JPS5877656A - 超音波濃度測定装置 - Google Patents

超音波濃度測定装置

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JPS5877656A
JPS5877656A JP56176642A JP17664281A JPS5877656A JP S5877656 A JPS5877656 A JP S5877656A JP 56176642 A JP56176642 A JP 56176642A JP 17664281 A JP17664281 A JP 17664281A JP S5877656 A JPS5877656 A JP S5877656A
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ultrasonic
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北沢 敬久
Hideyuki Suzuki
秀幸 鈴木
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Fuji Kogyo KK
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Fuji Industrial Co Ltd
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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】 本発明は溶液等の濃度を溶液中の超音波の伝播速度と溶
液の温度を用いて測定する超音波を利用した溶液の濃度
測定装置に関する。
溶液中の超音波の伝播速度が、溶液の濃度と溶液の温度
等に依存することが知られている。
したがって溶液の温度(T)と、溶液中の超音波の伝播
速度(V)を知れば溶液の濃度を知ることができる。し
かしながら前述した原理に基づく各種の測定は実験室で
は可能であるが、工業的プロセスにおいてはあまり用い
られていない。
工業的プロセスにおいて、利用されないのは以下の理由
によるものと考えられる。溶液ととにその溶液の温度(
T)ととKN−V’曲線を多数用意しても、工業的プロ
セスにおける溶液の温度は一定に保たれることは少ない
ので、近似的な値しか得られないことがある。
測定値を用いて算出するのに時間がかがる。高い精度が
得られない。
ることKある。
前記目的を達成するために本発明による超音する速度演
算回路と、被測定溶液内の温度(T)を検出する温度セ
ンナと溶液中の温度(T)と超音波の伝播速度(V)か
ら溶液の濃度Nを求める関数F(T、V)が記憶されて
いる記憶回路と、前記温度センナ出方(T)と速度演算
回路出力(V)から前記関数F(T、V)を参照して濃
度Nを演算する濃度演算回路と、前記演算回路の出力を
出力する出力装置から構成されている。
以下図面等を参照して、本発明による装置をさらに詳し
く説明する。
第1図は本発明による装置の実施例を示すブロック図で
ある。
被測定溶液内には超音波送受波器2および温度センナ4
が受は入れられている。
第8図A、第8図Bおよび第8図Cを参照して超音波送
受波器の実施例を説明する。
超音波センサ本体23はプラグ22によりケーブルlK
@@され、後述する超音波回路のシングアラウンド回路
3に接続されている。
本体23の下端面中央に第8図Bに示すように振動子2
7が設けられている。この振動子27は送信用振動子と
受イδ用損動子を兼ねている。反射板25は4本の支持
棒24で固定されており振動子27から送出された超音
波は反射板25で反射されて振動子27により受信され
る。なシ26はとめねじである。
温度センナ4は白金を用いた熱電対である。
第9図に示すように白金線の感温部43と43を支持す
る基部42.前記感温部43を温度計測部5に@続する
ケーブル41から構成されている。
超音波回路は公知のシングアラウンド部3で構成されて
いる。シングアラウンド方式は超音波バーストを送信し
反射波を受信してから10秒後に再度送信し、その反射
波を受信してから10秒後に送信を行なうという繰り返
