JPS6215452A - 連続的に流れる材料の水分含有量を測定する方法および装置 - Google Patents

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】 １匹泄且史Ｉ 本発明は一般に連続的に流れる林１′＋１の水分含有量
を連続的に測定する技術に係り、更に詳細にいえば、セ
ンサ要素が形成する領域を材料が流通する際に、この材
お１の平均温度とセンサ要素の誘電損どキャパシタンス
とを測定することにより、月１！８１の水分含有量を測
定する改良された技術に係るもので、水分含有量は連続
的に流れる材料の温度ど集合密度との変化により生じる
誤差もなく自動的に測定される。

ュ、の　　　び　゛すべき！Ｌ題」玄 ｊＡ利の水分含有量を監視するため多くの技術が案出さ
れ、これら技術の多くは材料の個別のリーンプル又はそ
の数群（ｈａｔｃｈｅｓ）を使用しており、連続的に流
れる、すなわち、オンライン生産環境には応用できない
。たとえば、材料を群内に処理する（ｂａｔｃｈ　ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ）目的で使用するため知られた技術が
１９７３年１２月２５日付でレズンに許可された第３．
７８１．６７３号、１９７７年９月２０日付でマージ等
に許可された第４，０５０，０１６号、１９７９年４月
３日付でソングに許可された第４，１４７，９７６号、
１９７９年１１月３日付でプライクシャットに許可され
た第１Ｉ、１７４，４９８２）、１９８２年９月２８日
付でスー等に許可された第ｊ、　３．５２．０５９号、
および１９８３年８月１６日付でレッジに許可された第
４．３９９．４０４号を含む種々の米国特許に記載され
ている。これら特許に記載された技術のどれも水分含有
量を測定される材料が連続的に流れるオンライン生産シ
ステムには応用できない。

更にまた、測定されるサンプルの集合密度に変化が生じ
るという問題を生じる際に、これら特許に提案されたこ
の問題の解決策もまた連続的に流れるオンラインシステ
ムには応用できない。たとえば、ある特許では、材料の
一群から取り出した個別のサンプルの重量を測定するか
、又は各サンプルを特定の集合密度にするように形状化
されかつ動作されるサンプル容器を作るかして、そのよ
うな問題を解決することを提案している。そのような解
決策はオンライン水分含有量監視システムには適してい
ないか又は経済的でない。

更にまた、米国特許第４，３５２，０５９号及び第４．
１７４，４９８号しか、水分含有量を監視されるサンプ
ルの誘電損の測定値を使用することの記載をしてない。

米国特許第４．１７４．４９８号では、たとえば、誘電
損どキャパシタンスとの測定を共に行うが、その測定値
を何らかの方法で集合密度特性と関連させるよう使用し
てはいない。前記した既知のシステムのいづれもオンラ
インシステムにおいて集合密度の変化を補償できないと
いう基本的理由は、多くの材料に存在する少量の誘電損
の測定が材料−ｑ　　−＾＾＾ の誘電定数を単に測定ηるＪ：りも可成、り複雑である
ということであるど信じられている。更にまた、水分含
有量を測寓される多くの非プラスチック材料では、所望
の水分含有量はプラスデック材料の水分含有■Ｊ：り可
成り多いので誘電定数に及ぼす水分含有量の影響を測定
するだｔノで十分である。

集合密度を補償する適当な技術を実施する際に割算が複
雑なため純粋なアナログ測定ではそのような補償を行う
のは容易でない。

スー等が１９８３年４月２８日付で出願した米国特許出
願第４８９．３１９号では誘電損を測定しまたシステム
全体に、材料がセンサ要素を通り流れる際に材料の温度
変化ど集合密度変化とによるセンサの全キャパシタンス
にわたる誘電損の変化を補償する機能を果させるオンラ
インシステムを提案している。そのような技術は既知の
水分含有量を有する１対の基準セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃ
ｅ　ｃＯＩ　Ｉｓ）を利用する比較的な複雑なセンサ装
置を必要とし、一方の基準セルはほぼゼロの水分含有量
を有し他方の基準セルは処理される材料に予想される最
大の水分含有量にほぼ等しい水分含有量を有している。

第１と第２の基準セルにおける材料の誘電損の相違を使
用して温度の変化によるセンサの誘電損の変化を自動的
に補償する。更にまた、このシステムは集合密度に比例
した信号出力を生じてそのＪ：うなパラメータの変化を
補償する。この信号出力を流れる材料ど基準セルの１つ
における材料との間の誘電損の差を表わす測定信号と組
み合わせて集合密度の変化を補償する。

