JPS63250559A

JPS63250559A - 超音波溶液濃度測定装置

Info

Publication number: JPS63250559A
Application number: JP62085325A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kaede; 楓　邦男; Koichi Takizawa; 滝沢　耕一; Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Akira Okuhara; 奥原　章; Hironaga Hashiba; 橋場　弘長
Original assignee: SHOKUHIN SANGYO ONRAIN CENTER GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Current assignee: SHOKUHIN SANGYO ONRAIN CENTER GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority date: 1987-04-07
Filing date: 1987-04-07
Publication date: 1988-10-18
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JP2604742B2

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、溶液中を伝わる超音波の速度を利用して、
溶液濃度を測定する超音波溶液濃度測定装置に関する６（ロ）従来の技術溶液濃度を測定する方法としては、屈折率法、電極法、
電磁誘導法等、種々考えられるが、比較的高濃度の溶液
を瞬時に測定できる方法としては、超音波法が適してい
る。

この超音波法は、溶液中を超音波が伝わる速度に基づい
て、溶液濃度を決定するものである。溶液中の音速は、
溶液濃度と溶液温度との関数になるから、溶液中の音速
と温度を測定して溶液濃度を知ることができる。

上記超音波法を適用して、溶液濃度を測定する装置とし
ては、例えば、本体にサーミスタ、超音波振動子及び回
路部を設けると共に、反射板を装着したものが知られて
いる。この反射板と超音波振動子間には所定の間隔ｄが
取られており、超音波振動子より発せられ、溶液中を伝
わる超音波が、反射板で反射され、同じ（又は他の）超
音波振動子に受信されるように構成されたものが知られ
ている。

この従来の測定装置においては、サーミスタにより溶液
温度を検出すると共に、超音波振動子により超音波が発
せられてから受信されるまでの時間を計り、溶液中の音
速を検出する。そして、この温度と音速に基づいて、溶
液濃度が決定される。

（ハ）発明が解決しようとする問題点上記従来の溶液濃度測定装置は、溶液中に長時間置かれ
ると、検出される音速値が変動し、測定誤差が生じる不
都合があった。例えば、所定濃度の食塩水を製造し、こ
の食塩水の濃度を測定し続けると、第８図（ａ）に示す
ように、３０時間経過後には、測定される音速が変動し
始める。この音速の変動のため、第８図Ｔｂ）に示すよ
うに、食塩水の濃度の測定値も変動することになる。

この音速測定値の変動は、測定装置表面に気泡が付着す
るためであると考えられる。この気泡の付着・消滅によ
り超音波の乱反射が生じ、正確な測定が行えなくなる。

この気泡は、かくはんにより生じるものもあるが、自然
発生するものが大半である。ちなみに、第８図ｆａ）の
場合には、測定開始時に、一旦、付着した気泡を人手に
より取除いている。この気泡の付着は、測定装置の形状
等を変更することでは容易に防止できるものではなかっ
た。また、大きな振動を与えて気泡を取除くことは、超
音波振動子を破損するおそれがある。

この発明は、上記不都合に鑑みなされたもので、付着し
た気泡を超音波振動子に振動を与えることなく取除き、
長時間に亘り精度良く溶液濃度を測定することが可能な
超音波溶液濃度測定装置を提供することを目的としてい
る。

（ニ）問題点を解決するための手段上記不都合を解決するための手段として、この発明の超
音波溶液濃度測定装置は、溶液中に超音波を発すると共
に、この超音波を受信し、溶液中の音速を検出する音速
検出手段と、溶液の温度を検出する温度検出手段と、前
記音速検出手段及び前記温度検出手段の出力に基づいて
溶液濃度を決定する溶液濃度決定手段とを備えてなるも
のにおいて、前記音速検出手段近傍の溶液中に溶液流を
発生させ、この溶液流により前記音速検出手段に付着す
る気泡を除去する溶液流発生手段を特徴的に備えてなる
ものである。

