JPH0344538A

JPH0344538A - 気泡測定装置

Info

Publication number: JPH0344538A
Application number: JP17990389A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kamiwano; 上和野　満雄
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1991-02-26

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】「産業上の利用分野」この発明は、特に固気液系の不透明な流体中における気
泡の分散状態を定量的に測定することが可能な気泡測定
装置に関する。

「従来の技術」撹拌槽内における気泡の流動状態、すなわち、気泡の移
動方向、移動速度、および気泡の形状の変化の進行状態
の蜆測が検討されている。気泡の流動状態を正確に観測
しようとする場合、気泡に接触しないようにして行うの
が望ましく、写真法［参考文献：Ｔａｋａｈａｓｈｉ　
Ｋ、　、　Ｗ、Ｊ、ＭｃＩｌａｎａｒｙ　ａｎｄ＾。

Ｗ、Ｎｉｅｎｏｗ；５ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎ
ｆ、ｏｎ　Ｍｉｘｉｎｇ、（１９８５）ｆｕｒｚｂｕｒ
ｇ］、光透過法［参考文献：Ｎａｇａｓｅ　Ｙ、、Ｉｌ
、Ｙａｓｕｉ、ｅｔ、ａｌ；Ｋａｇａｋｕ　Ｋｏｇａｋ
ｕ　Ｒｏｎｂｕｎｓｈｕ、７，５３２（１９８１）］と
いった光学的方法が用いられていた。

「発明が解決しようとする課題」ところで、固気液系の不透明な流体の場合、流体が光を
透過しないので、上述した光学的方法によって気泡を観
測することは不可能である。また、光の代わりに超音波
、磁力線、放射線等を用いる方法も検討されたが、不透
明な流体中における気泡の測定方法として、有効なもの
はなかった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、固気
液系の不透明な流体中における気泡の流動状態を定量的
に測定することができる気泡測定装置を提供することを
目的としている。

「課題を解決するための手段」この発明は、気泡を発生し、流体中に導入する気泡発生
手段と、複数の電極をそれらの端部が面状に配列するよ
うに配列してなり、前記流体中に配置される電極プロー
ブと、前記流体中に配置される共通ｉ極と、前記流体中
の気泡を前記電極プローブへ吸引する手段と、前記電極
プローブの各電極と前記共通電極との間に電圧を印加し
、各電極の電位を検出する検出手段とを具備し、前記検
出手段によって検出された各電極の電位に基づいて気泡
の位置および形状を演算するようにしたことを特徴とし
ている。

「作用」上記構成によれば、気泡発生手段によって発生された気
泡は、電極プローブへと吸引される。そして、気泡が電
極プローブを構成するある電極を包むと、当該電極と共
通電極との間の導電率が変化し、当該電極の電位が変化
する。そして、この電極の電位の変化に基づいて気泡の
位置および形状が演算される。

「実施例」以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例による気泡測定装置をパブ
フル付撹拌槽ｌに取り付けた場合の構成を示したもので
ある。まず、パブフル付撹拌槽ｌについて説明する。第
１図に示すように、バッフル付撹拌槽ｌ内はスラリー液
２で満たされており、このスラリー液２はモータ３によ
って回転駆動される撹拌用プロペラ４によって撹拌され
る。なお、モータ３が発生するトルクはトルク計５によ
り計測され、表示されるようになっている。また、バッ
フル６．６．・・・が撹拌槽側内壁に取り付けられてギ
５す、これらにより、スラリー液２の移動が妨害され、
撹拌が行われる。

次に本実施例における気泡測定装置について説明する。

第１図において、コンプレッサＩＩから出力される空気
は、運気量凋節ノくパブ１２を介して撹拌槽ｌの底に取
り付けられたノズル１３に送られ、撹拌槽ｌ内に気泡Ａ
ＩＲが出力されるようになっている。ここで、コンプレ
ッサ１１からノズル１３へ送る空気量は、運気量調節バ
ルブ１２によって調節される。また、通気量調節バルブ
１２から出力される空気圧とノズル１３付近の空気圧の
差圧が差圧計１４によって測定される。

