、ある測定器
では、静電容量センサに使用する極板が圧力によって変
形又は変位する。極板に変形又は変位が生じると、流量
によって出力に変動が生じ、対象変量、即ち水分濃度に
測定誤差が生じる。
【０００６】従来の静電容量センサの出力は、測定対象
懸濁液中の成分分布によって影響を受ける。例えば、水
−インク懸濁液が全く同一組成の懸濁液であっても、成
分の分布によって異なる絶縁常数を持つことがある。極
端な例として、水とインクが層をなす場合、同一組成の
水−インク懸濁液であっても深さによって絶縁常数が異
なることになる。この問題については、モーニュ(Mougn
e)に付与された米国特許第4,916,490号で水と油の混合
物を例として説明されている。
懸濁液中の成分分布によって影響を受ける。例えば、水
−インク懸濁液が全く同一組成の懸濁液であっても、成
分の分布によって異なる絶縁常数を持つことがある。極
端な例として、水とインクが層をなす場合、同一組成の
水−インク懸濁液であっても深さによって絶縁常数が異
なることになる。この問題については、モーニュ(Mougn
e)に付与された米国特許第4,916,490号で水と油の混合
物を例として説明されている。
【０００７】さらに、従来の測定器では、精密な測定を
行う場合に漏洩電磁界の影響が問題となる。
行う場合に漏洩電磁界の影響が問題となる。
【０００８】本発明の目的は、従来の水分測定器の上記
の問題を解消し、均一混合された水−インク懸濁液の水
分を、広い水分濃度範囲において、対数増幅器を使用す
ることなく、直線的出力が得られるセンサを使用した水
分測定器を提供することである。
の問題を解消し、均一混合された水−インク懸濁液の水
分を、広い水分濃度範囲において、対数増幅器を使用す
ることなく、直線的出力が得られるセンサを使用した水
分測定器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの形態で
は、水分測定器が、マルチバイブレータとして作用する
発振器に接続した静電容量センサを使用している。被測
定懸濁液は、懸濁液の水分濃度に応じて静電容量が変化
する静電容量センサの対向する２枚の極板の間を通過す
る。発振器の出力周波数はセンサの静電容量によって変
化する。発振器の出力周波数は、水分濃度変換機によ
り、懸濁液の水分濃度に対応する信号に変換される。水
分濃度変換器は、周波数−電圧変換器の電圧が水分濃度
の増加に反比例して直線的に降下する直線マッピング機
能に応じた水分濃度信号を発する。
は、水分測定器が、マルチバイブレータとして作用する
発振器に接続した静電容量センサを使用している。被測
定懸濁液は、懸濁液の水分濃度に応じて静電容量が変化
する静電容量センサの対向する２枚の極板の間を通過す
る。発振器の出力周波数はセンサの静電容量によって変
化する。発振器の出力周波数は、水分濃度変換機によ
り、懸濁液の水分濃度に対応する信号に変換される。水
分濃度変換器は、周波数−電圧変換器の電圧が水分濃度
の増加に反比例して直線的に降下する直線マッピング機
能に応じた水分濃度信号を発する。
【００１０】本発明の別の重要な形態では、水分濃度が
０〜50％の範囲で直線的マッピング機能をもつ上記のよ
うな水分測定器が提供される。
０〜50％の範囲で直線的マッピング機能をもつ上記のよ
うな水分測定器が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００１２】本発明の水分測定器10を図１に示す。この
測定器は、特に印刷機に使用する水−インク懸濁液の水
分濃度の測定に適している。しかし、この測定器10は、
印刷機又は特定の懸濁液の測定に限定されるものではな
い。又、測定器10の用途は平版印刷機に適しているが、
特定の印刷機に用途が限定されるものでもない。むし
ろ、その性質により、本発明の範囲内で各種用途に適用
できる。
測定器は、特に印刷機に使用する水−インク懸濁液の水
分濃度の測定に適している。しかし、この測定器10は、
印刷機又は特定の懸濁液の測定に限定されるものではな
い。又、測定器10の用途は平版印刷機に適しているが、
特定の印刷機に用途が限定されるものでもない。むし
ろ、その性質により、本発明の範囲内で各種用途に適用
できる。
【００１３】水分測定器10は、従来装置の上記の問題を
回避するため、均一に混合された懸濁液に用いるのが望
ましい。懸濁液の均一混合する機構については後に述べ
る。ここで云う均一混合された懸濁液とは、液の全体に
わたって各成分が均一に混合された懸濁液を意味する。
回避するため、均一に混合された懸濁液に用いるのが望
ましい。懸濁液の均一混合する機構については後に述べ
る。ここで云う均一混合された懸濁液とは、液の全体に
わたって各成分が均一に混合された懸濁液を意味する。
【００１４】被測定懸濁液中の水分濃度を検知するた
め、水分測定装置10には水分センサ20が設けられてい
る。図１に示すように、水分センサ20は静電容量型で、
混合機から送られる被測定懸濁液の流れを通過させるも
のが望ましい。混合機から印刷機に送られる懸濁液の全
てをセンサに通す必要はない。むしろ、システム内の懸
濁液の一部をサンプルとしてセンサに通せばよい。ま
た、センサ20は印刷機の上流側に設置するのが望ましい
が、他の場所に設置してもよい。例えば、懸濁液を循環
させる場合には、センサ20を印刷機の下流側に設置する
