JPS5847662B2 - ジヨウタイソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物質の乾燥重量を測定するための装置の改良に
関する。

ある容器（タンク）内に収容された例えばある粒状物質
中にプローブ（探針）を挿入し、このプローブが呈する
サセプタンスを測定することによってこの粒状物質の重
量が測定できることは知られている。

しかしながら、そのような測定の精度は測定されるべき
物質に関連する湿気のために相当の誤差を生じる欠点が
あった。

何故ならば、湿気はプローブサセプタンスを、物質の乾
燥重量の関数としてだけでなく、それに関連する湿気の
関数としてもまた変化させるからである。

すなわち、湿気含有量の変化によってもプローブサセプ
クンスが変化してしまうためである。

一方、本発明者はプローブが没入される物質の湿気含有
量の関数として変化するコンダクタンス成分をプローブ
が呈することを見出した。

このコンダクタンスはある例においてはサセプタンスと
実質的に同じ数学上の関係に従って湿気の関数として変
化し、また他の例においては実質的に異なる関係に従っ
て変化することが分った。

本発明者は、いずれにしても、サセプタンス成分から減
算したときに、湿気含有量の変化に実質的に関係しない
、かつ測定されている物質の乾燥重量の変化だけを実質
的に表わすある量をもたらすように、プローブの呈する
コンダクタンス成分を操作することができることを見出
した。

さらに、コンダクタンス成分を操作することによって生
じる量は湿気含有量の変化を直接表わすから、この量は
乾燥重量を表わす量で割算することによって測定されて
いる物質の湿気含有量百分率の変化を表わす量を与える
ことができる。

本発明によれば、その乾燥重量が測定されるべきである
物質中に挿入されたプローブによって示されるサセプタ
ンス成分およびコンダクタンス成分の両者を測定するた
めの手段が用意される。

この２つの量が実質的に同じ数学上の関係に従って変化
するならば、それらは直接差動増巾器あるいは他の適当
な減算回路に供給される。

その出力には、物質の乾燥重量の変化を直接表わし、そ
して湿気含有量の変化に関係のないある量が生じる。

測定から引き出される２つの量が異なる数学上の関係に
従って変化するならば、コンダクタンス対サセプタンス
の比を表わす量が発生され、そしてこれが適当な非線形
増巾器または関数発生器に供給される。

この非線形増巾器または関数発生器は前記量を変更して
サセプタンス成分と実質的に同じ数学上の関係に従って
変化する量を発生するように適合されている。

その後サセプタンス成分および２つの成分の変更された
比を表わす量は差動増巾器に供給され、その出力に乾燥
重量の変化を表わす量が発生される。

第１の場合においては、所望ならば、コンダクタンス成
分を表わす変更された量および乾燥重量を表わす差動増
巾器の出力を通常の割算器回路に供給してその出力に湿
気含有量百分率を表わす量を発生させるようにしてもよ
い。

第２の場合においては比を表わす量がその出力に湿気含
有量百分率を表わす量を発生するように増巾器に供給で
きる。

それ故本発明の目的は物質の乾燥重量を測定するための
改良された装置を提供することである。

本発明の他の目的は粒状物質の乾燥重量を、その湿気含
有量の変化に関係なく測定するための、かつまたそのよ
うな物質の湿気含有量百分率を測定するための装置を提
供することである。

本発明は添付図面を参照しての以下の詳細な記載を考察
することによって十分に理解されよう。

第１図を参照すると、例えば２００キロヘルツの周波数
で動作するように設計された発振器１０の出力は結合回
路１１を介してバツファ増巾器１２の入力に供給される
。

バツファ増巾器１２は例えば１０００を十分に越える高
利得を有する。

増巾器１２の出力は結合回路１１にフィードバックされ
そして発振器１０からの出力と結合されて実質的に１０
０％の負のフィードバックを与え、増巾器１２の出力に
高度に安定な低インピーダンスの交流高周波信号源を与
える。