（ホ）作用この発明の超音波？８液濃度測定装置は、溶液濃度測定
前に、音速検出手段に付着した気泡を、溶液流を当てる
ことにより除去する。このように測定前に気泡を取除け
ば、溶液中に長時間置かれた場合でも、検出される音速
が変動することはない。

例えば、前記食塩水濃度の場合について示せば、第９図
（ａ）、第９図（ｂ）のように、５０時間以上経過して
も、検出される音速及び食塩水濃度は安定したものとな
る。また、溶液流を当てるだけなので、超音波振動子に
振動が加わることがなく、その破損が防止される。

（へ）実施例〈実施例１〉この発明の第１の実施例を、第１図乃至第５図に基づい
て以下に説明する。

この実施例超音波濃度測定装置１は、超音波センサ２と
かくはん器９とから構成されている。

第３図は、この実施例に使用される周知の超音波センサ
２の外観斜視図である。この超音波センサ２は、水密構
造の円柱状本体３を備えている。

本体３の前端面ば、発振面３ａとされ、サーミスタ（温
度検出手段）４及び超音波振動子（音速検出手段）５と
が設けられている。

本体３には、支持棒６．６．６を介して、反射板７が装
着される。この反射板７は、発振面３ａの前方に所定間
隔ｄをおいて位置し、これと対向する。前記超音波振動
子５から発せられた超音波は、この反射板７の反射面７
ａで反射されることにより、発振面３ａと反射面７ａ間
とを往復する。

本体３内部には、図示しない回路部（溶液濃度決定手段
）が収納されている。この回路部は、超音波振動子５を
駆動する機能、超音波振動子５の出力信号及びサーミス
タ４の出力信号に基づいて溶液濃度を決定する機能を含
んでいる。

なお、本体３には、タンク壁Ｗに取付けられるためのフ
ランジ３ｂが設けられている。また、本体３後部３Ｃは
、タンク外に突出し、前記回路部に接続されるリード８
が引出されている。

９は、超音波センサ２と共にタンクＴ内に併設されるか
くはん器（溶液流発生手段）である（第１図参照）。こ
のかくはん器９は、かくはんＲ１１を備えている。この
かくはん翼１１は、本体１０内に収納されたモータ（図
示せず）により回転駆動される。本体１０には、タンク
壁Ｗに取付けるためのフランジ１０ａが設けられ、また
、本体１０後部よりは、電源コード１２が引出されてい
る。

この超音波溶液濃度測定装置１は、測定の前に、かくは
ん器９を作動させる。このかくはん器９の作動により、
超音波センサ２近傍の溶液中に渦流が発生し、この渦流
により、超音波センサ２に付着している気泡が除去され
る。

かくはん器９が停止すると、測定が行われる。

先ず、超音波振動子５が駆動され、超音波が反射面７ａ
に向かって発せられる。反射面７ａで反射れ、発振面２
ａに返ってきた超音波は、同じ超音波振動子５で受信さ
れる。前記回路部は、超音波振動子５が駆動されてから
超音波を受信するまで時間ｔを計測し、溶液中の音速Ｖ
を算出する。

同時に、サーミスタ４の出力信号により、溶液温度θが
検出される。この音速Ｖと温度θとにより、前記回路部
は溶液濃度を決定し、これを出力する。なお、食塩水の
流れにより検出される音速■は影響を受けないので、気
泡除去後、直ちに測定可能である。

次に、この超音波溶液濃度測定装置１の使用例として、
食品製造工程において所定濃度の食塩水を自動的に製造
する場合を例に上げて説明する。

第４図は、この食塩水製造に使用される食塩水製造シス
テム１３を説明する図である。タンク壁Ｗには、前述の
ように・、超音波センサ２とかくはん器９が取付けられ
ている。

タンクＴ底部には、か（はん器１４が設けられ、タンク
Ｔ内に貯溜される食塩水Ｓがかくはんされる。タンクＴ
の上部には、超音波レベルメータ１５が設けられ、食塩
水Ｓのレベルが測定される。

