KR101256382B1 - 액체 농도계 - Google Patents

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사토루 히라키
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Abstract

액체가 송액되는 송액관 내의 액체 농도를 송액관 외부에서 안정적으로 계측한다. 액체가 송액되는 송액관(14, 16)과, 송액관(14, 16)의 도중에 설치된 광 투과부(15)와, 광 투과부(15)에 측정광을 조사하는 투광부(9, 22)와, 광 투과부(15)를 통과한 측정광을 수광하는 수광부(10, 23)와, 광 투과부(15)에 빛이 조사되는 위치 및 광 투과부(15)를 통과한 빛을 수광부(23)에 의해 수광하는 위치인 측정 위치(32)가 광 투과부(15)를 따라 이동하도록 투광부(9, 22) 및 수광부(10, 23)를 이동가능하게 지지하는 지지부재(31)와, 측정 위치(32)가 광 투과부(15)의 소정 영역 내에서 이동하도록 지지부재(31)를 이동시키는 측정 위치 이동기구(2)와, 복수의 측정 위치(32)에서 광 수광부(10, 23)가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 그들 복수의 수광 강도에 근거하여 송액관(14, 16)을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비하고 있다.

Description

액체 농도계{LIQUID DENSITOMETER}
본 발명은, 액체 농도계에 관한 것으로서, 특히, 액체가 송액되는 송액관에 설치된 광 투과부에 빛을 조사하기 위한 투광부와, 광 투과부를 통과한 빛을 수광하기 위한 수광부와, 그 수광부가 수광한 빛의 강도에 근거하여 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비한 액체 농도계에 관한 것이다.
액체가 송액되는 튜브 내부의 액체의 농도를 측정하는 기술로서, 광학적으로 액체의 농도를 측정하는 액체 농도계가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2를 참조). 이와 같은 액체 농도계에서는, 튜브 내부의 액체를 그대로 재는 것은 튜브의 형상 변화의 문제가 있기 때문에, 셀로 불리는 유리제의 광 투과부가 튜브에 삽입되는 것이 일반적이다. 단, 튜브 자체가 광 투과부를 구성하는 일도 있다.
일본국 특개평 11-14538호 공보 일본국 특허 3290982호 공보
액체 농도계에 있어서, 셀 또는 튜브에 대하여 빛을 투광 및 수광하여 셀 또는 튜브 내부의 액체 농도를 측정하는 경우,
1) 셀 또는 튜브의 오염에 의한 측정 오차,
2) 셀 또는 튜브 내부의 기포의 부착에 의한 측정 오차,
3) 튜브의 형상 변화에 의한 측정 오차가 있다.
특허문헌 1에 개시된 액체 농도계에서는, 셀 내부에의 기포의 부착의 문제를 회피하기 위해, 복잡한 형상의 셀을 제안하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 액체 농도계의 어떤 형태도 완전하게 효과가 있는 것은 아니고, 기포의 부착에 의한 측정 오차를 피할 수 없다. 또한, 셀 내부에 구형체나 저항부 등을 설치하는 것은, 그 소재로부터의 오염이나 배관 저항의 증가를 초래하기 때문에, 배관의 품질을 향상시키는 것에 반한다.
따라서, 본 발명은, 액체가 송액되는 송액관 내부의 액체 농도를 송액관 외부에서 안정적으로 계측할 수 있는 액체 농도계를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 액체 농도계는, 액체가 송액되는 송액관과, 상기 송액관의 도중에 설치된 광 투과부와, 상기 광 투과부에 측정광을 조사하는 투광부와, 상기 광 투과부를 통과한 측정광을 수광하는 수광부와, 상기 광 투과부에 빛이 조사되는 위치 및 상기 광 투과부를 통과한 빛을 상기 수광부에 의해 수광하는 위치인 측정 위치가 상기 광 투과부를 따라 이동하도록 상기 투광부 및 수광부를 이동가능하게 지지하는 지지부재와, 상기 측정 위치가 상기 광 투과부의 소정 영역 내에서 이동하도록 상기 지지부재를 이동시키는 측정 위치 이동기구와, 복수의 상기 측정 위치에서 상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 그들 복수의 상기 광 강도 데이터에 근거하여 상기 송액관을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비한 것이다.
상기 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 지지부재는 상기 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하는 접촉부를 구비하고 있는 예를 들 수 있다.