撹拌槽ｌの上方には気泡検出プローブ１５が取り付けら
れており、気泡検出プローブ１５の電極部分はスラリー
液２内に没している。また、気泡検出プローブ１５は、
中空のペイプ１５ａを介して、吸引バルブ１６、真空タ
ンク１７および真空ポンプ１８からなる吸引装置に接続
される。このため、ノズル１３から撹拌槽ｌ内に導入さ
れた気泡ＡＩ３はスラリー族２が撹拌されるのに伴って
撹拌槽ｌ内を移動しつつ、徐々に気泡検出プローブ１５
へと吸引される。そして、気泡ＡＩＲは気泡電極プロー
ブ１５の電極部から内部へ吸引され、パイプ１５ａおよ
び気泡吸引バルブ１６を介し、真空タンク！７へ吸い込
まれる。

気泡検出プローブ１５は複数の電極を有している。なお
、・その詳細な構成については後述する。

また、撹拌槽ｌ内には共通電極１ｃが取り付けられてお
り、気泡検出プローブ１５を構成する各電極と共通電極
１ｃとの間に、負の電圧が印加される。そして、気泡検
出プローブに気泡ＡＩＲが付着すると、各電極の電位が
変動し、その７１ｉ（ｍ変動が信号処理回路＋９によっ
て検出され、検出信号がパーソナルコンピュータ２０へ
送られるようになっている。

ここで、第２図（ａ）〜（ｃ）を参照し、気泡検出プロ
ーブＩ５の構成を説明する。第２図（ａ）は第１図にお
ける気泡検出プローブ１５を正面から透視した透視図で
あり、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＩＩ線断面図であ
る。これらの図において、ｐ、Ｔ１、Ｕ□Ｔ＝、・・・
、　Ｕ　ＩＩＩ＋　Ｔ　＋＊は、フラットケーブルであ
り、各々平行に配列される。本実施例では、フラットケ
ーブルＵｉおよびＴｉ（ｉ＝１〜１６）として、６４芯
で心線間隔が０．６３５ｍ＋＋のちのを使用した。これ
らの端部■の拡大図を第２図（ｃ）に示す。

同図に示すように、フラットケーブルＵｉとＴｉとは、
その端部が斜め揃えられて切断されており、各ケーブル
の切断面からは各々６４本の心線が露出し、点電極Ｕｉ
ｊ（ｊ＝１〜６４）およびＴｉｊ（ｊ＝１〜６４）が形
成されている。そして、フラットケーブルＵｉ（ｉ＝　
１−１６）の各端部によって、電極マトリックスＵ　１
ｊ（ｉ＝　Ｉ　−１６、ｊ＝　１〜６４）が構成され、
フラットケーブルＴｉ（ｉ＝Ｉ〜１６）の各端部によっ
て、電極マトリックスＴ　１ｊ（ｉ＝　１〜＋　６　、
ｊ＝＝　１〜６４）が構成され、合計６４×１６Ｘ２＝
２０４８個の電極が実現される。なお、フラットケーブ
ルＵｉとＴｉとの間隔Ａは０　、７　ｍ（フラットケー
ブルＴｉとその隣のフラットケーブルＵｉ＋１との間隔
日は１．！１とし、電極Ｕｉｊと電１＆’ｒｉｊとの間
にはＣ＝０．５ｍｍの高低差を設けた。