最後に述べたシステムはオンラインシステムにおいて温
度とｍ痕とを自動的に補償するため知られている最初の
ものではあるが、そのにうなシステムの製造と使用とに
あたりある欠点が生じる。

たとえば、技術自体ならびに使用する基準セルの特性の
変化により水分含有量測定に誤差が生じると判った。更
にまた、異なる材料を使用する場合、異なる１対の基準
セルが必要で、このｇｔ％ｔセルは種々異なる材料をオ
ンライン測定Ｊ”るため絶えず取替えねばならない。更
にまた、同じｔ’Ｊ別を使用しても基準セルは老化しそ
の特性を変える傾向があり、それがためまたセルを定期
的に取替える必要がある。更にまた、システム全体の設
置および使用が物理的に面倒になり勝１５で製造おにび
保守に比較的に費用がかさみ勝Ｉうである。

従って、一層正確に水分含有量を測定する一方費用と設
置との問題にお（プるそのような欠点を克服するシステ
ムを提供することが望ましい。

ｌ搗勿邂厭」潰 本発明によれば、オンライン水分含＠　Ｍ　１ｆｌｌｌ
定を行うシステムは所望の測定作業を行うため慎重に選
択したプログラム、゛リ−なわち、演篩法を有している
マイクロブロセツ（Ｖを使用する。このシステムに使用
づ“るセンサ要素は連続的に流れる材料が、センサ要素
が形成する領域を流通り−るＪ：う配置しである。材料
がこの領域を通過している際に、適当ｔｒ温度測定技術
を使用して材料の平均温度を測定する。更にまた、材わ
１がセン１〕要素を通過している際にセンサ要素のｙ、
電損とキャパシタンスとを同時に測定する。

マイクロプロセッサはそのように測定した平均−１１一 温度、誘電損およびキャパシタンスの値に応答して測定
用に慎重に案出したプログラムを使用して材料の水分含
有量をこれら測定値の１つの関数として連続的に測定す
る。そのようなプログラムは既知の水分含有量における
異なる温度と異なる集合密度とに対する誘電損対キャパ
シタンスの関係に厳密に近似する値を出す技術を使用す
ることにより得られる。

そのような方法を使用Ｊ−ることににす、連続的に流れ
る材料の集合密度の変化とは無関係に水分含有量を温度
、誘電損およびキャパシタンスの１つの関数として正確
かつ容易に実施できる方法でプログラムを案出できるこ
とが判った。そのような技術はセンサ要素を取り替える
必要もなくとの材料の水分含有量をも測定するの占用で
あり、又測定した誘電損どキャパシタンスとの値を変化
させ勝ちな種々寸法の異なるセン１〕要素用にも容易に
応用できる。

以辛に添付図面を参照して説明を更に詳細に開明する。

第１図に示す如く、水分含有量を測定される材１’ｉ＋
の供給源を作動させて、その材料をホッパ１０に供給す
る。このホッパ１０内にはセンサ要素１１が配置されて
いる。その材ｌｉｔは例えば、小球（ｓｍａ　ｌ　１ｐ
ｅｌ　１ｅｔｓ）形状のプラスチック材料で良く、その
ような小球は例えば、図示した如く、その重力により、
センサ要素１１の領域を連続的に流通しつつ回っている
。次に、小球はホッパ１０の縮径出口端１２に供給され
、その材料を使用するあらゆる用途に用いられる。ホッ
パ１０の頂部及び底部は共にｒｆＮいていて、材料がそ
れを通り連続的に流れることができる。ここで材料が連
続的にホッパ１０を流通ずる際に、その水分含有量を監
視することが望ましい。全体のセンサ要素の一部どして
、少くとも一対の温度センサ１３が流れる材料に関連し
て適当に位置決めされている。例えば、これらセン量す
の少くとも一つはセンサ要素１１の電極の直上方に、ま
た少くとも一つは電極の直下才に配置されていて、温度
センサ１３の出力電圧が導線１４．１５に供給され、詳
細に後記するように材料の水分含有量のｎ１算に使用さ
れる。

その最も簡単＜’に形式として、センサ要素１１は間に
材お１が連続的に流れる領域を仕切り形成する一対の電
極板１６．１７を含んでいる。電極板１６．１７間の電
圧は心線１８．１９に供給され、材料が連続的に電極板
間を流れる際に、電極板１６．１７間のキャパシタンス
及び誘電損を測定づ−るのに使用する。