본 발명에 따른 액체 농도계의 다른 태양은, 액체가 송액되는 송액관과, 상기 송액관의 도중에 설치된 광 투과부와, 상기 광 투과부에 측정광을 조사하는 투광부와, 상기 광 투과부를 통과한 측정광을 수광하는 수광부와, 상기 광 투과부에 빛이 조사되는 위치 및 상기 광 투과부를 통과한 빛을 상기 수광부에 의해 수광하는 위치인 측정 위치가 상기 광 투과부를 따라 이동하도록 상기 투광부 및 수광부를 이동가능하게 지지하는 지지부재와, 상기 측정 위치가 상기 광 투과부의 소정 영역 내에서 이동하도록 상기 지지부재를 이동시키는 측정 위치 이동기구와, 상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 상기 광 강도 데이터에 근거하여 상기 송액관을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비하고, 상기 지지부재는 상기 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하는 접촉부를 구비하고 있는 액체 농도계.
상기 지지부재가 상기 접촉부를 구비하고 있는 태양의 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 광 투과부가 튜브 형상의 것인 경우, 상기 접촉부는, 상기 광 투과부의 주위를 덮고, 상기 광 투과부의 튜브 축에 대하여 평행하게 이동하는 실린더부로 구성되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, 상기 접촉부는 불소계 수지에 의해 형성되어 있는 예를 들 수 있다.
본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 데이터 처리부는, 상기 측정 위치 이동기구가 상기 측정 위치를 이동시키고 있는 동안에 간헐적으로 상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하는 예를 들 수 있다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 광 투과부에의 광조사 축에 대해 수직 방향의 축을 따른 방향에서 상기 측정 위치를 이동시키는 예를 들 수 있다.
그리고, 상기 광 투과부가 튜브 형상의 것인 경우, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 광 투과부의 튜브 축을 따른 방향에서 상기 측정 위치를 이동시키도록 하여도 되고, 상기 광 투과부의 튜브 축에 대해 회전하는 방향에서 상기 측정 위치를 이동시키도록 하여도 된다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 데이터 처리부는, 복수의 측정 위치에 있어서의 상기 광 강도 데이터 중에서, 미리 정한 일정 범위를 초과한 이상 광 강도 데이터를 제거하도록 하여도 된다.
여기에서, 이상 광 강도 데이터로서, 예를 들면 정상인 때의 광 강도 데이터와 비교하여 1% 이상의 차이가 있는 것을 들 수 있다. 정상인 때의 광 강도 데이터와 비교하여 1% 이상의 차이가 있는 광 강도 데이터는, 명확하게 오염이나 기포의 부착 등에 기인하는 측정 오차라고 생각된다. 또한, 측정 대상의 액체 농도가 안정되어 있고, 광 투과부의 형상도 안정되어 있는 경우에는, 상기 1% 이상의 조건을 더 낮은 조건으로 하여도 된다. 예를 들면 정상인 때의 광 강도 데이터와 비교하여 0.1% 이상의 차이가 있는 것을 이상 광 강도 데이터로 판정해도 된다. 이 판정 조건은, 과거의 측정 데이터 열의 격차의 통계로부터 분산값 또는 표준편차를 구하고, 그것의 계수 배로 한 것을 사용해도 된다.
또한, 상기 데이터 처리부는, 복수의 측정 위치에 있어서의 상기 광 강도 데이터 또는 상기 광 강도 데이터에 근거하여 산출한 액체 농도 데이터를 평균화하도록 하여도 된다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 측정 위치 이동기구는, 에어 구동에 의한 액추에이터로 구성되어 있는 예를 들 수 있다. 단, 측정 위치 이동기구는, 에어 구동에 의한 액추에이터에 한정되는 것은 아니고, 다른 기계적 구조이어도 된다. 측정 위치 이동기구의 다른 예로서, 예를 들면 스텝핑 모터 내장의 슬라이더를 들 수 있다.
에어 구동에 의한 액추에이터의 일례로서, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 지지부재의 일 부분 또는 전체 부분을 수용하는 공간과, 상기 지지부재를 사이에 끼워 상기 공간에 접속된 2개의 에어 구동용 파이프를 구비하고, 한쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부에 에어를 보내고, 다른 쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부의 에어를 배출하는 동작과 그 동작과 역동작을 반복하는 것에 의해 상기 공간 내에서 상기 지지부재의 일 부분 또는 전체 부분을 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 것을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 투광부는 일 단부면이 상기 광 투과부의 근방에 설치된 투광측 광 파이버를 구비하고, 상기 수광부는 일 단부면이 상기 광 투과부에 설치된 수광측 광 파이버를 구비하고, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 투광측 광 파이버의 일 단부면 및 상기 수광측 광 파이버의 일 단부면을 상기 광 투과부에 대해 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 예를 들 수 있다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 상기 광 투과부는 튜브 형상의 것이고, 상기 광 투과부에의 광조사 축은 상기 광 투과부의 튜브 축과 교차하고 있는 예를 들 수 있다.
