JPS5897645A - 液体中の粒子濃度測定装置 - 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】 本発明は導管中を流れる液体中の粒子濃度測定装置に関
し、特にｖ壁に液体に接触した状態で配置された測定プ
ローブを匍えた液体中の粒子濃度測定装置に関する。

実値的に静止した液体中の粒子濃度を測定するには、例
えば都市廃水や産業廃水の浄化に関連して、スウェーデ
ン特許第３８２１１６号にみられるようなパルス赤外線
を利用した測光法を用いることが知られている。

この先行技術の方法には、それ自体の過用限界がるり、
本来それは実質的に一定の温度の静止状線の液体に適用
しうるものである・。濃度の変動がめる場合、この方法
では、測定値にかなりの誤差を生じる。さらに、少時間
使用しただけでもプローブを掃除して付着粒子を除去す
る必要がめシ、また例えば七μローヌ産業のパルプコン
ベヤーなどで送られる液体のような流動液体中の粒子測
定にこの方法を用いるためには、装置のかなりな質吏補
足を要するという難点１１ｖある。

これらの欠点は、本願の特許Ｉｌｌ末の範囲第１項の待
微部に記載したような装置構成を採用することにより、
これを解決することができる。

すなわち本発明の構成によれば、従来用いられているよ
うな測定プローブを用いて、管中を送られる粒子含有液
体について十分に測定を行なうことができる。これまで
当業者の闇では、赤外線プローブを用いて、例えば移動
中の製紙用バルブ中のファイバー濃度を測定することは
不可能であるか、ないしは少くともプロー１を絶えずク
リ一二ンクする必要があると考えられていた。しかし、
この考え方は、本発明によって完全に打破されるところ
となった。すなわち管又は導管の断面を変えることによ
り、液に面したプローブ表面を自動的に清浄に保つこと
ができ偽。

また本発明に従った装置では、グローブを電子回路に接
続し、この回路をさらに、液体を送る萱又は導管と熱伝
導４接触する参照測定手段を有する参照装置に接続して
いるので、従来解決困難とされていた、前記タイプの液
の測定回路の不安定性に関する問題を防止することがで
きる。前記の参照装置は、測定領域の構成に関連した機
能を有ム液を送る管とプローブとを囲むケーシングに収
容されている。

本弁明に従った測定装置は、製造加工麺業のはか、上水
道や下水道系での使用に適している。本装置は正確な濃
度測定を意図したものでめｐｌ例えｌ′ｉ製紙・七ｐロ
ース産業では、加圧式スクリーンや渦流式クリーナーの
前段階での測定、抄紙機のへソドホックスに送られる前
の紙料に関しての測定、めるいは稀釈やファイバー回収
のための白水の測定等に効果的に用いることができる。

また、水道や下水の分舒では、スフッシ含有量や濁度の
測定、ま九例えば遠心分離脱水機その他の機械的脱水装
置からの排水中の懸濁物質含有蓄の測定◆に本装置を使
用することができる。

この測定の原理は、粒子が光を吸収反射する能力を基礎
としたものである。

最大限の融通性を得る丸め、電子回路の一部を変換器に
取付けた。測定は、測定距離２０＋ｗにわたって赤外線
で行う、赤外線は非常に短いパルスで送られるが、非常
に大きな光度を有しており、これは赤外線を極めて短い
パルスで、パルス間隔を擾くして発振することにより得
られる。光７ｆが非常に大きいので、電子回路に組込ん
だ増幅器を動作させるだけで種々異なった測定範囲を利
用できるという利点が得られる。赤外線ダイオードから
得られる光は温度に大きく左右されるので、これは変換
器に組込まれた別の参照糸を介して補償される。また、
これによって他の部分におけるドリフトや、ランダム入
射光が補償される。

変換器からの測定信号はバ１ｖ７−から成り、その倣輻
は濃度に比例する。このパルスは、サンプリング−保持
回路で直流電圧に変換して、同時に積分時間に接続する
ことができる。この積分時間は、その測定値に関する一
定比率と、濃度の大きな変動を抑制するための調整比率
とを有している。

サンプリング・保持回路のあと、信号社直接又は対数増
幅器を介して最高鍛低設定装置へ送られる。出力段階の
増幅は、スイッチにより変更することができる。ディジ
タ／Ｉ／測定値指示計は、選択された出力信号の如何に
かかわらず、０〜ｉｏｏ＊の選択範囲を表示する。