第２図には電圧処理システム全体がブロック図で示しで
ある。同図に示す如く、センサ要素内１は上述した出力
されたセンサ電圧をほぼ同時にセンザアナログ訓算回路
２０に供給する。この回路２０では、検知温度、センナ
への電流及び電極板１６．１７間の電圧に応じた低周波
直流出力信号を発生する。

この電流及び電圧は温度センサ１３が検知した平均温度
ばかりでなく電極板１６．１７間の誘電損及びキャパシ
タンスを計算するのに使用する。その信号は適当な指令
信号（第２図参照）により指令部に供給され、指令部は
マイクロプロセッサ２２からこの信号を受信づ”ると回
路２０を動作さ１！る。低周波直流信号、即ち、事実上
級やかに変化するアナログ信号はへ／Ｄ（アナログ／デ
ジタル）変換器２１ににり当業名に良く知られているよ
うにデジタル信号に変換される。デジタル信号は次いで
マイクロプロセッサ−２２により処理されて、周知技術
を使用して平均温度（Ｔ）、誘電損 （ｌ−ｍ）、及びキャパシタンス（Ｃ）を測定する。

これらのパラメータ（Ｔ、　ＬＩｌｌ、　Ｃ）は次いで
後記する如く、材料がセンサ要素１１の領域を連続的に
流通する際の材料の水分含有量を測定するため使用され
る。

水分含有量を測定するためマイクロプロセッサ２２を使
用して如何にして演算を行なうかを理解するには、第３
図のグラフを参照すると役立つ。もし水分含有ハ１を測
定される材料のサンプルが１９られ、また各サンプルが
既知の、集合密９（ｐａｃｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙ）を
右するＪ：う準備されていれば、特定の温度及び水分含
有量では、誘電損（１−ｍ）の変化を材料のキャパシタ
ンス（Ｃ）の関数として作図することができる。従って
、４種のサンプル、即ち全てが同一の集合密度を有し、
かつ２種の異なった既知の温度Ｔ＋　、Ｔ２及び２種の
異なった既知の水分含有ｆｉｔＭ＋、Ｍ２を有するリー
ンプルが、使用されるときの誘電損対キャパシタンスの
曲線を作図できる。連続的に流れる材料に予想される特
定の集合密度範囲にねたり誘電損対キャパシタンスのそ
のような曲線は比較的正確に直線に近似できる。既知の
温度Ｔ１またはＴ２で既知の水分含有ｍ　Ｍ　＋または
Ｍ２を有する４種のリンプルについて、第３図に示す方
法で曲線２５．２６．２７．２８を作図する。

同図から判るように、これらの曲線は、誘電損がほぼゼ
ロでかつセンサ要素１１が空（即ち、センサ要素内に材
Ｆ３１がない）時のキャパシタンスより大なるキャパシ
タンスを有する点で、互いに交差する。そのような測定
を行うための温度Ｔ１゜Ｔ２は一方（この場合Ｔ２　）
がシステムの最低予想作用温度に比較的近く、また他方
（この場合Ｔ＋）がシステムの最高予想温度に比較的近
い。

異なる温度（Ｔ１．Ｔ２　）および異なる水分含有ｆｆ
ｌ（Ｍ＋　、　Ｍ２　）に対するキャパシタンス（Ｃ）
−１７−＾＾噌 ＝　　１６　− を関数とする誘電損（１□）の−次の近似方程式は次式
で表わされる。

Ｌ　　＝　（Ｋ　　十ＫｔＩＴ＋Ｋ。−；Ｍ＋Ｏ Ｋｔｍ＊Ｔ；トＭ）＊Ｃ十（Ｂｏ−１−Ｒ＊Ｔ　　＋　
Ｂ　　　　　＊　　Ｍ　−Ｆ　Ｂ、ｌＩＴ：ＣＭ）ｔ　
　　　　ｒｎｌ ・・・・・・・・・・・・・・・（１）第３図において
、一対のダッシュ線２９間に示したキャパシタンス範囲
にわたり曲線２５〜２８のそれぞれはきわめて正確に直
線に近似でき、既知の傾斜及び二線２９間で切り取った
部分（１ｎｔｅｒＣｅｐｔ）を有している。式（１）を
検討すると８つの未知の係数（ＫＯ，Ｋｔ、Ｋｍ、Ｋｔ
ｍ、Ｂｏ、Ｂｔ、、Ｂｍ。