본 발명의 액체 농도계는, 액체가 송액되는 송액관과, 송액관의 도중에 설치된 광 투과부와, 광 투과부에 측정광을 조사하는 투광부와, 광 투과부를 통과한 측정광을 수광하는 수광부와, 광 투과부에 빛이 조사되는 위치 및 광 투과부를 통과한 빛을 수광부에 의해 수광하는 위치인 측정 위치가 광 투과부를 따라 이동하도록 투광부 및 수광부를 이동가능하게 지지하는 지지부재와, 측정 위치가 광 투과부의 소정 영역 내에서 이동하도록 지지부재를 이동시키는 측정 위치 이동기구와, 복수의 측정 위치에서 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 그들 복수의 광 강도 데이터에 근거하여 송액관을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비하고 있다.
본 발명의 액체 농도계에 따르면, 광 투과부의 소정 범위 내에서 측정 위치를 이동시킬 수 있으므로, 광 투과부의 일 부분에 있어서도, 오염이나 기포의 부착이 없는 측정 위치에서의 광 강도 데이터에 근거하여 측정을 행하는 것에 의해 안정된 액체 농도 측정을 행할 수 있다.
더구나, 데이터 처리부는 복수의 측정 위치에서 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하므로, 광 투과부의 일 부분에 있어서 오염이나 기포의 부착이 있어도, 측정 위치와 수광부가 수광한 광 강도에 근거하여 오염이나 기포의 부착에 의한 이상 데이터를 판별하는 것이 가능하게 된다. 그리고 이상 데이터를 제거함으로써, 오차가 적은 안정된 액체 농도 측정이 가능해진다.
본 발명의 액체 농도계의 다른 태양에서는, 지지부재는 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하는 접촉부를 구비하고 있도록 하였다. 이 태양에 따르면, 접촉부가 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하므로, 투과부 표면을 청정화할 수 있다. 예를 들면, 광 투과부가 다공질 재료에 의해 형성되어 있는 경우, 광 투과부 내부를 송액되는 액체의 성분의 일부가 광 투과부 표면으로 배어 나오는 일 있다. 이 경우, 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하는 접촉부를 구비하고 있으면, 광 투과부 표면에 배어 나온 액체 성분을 측정 위치에서 제거할 수 있다. 또한, 접촉부로서 불소계 수지로 이루어진 것을 사용하면, 광 투과부에 대해 접촉부의 미끄러짐을 좋게 할 수 있다.
본 발명의 액체 농도계에 있어서, 데이터 처리부는 측정 위치 이동기구가 측정 위치를 이동시키고 있는 동안에 간헐적으로 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하도록 하면, 측정 위치마다 측정 위치 이동기구 및 지지부재를 정지시키지 않아도 복수의 측정 위치에 있어서의 광 강도 데이터의 취득이 가능하다.
또한, 본 발명의 액체 농도계에 있어서, 데이터 처리부는, 복수의 측정 위치에 있어서의 광 강도 데이터 중에서, 이상 광 강도 데이터를 제거하도록 하면, 보다 안정된 측정이 가능해 진다.
또한, 데이터 처리부는, 복수의 측정 위치에 있어서의 광 강도 데이터 또는 광 강도 데이터에 근거하여 산출한 액체 농도 데이터를 평균화하도록 하면, 종래의 1개소 측정과 비교하여, 평균화하여 안정된 측정이 가능해 진다.
도 1은 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 동 실시예의 측정부의 평면도다.
도 3은 동 실시예의 측정부의 측면도다.
도 4는 동 실시예의 측정부의 동작을 설명하기 위한 단면도다.
도 5는 동 실시예의 측정부의 동작을 설명하기 위한 단면도다.
도 6은 동 실시예에 의한 측정 결과의 일례를 도시한 도면이다. 종축은 흡광도, 횡축은 측정 위치를 나타낸다.
도 7은 동 실시예에 의한 측정 결과의 다른 예를 나타낸 도면이다. 종축은 흡광도, 횡축은 측정 위치를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예의 측정부를 나타낸 평면도다.
도 9는 동 실시예의 측정부를 나타낸 정면도다.
도 10은 동 실시예의 측정부를 나타낸 정면도다.
도 11은 동 실시예의 측정부를 나타낸 단면도다.