しを行なって超音波の伝播速度(V)を測定する方式で
ある。第10図(A)に送信波、同図(B)に受信波を
示しである。任意の送信時点から(n+1)Llの送信
が行なわれるまでの時間fT(第10図(0)参照)と
し、演算によって得られ九P−τへをデータPとすれば
、伝播速度Vは次式で与えられるo V −2L o/
 (P−τ0) ここにおいてLoけ前記振動子27と
反射板25jでの距離である。この演算は後述する中央
処理装置8で行なわれる。
本発明による装置では記憶回路であるROM10に溶液
中の温度(T)と超音波の伝播速度(V)から溶液の濃
度Nを求める関数F(T、V)の1例として多次多項式
の定数を記憶させである。
(sj、に:O・・・・・・n)で与えられる。この多
次多項式の決定は溶液ごとに行なわれる。NaCjl溶
液を例にして前述した定数ajの決定方法について略述
する。まず前記多次多項式を何次の項まで利用するかK
ついて決定する。一般的に高次の項の係数は小となるの
で、何次の項まで利用するかは測定精度の要求によって
決まる。
NaC1溶液について、未知の定数を含む多次多項式を
次式のごとく設定する。
N=ao+a1T+azV+asT +a4TV+as
V”+a@T  V+atTV  +a@T  V  
・−−−・−−−−−” (1)Naごkのモル濃度、
QO、Lo 、 20.30.40と温度lO℃、20
℃、25℃、30℃、40℃、45℃。
50℃の組合せから発明の詳細な説明の末尾に示す別表
1に示す9つの組合せで、Na6JI溶液中の超音波の
伝播速度Vを測定する。
前記各温度および速度Vの測定は後述するように、本発
明による装置の一部を用いて行うことができる。
別表1に示すN、T、■を前記(1)式に代入してaO
*al・・・・・・a8を未知′数とする9元連立方程
式を解くことにより、別表2に示すように各係数a1を
決定することができる。とのaiを図示しないROMラ
イタにより第1図に示す1’LOM10に記入すること
によりaSが記憶されている記憶回路が構成される。R
OMライタ部は各N=、V:、Ttから各係数114を
算出し検算(上記asを算出に用いないNt  Vi 
 TiKより)し各a$が適切な場合にのみROMに記
憶されるO 第1図に7で示す回路部分はインターフェイス回路であ
って、前述した温度計測部5からの出力はA/D変換器
6を介してインターフェイス7に接続されて匹る。前述
したシングアラウンド部3もこのインターフェイス7を
介して他の部分と信号の受授が行なわれる。インター7
エイス7に接続されているファンクション設定器13は
、この装置の動作を設定する設定装置で温gTのみを計
数表示する機能、音速Vのみを計測表示する機能および
これ等の測定値により本発明による装置の本来の目的で
ある濃度Nを算出し表示する機能を設定する。前述した
音速(V)を決定するために必要な定gLoおよびτ0
は、それぞれインターフェイス・7に接続されているb
設定器11シよびτ0設定器12により入力される。中
央処理装置8はファンクション設定913により設定さ
れた機能を実行する命令および後述する演算処理を実行
する中央処理装置である。’RAM9は演算の過程にお
いて必要な演算結果などを一時記憶する一時記憶装置で
ある。測定値、および演算結果はインターフェイス7を
介して出力バッファ14に入力され、表示器17JCよ
り7デ)ジョン設定器13により指 那定され九表示が
行なわれる。なお出力バッファ14から出力回路18に
、デジタル出力およびD/A変換器xs、レベルシフト
部16を介してアナログ出力を取り出すことができる。
これ等の出力は被測定溶液の自動制御その他の制御情報
として利用できる。表示器17および出力回路18は1
本装置の出力装置を形成している。
次に第2図から第7図を参照して前記実施例装置の動作
および演算処理の過程を詳しく説明する。
第2図は前記実施例装置の主流れ図(Generalf
low chart )である。電源を投入して、この
装置の実行すべきファンクションをファンクション設定
器13で設定する。音速(v)または濃度(N)を測定
するときには、LoおよびτOを前述した設定器11.