ＢｔＩｌｌ）を有している。上記曲線は更にそれぞれ既
知の温度、水分含有量、傾斜、二線間切取り部分を有し
ている。従って、そのような条件下で、式（１）は上記
した８つの係数に、Ｂを測定するため既知の数学的技術
を使用して解くことができる。

式（１）は、多くの用途にパラメータの特に合理的な範
囲にわたり合理的に近似さけるために使用できる。これ
は特に、材料の熱応答が非直線的になり勝ちでも小球の
集合（ｐａｃｋｉｎσ）が直線的現象を示す傾向がある
からである。ある用途では、そのような目的のため一層
高次の方程式を使用づ−ることにより非直線的近似法を
使用づ−ることが望Ｊｓしいこともある。そのような一
つの方程式どして、例えば次のような式がある。

□　　　Ｆ＊Ｔ　　十Ｆ＝ｋＭ十Ｇ＊Ｍ２）＊Ｃ＋（１
−１＊Ｔ＋　Ｉ＊Ｔ　　＋ＪＥＴ”　＋に＊Ｔ　　十Ｎ
＊Ｍ−＋−０＊Ｍ２） ・・・・・・・・・・・・・・・（１Ａ）係数が−Ｕ決
まるど、式（１）または（１八）は水分含有量Ｍを解く
ため異なった形式にできる。式（１）のそのような異な
った形式は、例えば次のとおりである、すなわら、 Ｌ　　−（Ｋ　　十に、＊Ｔ）＊Ｃ− Ｏ （Ｂ　　十Ｂｔｍ＊Ｔ） ・・・・・・・・・・・・・・・（２）式（２）から判
るように、係数１り、Ｂがイのｊζうに決まると、水ヅ
）含有量ｌは誘電損（１）、’１７均温度（Ｔ）、キャ
パシタンス（Ｃ”）の１つの関数としてｔｌ算できる。

その４算は式（２）を解＜Ｊ：うブ［１グラムされたマ
イク［１ブロヒツ１す２２（第２図参照）を使用して行
え、この際その目的のための演算法の準備をする既知の
技術を使用する。例えば、１１〜ローラ礼が製作、販売
するモデル１４　Ｃ６８０りの如き当業界で周知のマイ
クロプロセッサ２２が、式（２）を解くため、そのよう
４丁上記マイク［１プ［１セッリ−２２を使用する当業
者に周知の技術を用いて容易にｔｌ（備できる。センサ
要素１１を流通する祠ｌｉｔの平均温度（Ｔ）、誘電損
（１−）及びキャパシロー タンス（Ｃ）に関するデジタル入力情報に応答して、水
分含有量を式（２）に従い測定づるど集合密度による誤
差なく正確’！ｉ　Ｅ１尊結果が得られる。従って、事
実上集合密度の変化は自動的に補償される。。

更に、キャパシタンス値は、センリー要素１１の寸法（
事実上、材料が流通づ゛る１Ｙンリ要索１１によつて形
状を限定される領域の寸法）の１つの関数として変化タ
ーることが判った。従って、異なる寸法を有するセン１
ノー要素１１を使用する時、そのにうな変化を式（２）
に算入することが必要である。式（２）を解くための演
算を行う際に、上記寸法変化を補償できる方法とは、セ
ンサ要素１１の基準値どして特定の既知の寸法を使用し
て、まずセンサ要素１１内に材料がない（即ち、空のセ
ン〃）時の基準センサ要素１１のキャパシタンスＣを測
定し、ｏｒ 更に内部に材料が無い状態で他の異なった寸法のセンサ
要素のキャパシタンスＣを同様に測定す０ｍ る。そしてこのキャパシタンスＣ３Ｉ１１の上記空の基
準寸法のセンサ要素のキャパシタンスＣに対す０「 る比（即ち、比Ｃ／Ｃ）で表わされる補正係ｏｍ　　　
　　ｏｒ 数を使用する。寸法の１つの関数としてのキャパシタン
スの変化が曲線の実際の傾斜にはあまり影響を及ぼさな
いので、上記補正係数は第３図に示した曲線の二線間切
取り部分に関係した式（２）の各項と関連して使用する
。従って、異なる寸法のセンサ要素のために方程式（２
）は次の（３）式の如く修正できる。