도 12는 동 실시예의 측정부를 나타낸 단면도다.
도 13은 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 동 실시예의 측정부의 평면도다.
도 15는 동 실시예의 측정부의 측면도다.
도 1은 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2, 도 3은 본 실시예의 측정부를 도시한 도면이다. 도 2는 측정부의 평면도, 도 3은 측정부의 측면도를 나타낸다. 도 4 및 도 5는 본 실시예의 측정부의 동작을 설명하기 위한 단면도다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 이 액체 농도는, 실질적으로 분광부(1)와, 측정부(2)와, 데이터 처리부(3)로 구성되어 있다.
우선, 분광부(1)의 구체적인 구성을 설명한다.
분광부(1)에는, 광원인 텅스텐 램프(4)와, 볼록 렌즈 5와, 8개의 간섭 필터(6)를 구비한 회전 원판(7)과, 볼록 렌즈 8과, 볼록 렌즈 11과, 수광소자(12)가 설치되어 있다. 텅스텐 램프(4)로부터 방사된 빛은, 볼록 렌즈 5에 의해 집광되어, 간섭 필터(6)를 통과한다. 여기에서, 회전 원판(7)에 유지된 간섭 필터(6)는, 빛을, 190∼2600nm의 범위 내의 소정의 파장의 빛으로 분광한다.
간섭 필터(6)에 의해 분광된 빛은, 볼록 렌즈 8에 의해 집광되어, 투광측 광 파이버(9)의 입사 단부면(9a)에 조사된다. 투광측 광 파이버(9)는 측정부(2)에 연결된다.
도 2∼도 5를 참조하여 측정부에 대해 설명한다. 측정부(2)의 부호 14, 15, 16은 측정 대상의 액체가 흐르는 광 투과성의 튜브이다. 튜브 14, 15, 16은 예를 들면 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)이나 PFA(tetra fluoro ethylene-PerFluoro Alkylvinyl ether copolymer) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 측정 대상의 액체는, 예를 들면 튜브 14, 15, 16의 순서대로 튜브 14, 15, 16 내부에 펌프 등으로 흘려진다. 본 실시예에서는, 튜브 15는 본 발명의 액체 농도계의 광 투과부를 구성한다. 또한, 측정부(2)는 본 발명의 액체 농도계의 측정 위치 이동기구를 구성한다.
투광측 광 파이버(9)의 출사 단부면(9b)은, 예를 들면 PTFE 수지로 이루어진 실린더부(31)에 접속되어 있다. 실린더부(31)는 튜브 15의 주위를 덮는 대략 원통 형상을 이루고 있다. 실린더부(31)의 내벽면은 튜브 15에 접촉하고 있다.
실린더부(31)에는, 볼 렌즈 22가 설치되어 있어, 출사 단부면(9b)으로부터의 빛을 집광시켜 튜브 15의 측정 위치(32)에 조사한다. 튜브 15를 통과한 빛은, 실린더부(31)에 설치한 볼 렌즈 23에 조사되어, 집광되고, 수광측 광 파이버(10)의 입사 단부면(10a)에 집광된다. 수광측 광 파이버(10)도, 실린더부(31)에 설치되어 있다. 투광측 광 파이버(9) 및 볼 렌즈 22는 본 발명의 액체 농도계의 투광부를 구성한다. 수광측 광 파이버(10) 및 볼 렌즈 23은 본 발명의 액체 농도계의 수광부를 구성한다. 실린더부(31)는 본 발명의 액체 농도계의 지지부재를 구성한다.
실린더부(31)는 실린더 가이드부(33)에 설치된 공간 내부에 접동(摺動) 가능하게 수용되어 있다. 실린더 가이드부(33)에는 에어 구동용의 파이프(29, 30)가 접속되어 있다. 에어 구동용의 파이프 29는, 공간의 벽면 25와 실린더부(31) 사이의 공간 34에 접속되어 있다. 에어 구동용의 파이프 30은, 공간의 벽면 28과 실린더부(31) 사이의 공간 36에 접속되어 있다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 수광측 광 파이버(10)의 출사 단부면(10b)은 분광부(1)에 설치되어 있다. 수광측 광 파이버(10)의 입사 단부면(10a)에 입사한 빛은, 수광측 광 파이버(10)의 출사 단부면(10b)으로부터 볼록 렌즈 11에 입사하여, 집광되어, 수광소자(12)에 입사된다. 수광소자(12)는, 입사된 빛을, 그것의 강도에 대응하는 광 전류로 변환한다.