増巾器１２の出力はトランス１４の１次巻線１３に接続
される。

トランス１４の２次巻線の２つの半体１５および１６は
それぞれブリッジ回路１７の２つの隣接するアームを形
成する。

ブリッジ回路の残りの２つのアームのうちの一方は並列
組合せの抵抗器１８およびコンデンサ１９よりなる。

これら抵抗器１８およびコンデンサ１９はその重量が測
定されるべきである物質中に挿入されるように適合され
たプローブ２０によって示されるアドミツタンスのコン
ダクタンス成分およびサセプタンス戒分をそれぞれ表わ
す。

前記プローブは同軸ケーブル２１を通じてトランス２次
巻線の上部半体１５の上部端子に接続されている。

同軸ケーブル２１はその外側導体が結線２３を通じて点
１９ａに接続されている。

ブリッジ回路の残りの他方のアームは並列組合せの可変
抵抗器２４および可変コンデンサ２５よりなる。

ブリッジ回路の出力はトランス２次巻線の２つの半体１
５および１６の接続点１５ａと点１９ａとの間に接続さ
れたコンデンサ２２の両端に発生される。

この出力はインピーダンスバツファ増巾器２６の入力に
供給される。

この増巾器２６の出力は結線２７および２８を介して高
周波（無線周波）増巾器２９および３０にそれぞれ供給
される。

これら増巾器２９および３０はそれぞれの利得を調整す
るための用意がなされていてもよい。

これら増巾器の出力はそれぞれ位相感知検出器３１およ
び３２の入力に供給される。

検出器３１にはまたバツファ増巾器１２の出力からの同
相信号が結線３３を介して供給され、また検出器３２に
は結線３４および移相器３５を介してバツファ増巾器１
２の出力からの直角位相の信号が供給される。

検出器３１はプローブ２０によって示されるアドミツタ
ンスのサセプタンス成分に比例する出力を発生するよう
に動作し、また検出器３２は同じアドミツタンスのコン
ダクタンス成分に比例する出力を発生するように動作す
る。

検出器３１および３２のそれぞれの出力はローパスフィ
ルタ３６および３７においてフィルタされて実質的に直
流電圧を生じさせる。

フィルタ３７の出力は可変電圧分割器の入力に供給され
る。

この電圧分割器は抵抗器３９と直列に接続されたポテン
ショメータ４１よりなり、抵抗器３９の他端は共通接地
に接続される。

ポテンショメータ４１のセンターアームは可変電圧分割
器の出力である。

可変電圧分割器の出力およびローパスフィルタ３６の出
力の両者は差動増巾器４２の入力に供給される。

差動増巾器４２の出力はスイッチ４３によって直流出力
増巾器４４の入力かあるいは割算器４５の入力に接続で
きる。

割算器４５の入力にはまた、可変電圧分割器の出力から
の結線４６がある。

スイッチ４７によって割算器４５の出力は後述されるよ
うに増巾器４４の入力に接続でき、あるいは増巾器４４
の入力から接続を断つことができる。

増巾器４４の出力はメータあるいは他の適当な手段（図
示せず）によって観察および測定でき、または制御効果
を発揮するために任意所望の態様で使用できる。

第１図に示す位相感知検出器３１および３２を含むまで
の装置は１９７１年５月２０日付で出願された「状態測
定装置（Ｃｏｎｄｉｔ ｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉ−ｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）ｊと題する本発明者の米国特許出願に
記載されているものと本質的に類似であり、そして本質
的に同じ態様でかつ同じ目的で動作する。

ただし、第１図の配置では別個の位相検出器３１および
３２がプローブ２０によって示されるアドミツタンスの
サセプタンス成分およびコンダクタンス成分をそれぞれ
表わす別個の出力を発生するために用意されているのに
対し、上記特許出願においてはサセプタンス成分を表わ
す出力のみが発生されるという点では両者は相違する。

簡単に説明すると、本発明の配置においては、発振器１
０、結合器１１、およびバツファ増巾器１２が、上記特
許出願の配置の場合と同様に協働してブリッジ回路１７
に供給するための高度に安定な、低インピーダンス高周
波信号源を提供する。