以Ｆ１本発明−の実施例について、添付図面に基ついて
詳細に説明する。

本発明に従った測定装置Ｆｉ変換器（１）を備え、第１
図および第２図の好適実施例！は、この変換器（１）Ｆ
ｉ測定対象の粒子含有液体を送る測定管（２）を有しで
いる。測定ｔ　（２）には、導管（図示せず）に連結す
る丸めの接続手段（３）　（４）が設けられている。測
定銅板では、測定管（２）の断面をその形状において異
ならせているが、その断面積においては同じであるのが
好ましい。従って、好適実施例における測定管（２）の
横断面は、第１図にみられるように１接続部（３）　（
４）では通常が円形を呈し、これが実質的に矩形断面（
５）へと形状変化している。この円形から矩形断面への
移行は連続的であシ、この形状変化を得るには幾つかの
方法があるが、最も簡単には円形の管を圧動することに
よって得られる。

測定管（２）の矩形断面部（５）内の対向ＭＩ！（８）
　（７）には、測定プローブ（８，９）を取付けるため
の開口が設けられている。プローブ（８，９）は管壁（
６）　（７）の開口を完全に増め、送られる液に対面す
るそのプローブ面叫０υは管壁（６）（７）の内面とは
埋同じ平面にある。

矩彩管断面部（５）とプローブ（８，９）を含む測定領
域をケーシング（ロ）が包囲している。このケーシング
亜は、好ましくは円筒状で、測定ｖ（２）の軸線および
プローブ（８，９）の形成する軸線に垂直万両に伸張す
る軸線を有している。ケーシング（６）には、プローブ
’（８，９）の挿入・検査用の開口が設けられている。

振触子は、図示のようにケーシング（２）の外へ突出さ
せてよい。

ケーシング＠は更に参照装置（１３，１４）を取囲んで
あ・９、参照装置（１３，１４）はプローブ（８，９）
　Ｋ対Ｅした測定手段を有しているが、プローブ（８，
９）のように液の測定は行わず、ケーシング内の無障害
径路を測定する。参照装置（１３，１４）は測定管（２
）と熱伝導接触し、測定管（２）の下（第２図に示すよ
うに）、又は所望によっては測定管（２）の上に取付け
られる。

ケーシング（６）はまた、プローブ（８，９）と参照装
［（１３，１４）から得た信号を処理する電子回路の少
くとも一部を取囲んでいる。本発明において、プローブ
ならびに参照装置は、赤外線タイプ以外のもの、例えば
同視光線又は超音波で動作するものでも使用できりＡこ
とはないが、赤外線タイプのものを用いるのが有利であ
る。第３−を養護しながら以下に電子回路の好ましい実
施例を述べる。

第３図のブロック図かられかるように、探触子（６）　
（９）と参照装置−（へ）（ロ）は、共に赤外線装置を
匍えている。これには、特に赤外線ダイオードの使用が
好適である。ま九、プローブのエミッター（８）は、参
照装置のエミッター（６）と共通のものとして図示しで
ある。従って、ダイオ−ｉ−”（８，１３）は、測定距
離（至）ならびに養魚距離（２）、たとえば、タイオー
ド（８，１３）に接続する光ファイバーから発する異な
っ九光線進路梼および改）に対する共通エミッターとし
て用いることができる。別の実際的な方法としては、２
つの全く同じ赤外線ダイオード（８）（至）を直列に接
続して、測定距＃ｌ（至）のエミ　ターと参照距＠（Ｒ
１のエミッターとに構成することもできる。

グローブの検知器（９）は、参照装置の検知器−と同様
、別個のフォトダイオードである。これらの７オトダイ
オードは、共に同じダイズのものであり、全く同じ構成
の温度補償回路（１５−１８）と（１９−２２）により
相互に接続されている。従って、フォトダイオード（９
）（ロ）の出力は、保持回路叫（ホ）を通じて積分器ａ
′り（２）に出力を供給する増幅器（へ）α９に接続さ
れている。積分信号は抵抗器（至）（２）を介して増幅
器（ト）ａすの入力にフィードバックされる。ダイオー
ドは相対的に温度に依存するが、補償回路（１５−１８
）、（１９−２２）がこれを安定化させる機能を行うの
で、増幅ｋ　Ｑｌ　Ｑｌｌからの出力信号レベルは、検
出器（９）（ロ）周辺で生じる温度変動、例えば、粒子
濃度の測定対象である液体中や、無障害参照径路の空気
中や、参照装置と熱接触する管中の温度変動にかかわら
ず、一定に保たれる。安定化機能は、また検出器（９３
Ｃ１４に入射するランダム光についても、これらの補償
回路（１５−１８）、（１９−２２）で遂行される。従
って、検出器（９劃尋からの緩かな各出力信号の変化は
補整され、増幅器（ト）Ｑｌの出力に関して安定した参
照レベルか得られる。