ことができる。
め、水分測定装置10には水分センサ20が設けられてい
る。図１に示すように、水分センサ20は静電容量型で、
混合機から送られる被測定懸濁液の流れを通過させるも
のが望ましい。混合機から印刷機に送られる懸濁液の全
てをセンサに通す必要はない。むしろ、システム内の懸
濁液の一部をサンプルとしてセンサに通せばよい。ま
た、センサ20は印刷機の上流側に設置するのが望ましい
が、他の場所に設置してもよい。例えば、懸濁液を循環
させる場合には、センサ20を印刷機の下流側に設置する
ことができる。
【００１５】いずれにせよ、静電容量センサ20を形成す
る２枚の極板22の間に懸濁液を通過させる。静電容量が
極板22の間にある物質の誘電率によって直接決まるた
め、極板22の間の誘電物質が変わるとセンサ20の静電容
量が変わる。懸濁液は、水分濃度によって誘電率が変わ
るため、２枚の極板22の間で懸濁液の水分濃度をセンサ
20の静電容量によって測定することができる。
る２枚の極板22の間に懸濁液を通過させる。静電容量が
極板22の間にある物質の誘電率によって直接決まるた
め、極板22の間の誘電物質が変わるとセンサ20の静電容
量が変わる。懸濁液は、水分濃度によって誘電率が変わ
るため、２枚の極板22の間で懸濁液の水分濃度をセンサ
20の静電容量によって測定することができる。
【００１６】このようなセンサ20の静電容量の変化を監
視するため、水分測定器10には周波数発振器40が設けら
れている。周波数発振器40の周波数はセンサ20の静電容
量に応じて変化し、発振器40はセンサの静電容量に反比
例した周波数信号を発信する。
視するため、水分測定器10には周波数発振器40が設けら
れている。周波数発振器40の周波数はセンサ20の静電容
量に応じて変化し、発振器40はセンサの静電容量に反比
例した周波数信号を発信する。
【００１７】図１に示すように、発振器40が出力する周
波数信号は、RS-422ドライバ46を介して偏差信号として
コード化するのが望ましい。この偏差信号は、標準的な
２本撚り線型のケーブル50を介してRS-422レシーバ47に
伝送する。レシーバ47は偏差信号を非コード化し、非コ
ード化信号を周波数−電圧変換器60に伝送する。周波数
−電圧変換器60は、その名が示すとおり、発振器40から
の周波数信号の周波数に比例した出力電圧を発生する。
好ましい形態としては、周波数−電圧変換器60の入出力
比は20KHz/voltである。
波数信号は、RS-422ドライバ46を介して偏差信号として
コード化するのが望ましい。この偏差信号は、標準的な
２本撚り線型のケーブル50を介してRS-422レシーバ47に
伝送する。レシーバ47は偏差信号を非コード化し、非コ
ード化信号を周波数−電圧変換器60に伝送する。周波数
−電圧変換器60は、その名が示すとおり、発振器40から
の周波数信号の周波数に比例した出力電圧を発生する。
好ましい形態としては、周波数−電圧変換器60の入出力
比は20KHz/voltである。
【００１８】いずれにせよ、図１に示すように、変換器
60の出力電圧は通常のローパス・フィルタ70を通して、
センサ20又は伝送ライン50で発生した高周波数ノイズを
除去する。ノイズを除去した信号は通常のアナログ−デ
ジタル変換器80でデジタル化して水分濃度変換器82で水
分濃度に変換し、この出力によって混合機を制御する。
即ち、水分センサ20、発振器40、RS-422ドライバ46、ケ
ーブル50、RS-422レシーバ47、周波数−電圧変換器60、
フィルタ70、アナログ−デジタル変換器80、及び水分濃
度変換器82を混合機に接続してフィードバック・ループ
を形成し、被測定懸濁液中の水分濃度を調整することが
できる。
60の出力電圧は通常のローパス・フィルタ70を通して、
センサ20又は伝送ライン50で発生した高周波数ノイズを
除去する。ノイズを除去した信号は通常のアナログ−デ
ジタル変換器80でデジタル化して水分濃度変換器82で水
分濃度に変換し、この出力によって混合機を制御する。
即ち、水分センサ20、発振器40、RS-422ドライバ46、ケ
ーブル50、RS-422レシーバ47、周波数−電圧変換器60、
フィルタ70、アナログ−デジタル変換器80、及び水分濃
度変換器82を混合機に接続してフィードバック・ループ
を形成し、被測定懸濁液中の水分濃度を調整することが
できる。
【００１９】このようなフィードバック・ループを使用
して混合機で懸濁液の水分濃度を調整することは、本発
明の範囲外であるため、その説明を省略する。ただ、本
発明の範囲内で、あらゆる従来の混合機が使用可能であ
る。例えば、混合機から全プロセスの懸濁液に水又はイ
ンクを添加することができるし、混合機によって懸濁液
のいずれかの成分、又は全ての成分の供給量を制御する
こともできる。
して混合機で懸濁液の水分濃度を調整することは、本発
明の範囲外であるため、その説明を省略する。ただ、本
発明の範囲内で、あらゆる従来の混合機が使用可能であ
る。例えば、混合機から全プロセスの懸濁液に水又はイ
ンクを添加することができるし、混合機によって懸濁液
のいずれかの成分、又は全ての成分の供給量を制御する
こともできる。
【００２０】図２及び図３にセンサ20の詳細を示す。各
図に示すように、センサ20は２枚の金属板22を有してい
る。金属板の形状や寸法は任意であるが、金属板22は間