Ｌ　　−’　（Ｋ　　十Ｋｔ＊Ｔ）＝Ｉ：Ｃ−Ｏ （Ｂ十Ｂ１１１１＊Ｔ）１；Ｃｏｌｌ１／Ｃｏ。

Ｉｌ＋ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）この方程式から
判るように、１ｍ度及び係数Ｂに関係した項が補正係数
Ｃ８ｍ／Ｃｏｒに従い補正される。そしてこの補正によ
り、式（３）に、基準はンザ要素の寸法とは責なる寸法
のセンリー要素を使用する場合に材料の水分含有量を算
入できるように覆る。

式（３）を解くためマイクロプロセラｌ）をプログラム
することも前記した如く任意適当に選択したマイクロプ
ロセッサに使用するよう当業者により容易に行える。

第３図の曲線を生ずるため使用づ゛る材料のサンプルの
特性は、前記方程式をマイクロプロセッサによりそのよ
うな特定の材料に対して解くことができるよう、そのに
うな材料に対づ−る係数を得ることを可能とさける。し
かしながら、このマイクロプロセッサは、他の異なる材
料に使用Ｊる同じ一般式を解くためにも使用でき、この
際上記光なる材料の４つのザンブルを使用して関係した
係数に、Ｂを測定するため同じ処理方法を行なえばよい
。異なる材料に対する異なる係数に、Ｂの組はそのよう
な異なる月お１に対づる方程式を満足させるため必要に
応じてマイクロプロセラＶにより適当に記憶し選択され
る。従って、本発明のシステムは、月￥３１に必要な係
数がマイクロプロセッサの使用のため適当に測定し記憶
される限りとの材料にも汎用でき、また種々の寸法のセ
ンサ要素のキレパシタンス（空の時）と１１寸法のキｉ
・パシタンス（空の時）との適当な比（補正係数）がマ
イクロプロセッサの使用のため適当に測定しかつ記憶さ
れる限りとのセン勺要素の寸法にも汎用できる。

前記方程式を解くためマイクロプロセッサを使用すると
、たとえば、前記米国特許出願に記載した如くオンライ
ンシステムの欠点を克服する。即ち、そのような使用で
は、特性が１ｆ￥ｌ１ｔｌ￥的に変化する基準４ノンプ
ルを使用することに依存けず、また異なる材料に対して
基準ザンプルを取り替える必要がない。更にまた、マイ
クロプロレフ１ノーを使用した４算システムの使用によ
れば、これまでに提案されたシステムよりも安価である
。更にまた、前記した直線的近似法とマイクロプロセラ
４ノの泪算能ノｊとを使用すると、連続的に流れる材料
の水分含有量をぎわめて正確に測定できるようになる。

以上、第１図に示した１対の電極板１６．１７と１対の
温度ヒン′ｖ１３どして形成された簡単なセンサ要素と
を使用する例について糸本発明を説明したが、第Ａ　’
ｒＺいし第６図には本発明に使用するのに現有のところ
好ましいセンリー要素の一層複鮪な具体例を示づ−６こ
れらの図から判るように、ヒンサ要素は１対の同心の円
筒形要素３０．３１を備え、要素３０は外側電極を表わ
し要素３１は内側電極を表わづ。第３の円筒形要素３３
が要素３０．３１間のほぼ中間にそれらと同心に位置決
めされている。要素３３は実際には図示した如く３つの
分離した円筒彫型索３３ａ　、　３３ｂ　、　３３ｃ　
　（第５図参照）にりなる分割した円筒形状を有してい
る。

円筒形要素３０．３１．３２を支持するため複数（この
場合は３つ）のグラスチック製支持板３４．３５゜３６
を使用する。第５図及び第６図に示した１つの特定の支
持板３４の断面図から判るように、円筒形の要素３０．
３１．３３は支持板３４を貫通して延び、それぞれの支
持板は分割した円筒形要素３３ど円筒形要素３０．３１
との間に１対のシールド部材３７を含んでいる。シール
ド部′ＪｆＡ３７は支持板の長さにほぼ治って延び第６
図に示した如く支持板の側部を越え僅かに突出している
。第４図に詳細に示しであるように、１対の温度センサ
３８．３９が支持板３４の片側にあり追加の温度センサ
４０．４１が支持板３５．３６の側部にそれぞれある。