その電圧はたとえプローブ２０によって示されるコンダ
クタンスが非常に大きくなったとしても認められるほど
には変化しない。

上記特許出願の配置の場合と同様に、その両端にブリッ
ジ回路の出力が発生されるコンデンサ２２によって呈さ
れるインピーダンスはプローブ２０によって示されるも
のより非常に小さぐなされているからプローブによって
示されるサセプタンス成分および抵抗成分をせれぞれ表
わす直角位相或分がその両端に発生される。

バツファ増巾器１２からの出力の同相成分が供給される
検出器３１はプローブアドミツタンスのサセプタンス成
分を表わす出力を発生し、他方バツファ増巾器出力の９
０°位相のずれた成分が供給される検出器３２はブロー
ブアドミツタンスのコンダクタンス成分を表わす出力を
発生する。

上記した特許出願において指摘したように、インピーダ
ンスバツファ増巾器２６は高インピーダンス入力をもつ
高度に安定な増巾器からなるものでよい。

コンデンサ２２によって呈されるインピーダンスは小さ
くかつ安定な位相角をもつことが好ましい。

これは物理的要素であっても、あるいは反射または見掛
けのインピーダンスであってもよい。

例えば、それはコンデンサ２２の代りに接続されたトラ
ンス１次巻線によって与えることができる，この場合に
は、２次巻線が無負荷であるならば、１次巻線の誘導性
リアクタンスはインピーダンスを構成する。

トランス２次巻線が大きく負荷されるならば、１次巻線
に反射されるインピーダンスがインピーダンスを構戒す
る。

同様に、電流フィードバックを有する高利得増巾器の入
力がコンデンサ２２の代りに接続されるならば、フィー
ドバックを有する増巾器の見掛けの入力インピーダンス
がインピーダンスを構成する。

第１図の配置の残部の動作をより良く理解するために、
まず第２図のグラフを参照する。

これはプローブによって示されるサセプタンスおよびコ
ンダククンス対異なる量の湿気をもつポリエステル粒状
物の百分率湿気含有量のプロットを示す。

サセプタンスは湿気含有量のＯから１％までの変化に対
して約２．５乃至３．３５（すなわちｌ対１．３４の比
）の範囲にわたって変化する。

明らかに、そのような状況のもとでは、プローブによっ
て示されるサセプタンス成分はポリエステル粒状物の乾
燥重量の満足な指示を与えるためには信頼できない。

しかしながら、コンダクタンス曲線はサセフ゜タンス曲
線と実質的に同じ形状を有し、そしてそれが適当な定Ｍ
Ｐ）だけ掛算されその結果の曲線（Ｐ×コンダクタンス
）がサセフ゜タンス曲線から減算されるならば、実質的
に湿気含有量の変化に関係のない〔サセプタンスー（マ
イナス）Ｐ倍のコンダクタンス〕の曲線が得られるとい
うことを特に言及しておく。

特に、湿気がＯから１％まで変化する間、この差の曲線
はその変化が１％より小さい。

従って、サセプタンスとＰ倍のコンダクタンスとの差を
とることによって、１％より良好な精度で粒状体の乾燥
重量を表わすある量が得られる。

これは第１図の配置において達成できる。

フイルタ３６の出力は第２図のサセプタンス曲線によっ
て表わされた信号に対応する。

高周波増巾器３０の適当な利得設定（目盛係数）によっ
て、可変電圧分割器のポテンショメータ４１は「Ｐ」に
較正でき、その結果この可変電圧分割器の出力は第２図
のＰ倍したコンダクタンス曲線（ＰＸコンダクタンス）
によって表わされた信号に対応する。

第２図のサセプタンス曲線およびＰ倍のコンダクタンス
曲線によって表わされた両出力信号は差動増巾器４２の
入力に直接供給される。

この差動増巾器４２の出力は第２図の（サセプタンスー
Ｐ倍のコンダクタンス）曲線に対応し、そしてプローブ
が没入されるポリエステル粒状物の乾燥重量を表わす。

それ故スイッチ４３は差動増巾器４２の出力を出力増巾
器４４の入力に直接供給する上側に位置付けされ、また
図示するようにスイッチ４３に連動し得るスイッチ４Ｔ
は割算器４５の出力を増巾器４４の入力から接続を断つ
下側に位置付けされる。