隔を隔てて平行に配置された円板であることが望まし
い。円板22の直径と間隔の比は12:1〜20：１であること
が望ましい。円板としては、ステンレス鋼板等の金属板
の対向面に４フッ化エチレン等の合成樹脂を被覆したも
のが望ましい。合成樹脂被覆は円板22と懸濁液との間を
絶縁して円板の腐食を防止ためのものである。また、懸
濁液には加湿剤として導電性物質が添加されているた
め、この絶縁は円板22の間の漏洩電流を防止するために
も必要である。
図に示すように、センサ20は２枚の金属板22を有してい
る。金属板の形状や寸法は任意であるが、金属板22は間
隔を隔てて平行に配置された円板であることが望まし
い。円板22の直径と間隔の比は12:1〜20：１であること
が望ましい。円板としては、ステンレス鋼板等の金属板
の対向面に４フッ化エチレン等の合成樹脂を被覆したも
のが望ましい。合成樹脂被覆は円板22と懸濁液との間を
絶縁して円板の腐食を防止ためのものである。また、懸
濁液には加湿剤として導電性物質が添加されているた
め、この絶縁は円板22の間の漏洩電流を防止するために
も必要である。
【００２１】円板22を所定位置に固定して使用中に動か
ないように、各円板22は側面絶縁材24に埋め込んで固定
するのがよい。図３に示すように、絶縁材24により各円
板22の間に上記の所定間隔を持つ空間が形成される。各
円板22は、ロサイト(Locite)社から販売されているエポ
キシ・セメントのような絶縁性セメント23で所定位置に
固定し、側面絶縁材24はデルリン(Delrin)のような非導
電性材料が望ましい。円板22は、漏洩電磁界の影響を受
けないよう金属製ハウジング26内に設置するのが望まし
い。ハウジング26内には側面絶縁材24を所定位置で保持
するための空間が形成されている。ハウジング26にはセ
ンサ20を適切な位置に固定するためのボルト等の固定部
材27が設けられている。ハウジング26からの液漏れを防
止するためのガスケット28を使用することが望ましい。
図３に示すように、ハウジング26は、対向する２つの側
面部材、頂部部材、及び底部部材がボルト（図示省略）
によって通常の方法で組み立てられる。円板22の間の静
電容量の変化を監視するため、ハウジング26には対向す
る２つの孔が設けられている。対向する２つの孔には絶
縁性スリーブ32に囲まれた金属棒30が挿入固定されてい
る。各金属棒30は一端が各円板22に接続され、他端に接
続用ワイヤ34が接続されている。接続用ワイヤ34（図１
のフロー参照）は、発振器40とRS-422ドライバ46を収容
した発振器ボックス36に接続されている。図３に示すよ
うに、発振器ボックス36は、有害な静電容量を少なくす
るためにワイヤ34を短縮し、ハウジング26に載置されて
いる。
ないように、各円板22は側面絶縁材24に埋め込んで固定
するのがよい。図３に示すように、絶縁材24により各円
板22の間に上記の所定間隔を持つ空間が形成される。各
円板22は、ロサイト(Locite)社から販売されているエポ
キシ・セメントのような絶縁性セメント23で所定位置に
固定し、側面絶縁材24はデルリン(Delrin)のような非導
電性材料が望ましい。円板22は、漏洩電磁界の影響を受
けないよう金属製ハウジング26内に設置するのが望まし
い。ハウジング26内には側面絶縁材24を所定位置で保持
するための空間が形成されている。ハウジング26にはセ
ンサ20を適切な位置に固定するためのボルト等の固定部
材27が設けられている。ハウジング26からの液漏れを防
止するためのガスケット28を使用することが望ましい。
図３に示すように、ハウジング26は、対向する２つの側
面部材、頂部部材、及び底部部材がボルト（図示省略）
によって通常の方法で組み立てられる。円板22の間の静
電容量の変化を監視するため、ハウジング26には対向す
る２つの孔が設けられている。対向する２つの孔には絶
縁性スリーブ32に囲まれた金属棒30が挿入固定されてい
る。各金属棒30は一端が各円板22に接続され、他端に接
続用ワイヤ34が接続されている。接続用ワイヤ34（図１
のフロー参照）は、発振器40とRS-422ドライバ46を収容
した発振器ボックス36に接続されている。図３に示すよ
うに、発振器ボックス36は、有害な静電容量を少なくす
るためにワイヤ34を短縮し、ハウジング26に載置されて
いる。
【００２２】図２に示すように、ハウジング26には、円
板22の間の間隙に連通する対向した２つの開口38が設け
ることが望ましい。この開口38を通じて円板22の間の間
隙に水−インク懸濁液がポンプで供給される。前記のよ
うに、懸濁液の誘電率に比例してセンサ20の静電容量が
変化する。その結果、周波数−電圧変換器60の出力周波
数は、水分濃度が０〜50％の範囲で、均一混合された水
−インク懸濁液の水分濃度に直線的に比例する。この比
例関係が直線的であるため、従来の測定器の対数増幅器
が不要となる。図６に示すように、希望する範囲内での
直線的関係が得られる。
板22の間の間隙に連通する対向した２つの開口38が設け
ることが望ましい。この開口38を通じて円板22の間の間
隙に水−インク懸濁液がポンプで供給される。前記のよ
うに、懸濁液の誘電率に比例してセンサ20の静電容量が
変化する。その結果、周波数−電圧変換器60の出力周波