12で設定する。
この状態でスタート(Zoo)させると、第2図に示す
ようにイニシャライズ(200)が行なわれる。
イニシャライズ(20G)のステップは、第3図に詳し
く示すように、スタックポインタの設定(201)、入
出力ポートの設定(202)、 ワークエリアクリヤー
(20B)が行なわれる。次いで変数設定(3001が
行なわれる。
変数の設定のステップ(3oo)では、第4図に示すよ
うに先に設定器11.32で設定された遅延時間τ0の
読み込み(301)、伝播距@bの読み込み(302)
、およびz x Lo値の計数(303)が行なわれる
次いでどのファンクションが設定されているかKより、
温度(T)処理サブルーチン、音速(V)処理サブルー
チン、濃度(N)処理ルーチンのいずれかが実行される
。温度(T)処理サブルーチン(soo)は、#E11
に示すA/Dコンバータ6から、ディジタル化された温
度情報を入力しく500)。
メモリーバッファーに格納する(503)というルーチ
ンを繰り返し実行し、常に最新の温i[″(T)の情報
をメモリバッファーに提供している。
音速V処理サブルーチア(6oo)はデータP(第10
図のパルスqgTの712に対応する)を演算部に入力
しく602)、前にメモリバッファーに入力されている
LO2τ0を用いて2L)< P−τ。)の値を計算(
603) l、て、結果をメモリバッファーに格納する
(6G4)という手順を繰り返し実行する。
濃度(N)処理のルーチン()OO)は第7図に示され
ている。このルーチンでは前記音速(V)処理サブルー
チン(600)、温度処理ナブルーチ/(SOO)が利
用京れる。まず音速(V)処理サブルーチン(SOO)
の実行によって得られた音速(V)の値を10進→16
進変換を行なう(701)。また温疲処理サブルーチン
(SOO)の実行により得られた温度Tの値を10進→
16進変換する(702)。
次に前記変換されたV、TおよびROMl0に記憶され
ている定数amから濃[Nを計算する(703)。そし
て濃度の値を16進1G進変換しくフ04)その結果を
メモリーバッフデアリヤ に格納する。このようにして
得られた(V)、(T)。
(N)は、指定されたファンクションに従って。
表示(80G)が表示器17で行なわれる。
前述し九NaC11水溶液についてすでに知られている
数種類のモル濃gNiの溶液について、種々の温度につ
いて、前記測定装置により測定した結果の濃度NiMを
実測された速度(V)とともに別表3に示しである。別
表3からN1とNjMは完全に一致していることが理解
できる。
本発明による装置は以上説明したように、被測定溶液の
濃度をリアルタイムで表示または出力できかつ高い精度
が得られるので、工業的プロセスに良好に応用できる。
前記装置につき被測定溶液をNaCIt水溶液にした場
合について詳しく説明したが次の各種の溶液等について
濃度を測定できる。
(へ)各種水溶液 ←)各種非水溶液、例えばアミンのアルコール溶液 (ハ)油脂類1例えば・プーン油、オリーブ油なお、ス
ラリー状のものについての濃度(例えば重量襲表示)の
測定も可能である。
したがって、本発明による装置は、無機、有機のプラン
ト、食品加工工場などに広く応用できる。
別表−1 別表 2 別表−3
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による装置の実施例を示すブロック図、
第2図、第3図、第4図、第5図。 第6図シよび第7図は前記装置の動作を説明するための
流れ図、第8図A、第8図Bおよび第8図Oは本発明に
よる装置で用いる超音波送受信部の構成を示す図、第9
図は感温センナの実施例を示す図、第10図はシングア
ラウンド方式を説明するためのグラフである。 l・・・被測定溶液  2・・・超音波送受波器3・・
・シングアラウンド部−4・・・温度センサ5・・・温
度計測部  6・・・A/D変換器7・・・インターフ
ェイス 8・・・中央処理装置9・・・RAM    
 lo・・・ROM11・・・Lo設定器  12・・
・τ0設定器13・・・ファンクッション設定置 14・・・出力バッファ  15・・・D/A変換器1
6・・・レベルシフト部  17・・・表示器18・・
・出力回路 第1図 16図 オフ図 才8図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定溶液内に支持される超音波送波器と、前記
    送波器に対して一定の伝達距離を保って支持されている
    超音波受波器と、前記送波器を駆動し受信波を増幅する
    超音波回路と、伝播時間と前記伝播距離から伝播速度(
    V)を演算する速度演算回路と、被測定溶液内の温度(
    T)を検出する温度センナと、溶液中の温度(T)と超
    音波の伝播速度(V)と溶液の濃jfNとの関係N、、
    F(T、V)を示す関数が記憶されている記憶回路と、
    前記温度センナの出力(T)と速度演算回路出力(V)
    から、前記F(T、V)を参照して濃tLNを演算する
    濃度演算回路と、前記演算回路の出力を出力する出力装
    置から構成した超音波濃[111定装置。
  2. (2)前記関数N=F(T、V)は多次多項式零または
    正の整数)であり、定数asが前記記憶回路に記憶され
    ている特許請求の範囲第1項記載の超音波濃度測定装置
  3. (3)前記多次多項式は測定対象がNaC1溶液である
    ときは、Nx a6+aIT +azV+a3T”+ 
    aaTV+ aHV”+ aaT”V +’ayTV”
    十asT”V2である特許請求の範囲第2項記載の超音
    波濃度測定装置。
  4. (4)前記超音波回路はシングアラウンド回路である特
    許請求の範囲第1項記載の超音波一度測定装置。
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