上記記載から明らかなように、記載した配置は第２図に
示す特殊環境のもとで乾燥重量の測定の精度を相当に改
良するけれど、もつと悪い環境のもとでさえ後で説明さ
れるように同様の改良を達成することが可能である。

次に第３図を参照すると、曲線５０および５１はとうも
ろこし（コーン）に対するサセプタンスおよびコンダク
タンス対湿気百分率のプロットをそれぞれ示す。

第２図の曲線とは類似していないこれら２つの曲線は形
状において相当に相違し、それ故それらを減算して、広
範囲にわたり湿気の変化に実質的に関係のない曲線を直
接得ることは困難である。

これは、水分がとうもろこし中に実際に吸収されそして
ポリエステル粒状物の場合のようには層を形成しないか
らである。

本発明によれば、湿気含有量の変化に実質的に関係しな
い量を引き出すことがなお可能である。

これを行なうために、コンダクタンス曲線の形状はプロ
ーブと直列にコンデンサをおくことによって変更される
。

この直列のコンデンサの追加は第３図に曲線５２および
５３によって例示されるようにサセプタンスおよびコン
ダクタンスの両曲線を降下させる。

この影響は、コンダクタンスの変化がより犬であるから
、コンダクタンス曲線においてより太きい。

それ故、第３図に１．９３Ｘコンダクタンスと指示され
た曲線５４と同じように、最小の誤差でサセプタンス曲
線に従うようにコンダクタンス曲線を低下させる直列コ
ンデンサの正確な値を選択することは可能である。

さらに使用されるべき直列コンデンサの正確な値は現存
するかつ測定されている物質の量に依存するということ
を注意しておく。

物質のレベルが変化するにつれて、最小の誤差のために
必要な直列コンデンサの値もまた変化する筈である。

この目的は絶縁されたプローブ、例えばテフロン（商品
名）で被覆されたプローブ、を使用することによって達
成できる。

この態様において曲線５２から曲線５４の減算を行なう
と、湿気含有量によって非常に小さな変化を示す点線の
曲線５５が生じ、従ってとうもろこしの乾燥重量の正確
な指示を与える。