シールド部材３７は支持板自体にＪ：る測定に及はづ゛
悪影響を防止するど共にまたダスト等により変化し勝ち
な支持板に及ぼづ表面導電率の影響を最小に制限する。

本発明の１つの好ましい具体例では、温度センサはいづ
れの場合にも検知した温度が材料を包囲＝　　２７１　
− 覆る空気の温度ではなく材料の温度を正確に表わすよう
特定の形状にしである。従って、温度センサは各センサ
の熱応答特性が流れている材料の熱応答特性に近いかそ
れに等しくなるにうに配買しである。そのにうな熱応答
特性は１つの特定の具体例では第８図に示した形状にす
ることにより達成される。第８図に示しであるように、
１例どしての温度セン′＋Ｊ３９は感熱ダイオード４６
を含み、このダイオードの１例はす′ショナル・セミコ
ンダクタ・コーポレイションが製造したモデル番号１−
１３５の下に販売しているものでありステンレス鋼のカ
ラー部材４１に装着されている。カラー部材４７はたと
えば、支持板３４の開口内に延びている。電気的導線４
８がダイオードからカラー部材４７を通って延び、この
部材４７内でテフロンを被覆したワイヤ４９に半田イＩ
Ｉノされる。このワイヤ４９は支持板の反対側から電子
回路にまで引き出し可能である。導線とワイヤとは支持
板を形成するエポキシ樹脂と同一材料で良い高温エポキ
シ材料５０内に包まれている。そのような材料は、たと
えば、マサチューセッツ州のべ一］ン・インダス］−リ
ーズ・オブ・ニュートンがｔＩ造し商品名Ｐ−８５の下
に販売しているもので良い。

ダイオードパッケージのみが材料の流れにほぼ全体がさ
らされるものを使用すると、実際に流れている材料の熱
応答特性により速ずぎる熱応答特性を示すことがある。

しかしながら、第８図に示した構造では、ダイオードパ
ッケージの大部分がさらされるようにし、それに装着さ
れたステンレスとエポキシ樹脂とを使用しているため、
センサ組合わせ体全体の熱応答特性を遅くし、従って熱
応答特性を本発明のシステムに使用すると予想される種
々の流れる材料の熱応答特性に一層効果的に近似する。

第７図に示しであるように、バリヤとして働くシールド
部材３７は大地と、電極間の電圧値を測定するために該
電極に接続されたケーブルのしゃへいされた部分とに夫
々接続されている。上下の分割した要素３３Ａ、　３３
Ｃは接地され、使方中心の分割した要素３３Ｂはケーブ
ル４２．４３の中心の導体に接続されている。外側の電
極たる円筒要素３０と内側の電極たる円筒要素３１とは
ケーブル４４．４５の中心の導体に接続されている。要
素３０．３１．３３Ｂに接続されている。

第４図ないし第７図に示した特定のセンサ要素は温度セ
ンサ要素とその電極要素３０．３１とから同時に電圧を
生じ検知した電圧を使用可能な低周波数の（ＤＣ）アナ
ログ電圧に正確に変換される。

このアナログ電圧は次いでΔ／Ｄ変換器２１でデジタル
信号に変換される。デジタル信号は次いでセンサの所要
の誘電損どキャパシタンスとの値を計算しまた既知の計
算技術を使用して４つの温度センサの平均値を計算する
ため使用される。そのＪ：うな値は次いでセン１すを流
通する材料の水分含有量を連続的に適当に監視できるよ
う上記式（３）または（４）で使用できる。

第１図に詳細に示しであるように、センサ要素は連続的
に流れる材料の大部分が該セン勺要素を通過する程度に
大きくしである。従って、大ぎいサンプルの温度、誘電
損およびキャパシタンスは連続的に測定され、通常特定
の時間中に、比較的に小さいサンプルのみを測定する従
来技術のシステムに比して、材料の測定された特性を一
層有効に表わす。たとえば、従来技術システムでは数グ
ラムの材料を測定するのに反し、本発明のシステムでは
特定の時間中に何ボンドもの材料を連続的に測定する。

更にまた、従来技術のシステムが特定の１つのサンプル
の温度プローブを使用するのに反し、本発明のシステム
は半径方向及び垂直方向（高さ方向）の両方向に互いに
離間して配置した複数のプローブを使用して一層すぐれ
た全体に平均化した温度測定を行う。ある用途では第４
図ないし第７図に示したよりも多数の支持板と温度セン
サとを使用することが望ましいこともあるが、３個の支
持板と４個の温度センサとを使用することが、多くの用
途に満足でき所望のセンサ要素を過度に複雑化せず高価
にもならないと判った。