회전 원판(7)은, 8매의 간섭 필터(6)를, 원주 방향으로 등각도 간격으로 유지하고, 구동 모터(13)에 의해 소정의 회전수, 예를 들면 120rpm(Revolutions Per Minute)으로 회전구동된다. 각 간섭 필터(6)는, 190∼2600nm의 범위 내에서, 측정 대상에 따른, 서로 다른 소정의 투과 파장을 갖고 있다. 여기에서, 회전 원판(7)이 회전하면, 각 간섭 필터(6)가, 볼록 렌즈 5, 8의 광축에 순차 삽입된다. 그리고, 텅스텐 램프(4)로부터 방사된 빛이, 간섭 필터(6)에 의해 분광된 후, 투광측 광 파이버(9), 볼 렌즈 22를 통해, 액체가 있는 튜브 15에 조사된다. 튜브 15를 통과한 빛은, 볼 렌즈 23을 통과하여 집광되어, 수광측 광 파이버(10)에 들어가고, 볼록 렌즈 11을 통과하여 집광되어, 수광소자(12)에 입사된다. 이에 따라, 수광소자(12)로부터, 각 파장의 빛의 흡광도에 따른 전기신호가 출력된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 측정부(2)의 동작을 설명한다.
파이프 29에 에어를 보내고, 파이프 30을 대기개방하면, 도 4에 나타낸 것과 같이, 실린더부(31)와 실린더 가이드부(33)의 공간 34에 에어가 들어가고, 실린더부(31)가 이동하여, 실린더 가이드부(33)의 벽면 28에 부딪쳐 정지한다. 그 상태에서, 반대로 파이프 29를 대기개방으로 하고, 파이프 30에 에어를 보내면, 도 5에 나타낸 것과 같이, 실린더부(31)와 실린더 가이드부(33)의 공간 36에 에어가 들어가, 실린더부(31)가 반대 방향으로 이동하여, 실린더 가이드부(33)의 벽면 25에 부딪쳐 정지한다. 실린더부(31)에는, 투광측과 수광측의 광 파이버 9, 10과, 볼 렌즈 22, 23이 설치되어 있으므로, 실린더부(31)의 이동과 함께, 튜브 15에의 측정 위치(32)가 이동한다. 이때, 튜브 15와 실린더부(31)가 스치므로, 튜브 15 표면의 오염, 부착물을 긁어모아, 튜브 15의 광 투과면을 항상 청정하게 하는 효과가 있다. 이 효과를 더욱 더 눈에 띄게 하기 위해, 튜브 15와 실린더부(31)의 접촉하는 개소에 스폰지 형상 또는 고무 형상의 부재를 부착해도 된다.
실린더부(31)의 이동과 함께, 각 파장의 측정 데이터를 취득한다. 실린더부(31)가 벽면 25로부터 벽면 28까지, 약 0.5초에 이동하도록 설정한 경우, 그 동안에 회전 원판(7)은 10회전하여, 1회전 8파장의 각 광 강도를 각각 약 10개 취득할 수 있다.
그 데이터로부터, 각 파장의 빛의 흡광도를 종축으로 하고, 측정 위치를 횡축으로 한 경우의 데이터가 도 6이다. 이 예에서는, 11개소의 측정 위치에서 데이터의 취득이 얻어지고 있다.
튜브 15의 형상, 즉 광로 길이가 각 측정 위치에서 같으면, 11개의 측정 위치의 흡광도 데이터는 같지만, 현실적으로는 튜브 15의 형상이 변화하고, 광로 길이도 변화한다. 이 예의 경우에는, 벽면 25로부터 벽면 28에 실린더부(31)가 움직이는 것에 따라, 튜브 15가 약간 일그러져, 측정 위치 9, 10, 11에서, 변화가 심하다. 그와 같은 경우, 안정된 데이터를 취득하기 위해, 이 측정 위치 1∼11의 평균값을 산출하여, 튜브 15의 일그러짐 영향을 최대한 저감하거나, 일그러짐이 심한 측정 위치 9, 10, 11을 제외하고, 나머지의 데이터로 평균을 취하면 안정된 데이터를 취득할 수 있다.
또한, 도 7과 같은 데이터가 되는 경우가 있다. 이것은 튜브 15의 어떤 측정 위치에 기포가 부착된 경우이며, 그 측정 위치의 빛이 기포에 의해 가로막히기 때문에, 흡광도가 높아지는 것에 기인한다. 실린더부(31)의 이동과, 회전 원판(7)의 회전에서, 8 파장 중 우연히 기포가 존재하는 측정 위치를 통과한 경우에, 흡광도가 이상하게 높아진다. 이 예에서는, 측정 위치 4, 5, 6, 7, 8에서 흡광도가 높아져 있는 것이 기포의 영향이다. 이 그래프에 의해, 흡광도가 이상하게 높아져 있는 이상 데이터를 판별할 수 있어, 그 이상 데이터를 제거하여 평균화 처리를 행함으로써, 보다 안정된 계측이 가능하게 된다.