数は、水分濃度が０〜50％の範囲で、均一混合された水
−インク懸濁液の水分濃度に直線的に比例する。この比
例関係が直線的であるため、従来の測定器の対数増幅器
が不要となる。図６に示すように、希望する範囲内での
直線的関係が得られる。
【００２３】発振器40、RS-422ドライバ46、接続ケーブ
ル50、RS-422レシーバ47、周波数−電圧変換器60、及び
ローパス・フィルタ70の回路が図４及び図５に例示され
ている。これらの回路は一例であり発明の範囲内で各種
の変更が可能である。
ル50、RS-422レシーバ47、周波数−電圧変換器60、及び
ローパス・フィルタ70の回路が図４及び図５に例示され
ている。これらの回路は一例であり発明の範囲内で各種
の変更が可能である。
【００２４】図４に示すように、発振器40には電圧分割
回路網44の形の適当なバイアス回路を持つ通常の'555タ
イマ42を備えていることが望ましい。タイマ42は、分割
回路網44とセンサ20を有するマルチバイブレータとして
作用し、時間常数を決めるRC回路を形成する。詳しく
は、図４に示すように、タイマ42、分割回路網44、及び
静電容量センサ20が５ボルト電源に接続されている。電
圧が供給されると、周知のとおり、静電容量センサ20が
充電され、センサ20に所定の電荷が充電されるとタイマ
ー42がパルスを出力してセンサ20が放電される。こうし
てセンサ20の充電と放電のサイクルが繰り返され、タイ
マ42が、RC回路の時間常数によって決められた周波数信
号を出力する。分割回路網44の抵抗が一定であるため、
RC回路の時間常数はセンサ20の静電容量に応じて変化す
る。従って、円板22の間の懸濁液の誘電率に応じて変化
するセンサ20の静電容量によってRC回路の時間常数が変
化し、タイマ42の出力周波数が変化する。望ましい形態
では、タイマ42の出力周波数が次の式で表すことができ
る。 Ｆ＝１．４４／（Ｒ1＋２Ｒ2）Ｃ 但し、Ｆは出力周波数(Hz)、Ｒ1及びＲ2は分割回路網44
の抵抗、Ｃはセンサ20の静電容量(f)である。
回路網44の形の適当なバイアス回路を持つ通常の'555タ
イマ42を備えていることが望ましい。タイマ42は、分割
回路網44とセンサ20を有するマルチバイブレータとして
作用し、時間常数を決めるRC回路を形成する。詳しく
は、図４に示すように、タイマ42、分割回路網44、及び
静電容量センサ20が５ボルト電源に接続されている。電
圧が供給されると、周知のとおり、静電容量センサ20が
充電され、センサ20に所定の電荷が充電されるとタイマ
ー42がパルスを出力してセンサ20が放電される。こうし
てセンサ20の充電と放電のサイクルが繰り返され、タイ
マ42が、RC回路の時間常数によって決められた周波数信
号を出力する。分割回路網44の抵抗が一定であるため、
RC回路の時間常数はセンサ20の静電容量に応じて変化す
る。従って、円板22の間の懸濁液の誘電率に応じて変化
するセンサ20の静電容量によってRC回路の時間常数が変
化し、タイマ42の出力周波数が変化する。望ましい形態
では、タイマ42の出力周波数が次の式で表すことができ
る。 Ｆ＝１．４４／（Ｒ1＋２Ｒ2）Ｃ 但し、Ｆは出力周波数(Hz)、Ｒ1及びＲ2は分割回路網44
の抵抗、Ｃはセンサ20の静電容量(f)である。
【００２５】タイマ42の出力周波数の範囲は０〜100KHz
であることが望ましい。そのためセンサ20は、均一混合
された水−インク懸濁液に対する静電容量が150-350pf
となるように設計されていることが望ましい。そのため
分割回路網44の各抵抗を47.6〜100KΩに選定するのが望
ましい。このように設定されたセンサ20と分割回路網44
によると、想定される水分濃度の全てに対して０〜100K
Hzのタイマ42出力が得られるRC回路の時間常数が設定さ
れる。
であることが望ましい。そのためセンサ20は、均一混合
された水−インク懸濁液に対する静電容量が150-350pf
となるように設計されていることが望ましい。そのため
分割回路網44の各抵抗を47.6〜100KΩに選定するのが望
ましい。このように設定されたセンサ20と分割回路網44
によると、想定される水分濃度の全てに対して０〜100K
Hzのタイマ42出力が得られるRC回路の時間常数が設定さ
れる。
【００２６】タイマ42の出力を、障害やロスの少ない方
法で周波数−電圧変換器60に接続するために、図４、図
５に示すように、サポート回路としてRS-422ドライバ46
とRS-422レシーバ47を備えた通常の２本撚り線ケーブル
50が使用される。望ましい形態としては、RS-422ドライ
バ46はタイマ42の信号を受信してタイマの出力と同一周
波数の２つの同じ信号に変換する。図４に示すように、
２つの信号の位相が１８０゜ずれている。RS-422ドライ
バ46で形成された２つの信号はケーブル50を介してRS-4
22レシーバ47に伝送される。RS-422レシーバ47は２つの
信号から、タイマ42の信号とほぼ同一の１つの信号を再
形成する。望ましい形態として、ドライバ46及びレシー
バ47として、それぞれテキサスインストルメント社が販
売しているSN75172及びSN75173チップを使用している
が、それ以外のチップも使用できる。
法で周波数−電圧変換器60に接続するために、図４、図
５に示すように、サポート回路としてRS-422ドライバ46