第１図とＭ２図とを参照すれば判るように、検知した電
圧は適当なケーブルにより割算回路に供給される。セン
サ要素と計算回路とを区分すると、電子回路とセンサ要
素内に含める必要がないので、使用するセンサの作用温
度を制限する必要がなく高度に正確な計算を行なうこと
ができる。信号ケーブルは、使用システムの用途如何に
より、センサから適当な距離（たとえば、最大１５０フ
イート）搬送できるか又はセンサに比較的に近接して装
着できる。センサからの信号ケーブルは測定される材料
がケーブルと直接接触して比較的高温でセンーリ゛を流
通するので高温耐摩形のものを選択する。

以上説明した具体例は本発明の現在のところ好ましい具
体例を表わすものであるが、本発明の原理を逸脱するこ
となくこの具体例を当業者は種々変形できる。従って、
本発明は前記した特許請求の範囲によってのみその範囲
が限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る連続的に流れる材料の水分合有量
を測定覆る方法及び装置の一実施例を適用した水分監視
システムの概略構成部分図、第２図は上記水分監視シス
テムが処理する信号を示Ｊ゛ブロック図、第３図は材料
の種々のサンプルに対する誘電損対キャパシタンスの関
係を示し、本発明で使用する算法を推論する曲線のグラ
フ、第４図は第１図の具体例にセンサとして使用するの
に適したセンサ要素の１つの特定の具体例の平面図、第
５図は第４図中５−５線に沿い切断して示した断面図、
第６図は第５図中６−６線に沿い切断して示した断面図
、第７図は第４図ないし第６図のセンサ要素から検知し
た出力電圧用の配線回路図である。 １１・・・センサ要素 １３、　３８．　３９．　４０．　４１　・・・ンｎ晶
ｊｉｌｔ　ン→す１６、１７・・・電極板 ２２・・・マイクロブロセツ４ノー ３０、３１・・・円筒形要素（電極板）３３・・・円筒
形要素　　　　３４・・・支持板３７・・・シールド部
材４６・・・感熱ダイオード４７・・・カラー部材 暫 輸　ε ＝−