第３図は第１図における信号処理回路１９の構成を示す
ブロック図である。気泡検出プローブ１５における電極
Ｕ　１ｊ（ｉ＝　１−１６　、ｊ＝　１〜６４）および
Ｔ　１ｊ（ｉ＝　１−１６　、ｊ＝　１〜６４）の電位
は、各々フラットケーブルＵｉ（ｉ＝１〜１６）および
Ｔｉ（ｉ−１〜１６）を介してマルチプレクサ１９１に
入力される。そして、各電極の電位は、順次、マルチプ
レクサ１９１によって選択されてコンパレータ１９２に
送られ、２値データに変換されてラッチ１９３の各電極
に対応した記憶領域に書き込まれる。一方、ラッチ１９
３の各記憶領域の記憶データはデータセレクタ１９４に
よって順次選択され、インターフェイス回路！９５を介
してパーソナルコンピュータ２０に送られ、パーソナル
コンピユータ２０内部のＲＡＭに記憶される。本信号処
理回路１９の場合、例えば、ある電極Ｕｉｊの２値デー
タをラッチ１９３の第２の記憶領域に書き込む時には、
これと並行し、その直前に第１の記憶領域に書き込まれ
た別の電極Ｕｉｊ−１の２値データを読み出し−でパー
ソナルコンピュータ２０に送るように、マルチプレクサ
１９１＄よびデータセレクタ１９５の切換制御、ラッチ
■９３の書込制御が、インターフェース回路１９５によ
って行われる。従って、気泡検出プローブＩ５の各電極
の走査と、マイクロコンピュータ２０への２値データ転
送とを、並列実行することができ、信号処理を高速に行
うことができる。本実施例の気泡測定装置では、電極Ｕ
ｉｊ（ｉ＝Ｉ〜Ｉ　６　、ｊ＝　Ｉ〜６４）あるいは電
極Ｔｉｊ（ｉ＝　Ｉ　〜＋　６　、ｊ＝　Ｉ　〜６４　
）の一方の各出力信号を１画面分の電極信号として選択
し、それら１０２４本分の電極信号を２５６本単位で同
時測定し、パーソナルコンピュータ２０内のＲＡＭに記
憶するようにしており、１回の測定で５００画面を得る
ことができ、２．０９ｍ５／画面の高速画面切換を行う
ことができる。

以下、本実施例の動作を説明する。ノズル１３（第１図
）から出力された気泡ＡＩＲが気泡検出プローブ１５の
方向に吸引され、第２図（ａ）に示すように気泡検出プ
ローブ１５に付着したとする。

この場合、気泡検出プローブ１５を構成する電極ＬＪ　
１ｊ（ｉ＝　Ｉ〜１６　ｊ＝　Ｉ〜６４）およびＴ　１
ｊ（ｉ＝１〜１６　、ｊ＝＝　１〜６４）の内、気泡Ａ
ＩＲ内にあるものは、共通電極１ｃとの間の導電路の導
電率が下がるため、電極の電位が低くなる。これに対し
、気泡ＡＩＨの外にあってスラリー液２と接している電
極と、共通電極１ｃとの間の導電路の導電率は低いため
、気泡ＡＩＨの外にある電極の電位は高くなる。第４図
は、各電極の電位の分布を例示したものである。そして
、気泡検出プローブＩ５の各電極Ｕ　１ｊ（ｉ＝　１−
１６　＋ｊ＝　１〜６４）およびＴ　１ｊ（ｉ−１〜Ｉ
　６　、ｊ＝　１〜６４）の各電位は、上述したように
、信号処理回路１９のコンパレータ！９２によって２値
データに変換される。すなわち、この２値データは、各
電極が気泡ＡＩＲ内にあるか否かを示しており、この２
値データは順次パーソナルコンピュータ２０に送られる
。

パーソナルコンピュータ２０では、信号処理回路１９か
ら順次送られてくる２値データに基づき、各電極Ｕ　１
ｊ（ｉ＝　１−１６　＋ｊ＝　Ｉ〜６４）およびＴｉｊ
（ｉ＝　Ｉ−１６，ｊ＝　Ｉ〜６４）における気泡ＡＩ
Ｈの有無が判断され、気泡の分布が求められる。そして
、各時点における気泡の分布を表示装置２１に表示する
。第５図は、ＣａＣ０３（平均粒径６．２４μｌｌ＋）
を水に５ｖｏ１％懸濁した肢を撹拌槽１に満たし、本気
泡測定装置によって気泡の分布の測定を行った結果を示
したものである。同図には、ある時刻から各々時間ｔ＝
　８．３６ｍ５．ＩＱ、４５ｍ５，１２．５４ＩＩｓ、
１４゜６３ｍ５経過した時点において、電極マトリック
スＵｉｊ（ｉ＝　Ｉ〜Ｉ　６　、ｊ−１〜６４）および
Ｔ　１ｊ（ｉ＝　１〜１６　、ｊ＝　ｌ〜６４）の各々
によって検出された気泡の分布状態が例示されており、
図中、黒くド：ト表示された箇所が気泡の検出された位
置を示している。

