JPS6135967Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は木材、紙、穀類などの被測定物（以下
試料と呼ぶ）に含有する水分が試料の電気抵抗値
と相関関係を有することを利用して、試料の水分
を測定する電気抵抗式水分測定装置（以下水分計
と呼ぶ）に関するものであり、とくに試料の水分
が４％程度の低水分域で、試料の電気抵抗値が
100KMΩ程度で、ほぼ指数関数的に増加しても
応答速度が速く再現性の良好な水分率表示が可能
な高感度広帯域水分計に関するものである。

従来、水分率の電気的測定値を直線特性に変換
して表示している電気抵抗式水分計としては、１
例として第１図に示される水分測定回路が知られ
ている。第１図において、Ｅは定電圧供給源であ
り、Ｒ_xは試料、すなわち試料の電気抵抗を表わ
し、測定電極端子間に挿入されている。D₁は対
数変換素子であり、C₀はコンデンサであり、雑
音防止または発振防止をする。試料Ｒ_xを流れ、
対数変換ダイオードD₁を通して対数変換された
測定電流は出力端子Ｖ_putで取り出され、直線化
された後メータ又はLEDデイジタル表示装置に
よつて水分値を表示する。

しかしながら、この方式では試料の水分率が低
いと試料の電気抵抗が極めて大きいため、測定時
に外部から雑音が混入する。これを防止するため
コンデンサC₀を対数変換ダイオードと並列に接
続し接地している。このため、試料Ｒ_xとコンデ
ンサC₀により時定数回路とつくり、測定信号の
応答速度が遅くなるという欠点がある。

第２図は直線化電流・電圧変換回路を有する水
分測定回路の他の従来例を示す。図示した直線化
電流・電圧変換回路は、試料Ｒ_xからの測定電流
を入力とする演算増幅器IC₁と、対数変換用ダイ
オードD₁を含む負帰還回路を有する。変換回路
の出力はダイオードD₂を通して演算回路へ送ら
れ、表示装置で水分表示が行われる。ここで、対
数変換用ダイオードD₁に流れる電流は、試料の
電気抵抗に依存し、その電流変化は数百pA〜数
mAまでの広域に亘るから、測定回路に生ずるハ
ムや発振などを防止するためにコンデンサC₁が
ダイオードD₁と並列に接続されている。このた
め、第１図の回路と同様に、試料抵抗Ｒ_xとダイ
オードC₁とが時定数回路をつくり、回路動作の
応答性を低下する。

従つて、本考案の目的は、広範囲に亘る試料の
電気抵抗を測定する水分測定回路であつて、高域
の試料抵抗測定時すなわち低水分測定時にも応答
速度が速く、分解度が良好な測定が可能な電気抵
抗式水分計を提供することにある。

本考案によれば、低水分域測定時に、試料電流
が入力される電流・電圧変換手段の入力側に電流
源を接続し、予め決められた値の電流を供給し、
試料電流に加算して電流・電圧変換手段に供給
し、高試料抵抗と雑音防止用コンデンサによる時
定数増大の悪影響を補償する。

以下、本考案の実施例を第３図と第４図を参照
して説明する。

第３図は本考案の実施例による電気抵抗式水分
測定回路の回路図を示す。図において、１は直流
定電圧回路、２は電流源回路、３は試料水分電流
の対数変換回路、４は変換試料水分信号の処理演
算回路と表示装置を表わす。Ｒ_xは試料電極に入
れられた試料の抵抗、I₀は加算用電流、D₁・D₂は
対数変換用ダイオード、C₂は雑音等の防止用コ
ンデンサ、IC₂は外部周波数補償型オペアンプで
ある。

次にこの回路動作を説明すると、直流電源１か
ら試料電極間の試料（抵抗）Ｒ_xに電圧Ｅが印加
されると、そこに電流I₁が対数変換回路３へ流れ
る。電流源回路２からも定電流I₀が対数変換回路
３へ流され、I₁と加算された電流Ｉが対数変換回
路３への入力電流となる。すなわち、 Ｉ＝I₁＋I₀＝Ｅ／Ｒ_ｘ＋I₀ ……(1) 対数変換回路３の出力Ｖ_putは次式で表わされ
る。