とRS-422レシーバ47を備えた通常の２本撚り線ケーブル
50が使用される。望ましい形態としては、RS-422ドライ
バ46はタイマ42の信号を受信してタイマの出力と同一周
波数の２つの同じ信号に変換する。図４に示すように、
２つの信号の位相が１８０゜ずれている。RS-422ドライ
バ46で形成された２つの信号はケーブル50を介してRS-4
22レシーバ47に伝送される。RS-422レシーバ47は２つの
信号から、タイマ42の信号とほぼ同一の１つの信号を再
形成する。望ましい形態として、ドライバ46及びレシー
バ47として、それぞれテキサスインストルメント社が販
売しているSN75172及びSN75173チップを使用している
が、それ以外のチップも使用できる。
【００２７】図５に示すように、再形成されたタイマ42
の信号は、通常の周波数−電圧変換器60で、タイマの出
力周波数に比例した電圧信号に変換される。上記のよう
に、タイマの出力範囲は０〜100KHzが望ましい。また周
波数−電圧変換器60の入出力比は20KHz/voltであること
が望ましい。この周波数範囲と入出力比により、変換器
60の出力電圧が０〜５ボルトの範囲となり、下流側のア
ナログ−デジタル変換器80での処理が容易となる。変換
器60として、アナログデバイス社が部品として販売して
いるADVFC32を使用できるが、それ以外の部品も使用可
能である。
の信号は、通常の周波数−電圧変換器60で、タイマの出
力周波数に比例した電圧信号に変換される。上記のよう
に、タイマの出力範囲は０〜100KHzが望ましい。また周
波数−電圧変換器60の入出力比は20KHz/voltであること
が望ましい。この周波数範囲と入出力比により、変換器
60の出力電圧が０〜５ボルトの範囲となり、下流側のア
ナログ−デジタル変換器80での処理が容易となる。変換
器60として、アナログデバイス社が部品として販売して
いるADVFC32を使用できるが、それ以外の部品も使用可
能である。
【００２８】周波数−電圧変換器60は、図５に示すよう
に、従来のバイアス回路を使用して適当な運転範囲に調
節することができる。図５に示すように、バイアス回路
に変更可能な抵抗62が変換機60の校正手段として組み込
まれていることが望ましい。
に、従来のバイアス回路を使用して適当な運転範囲に調
節することができる。図５に示すように、バイアス回路
に変更可能な抵抗62が変換機60の校正手段として組み込
まれていることが望ましい。
【００２９】上記のように、図１と関連して、変換器60
の出力は、アナログ−デジタル変換器80及び水分濃度変
換器82に伝送する前にローパス・フィルタ70を通すこと
が望ましい。図５に示すように、ローパス・フィルタ70
は、抵抗72とコンデンサ74を有する通常のものが使用で
きる。
の出力は、アナログ−デジタル変換器80及び水分濃度変
換器82に伝送する前にローパス・フィルタ70を通すこと
が望ましい。図５に示すように、ローパス・フィルタ70
は、抵抗72とコンデンサ74を有する通常のものが使用で
きる。
【００３０】望ましい形態として、水分濃度変換器82
は、図６に示すような直線的マッピング機能を持つよう
に、通常の方法でプログラムされたマイクロプロセッサ
を備えている。均一混合された懸濁液の水分濃度が０〜
50％の範囲でマッピング機能は直線的である。マッピン
グ機能は次の式で表される。 水分濃度＝Ｘ−Ｙ＊Ｖ 但し、Ｘ及びＹは常数であり、Ｖは周波数−電圧変換機
60の出力電圧である。常数Ｘ及びＹは懸濁液中の添加物
とインクの組成、及びその比率に関係する。常数Ｘ及び
Ｙは経験的分析手法によって決定することができる。１
例として図６に示すように、Ｘ＝６０．９４及びＹ＝１
５．１２はU.S.インク社で販売されている均一混合され
た黒色インクのものである。
は、図６に示すような直線的マッピング機能を持つよう
に、通常の方法でプログラムされたマイクロプロセッサ
を備えている。均一混合された懸濁液の水分濃度が０〜
50％の範囲でマッピング機能は直線的である。マッピン
グ機能は次の式で表される。 水分濃度＝Ｘ−Ｙ＊Ｖ 但し、Ｘ及びＹは常数であり、Ｖは周波数−電圧変換機
60の出力電圧である。常数Ｘ及びＹは懸濁液中の添加物
とインクの組成、及びその比率に関係する。常数Ｘ及び
Ｙは経験的分析手法によって決定することができる。１
例として図６に示すように、Ｘ＝６０．９４及びＹ＝１
５．１２はU.S.インク社で販売されている均一混合され
た黒色インクのものである。
【００３１】図６に示すように、マッピング機能は、通
常、水分濃度の増加に応じて周波数−電圧変換機60の出
力電圧が低下する下り勾配となる。
常、水分濃度の増加に応じて周波数−電圧変換機60の出
力電圧が低下する下り勾配となる。
【００３２】本実施形態では、水分濃度変換機82にプロ
グラムされたマイクロプロセッサを使用しているが、本
発明の範囲内で他のものを使用することもできる。例え
ば、電圧分割回路網その他、電気配線による加算回路も
使用可能である。同様に、本実施形態では、変換器60の
出力をデジタル化するのにアナログ−デジタル変換器80
を使用しているが、アナログ−デジタル変換器80を省略
して、水分濃度変換器82をアナログで処理することもで
きる。
グラムされたマイクロプロセッサを使用しているが、本
発明の範囲内で他のものを使用することもできる。例え