さらに、タンクＴには、ポンプ１６．１７．１８が付設
されている。ポンプ１６は、タンクＴ内に高濃度食塩水
を送るためのものであり、ポンプ１７は、タンクＴ内に
水を送るためのものである。

一方、ポンプ１８は、タンクＴ内の食塩水Ｓを送出すた
めのものである。

超音波センサ２及びレベルメータ１５の出力は、図示し
ないマイクロコンピュータ（以下ＭＰＵという）に入力
される。また、かくはん器１４、ポンプ１６．１７．１
８は、このＭＰＵにより制御される。　　　　　　′ 次に、この食塩水製造システムの動作を、第５図を参照
しながら説明する。

先ず、タンクＴ内に高濃度食塩水を注入するため、ポン
プ１６が作動を開始する〔ステ・ノブ（以下ＳＴという
）１〕。高濃度食塩水注入中は、レベルメータ１５によ
り水位が検出され、これが所定値！、に達したと判断さ
れた時には（Ｓｒ２）、ポンプ１６を停止しく５Ｔ３）
　、高濃度食塩水の注入を停止する。

次に、かくはん器９を一定時間作動させて、超音波セン
サ２に付着した気泡を除去する（Ｓｒ１）。

さらに、超音波センサ２により食塩水濃度が測定される
（Ｓｒ５）。ＭＰＵは、この食塩水濃度より、目的の食
塩水濃度を得るため、タンクＴ内に注入される水の量を
算出し、水注入後の水位１２を決定する。

次に、ポンプ１７が作動を開始し、水がタンクＴ内に注
入される（Ｓｒ６）、この間、レベルメータ１５により
水位が監視されており、これが先に決定された水位！、
に達したと判断されれば（Ｓｒ７）、ポンプ１７を停止
し、水の注入を終了する（Ｓｒ８）　。

続いて、かくはん器１４を一定時間作動させ、食塩水Ｓ
をかくはんする（Ｓｒ９）。そして、先と同様、気泡を
除去しく５ＴＩＯ）、食塩水Ｓの濃度を測定する（ＳＴ
ＩＩ）。

次の５Ｔ１２では、５ＴＩＩで測定された食塩水濃度が
目的の濃度であるか否かが判断される。

目的の濃度とは異なる場合には、目的の濃度にするのに
必要な水（又は高濃度食塩水）の量が算出され、水位７
！３が決定される。そして、ポンプ１７　（又は１６）
が作動を開始する（ＳＴ１３）。

この水（又は高濃度食塩水）の再注入の間も、レベルメ
ータ１５により水位が監視され、所定の水位１３に達し
たと判断された時は（ＳＴ　１４）、ポンプ１７（又は
１６）を停止し、ＳＴ９の処理へ戻る。そして、再度、
濃度測定が行われる（ＳＴ９〜５Ｔ１２）。

５Ｔ１２で、所定の濃度であると判断された場合には、
５Ｔ１６に進み、製造された食塩水Ｓを次の工程に供給
するため、ポンプ１８が作動を開始する。この間も、レ
ベルメータ１５により水位が検出される。この水位が所
定の１４まで低下した時は、所定の量の食塩水が供給さ
れたと判断され（ＳＴ１７）、ポンプ１８が停止する。

第２図は、超音波溶液濃度測定装置１の変形例を示して
いる。

この変形超音波溶液濃度測定装置２１は、がくはん器２
２のみが異なる。このかくはん器２２は、本体２３の前
端２３ａにかくはん翼２４が設けられており、発振面３
ａ及び反射面７ａに平行な溶液流を発生させて気泡を除
去する。なお、２３ｂは、取付けのためのフランジ部、
２５は、電源コードである。

