JPS6027960Y2 - 超音波懸濁液濃度測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波懸濁液濃度測定装置に関する。

超音波を利用して懸濁液濃度（懸濁液に対する懸濁物質
の重量比）を測定する場合、従来から、懸濁液中におけ
る超音波の減衰量を検出して、この減衰量から濃度を求
める手段が用いられている。

しかし懸濁液中における超音波の減衰率は懸濁物質の粒
度、密度、体積弾性率などの影響を受けるので、従来装
置においては一般に測定濃度のバラツキが大きく（最大
目盛の±１０％程度またはそれ以上）、頻繁に較正する
必要があった。

また較正に際しては懸濁液を採取して分析味かつその結
果に基づいて装置の調節または較正曲線の作製などを行
なわなければならないので、多くの手数を必要としてい
た。

したがって懸濁物質の状態がほぼ安定している場合を除
き、濃度制御に適用することは実質的に不可能であり、
また記録データもその修正がきわめて困難ないし不可能
であるため信頼し得ないなどの難点があった。

本考案は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、従来に比し較正が簡
単でかつその回数が少なくてよく、しかも常に信頼性を
有する測定データが得られ、特に汚泥水等の濃度測定に
好適な超音波懸濁液濃度測定装置を提供することにある
。

ます本考案の基本的技術概念を説明すると、汚泥水など
の懸濁液においては懸濁物質が比較的長い周期で相異な
る複数の状態に交互に転移するという本考案者等の経験
的発見に基づくものであって、上記相異なる複数の状態
にそれぞれ対応する表示領域あるいは検量線を予め設定
しておくことが可能であることが判っている。

懸濁液の状態に応じて、たとえば懸濁液の分析を周期的
または定時に小数のサンプルついて行ない、分析によっ
て得られた実濃度と表示値との差異が許容誤差範囲を超
える場合などには、予め設定された表示領域あるいは検
量線のうちから最適なものを選択して基準とするように
したものである。

以下、本考案について図面を参照して説明する。

第１図に、下水処理場における返送汚泥水（終沈槽から
曝気槽に返送される汚泥水）について従来装置を用いて
測定した結果を例示する。

同図には、横軸に汚泥水の実濃度Ｄ（重量比、％）を、
縦軸に表示値ｄ（最大目盛を１００％とする）をとり、
昭和５昨７月下旬から翌５１年４月下旬までの約１０ケ
月間における測定結果を示しである。

図から明らかなように、表示値ｄは、その最大目盛（１
００％）に対応する最大実濃度（２％）の２０〜２５％
程度の範囲に不規則に分布している。

本考案者等はこの測定結果について解析検討した結果、
各測定点は第２図に示すように、２つの領域ＡおよびＢ
のいずれかに属し、かつ８月中旬から１０月下旬までは
ほぼ領域Ａに、またその他の時期にはほぼ領域Ｂに属し
ていることを発見した。

なお第２図において実線で示す検量線ａｏ、ｂ。は領域
Ａ、 Ｂにそれぞれ対応するものである。

また破線で示す許容限界線ａ１．ａ２．ｂ！、ｂ２は、
上記最大実濃度（２％）の±５％に対応するものである
が、領域Ａ、 Ｂの実質的な境界線をなしていることが
わかる。

懸濁液が、その懸濁物質の状態により第３図に例示する
ように２つの検量線ａｏ、ｌ）ｏに対応する濃度−減衰
量特性を有しているものとすれば、表示値ｄが、検量線
もの下側許容限界線ａ２と検量線す。

の上側許容限界線層との交点に対応する値ｄ’ （図示
例では約３４％）以下のとき領域Ａ、 Ｂが相互に重合
する部分を生ずるので、懸濁物質の状態がいずれの領域
に対応するかを識別するためには、測定精度にもよるが
比較的多くのサンプルを採取する必要がある。

しかし実際には表示濃度がｄ′を超える場合が比較的多
く、このような場合には小数のサンプルについて分析に
より実濃度を検出することにより懸濁物質の状態がいず
れの領域に対応しているかを容易に識別することができ
る。

またこのように対応領域が識別できれば、当該領域の検
量線を選択することができる。

したがって、たとえば検量線ａ。

、ｂｏを画いた較正曲線図を用意しておくか、または検
量線ａ、、 ｂｏにそれぞれ対応する目盛を表示部に設
けておくか、あるいは検量線ａｏ、ｂ０に応じて出力信
号を選択的に設定し得るようにしておくなどにより、常
に高精度（上述の場合±５％）の濃度測定を行なうこと
ができる。

また上記返送汚泥水のように懸濁物質の状態変化がほぼ
周期的に生ずる場合には、その周期ないしは時期を把握
しておくことにより較正すべき時期を選定できるので、
従来のように無作為にかつ頻繁な分析を行なう必要がな
くなる。