Ｖ_put＝−ｋＴ／ｑ（1nI−1nI_c） ……(2) ここでｑは電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶
対温度、Ｉ_cは定数である。

第１式において、I₀を電源Ｅからつくる定電流
とすると、Ｒ_xと並列にＥ／Ｉ_０なる抵抗が加わつたこ とになるから第３式のように表わすことができ
る。

第３式を第２式に代入すると、第４式になる。

ここで、ＥとＩ_cは一定であるから1nE−1nI_c＝
1nC（Ｃは定数）とおくと、 第４式は第５式となる。

上式から、一定の電流I₀を対数変換回路３の入
力として試料電流に加算することは、低水分域
（高抵抗値）試料の測定時の過渡応答に関係する
高抵抗値Ｒ_xを実効的にＲ_x・（Ｅ／Ｉ_０／Ｒ_x＋Ｅ／Ｉ
_０）に下 げることになることがわかる。簡単にはＲ_xをＥ／Ｉ_０ （一定）程度にする。従つて、Ｒ_xとC₂からできる
時定数回路の抵抗値Ｒ_xを実効的に下げることに
なり時定数を小さくすることができるから測定出
力Ｖ_putの応答性が補償される。高水分域のとき
もI₀は供給される。このときは試料の電気抵抗が
小さく、そこに流れる電流がI₀より十分大きいの
でI₀はＩに対して無視できる。

第４図は、第３図の回路を用いたとき木材や穀
物等の試料水分と電気抵抗値との関係を説明する
ための図である。縦軸は出力メータ指示100分目
盛で示し、横軸は試料抵抗値と対数目盛で示す。
上記の種類の試料においては、第４図の特性曲線
イとロで示されるように、試料水分対電気抵抗間
のほぼ直線関係が、低水分域では曲線ロに示され
るように非直線性になる。すなわち、水分出力が
低水分域において非直線性を示す。従つて、低水
分域での誤差を考慮して測定可能な水分範囲を決
める必要がある。しかしながら、出願人の先行出
願である昭和55年９月10日出願特願昭55−125849
号に開示されているような演算式を用いて出力Ｖ
_putを演算して水分値を求めれば低水分域での水
分出力Ｖ_putに非直線性があても、Ｖ_putに水分変
化の分解度があれば誤差のない試料水分の測定値
をうることができる。

上記したように本考案によれば、従来の電気抵
抗式水分測定回路の試料電流の電流・電圧変換手
段の入力側に、定電流加算手段を接続することに
より、高試料抵抗測定時に生ずる時定数の増大に
よる出力応答性の低下を補償することができる。
従つて、広帯域の水分域に亘つて応答速度が速
く、再現性の良い水分率表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は電気抵抗式水分計の測定回路
の従来例を示す図、第３図は本考案による水分測
定回路の実施例を示す回路図、第４図は試料水分
対電気抵抗の関係を説明するための特性図であ
る。 １……直流電圧源、２……電流源回路、３……
対数変換回路、４……演算回路、Ｍ……水分表示
器、Ｒ_x……試料抵抗、IC₂……オペアンプ、D₁，
D₂……対数変換用ダイオード、C₂……雑音防止
用コンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 定電圧印加時に被測定物に流れる電流の変化を
   電圧変化に変換する電流・電圧変換手段を有し、
   被測定物の直流抵抗値に対応する含有水分率をそ
   の変換電圧変化信号として求め、水分に対する抵
   抗値の指数関数的変化信号をほぼ直線に近い特性
   に変換した信号を水分率として水分表示手段に表
   示するようにした電気抵抗式水分計において、前
   記電流・電圧変換手段への入力側に、低水分域に
   対応する測定電流の高抵抗領域を含む広帯域測定
   のために、予め決められた値の電流を加算する加
   算電流供給手段を設け、低水分域の測定値の応答
   性を補償したことを特徴とする電気抵抗式水分
   計。