본 실시예에서는, 튜브 15 자체를 실린더 축으로 하여 측정 위치의 이동을 행하였지만, 범용의 에어 실린더를 사용하여 측정 위치를 이동시켜도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 실린더부(31)가 튜브 15의 축에 대하여, 평행 이동하는 방법을 나타냈지만, 도 8∼도 12에 나타낸 것과 같은 회전이동이어도 된다.
도 8∼도 12는 다른 실시예의 측정부를 도시한 도면이다. 도 8은 측정부의 평면도, 도 9는 측정부의 정면도, 도 10은 측정부의 측면도, 도 11, 도 12는 측정부의 측면에서 본 단면도를 나타낸다.
본 실시예의 측정부는, 도 1∼4를 참조하여 설명한 실시예의 측정부와 비교하여, 실린더부 31 대신에 실린더부 53을 구비하고, 실린더 가이드부 33 대신에 실린더 가이드부 54를 구비하고 있다.
실린더부(53)에는, 투광측 및 수광측의 광 파이버(9, 10) 및 볼 렌즈(22, 23)가 설치되어 있다. 실린더부(53)는 튜브 15의 주위를 덮는 대략 원통 형상을 이루고 있다. 실린더부(53)의 내벽면은 튜브 15에 접촉하고 있다. 실린더부(53)의 외벽면에 돌기부가 설치되어 있다.
실린더부(53)는 실린더 가이드부(54)에 설치된 공간 내부에 회전가능하게 수용되어 있다. 실린더 가이드부(54)에는 에어 구동용의 파이프(29, 30)가 접속되어 있다. 에어 구동용의 파이프(29, 30)는, 실린더부(53)의 돌기부가 수용되는 공간에 실린더부(53)의 돌기부를 사이에 끼워 접속되어 있다.
본 실시예의 경우에는, 파이프 29에 에어를 보내고, 파이프 30을 대기개방하면, 실린더부(53)와 실린더 가이드부(54) 사이의 공간 51에 에어가 들어가, 실린더부(53)가 회전하여, 도 11과 같이 정지한다. 그 상태에서, 반대로 파이프 29를 대기개방으로 하고, 파이프 30에 에어를 보내면, 실린더부(53)가 반대 방향으로 회전하여, 도 12와 같이 정지한다. 실린더부(53)에는, 투광측과 수광측의 광 파이버(9, 10)와, 볼 렌즈(22, 23)가 설치되어 있으므로, 실린더부(53)의 회전과 함께, 튜브 15에의 측정 위치(32)가 이동한다.
도 13은 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 14, 도 15는 본 실시예의 측정부를 도시한 도면이다. 도 14는 측정부의 평면도, 도 15는 측정부의 측면도를 나타낸다. 본 실시예는, 도 1에 나타낸 실시예와 측정부(200)의 부분만이 다르고, 다른 부분은 도 1에 나타낸 실시예와 같다.
측정부(200)는, 측정 위치를 이동시키기 위한 이동기구를 구비하고, 도 15 에 기재된 X축과 Y축 방향으로 독립적으로 측정 위치를 이동할 수 있다. 부호 231이 측정 위치를 X축 이동하기 위한 스텝핑 모터 내장의 슬라이더이며, 부호 232가 측정 위치를 Y축 이동하기 위한 스텝핑 모터 내장의 슬라이더이다. 부호 201은 유리 셀(광 투과부)이며, 부호 202는, 유리 셀(201)을 고정하는 금속 프레임이다. 부호 203, 204는 유리 셀(201)과 튜브 14, 16과를 접속하는 조인트이다. 유리 셀(201)은, 조인트 203, 204에 의해 지면 상하 방향으로부터 눌러짐으로써, 유리 셀(201)과, 조인트(203, 204)의 씰을 이루어지고 있다.