ば、電圧分割回路網その他、電気配線による加算回路も
使用可能である。同様に、本実施形態では、変換器60の
出力をデジタル化するのにアナログ−デジタル変換器80
を使用しているが、アナログ−デジタル変換器80を省略
して、水分濃度変換器82をアナログで処理することもで
きる。
【００３３】上記のように、均一混合されたインク−水
懸濁液を使用することが望ましい。このような均一混合
された懸濁液を得るための、新しい改良された混合機に
ついて以下に述べる。この混合機は米国特許出願第08/9
22,004号に記載されている。
懸濁液を使用することが望ましい。このような均一混合
された懸濁液を得るための、新しい改良された混合機に
ついて以下に述べる。この混合機は米国特許出願第08/9
22,004号に記載されている。
【００３４】図７及び図９に示すように、混合分散器15
6には、第１円形水平壁164と、高さが21.0cm、内径が約
17.8cmの円筒形上部垂直壁166とで円筒形上部室168を形
成した容器163を有している。
6には、第１円形水平壁164と、高さが21.0cm、内径が約
17.8cmの円筒形上部垂直壁166とで円筒形上部室168を形
成した容器163を有している。
【００３５】第１水平壁164には直径が約6.4cmの孔170
が設けられている。また容器163の第１水平壁164の下方
には、直径が約18.3cmの円筒形下部垂直壁172が設けら
れている。第１水平壁164、円筒形下部垂直壁172、及び
第２円形水平壁174が、円筒形下部室176を形成してい
る。第２円形水平壁174に設けられた約8cm四方の正方形
の開口178ギヤポンプ180が装着され、モータ（図示省
略）に駆動されて下部室176から水−インク懸濁液が排
出される。
が設けられている。また容器163の第１水平壁164の下方
には、直径が約18.3cmの円筒形下部垂直壁172が設けら
れている。第１水平壁164、円筒形下部垂直壁172、及び
第２円形水平壁174が、円筒形下部室176を形成してい
る。第２円形水平壁174に設けられた約8cm四方の正方形
の開口178ギヤポンプ180が装着され、モータ（図示省
略）に駆動されて下部室176から水−インク懸濁液が排
出される。
【００３６】第１水平壁164には、カップ形の外部ステ
ータ（静止体）182が取り付けられ、その円筒壁186は厚
みが約4.8mmで24個の縦穴184が等間隔に形成されてい
る。外部ステータ182にはカップ形の内部ステータ188が
固定されており、その円筒壁192は厚みが約4mmで16個の
縦孔190が等間隔に形成されている。縦孔184及び190
は、高さが約15.9mm、幅が約3.4mmである。
ータ（静止体）182が取り付けられ、その円筒壁186は厚
みが約4.8mmで24個の縦穴184が等間隔に形成されてい
る。外部ステータ182にはカップ形の内部ステータ188が
固定されており、その円筒壁192は厚みが約4mmで16個の
縦孔190が等間隔に形成されている。縦孔184及び190
は、高さが約15.9mm、幅が約3.4mmである。
【００３７】上部室168の上部に高速モータ194が設けら
れ、矢印198で示すように、モータ軸196を上から見て時
計方向に回転駆動する。モータ軸196にはプロペラ100が
取り付けられ、１２０゜の等角度間隔に設けられた３枚
の各プロペラ翼102は、前縁104が後縁106の上方にある
ように水平方向に対して約２０゜のピッチが付けられて
いる。プロペラ100は、翼径が約12.7cmであり、上部室1
68内において、第１水平壁164の上方に翼径の半分から
翼径に等しい高さでモータ軸196に取り付けられてい
る。
れ、矢印198で示すように、モータ軸196を上から見て時
計方向に回転駆動する。モータ軸196にはプロペラ100が
取り付けられ、１２０゜の等角度間隔に設けられた３枚
の各プロペラ翼102は、前縁104が後縁106の上方にある
ように水平方向に対して約２０゜のピッチが付けられて
いる。プロペラ100は、翼径が約12.7cmであり、上部室1
68内において、第１水平壁164の上方に翼径の半分から
翼径に等しい高さでモータ軸196に取り付けられてい
る。
【００３８】モータ軸196の下端にロータ108（特に図８
及び図１０参照）が取り付けられている。ロータ108は
１２０゜の等角度間隔に設けられた３枚の水平翼110を
有している。各翼110には下方に延びる内歯112と外歯11
4が設けられている。各内歯112は、内部ステータの壁19
2の内側にあり、外歯114は、内部ステータの壁192と外
部ステータの壁186の間にある。各歯112、114とステー
タの壁186、192の間は、約0.4mmの比較的狭い間隔とな
っている。
及び図１０参照）が取り付けられている。ロータ108は
１２０゜の等角度間隔に設けられた３枚の水平翼110を
有している。各翼110には下方に延びる内歯112と外歯11
4が設けられている。各内歯112は、内部ステータの壁19
2の内側にあり、外歯114は、内部ステータの壁192と外
部ステータの壁186の間にある。各歯112、114とステー
タの壁186、192の間は、約0.4mmの比較的狭い間隔とな
っている。
【００３９】運転時には、モータが毎分約500〜4000回
転で回転し、モータ軸196、ロータ108、及びプロペラ10