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサ要素が形成する領域を通つて材料を連続的
   に流れさせ、 材料が該領域を流通する際に材料の平均温度を連続的に
   測定し、 材料が該領域を通り流れる際に前記センサ要素の誘電損
   とキャパシタンスとを連続的に測定し、 材料が該領域を流通する際に、材料の集合密度の変化に
   よる誤差を生じることなく、材料の平均温度の測定値と
   前記誘電損およびキャパシタンスの測定値との関数とし
   て材料の水分含有量を連続的に測定することを特徴とす
   る連続的に流れる材料の水分含有量を測定する方法。
2. （２）前記平均温度を連続的に測定する段階と前記誘電
   損およびキャパシタンスを連続的に測定する段階とを同
   時に行うことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法
   。
3. （３）前記領域は、該領域内の複数個所で前記流れる材
   料の温度を測定できるよう十分大きく形成されており、
   前記流れる材料の比較的に大きいサンプルの前記平均温
   度が一時に測定できることを特徴とする請求の範囲第１
   項記載の方法。
4. （４）前記誘電損およびキャパシタンスを連続的に測定
   する段階と前記水分含有量を連続的に測定する段階とを
   、前記センサ要素を流通する材料から離れた位置で行う
   ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
5. （５）材料が通って連続的に流れるようにする領域を形
   成するセンサ要素と、 材料が該領域を連続的に流通する際に材料の平均温度を
   連続的に測定する手段と、 材料が前記領域を連続的に流通する際に前記センサ要素
   の誘電損とキャパシタンスとを連続的に測定する手段と
   、 材料の前記平均温度の測定値と前記誘電損及びキャパシ
   タンスの測定値とに応答して、材料が前記領域を流通す
   る際に材料の集合密度の変化による誤差なく、材料の水
   分含有量を連続的に測定する手段とを備えていることを
   特徴とする連続的に流れる材料の水分含有量を測定する
   装置。
6. （６）前記平均温度を連続的に測定する手段が、前記領
   域内の選択された個所に位置決めされ前記連続的に流れ
   る材料の前記温度を該選択された個所で検知する複数の
   温度センサと、 前記選択された個所で検知した温度に応答して該検知温
   度の平均値を求める手段とを含んでいることを特徴とす
   る請求の範囲第５項記載の装置。
7. （７）前記温度センサが前記領域内で異なる半径個所と
   異なる高さとで位置決めされていることを特徴とする請
   求の範囲第６項記載の装置。
8. （８）前記センサ要素が、複数の離間した半径方向の支
   持材により互いに接続された複数の同心的に装着した円
   筒形の部材を含み、前記温度センサの少くとも１つが該
   各支持材上に位置決めされていることを特徴とする請求
   の範囲第７項記載の装置。
9. （９）前記円筒形部材の少くとも１つが、前記支持材上
   に上下に重ねた複数の分離したシリンダを備えているこ
   とを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。
10. （１０）前記支持材の少くとも１つが、前記センサ要素
    の異なる高さ位置に装着された少くとも２つの前記温度
    センサを有していることを特徴とする請求の範囲第８項
    記載の装置。
11. （１１）更にまた前記各支持材上の少くとも１つの温度
    センサのそれぞれ側において該センサから離間して装着
    したシールド部材を含んでいることを特徴とする請求の
    範囲第８項記載の装置。
12. （１２）前記円筒形部材の厚味が、材料が前記センサ要
    素を連続的に流通する際の抵抗を最小とするよう該円筒
    形部材間の間隔よりかなり小さいことを特徴とする請求
    の範囲第８項記載の装置。
13. （１３）前記温度センサが、その熱応答特性を前記連続
    的に流れる材料の熱応答特性に近似するよう装着されて
    いることを特徴とする請求の範囲第８項記載の装置。
14. （１４）前記各温度センサが、 感熱ダイオードと、 該ダイオードを装着したステンレス鋼のカラー部材とを
    備え、 該ダイオードからの導線が該カラー部材を貫通して延び
    高温エポキシ材に包まれており、該ダイオードの一部と
    該カラー部材とが前記連続的に流れる材料にさらされて
    いることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の装置。
15. （１５）前記水分含有量測定手段が、マイクロプロセッ
    サ手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第５項
    記載の装置。
16. （１６）前記マイクロプロセッサ手段が、前記平均温度
    の測定値と誘電損およびキャパシタンスの測定値とに応
    答して前記水分含有量を以下の方程式、すなわち、 ｍ＝［Ｌ＿ｍ−（Ｋ＿ｏ＋Ｋ＿ｔ＊Ｔ）＊Ｃ−（Ｂ＿ｏ
    ＋Ｂ＿ｔ＊Ｔ）］／［（Ｋ＿ｍ＋Ｋ＿ｔ＿ｍ＊Ｔ）＊Ｃ
    ＋（Ｂ＿ｍ＋Ｂ＿ｔ＿ｍ＊Ｔ）］上式においてＭが水分
    含有量、Ｌ＿ｍが誘電損、Ｔが平均温度、Ｃがキャパシ
    タンス、Ｂ＿ｏ、Ｂ＿ｃ、Ｂ＿ｍ、Ｂ＿ｔ＿ｍ、Ｋ＿ｏ
    、Ｋ＿ｍおよびＫ＿ｔ＿ｍが所定係数である、に従い連
    続的に測定することを特徴とする請求の範囲第１５項記
    載の装置。
17. （１７）異なる寸法のセンサ要素を使用する時マイクロ
    プロセッサが前記平均温度の測定値と前記誘電損および
    キャパシタンスの測定値とに以下の方程式、すなわち、 ｍ＝［Ｌ＿ｍ−（Ｋ＿ｏ＋Ｋ＿ｔ＊Ｔ）＊Ｃ−（Ｂ＿ｏ
    ＋Ｂ＿ｔ＊Ｔ）＊Ｃ＿ｏ＿ｍ／Ｃ＿ｏ＿ｒ］／［（Ｋ＿
    ｍ＋Ｋ＿ｔ＿ｍ＊Ｔ）＊Ｃ＋（Ｂ＿ｍ＋Ｂ＿ｔ＿ｍ＊Ｔ
    ）＊Ｃ＿ｏ＿ｍ／Ｃ＿ｏ＿ｒ］上式において、Ｍは水分
    含有量、Ｌ＿ｍは誘電損、Ｔは平均温度、Ｃはキャパシ
    タンス、Ｂ＿ｏ、Ｂ＿ｔ、Ｂ＿ｍ、Ｂ＿ｔ＿ｍ、Ｋ＿ｏ
    、Ｋ＿ｔおよびＫ＿ｔ＿ｍは所定係数、Ｃ＿ｏ＿ｒは第
    １の寸法を有する基準センサ要素のその形成領域に材料
    がない場合のキャパシタンス、Ｃ＿ｏ＿ｍは基準センサ
    要素とは異なる寸法を有する他のセンサ要素のその形成
    領域に材料がない場合のキャパシタンスである、 に従い応答することを特徴とする請求の範囲第１５項記
    載の装置。