測定信号と参照信号を与えるために配置され友イ８゛号
エミッター（８，１３）ｔ；ｊ、発振器（ホ）から入力
する。

この発振器は比較的長い間隔をあけて非常に短時間のパ
ルス信号（Ｓｌを発生する。このため、赤外線タイオー
ド（８，１３）が自己加熱による損傷を生じることなく
、非常に高い光度を得ることができる。

エミッター（８，１３）も同じ様にダイオードから成る
ので、共に温度変化に敏感である。この温度変化は、比
較器−と積分器に）と増幅器（ホ）とから成る回路（２
４−２６）によシ補償される。比較器−は発振器−から
パルス信号（Ｓ）を、そして参照装置の増幅器（へ）か
ら出力信号（Ｓ２）を受ける。この出力信号（Ｓ□）も
パルス信号であシ、エミッター（８，１３）から参照距
離（２）を経て送られた光パルスの大きさに応じて変動
する。エミッター（８，１３）から送られる光パルスの
大きさは、比較器−と増幅器（ホ）により調整されるも
ので、バ〃スｇＩ号（Ｓ）と（Ｓ、）は同じ大きさのも
のとなる。かくして、エミッタ＝（８，１３）での温度
変化にかかわらず一定の値をもった光パルスが得られる
。エミッターが前述のように２つのダイオード（８）（
至）を有していても、ダイオード（８）とダイオ−トロ
は直列に電気接続し、同じペースに撮櫨的接続していて
、同じ温度変化の影響を受けるため、ダイオード（８′
Ｔとダイオード（２）からそれぞれ得られる光パルスは
一定の伽のものである。

エミッター（８，１３）から送られる一定の値の光パル
スは、また、測定距＃Ｉ（Ｍを通過した後、すなわち粒
子を含んだ液体中を通過した後、検知器（９）により捕
捉される。粒子濃度は変動があるので、検知器（９）が
捕捉した光パルスも粒子の光吸収性のために変動する。

従って、検知器（９）の増幅器Ｑ場の出力色号（Ｓ、）
は、液中の粒子濃度に応じて変動する。

検知器（９）ＣＡ４の温度補償回路（１５−１８）（１
９−２２）が有効ｉｉ１ｊ−（ｓｍ）（ｓＭ）によって
影善されないようにするため、温度補償回路（１５−１
８）（１９−２２）のそれぞれのｊＩＩ４輪器Ｏｆ？（
６）と積分器助（２）との間に保゛持回路αＱ四が接続
されている。保持回路（至）（１）は発振器−からの出
力信号（Ｓｌにより制御されるため、有効信号（ＳＲ）
（Ｓ、）は、それが保持回路（ト）−で発生するとアー
スされるようになっている。有効信号（Ｓｌ、ＳＭ）を
増幅器四Ｏりの入力にフィードバック接続しない坤由は
、温度補償回路（１５−１８）（１９−２２）の機能が
軟憧なためである。

かくて、検知器（９）に関連する増幅器四の出力から取
出された有効信号（ＳＭ）は、管（２）を通る液中の粒
子濃度の正確な尺度となる（第２図参照ン。従って、こ
の信Ｊｐｊ（ＳＭ）は、種々の工程において種々異なっ
た目的に利用することができる。

測定の目的のみならず、他の用途においても、バμス出
力信号（Ｓ工）の代シに円滑に進行する出力信号を得る
ことが望ましい場合がある。デの場合には、発＠器（２
）の信号（Ｓｌによりで制御されるサン　、プリング・
保持回路■に出力信号（Ｓ、）を送ることによシ、対数
的変動−号（Ｓｌ、ｇ）が得られる。また線形型変動信
号（Ｓｌ　ｉｎ）を得たい場合には、サンプリンク・保
持回路（財）から得た信ｖ（Ｓ、ｏｇ）を対数増幅器（
２）に供給する。スイッチ（２）を用いて、メーター（
７）に信号（Ｓｌｏｇ）又は信号（Ｓｌｉｎ）を選択的
に供給することかできる。