この結果は第２図を参照して記載したのと同じ態様で第
１図の配置を使用して得られる。

ただし、絶縁されたプローブが使用されそして適当な大
きさのコンデンサがプローブと直列に含まれるという点
は除く。

計器で見られるサセプタンスおよびコンダクタンス曲線
の形状に影響を与える２つの要因がある。

第ｌの要因は発振の周波数であり、第２はプローブの直
列容量すなわちプローブの絶縁物の厚さである。

両要因はコンダクタンス曲線とサセプタンス曲線とを最
良に適合させるように調節することができ、それによっ
て出力の誤差を最小にする。

ある物質に対してこの方法が必要な精度を与えない場合
には、第１Ａ図の配置が使用されよう。

第１Ａ図はこの結果を得るための第１図の装置の変更例
を示す。

第１Ａ図の配置はフィルタ３６および３７で始まる第１
図の装置の部分に置き換わるものである。

サセプタンス成分およびコンダクタンス成分をそれぞれ
表わすフィルタ３６および３７からの出力は割算器回路
１０９の入力に供給される。

この割算器回路１０９はその出力にコンダクタンス成分
とサセプタンス成分の比を表わす信号を発生する。

この信号はコンダクタンスとサセプタンスの比に比例す
る信号を発生するための関数発生器１１０の入力に供給
される。

関数発生器１１０の出力はフィルタ３６の出力からのサ
セプタンス成分とともに掛算器１１１に供給される。

その結果の積は差動増巾器１１２においてサセプタンス
成分から減算され、湿気に関係のないかつ乾燥重量を表
わす出力をもたらす。

この出力は出力増巾器１１３において増巾され、そして
任意所望の態様で使用できる。

この結果が得られる態様は第４図を考察することによっ
て理解できる。

第４図には第３図の曲線と同じとうもろこしに対するサ
セプタンスおよびコンダクタンス対湿気含有量の曲線５
０および５１が図示されている。

サセプタンスの増加は現存する物質の量および湿気百分
率の両者の関数である。

他方コンダクタンス対サセプタンスの比は湿気百分率だ
けの関数である。

それ故、コンダクタンス対サセプタンス比の適当な関数
を掛算したサセフ゜タンスがサセフ゜タンスそれ自体か
ら減算されるならば、その結果は、適当な関数が第１Ａ
図に与えられた回路に示された関数発生器で使用される
とすれば、湿気百分率に関係なくなされる、かつ物質の
乾燥重量に直接依存する、曲線５２である。

与えられた物質に対する適当な関数は発生できる。

計器の出力信号は湿気に無関係の筈である。

その結果第４図の曲線から所望の出力信号が、湿気含有
量が零である物質のサセプタンス（Ｓｏ）を表わす出力
に等しいことが分る。

与えられた物質に対して関数は種々の湿気含有量の物質
の与えられたサンプルに対するサセプタンスおよびコン
ダクタンスを決定することによって実験的に見出すこと
ができる。

とうもろこしに対するこの関数を表わす曲線は第４図に
５３で示されており、その縦座標はグラフの右側の垂直
目盛による数値である。

第４図の曲線５４はこれら比に異なる値の湿気百分率に
対するサセプタンスを掛算した結果を示す。

若干精度が落ちるけれど同様の結果が以下の態様で第１
図の配置を使用して得られる。

第１図において、スイッチ４３がその下側位置にありか
つスイッチ４７がその閉路位置にあるならば、水の重さ
を表わす可変電圧分割器４１の出力は乾燥重量を表わす
差動増巾器４２の出力によって割算される。

割算器４５の出力および出力増巾器４４の出力は乾燥重
量に対する水の分数、または適当な目盛係数によって乾
燥重量に対する水のパーセントを表わす。

水の含有量が全重量の百分率とじて表わすことができる
ならば、電圧分割器４１の出力は、明らかであるように
、割算器回路４５に対する適当に変化する入力である差
動増巾器４２の出力と電圧分割器４１の出力との和によ
って割られる。

第１Ａ図の配置においては、関数発生器１１０は任意適
当な通常の形式をもつ。

例えば、バー・ブラウン、リサーチ、コーポレーション
（Ｂｕｒ−ｒ − Ｂｒｏｗｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔ ｉｏｎ ）の「演算増巾器のハンドブ
ックおよびカタログ（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ａｎｄ Ｃａ
ｔａｌｏｇ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏ−ｎａｌ Ａｍｐ
ｌ ｉｆｉｅｒｓ ） ＪのＬＩ−２２７、第４８頁下
側半分（著作権１９６９）に示された形式のものでよい
。

この関数発生器において、演算増巾器Ａは、例えば、１
９６８年１１月付発行のアール・シー・工−（ＲＣＡ）
、データ、シート、ファイル、第３６０号に示された形
式のものでよい。

差動増巾器１１２は上記した同じバー・ブラウンのカタ
ログの第４１頁に「単体回路（ＳｉｍｐｌｅＣｉｒｃｕ
ｉｔ）Ｊとして示された形式のものでよい。

またこの回路において演算増巾器Ａは上記のアール・シ
ー・工一、データ、シートに示された形式ノモのでよい
。

割算器１０９はモトローラ、セミコンダクタ、プロダク
ツ、インコーポレイテッド（Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ，Ｉｎｃ．
）の「ザ・マイクロエレクトロニクス、データ、ブック
（Ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄａｔ
ａＢｏｏｋ）Ｊ、第２版、１９６９年１２月に示された
形式のものでよい。

次に第５図を参照すると、第１図の実施例の変更例が示
されている。

この変更例においてはブリッジ出力のコンダクタンス成
分およびサセプタンス成分の減算はこれから説明される
ように０°と９０°間の値をもつように選択された特定
の角度で検出するように位相調整された単相感知検出器
を使用して達成される。