유리 셀(201) 및 금속 프레임(202)을 사이에 끼워 일본어 ⊃자 형상의 이동기구부재(207)가 설치되어 있다. 이동기구부재(207)에는, 투광측 광 파이버(9)의 출사 단부면(9b)과 수광측 광 파이버(10)의 입사 단부면(10a)과 그것에 관계되는 렌즈(523, 525)가 부착되어 있다. 이동기구부재(207)는 슬라이더(231, 232)에 의해 X축, Y축으로 임의로 움직여, 유리 셀(201)에의 조사 위치를 바꿀 수 있다. 투광측 광 파이버(9)의 출사 단부면(9b)은, 이동기구부재(207)의 출사측 부분(522)에 접속되어 있다. 출사측 부분(522)에는, 볼록 렌즈 523이 설치되어 있어, 출사 단부면(9b)으로부터의 빛을 집광시켜, 유리 셀(201)에 조사한다. 그것을 통과한 빛은, 이동기구부재(207)의 수광측 부분(526)에 설치된 볼록 렌즈 525에 조사되어, 집광되어, 수광측 광 파이버(10)의 입사 단부면(10a)에 집광된다.
수광측 광 파이버(10)는, 도 13에 나타낸 것과 같이, 분광부(1)로 되돌아간다. 분광부(1)의 동작은 예 1과 동일하다. 측정부(200)에는, 측정 위치를 이동시키는 슬라이더(231, 232) 및 이동기구부재(207)가 있어, 측정 위치의 이동과 함께, 각 파장의 측정 데이터를 취득한다. 예를 들면, 유리 셀(201)의 형상은 폭 12.5mm, 높이 39.3mm, 두께 3.8mm이며, 액체가 들어가는 폭(이하에서는 셀 길이로 부른다)은 1.6mm이다. 측정하는 액체는, 예를 들면 암모니아와 과산화 수소와의 혼합액으로 매우 기포가 발생하기 쉬운 액체이다. 유리 셀(201) 내부에 기포가 부착되어 있으면, 기포가 부착되어 있는 개소의 빛이 기포에 의해 가로막히기 때문에, 흡광도가 높아진다. 기포가 없는 곳은, 셀 길이가 동일하고, 액체 농도도 급격한 변화는 없기 때문에, 투과광의 감쇠와 액체의 농도와, 광 통과 거리의 관계로서, 람베르트·베르의 법칙이 성립하여, 광 통과 거리(셀 길이가 일정하면, 투과 강도와 액체 농도(하기의 매질의 몰 농도에 해당)에 비례 관계가 성립하여, 빛의 투과 강도 계측으로부터, 그 액체의 농도를 구할 수 있기 때문이다.
람베르트·베르의 법칙
흡광도=-log10(I1/I0)=a·b·c
I0: 매질에의 빛의 입사강도
I1: 매질로부터의 빛의 투과 강도
a: 매질의 몰 흡광계수
b: 매질의 광 통과 거리
c: 매질의 몰 농도
이 관계식으로부터, 측정 위치가 X-Y축 평면에서 이동해도, a, b, c가 일정하면 얻어지는 흡광도는 일정하다. 그러나, 기포의 부착 개소에 들어가면, 그 개소의 빛이 기포에 의해 가로막히기 때문에, 흡광도가 이상하게 높아지고, X-Y축 평면에 있어서의 측정 위치의 이동의 전후 데이터와 비교함으로써, 기포의 영향을 판별할 수 있다. 이것은, 상기 실시예의 데이터와 기본적으로 동일하다. 흡광도가 이상하게 높아지는 이상 데이터를 제거하고 평균화 처리를 함으로써, 기포의 영향을 받지 않는 안정된 계측이 가능하게 된다. 얻어진 안정된 흡광도로부터, 암모니아 농도, 과산화 수소 농도를 구하는 방법은, 예를 들면 특허문헌 2에 상세히 설명되어 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 재료, 형상, 배치 등은 일례이며, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
1: 분광부
2, 200 측정부(측정 위치 이동기구)
3 데이터 처리부
9 투광측 광 파이버
10 수광측 광 파이버
14, 16튜브(송액관)
15 튜브(광 투과부)
31, 53 실린더부
32 측정 위치

Claims (15)

  1. 액체가 송액되는 송액관과,
    상기 송액관의 도중에 설치된 광 투과부와,
    상기 광 투과부에 측정광을 조사하는 투광부와,
    상기 광 투과부를 통과한 측정광을 수광하는 수광부와,
    상기 투광부 및 수광부를 이동가능하게 지지하는 지지부재와,
    상기 광 투과부에 빛이 조사되는 위치 및 상기 광 투과부를 통과한 빛을 상기 수광부에 의해 수광하는 위치인 측정 위치가 상기 광 투과부를 따라 이동하도록 상기 지지부재를 이동시키는 측정 위치 이동기구와,
    복수의 상기 측정 위치에서 상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 그들 복수의 상기 광 강도 데이터에 근거하여 상기 송액관을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비하고,
    상기 광 투과부는 튜브 형상의 것이고,