次に本気泡測定装置を用いた気泡ＡＩＨの立体形状の認
識方法を第６図を参魚して説明する。まず、ある時刻に
、気泡Ａｌ１１が気泡検出プローブ１５に付着すると、
電極Ｕ　１ｊ（ｉ＝　１〜１６　、ｊ＝　１〜６４）お
よびＴ　１ｊ（ｉ＝　ｌ〜Ｉ　６　、ｊ＝　１〜６４）
の電位がサンプリングされ、気泡ＡＩＲ内にある電極が
検出され、気泡ＡＩＲの上部の断面形状が認識され、そ
の断面席Ｓ１が求められる。その律、気泡ＡＩＲは気泡
検出プローブ１５内部へ吸引される。そして、次のサン
プリングタイミングになると、上述と同様の手順により
、気泡ＡＩＨにおける前回サンプリングされた断面より
下の部分の断面形状が認識され、その面積Ｓ、が演算さ
れる。

以下、Ｓ、、Ｓ、、・・・という具合に、気泡ＡＩＲの
各断面形状の認識および面積の演算か行われる。

吸引は一定の速度で行われるので、気泡ＡＩＲは一定の
速度で気泡検出プローブ１５を通過する。

そして、この通過速度は実験的に求められる。従って、
サンプリングから次のサンプリングが行われるまでの間
に、気泡ＡＩＲが移動する距離△ｈ、。

△ｈｔ、・・・が、気泡ＡｒＲの通過速度とサンプリン
グ周期の積として求められる。そして、上述のように各
サンプリングタイミングにおいて認識された気泡ＡＩＨ
の断面形状と、気泡Ａ［Ｈの移動距離の計算値とに基づ
いて、気泡ＡＩＲの立体形状が認識され、表示装置２１
に表示される。

また、気泡ＡＩｒＬの各断面の面積Ｓ　１（ｉ＝　Ｉ　
−ｎ）と、各サンプリングタイミング間における気泡Ａ
ＩＲの移動距離△ｈｉ（ｉ＝　１−ｎ）とから、下記式
（１）により気泡ＡＩＨの体積Ｖが演算される。

Ｖ−Σ　Ｓｉ　　△ｈｉ　　　　　・・・・・・（１）
＋＝１そして、下記式（２）に従って、上記体積Ｖから気泡Ａ
ＩＨの球相当径Ｄｂが演算される。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、気泡を発生し
、流体中に導入する気泡発生手段と、複数の電極をそれ
らの端部が面状になるように配列してなり、前記流体中
に配置される電極プローブと、前記流体中に配置される
共通電極と、前記流体中の気泡を前記電極プローブへ吸
引する手段と、前記電極プローブの各電極と前記共通電
極との間に電圧を印加し、各電極の電位を検出する検出
手段とを具備し、前記検出手段によって検出された各電
極の電位に基づいて気泡の位置および形状を演算するよ
うにしたので、固気液系の不透明な流体中の気泡の流動
状聾を定量的に測定することができるという効果か得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による気泡ｘｔｒ＋定装置
の構成を示すブロック図、第２図は同実施例における気
泡検出プローブ■５の構成を示す図であり、第２図（ａ
）は正面からの透視図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の
Ｉ−１線断面図、第２図（ｃ）はフラットケーブルＵｉ
、Ｔｉの端部■の拡大図、第３図は同実施例における信
号処理回路１９の層成を示すブロック図、第４図は同実
施例における気泡検出プローブ１５の各Ｎ極の電位を例
示した図、第５図は同実施例による気泡の分布の測定結
果を示す図、第６図は同実施例における気泡の立体形状
の認識方法を説明する図である。１５・・・・・・気泡検出プローブ、■・・・・・・バ
ッフル１寸撹拌槽、１３・・・・・・ノズル、１１　・
・・・・コンプレッサ、１７・・・・・・真空タンク、
１８・・・・・・真空ポンプ、１９・・・・・信号処理
回路、２０・・・・・・パーソナルコンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】　気泡を発生し、流体中に導入する気泡発生手段と、複数の電極をそれらの端部が面状になるように配列して
なり、前記流体中に配置される電極プローブと、前記流体中に配置される共通電極と、前記流体中の気泡を前記電極プローブへ吸引する手段と
、前記電極プローブの各電極と前記共通電極との間に電圧
を印加し、各電極の電位を検出する検出手段とを具備し、前記検出手段によって検出された各電極の電
位に基づいて気泡の位置および形状を演算するようにし
たことを特徴とする気泡測定装置。