上記返送汚泥水においては、夏季と冬季とにおいて懸濁
物質の状態が異なるものと認められるが、これは曝気槽
における細菌の増殖や汚泥消化効率等が温度の影響を受
けるためと考えられる。

したがってこのような場合には、たとえば気温およびそ
の変動状況などに関するデータに基づいて上記検量線も
。

親の選択を行なうようにしてもよい。

なお以上においては２つの領域Ａ、Ｂが存在する場合に
ついて述べたが、許容誤差範囲内で相互に区分可能な３
つ以上の領域が存在する場合でも、上述と同様に適用す
ることができる。

また各領域内における測定点の分散範囲が狭ければ領域
を識別し易い範囲が広くなるとともに、測定精度を向上
し得ることはいうまでもない。

第４図に本考案の一実施の装置を例示する。

同図Ａにおいて懸濁液１はたとえば配管２に沿って流動
しているものとする。

配管２には所定距離を隔てて相対向する送波器３および
受波器４が配設されている。

送波器３は送信器５に接続され、受波器４は可変減衰器
６、増幅器７、主制御部８およびＤ／Ａ変換器９を介し
て表示部１０に導かれている。

また可変減衰器６の制御端は、切換スイッチ１１を介し
て主制御部８およびデジタルスイッチなどのような副制
御部１２と選択的に接続可能に構成されている。

通常の測定状態においては、可変減衰器６の制御端が主
制御部８がわに接続され、従来装置におけるとほぼ同様
な構成となる。

送信部５の出力により送波器３を駆動して所定周波数の
超音波パルスを発生させると、懸濁液１により減衰され
た超音波パルスが受波器４に受信され、この受信信号が
可変減衰器６、増幅器７を介して主制御部８に供給され
る。

、主制御部８は、これに予め設定されたしきい値と増幅
器７の出力とが等しくなるように可変減衰器６に制御信
号を供給するとともに、この制御信号に対応する出力信
号をＤ／Ａ変換器９を介して表示部１０に供給する。

したがって表示部１０には懸濁液１における超音波パル
スの減衰量に比例する表示がなされる。

較正を行なう場合には、上述のままの状態で表示部１０
がほぼ安定した表示をなしているとき懸濁液１から複数
のサンプルを採取するとともに、採取時における表示値
を記録しておく。

サンプル採取は上述のように表示値がなるべく高い状態
で行なうことが望ましい。

またサンプル採取に先立って配管２、送波器３、受波器
４等を洗浄し、かつ配管２に清浄水を流通させて表示部
１０における表示値が零となるように零点調節をしてお
く。

上記各サンプルをそれぞれ分析してこれらの平均実濃度
および平均表示値を算出する。

いま、懸濁液１の実濃度りが最大値Ｄ□であるとき超音
波減衰量αの値がα１であって、表示部１０における表
示値ｄが最大値ｄｒ、、となるように各部が設定されて
いるものとする。

この場合には第５図に示すように、検量線ａ。

はＤ＝０．ｄ＝０およびＤ＝Ｄｍ、ｄ＝ｄ、、、の２点
を通る直線で表わされ、上記減衰量α、は検量線ａ。

の傾斜ｄ 、、、／Ｄ ｍに対応する。

上述のようにして求めた平均実濃度Ｄ１と平均表示値ｄ
１との関係位置（Ｄ＝Ｄ１．ｄ＝ｄ１）が、検量線ａ。

を中心とする許容限界線で囲まれた領域Ａ内にあれば、
較正操作を行なう必要がない。

また平均実濃度Ｄ２と平均表示濃度ｄ２との関係位置（
Ｄ＝Ｄ２． ｄ＝ｄ２）が領域Ａ外にあればつぎのよう
にして較正操作を行なう。

すなわちこの場合には、Ｄ＝０．ｄ＝０およびＤ ”
Ｄ２ 、ｄ ＝ ｄ２の２点を通る検量線層を中心とす
る許容限界範囲内の領域Ｂを考えると、懸濁物質が領域
Ａに対応する状態から領域Ｂに対応する状態に転移した
ものと考えられるから、第５図に示すような較正線図を
用いて実濃度を求める場合には、検量線層を選択すれば
よい。

また上記主ルｕ御部８ないしＤ／Ａ変換部９から実濃度
に対応する信号を取出したり、表示部１０における表示
値ｄ２を実濃度Ｄ２に対応させたりするためには、懸濁
液１の最大実濃度に対応する超音波減衰量αが上記α１
から検量線層に対応するα２に転移したのであるから、
減衰量がα２のとき表示部１０が最大値ｄｍを表示する
ように較正すればよい。