第５図の回路は第１図のインピーダンスバツファ２６以
下の回路に置きかわる。

第５図の回路は第１図のインピーダンスバツファ２６か
らの出力が供給される高周波（無線周波）増巾器８０を
有する。

高周波増巾器８０の出力は位相感知検出器８１の入力に
供給される。

この検出器８１には移相器８２を通じて位相のずらされ
た信号がまた供給される。

移相器８２の入力には第１図のバツファ増巾器１２の出
力が同様に供給される。

位相検出器８１の動作は第５Ａ図を参照して説明する。

第５Ａ図においてはブリッジ出力信号のサセプタンス成
分およびコンダクタンス成分がベクトルＢおよびＧによ
ってそれぞれ表わされており、そして検出器位相角はα
である。

動作時に検出器『およびＧの大きさの差に比例する直流
出力を発生する。

検出位相とコンダクタンス成分Ｇ間の角度αの適当な選
択によって、Ｇの相対的貢献度は検出器の直流出力がＩ
ＢＩ−ＰＩＧＩに比例するようにできる。

ここでＰは適当な定数であり、またこの出力は測定され
る物質の乾燥重量を表わす。

それ故、第５Ａ図において、Ｂ’＝Ｂｓｉｎα，Ｇ′＝
Ｇｃｏｓαということが分る。

ここでαは検出位相とコンダクタンス成分Ｇ間の角度で
ある。

検出された信号はＢ／ Ｇ／であるが、しかしそれ故
、検出された信号はＩＢＩ−Ｐ ＩＧ＋に比例する。

ここでｐ＝ｃｏｔα、またｓｉｎαは比例定数である。

第１図の装置におけるように、検出器の出力はフィルタ
８３を介して直流出力増巾器８４に供給でき、この増巾
器８４の出力は所望のように使用できる。

本発明は若干の好ましい実施例について記載したけれど
、特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から逸脱す
ることなしに多くの変更が行なえ、また多種多様の実施
例が構成できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一形式を例示する構成図、第１Ａ図は
第１図の実施例の変更例を示す構成図、第２，３および
４図は第１および１Ａ図の実施例の動作を説明するのに
参照される線図、第５図は第１図の実施例の他の変更例
を示す構成図、第５５Ａおよび５Ｂ図は第５図の変更例
を説明するのに参照されるベクトル図、である。 図の主要な部分を表わす符号の説明は次の通りである。 １０：発振器、１１：結合回路、１２：バツファ増巾器
、１４： トランス、１１：ブリッジ回路、２０：プロ
ーブ、２１：同軸ケーブル、２６：インピーダンスバツ
ファ増巾器、２９．３０：高周波（無線周波）増巾器、
３１，３２：位相感知検出器、３５：移相器、３６，３
７：ローパスフィルタ、４１：ポテンショメータ（可変
電圧分割器）、４２：差動増巾器、４４：直流出力増巾
器、４５：割算器、１０９：割算器、１１０：関数発生
器、１１１：掛算器、１１２：差動増巾器、１１３：出
力増巾器、８０：高周波増巾器、８１：位相感知検出器
、８２：移相器、８３：フィルタ、８４：直流出力増巾
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容器の内容物の乾燥重量を測定するための装置にお
   いて、該容器内に該内容物と物理的接触状態に位置付け
   されたアドミツタンスプローブを含み、かつ該アドミツ
   タンスプローブによって示されるアドミツタンスの、前
   記容器の内容物の前記乾燥重量によってかつ前記容器に
   含まれる水分の重さによって変化するサセプタンス成分
   、および前記容器に含まれる水分の重さによって変化す
   るアドミツタンスのコンダクタンス成分、をそれぞれ表
   わす信号戒分を有する信号を引き出すための装置と、前
   記サセプタンス成分信号およびコンダクタンス戒分信号
   に応答し、前記サソプタンス戒分と前記コンダクタンス
   成分対前記サセプタンス成分の比の関数との積を前記サ
   セプタンス成分から減算することによって、前記サセプ
   タンス成分から水分によって変化する部分を除去するた
   めの装置とからなることを特徴とする乾燥重量測定装置
   。