0がモータ194と同速度で回転する。プロペラ翼102にピ
ッチが付いているために、プロペラ100の回転により、
上部室168内のインクと原料溶液が混合され、同時にロ
ータ108に向かって下方に押し流される。ロータ108の回
転により、ロータの歯112、114と内部及び外部ステータ
の壁192、186の間で、インクと溶液の剪断が行われる。
この剪断によって液が内部及び外部ステータ192、186の
縦孔190、184で分散され、細かく分散された水−インク
懸濁液となって下部室176に流入する。そして水−イン
ク懸濁液はギヤポンプ180によって印刷機への供給管に
送出される。
転で回転し、モータ軸196、ロータ108、及びプロペラ10
0がモータ194と同速度で回転する。プロペラ翼102にピ
ッチが付いているために、プロペラ100の回転により、
上部室168内のインクと原料溶液が混合され、同時にロ
ータ108に向かって下方に押し流される。ロータ108の回
転により、ロータの歯112、114と内部及び外部ステータ
の壁192、186の間で、インクと溶液の剪断が行われる。
この剪断によって液が内部及び外部ステータ192、186の
縦孔190、184で分散され、細かく分散された水−インク
懸濁液となって下部室176に流入する。そして水−イン
ク懸濁液はギヤポンプ180によって印刷機への供給管に
送出される。
【００４０】プロペラ100はインクと原料溶液を予備混
合して、上部室164に添加された原料溶液がインクの上
面に停滞して、所定水分濃度の水−インク懸濁液の形成
を妨げることがないようにする。またプロペラ100は、
ロータ108の上部での空隙の形成を防止してインクと液
の下部室176への流入を妨げないようにする。
合して、上部室164に添加された原料溶液がインクの上
面に停滞して、所定水分濃度の水−インク懸濁液の形成
を妨げることがないようにする。またプロペラ100は、
ロータ108の上部での空隙の形成を防止してインクと液
の下部室176への流入を妨げないようにする。
【００４１】要するに、上記のように、本発明の測定装
置によると、均一混合された水−インク懸濁液中の水分
濃度が０〜50％の範囲で、直線的な出力が得られ対数増
幅器が不要となることがわかる。特に、この水分測定器
では均一混合された水−インク懸濁液中の水分濃度０〜
50％、即ち大半の水−インク懸濁液の通常の使用範囲に
おいて直線的な出力が得られる。さらに、上記形式の水
分濃度測定器に用いるセンサも開示されていることがわ
かる。
置によると、均一混合された水−インク懸濁液中の水分
濃度が０〜50％の範囲で、直線的な出力が得られ対数増
幅器が不要となることがわかる。特に、この水分測定器
では均一混合された水−インク懸濁液中の水分濃度０〜
50％、即ち大半の水−インク懸濁液の通常の使用範囲に
おいて直線的な出力が得られる。さらに、上記形式の水
分濃度測定器に用いるセンサも開示されていることがわ
かる。
【００４２】さらに、本発明が上記の特定の実施形態に
より説明されているが、それに限定されるものではな
い。むしろ、各請求項に記載された事項の文言、及びそ
の均等範囲にある改良及び形態は全て本発明の範囲内に
ある。
より説明されているが、それに限定されるものではな
い。むしろ、各請求項に記載された事項の文言、及びそ
の均等範囲にある改良及び形態は全て本発明の範囲内に
ある。
【図１】 本発明の水分測定器のフローシートである。
【図２】 本発明の水分測定器に用いるセンサの平面図
である。
である。
【図３】 図２の３−３線に沿ったセンサの断面図であ
る。
る。
【図４】 図１に示す水分測定器のドライバ回路の回路
図である。
図である。
【図５】 図１に示す水分測定器のレシーバ回路の回路
図である。
図である。
【図６】 図２、図３に示すセンサの出力例である。
【図７】 混合分散器の一部破断側面図である。
【図８】 図７に示す混合分散器のロータ、内側ステー
タ、及び外側ステータの平面図である。
タ、及び外側ステータの平面図である。
【図９】 図８の９−９線に沿ったロータ、内側ステー
タ、及び外側ステータの部分側面図である。
タ、及び外側ステータの部分側面図である。
【図１０】 図７に示す混合分散器のロータの底面図で
ある。
ある。
10・・・水分測定器 20・・・水分センサ 22・・・極板（円板） 24・・・側面絶縁材 26・・・ハウジング 36・・・発振器ボックス 38・・・開口 40・・・周波数発振器 46・・・ドライバ 47・・・レシーバ 50・・・ケーブル 60・・・周波数−電圧変換器 70・・・ローパス・フィルタ 80・・・アナログ−デジタル変換器 82・・・水分濃度変換器 100・・・プロペラ 108・・・ロータ 156・・・混合分散器 180・・・ギヤポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ダブリュ． オルゼチョウスキ ー アメリカ合衆国 60462 イリノイ オル ランド パーク コベントリー コート 15257 (72)発明者 シェン−モン チョウ アメリカ合衆国 60559 イリノイ ウエ ストモント エス． ウィルメット 827
Claims (24)
- 【請求項１】 静電容量センサであって、 第１空間を形成するハウジング；第１空間内で第２空間
を形成する側面絶縁材；及び第２空間内で一定の間隔を