換言すれば、検量線層においては最大実濃度Ｄｍに対応
する表示値がｄ３であるから、これが最大表示値ｄｍと
等しくなるようにスパン調整をすればよい。

この調整量をｆ （＝ｄｍ／も）とすれば、図から明ら
かなようにｄ、／Ｄｍ＝ａ！／Ｄ２であるから、ｆ＝（
ｄｍ／Ｄｍ）・ （Ｄ２／ｄ２）であることが知られる
。

したがって減衰量α２がα２＝α１／ｆのとき表示部１
０が最大値ｄｍを表示するようにスパン調整をすればよ
く、上記減衰量α２は、 から求めることができ、この式から明らかなように検量
線塊の傾斜ｄ２／Ｄ２に対応するように較正される。

すなわち切換スイッチ１１を操作して可変減衰器６の制
御端を副制御部１２に接続し、副制御部１２を操作して
可変減衰器６に上記減衰量α２を設定し、これによるＤ
／Ａ変換部９からの疑似信号を表示部１０に供給すると
ともに、表示部１０が最大値ｄｍを表示するようにスパ
ン調整すればよい。

この調整が完了したのち切換スイッチ１１を主制御部８
がわに切換えれば、表示部１０は検量線層に対応する表
示をなす。

上述のようにしてたとえば２つの検量線ａ。

、ｂ。が確認された場合には、その後の較正に際しては
サンプルの採取数は僅かであってよく、基準としていず
れの検量線を用いるべきかを選択し、上述のようにして
当該領域へ転移させるように表示部１０のスパン調整を
行なえばよい。

また懸濁物質の状態が転移する時期が予測される場合に
は、その時期に較正すればその他の期間は較正の必要が
ない。

以上においては表示部１０における目盛様式を一定にし
てスパン調整を行ない、検量線ａ。

、ｂｏを用いて測定する場合について説明したが、出力
信号を他に利用することがなく、単に濃度表示をさせる
場合には、表示部１０において検量線”ｏｖ ｋ）。

に対応するそれぞれの目盛を設け、スパン調整を行なう
代りにサンプル分析の結果に応じて用うべき目盛を選択
するようにしてもよい。

第４図Ｂにおいては、送波器３、受波器４および正帰還
増幅器１３がループ接続された連続波方式による場合を
示す。

正帰還増幅器１３の出力端は検波増幅器１４および対数
増幅器１５を介して表示部１０に導かれている。

また受波器４と正帰還増幅器１３の入力端との間には、
常閉スイッチ１６と減衰器１７とが並列接続されている
。

要すれば常閉スイッチ１６に代えて２連切換スイツチを
用いるようにしてもよい。

このものにおいては、測定時にはスイ２イツチ１６を閉
とし、また較正時にはスイッチ１６を開として減衰器１
７に上記減衰量α２を設定腰表示部１０のスパン調整を
行なってからスイッチ１６を閉じればよく、同図Ａに示
すものとは測定機構を異にしているが較正操作はほぼ同
等に行なわれ、かつ同等の効果を奏することができる。

本考案によれば、上述したように懸濁液の相異なる状態
ごとに予め検出した複数の濃度−超音波減衰量特性のう
ち測定時における一つの濃度−超音波減衰量特性を基準
として用いるようにスイッチ手段で調節するようにした
ので、従来に比し較正が簡単でかつその回数が少なくて
よく、しかも常に高い信頼性を有する測定データが得ら
れ、特に汚泥水等の濃度測定に効適な超音波懸濁液濃度
測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来装置を用いて測定した表示値と分析によっ
て得られた実濃度との関係を示す図、第２図ＡおよびＢ
は第１図に示す測定データを２つの領域に区分して示す
図、第３図は本考案の基本的技術概念を説明するための
線図、第４図ＡおよびＢは本考案装置のそれぞれ異なる
実施例を示す系統図、第５図は本考案装置により較正方
法を行うための線図である。 １・・・懸濁液、３・・・送波器、４・・・受波器、６
・・・可変減衰器、８・・・主制御部、１０・・・表示
部、１２・・・副制御部、１７・・・減衰器、Ａ、 Ｂ
・・・領域、ａｏ、ｂ。 ・・・検量線、Ｄ・・・実濃度、ｄ・・・表示値。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 懸濁液中における超音波の減衰量を検出する検出手段と
   、この検出手段の出力信号に応じて上記懸濁液の濃度を
   表示可能な表示手段とを有するものにおいて、上記出力
   信号の減衰量を可変設定可能な減衰手段と、この減衰手
   段を上記検出手段に対し選択的に接続可能なスイッチ手
   段とを具備腰上記ＭＡ液の相異なる状態ごとに予め検出
   した複数の濃度−超音波減衰量特性のうち、測定時にお
   ける懸濁液の状態に対応する一つの濃度−超音波減衰量
   特性を基準として上記表示手段を調節するようにしたこ
   とを特徴とする超音波懸濁液濃度測定装置。