    상기 지지부재는, 상기 광 투과부의 주위를 덮도록 구성된 실린더부를 구비하고, 해당 실린더부는 상기 광 투과부의 튜브 축에 대해 평행하게 이동하도록 구성되어 있거나 또는 상기 광 투과부의 튜브의 원주 방향으로 회전하여 이동하도록 구성되어 있는 액체 농도계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하는 접촉부를 구비하고 있는 액체 농도계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 측정 위치 이동기구가 상기 측정 위치를 이동시키고 있는 동안에 간헐적으로 상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하는 액체 농도계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 복수의 측정 위치에 있어서의 상기 광 강도 데이터 중에서, 미리 정한 일정 범위를 초과한 이상 광 강도 데이터를 제거하는 액체 농도계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 위치 이동기구는, 에어 구동에 의한 액추에이터로 구성되어 있는 액체 농도계.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 측정 위치 이동기구는, 상기 지지부재의 일 부분 또는 전체 부분을 수용하는 공간과, 상기 지지부재를 사이에 끼워 상기 공간에 접속된 2개의 에어 구동용 파이프를 구비하고, 한쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부에 에어를 보내고, 다른 쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부의 에어를 배출하는 동작과 그 동작과 역동작을 반복하는 것에 의해 상기 공간 내에서 상기 지지부재의 일 부분 또는 전체 부분을 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 액체 농도계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 투광부는 일 단부면이 상기 광 투과부의 근방에 설치된 투광측 광 파이버를 구비하고, 상기 수광부는 일 단부면이 상기 광 투과부에 설치된 수광측 광 파이버를 구비하고, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 투광측 광 파이버의 일 단부면 및 상기 수광측 광 파이버의 일 단부면을 상기 광 투과부에 대해 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 액체 농도계.
  8. 액체가 송액되는 송액관과,
    상기 송액관의 도중에 설치된 광 투과부와,
    상기 광 투과부에 측정광을 조사하는 투광부와,
    상기 광 투과부를 통과한 측정광을 수광하는 수광부와,
    상기 투광부 및 수광부를 이동가능하게 지지하는 지지부재와,
    상기 광 투과부에 빛이 조사되는 위치 및 상기 광 투과부를 통과한 빛을 상기 수광부에 의해 수광하는 위치인 측정 위치가 상기 광 투과부를 따라 이동하도록 상기 지지부재를 이동시키는 측정 위치 이동기구와,
    상기 광 수광부가 수광한 광 강도 데이터를 취득하고, 상기 광 강도 데이터에 근거하여 상기 송액관을 흐르는 액체의 농도를 산출하는 데이터 처리부를 구비하고,
    상기 광 투과부는 튜브 형상의 것이고,
    상기 지지부재는 상기 광 투과부의 주위를 덮는 상기 광 투과부의 표면에 접촉하면서 이동하도록 구성되는 실린더부를 구비하고, 해당 실린더부는 상기 광 투과부의 튜브 축에 대해 평행하게 이동하도록 구성되어 있거나 또는 상기 광 투과부의 튜브의 원주 방향으로 회전하여 이동하도록 구성되어 있는 액체 농도계.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 측정 위치 이동기구는, 에어 구동에 의한 액추에이터로 구성되어 있는 액체 농도계.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 측정 위치 이동기구는, 상기 지지부재의 일 부분 또는 전체 부분을 수용하는 공간과, 상기 지지부재를 사이에 끼워 상기 공간에 접속된 2개의 에어 구동용 파이프를 구비하고, 한쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부에 에어를 보내고, 다른 쪽의 상기 에어 구동용 파이프로부터 상기 공간 내부의 에어를 배출하는 동작과 그 동작과 역동작을 반복하는 것에 의해 상기 공간 내에서 상기 지지부재의 일부분 또는 전체 부분을 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 액체 농도계.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 투광부는 일 단부면이 상기 광 투과부의 근방에 설치된 투광측 광 파이버를 구비하고, 상기 수광부는 일 단부면이 상기 광 투과부에 설치된 수광측 광 파이버를 구비하고, 상기 측정 위치 이동기구는, 상기 투광측 광 파이버의 일 단부면 및 상기 수광측 광 파이버의 일 단부면을 상기 광 투과부에 대해 이동시킴으로써 상기 측정 위치를 이동시키는 액체 농도계.
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  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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