なお、かくはん器の配置、かくはん翼の形状、数等は、
上記第１の実施例のものに限定されず、適宜設計変更可
能である。

〈実施例２〉この発明の第２の実施例を、第６図及び第７図に基づい
て以下に説明する。

この第２の実施例の超音波溶液濃度測定装置３１は、上
述の超音波センサ２にポンプ（溶液流発生手段）３２を
備えてなるものである。超音波センサ２は、タンク底部
Ｔｂ近傍の壁Ｗに取付けられている（第６図参照）。

−４、ポンプ３２は、吸込管３３及びノズル３４が接続
されている。吸込管３３は、タンクＴ内の溶液を吸込む
ためのものである。ノズル３４は、７字形状をしており
、吸込管３３がら吸入された溶液を、発振面３ａ及び反
射面７ａに向けて噴出する。このノズル３４よりの溶液
流により、発振面３ａ及び反射面７ａに付着した気泡が
除去される。溶液濃度測定に関しては、第１の実施例と
同様である。

第７図は、変形に係るノズル３４゛を示している。

このノズル３４″　は、発振面３ａと反射面７ａとの間
に、上方へ向かう溶液流を生じさせて、気−泡を除去す
るものである。

なお、ノズルの形状や配置等は、これに限定されるもの
ではなく、適宜設計変更可能である。

また、上記第１及び第２の実施例において、超音波セン
サ２は反射板７を備えた円柱状のものとしているが、こ
れに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

さらに、測定対象となる溶液は、食塩水に限定されず、
アルコール、酸、＃Ｎ類、油類等の各種溶液の濃度測定
に適用可能である。

（ト）発明の詳細な説明したように、この発明の超音波溶液濃度測定装置
は、溶液流を発生させて付着気泡を取除くものであるか
ら、溶液中に長時間おかれる場合であっても、正確な測
定を行える利点を有している。また、超音波振動子を破
損するおそれもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例に係る超音波溶液濃度
測定装置の取付状態を説明する図、第２図は、同超音波
溶液濃度測定装置の変形を示す図、第３図は、同超音波
溶液濃度測定装置の超音波センサの外観斜視図、第４図
は、同超音波溶液濃度測定装置が適用される食塩水製造
システムを説明する図、第５図は、同食塩水製造システ
ムの動作を説明するフロー図、第６図は、この発明の第
２の実施例に係る超音波溶液濃度測定装置の取付状態を
説明する図、第７図は、同超音波溶液濃度測定装置の変
形を示す図、第８図１８）、第８図Ｔｂ）は、それぞれ
従来の超音波溶液濃度測定装置で検出された音速及び溶
液濃度の経時変化を示す図、第９図（ａ）及び第９図山
）は、それぞれ付着気泡を除去した時の同超音波溶液濃
度測定装置で検出された音速及び濃度の経時変化を示す
図である。２：超音波センサ、　　４：サーミスタ、５：超音波振
動子、　９・２２：かくはん器、３２：ポンプ。特許出願人　　　食品産業オンラインセンサー技術研究
組合代理人　　　　　弁理士　　中　村　茂　信第　１　図第２図第５図第６図第７図第８図（Ｑ）第８図＜ｂ＞Ｉ］蓬ｖ（ｎｒ）−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶液中に超音波を発すると共に、この超音波を受
信し、溶液中の音速を検出する音速検出手段と、溶液の
温度を検出する温度検出手段と、前記音速検出手段及び
前記温度検出手段の出力に基づいて溶液濃度を決定する
溶液濃度決定手段とを備えてなる超音波溶液濃度測定装
置において、前記音速検出手段近傍の溶液中に溶液流を
発生させ、この溶液流によりこの音速検出手段に付着す
る気泡を除去する溶液流発生手段を備えてなることを特
徴とする超音波溶液濃度測定装置。
（２）前記溶液流発生手段は、前記音速検出手段近傍に
配置されるかくはん器である特許請求の範囲第１項記載
の超音波溶液濃度測定装置。
（３）前記溶液流発生手段は、前記音速検出手段に溶液
流を噴付けるノズルを備えたポンプである特許請求の範
囲第１項記載の超音波溶液濃度測定装置。