隔て側面絶縁材に固定された、対向する２枚の極板で構
成され、前記ハウジングが被測定物を導入する少なくと
も１つの開口を有し、対向する２枚の極板の静電容量
が、その間に存在する物質に関係して決まることを特徴
とする静電容量センサ。 - 【請求項２】 前記ハウジングが、２枚の極板を外部の
電磁界から遮蔽する金属である請求項１記載のセンサ。 - 【請求項３】 前記２枚の極板が側面絶縁材に強固に固
定されている請求項１記載のセンサ。 - 【請求項４】 前記２枚の極板が金属製で、相互の間隔
を決める対向面を有しており、各対向面が、腐食防止と
電流の漏洩防止のために合成樹脂被覆されている請求項
１記載のセンサ。 - 【請求項５】 対向する前記２枚の極板がマルチバイブ
レータに接続されている請求項１記載のセンサ。 - 【請求項６】 対向する前記２枚の極板が、R-C回路内
でマルチバイブレータの出力周波数を決めるコンデンサ
を形成している請求項５記載のセンサ。 - 【請求項７】 前記マルチバイブレータが前記ハウジン
グに搭載されている請求項５記載のセンサ。 - 【請求項８】 被測定物質が水を含む均一な懸濁液であ
り、水分濃度０〜50％の範囲でマルチバイブレータの出
力周波数が直線的に変化する請求項６記載のセンサ。 - 【請求項９】 対向する前記２枚の極板が、平行に配置
された同一直径の円板であり、円板の直径と極板の間隔
との比が12:1〜20:1である請求項１記載のセンサ。 - 【請求項１０】 均一な懸濁液中の水分を監視する水分
濃度測定装置であって、 R-C回路の時間常数によって出力周波数が決まるマルチ
バイブレータ；懸濁液中の水分濃度に応じて変化する静
電容量が変化し、センサの静電容量に応じてR-C時間常
数が変化し、水分濃度が０〜50％の範囲で水分濃度に応
じてマルチバイブレータの周波数が直線的に変化する静
電容量センサ；及びマルチバイブレータに接続され、マ
ッピング機能に応じて水分濃度を出力する変換器とを備
えたことを特徴とする水分濃度測定装置。 - 【請求項１１】 前記マッピング機能が、センサが検知
した水分濃度に応じてマルチバイブレータの出力周波数
が減少する下り勾配となる請求項10記載の測定装置。 - 【請求項１２】 前記水分濃度が０〜50％の範囲で、水
分濃度に対するマッピング機能が直線的である請求項10
記載の測定装置。 - 【請求項１３】 前記静電容量センサが、 第１空間を有するハウジング；第１空間内で第２空間を
形成する側面絶縁材；及び第２空間内で側面絶縁材に平
行等間隔に固定された２枚の極板を有し、前記ハウジン
グが、２枚の極板の間に被測定懸濁液を導入するための
少なくとも１つの開口を有している請求項10記載の測定
装置。 - 【請求項１４】 前記変換器が、マルチバイブレータの
出力周波数を電圧に変換する周波数−電圧変換器であ
り、水分濃度変換器が前記マッピング機能を実行する請
求項10記載の測定装置。 - 【請求項１５】 前記水分濃度変換器がマイクロプロセ
ッサで構成されている請求項14記載の測定装置。 - 【請求項１６】 前記周波数−電圧変換器とマイクロプ
ロセッサの間にアナログ−デジタル変換器が接続されて
いる請求項15記載の測定装置。 - 【請求項１７】 前記マッピング機能が、 Ｘ、Ｙが懸濁液に関係する常数、Ｖが周波数−電圧変換
器の電圧出力であるとき、水分濃度＝Ｘ−（Ｙ＊Ｖ）で
表される請求項１４記載の測定装置。 - 【請求項１８】 前記Ｘ、Ｙが分析手法によって決めら
れる請求項17記載の測定装置。 - 【請求項１９】 前記マルチバイブレータが２本撚り線
ケーブルを介して変換器に接続されている請求項10記載
の測定装置。 - 【請求項２０】 前記マルチバイブレータの出力周波数
をデジタル信号として伝送するための、２本撚り線ケー
ブルの両端に接続されたRS-422ドライバとRS-422レシー
バとを有する請求項19記載の測定装置。 - 【請求項２１】 均一混合された懸濁液中の水分濃度を
監視する装置であって、 ２つの被覆金属面を有し、金属面が金属製のハウジング
によって外部電磁界から遮蔽されているコンデンサ；コ
ンデンサの２つの金属面の間に均一混合された懸濁液を
送給する少なくとも２つの開口；２つの金属面の間の均
一な懸濁液中の水分濃度に応じて振動周波数が決まる、
コンデンサを利用した振動回路；及び水分濃度の増加に
応じて周波数が直線的に減少する下り勾配の一次関数的
機能をもつ、振動回路の周波数を均一な懸濁液の水分濃
度に変換する変換手段を備えたことを特徴とする水分濃
度監視装置。 - 【請求項２２】 前記変換手段が、周波数信号をアナロ
グ電圧信号に変換する周波数−電圧変換器、アナログ電
圧信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換
器、及びデジタル値から懸濁液中の水分濃度を決定する
デジタル・コンピュータを備えている請求項21記載の監
視装置。 - 【請求項２３】 前記変換手段が振動回路から離れてお
り、振動周波数が偏差信号として、２本撚り線ケーブル
を介して変換手段に伝送される請求項21記載の監視装
置。 - 【請求項２４】 監視機能が、少なくとも水分濃度が０
〜50％の範囲で直線的である請求項21記載の監視装置。
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