サンプリング・保持回路四としては電界効果トフンジヌ
ター（ＦＥＴ）　ｌ用いることができ、またメーターに
）はディジタル指示計を用いることができる。また、検
知！　（９）の増幅器からの出力信号を異なった抵抗器
■を介して選択的にその入力側にフィードバック接続さ
せて、異なった測定範囲（１）−（ＷＩを得るようにす
ることができる。例えば、４つの異なった測定範囲を設
けることができる。第４図には、測定範囲を対数信号（
Ｓ　ｌ　ｏｇ　）とそれに対応する線形信号（Ｓｌ　ｉ
ｎ）とについてどのように置換できるかをグラフで示し
た。図中、範囲（１）は最高抵抗愉をＪｗ４１＃ｌ器（
至）のフィードバックルーフ゛に連関すせたものを示し
、範囲（ｍは出力９１号（Ｓ工）を増幅器（１１の入力
端に直接帰遣させたものを示す。

以上の説明から明らかなように、ここでは本発明の好適
な一実施例を示したのみであって、本発明の概念に反す
ることなく、これを種々に変更することができるもので
ある。例えば、測定管（２）の測定領域の断面を矩形以
外の形状に変更することができるし、またこれを導管の
断面積よシ大きいものとすることも可能である。さらに
また、測定ｖ（２）のＷ「向き拡大させた上で挿入物を
配設した択あるいは管争に工夫を施こすことによっても
１１ｒ面積を変えることが可能で、これにより液体流れ
に量化を与えることができる。測定プローブと参照装置
については、既に述べたように、赤外線の使用のみに限
定されるものではない。赤外線装置の電子回路も、本発
明の概念を逸脱′することなく種々に変更可能である。

例えば、回路に、各グラフの一部、たとえば全測定範囲
の６０〜７ｏ鳴の区間を検討するためのスイッチ手段を
設けることができる。丈に又、メーター（７）で安定な
表示を得るため、積分時間を設定する制一手段を導入す
ることも可能でるる。

以上述べたように本発明の測定装置によれば、しかも従
来のように頗繁に１０−プを沈降する必要がないので、
その産業上の意義は非常に大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の測定装置を液体の流れる方
向の上流側からみた正ｄＩｊ図、第２図は第１図の線ト
扁断面図、第３図は測定装置のエミッターおよび検知器
を測定値ユニットに接続する好適電子回路を示すブロッ
ク図、第４図は選択変換可能な各８１測定範囲を例示し
たグラフ図である。 （２）・・・測定管、（５）・・・矩形断面、（６）　
（７）・・・管壁、（８，９）・・・測定プローブ、（
８）・・・測定１０−ブのエミッター、（９）・・・測
定プローブの検知器、（１１ｊ０２１・・・ブロー１面
、ｕ４・・・ケーシング、（１３，１４）・・・参照装
置、（至）・・・測定プローブの検知器、（ロ）・・・
参照装置の検知器、（１５−１８）・・・測定１０−プ
の温度補償回路、（１９−２２）・・・参照装置の温度
補償回路、（２４−２６）・・・パワー増幅回路、ａａ
ａｅｃ劃・・増幅器、ＱＩｇＱ・・・保持回路、Ｑ′Ｉ
）ａｌ）（ホ）・・・積分器、翰・・・発振器、（ハ）
・・・比較器、に）・・・サンプリング・保持回路、（
至）・・・対数増幅器、（７）・・・メーター、６ｖ・
・・抵抗器、（′ｈ４・・・測定距離、＠１・・・参照
距離、ＩｓＩ・・・発振器からのパルス信号、（Ｓ、）
・・・測定信号、（Ｓｌ）・＄照悟号、（Ｓｌｏｇ）−
・・対数的ｆｖＪ信号、（Ｓｌｉｎ）・・・線形梨変動
信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　各々エミッターと検知器とから成る測定プローブ
   と参照装置とを備え、測定管内を通る液体中の粒子Ｓ度
   を測定する測定装置であって、測定プローブのエミッタ
   ーと検知器とが測定管を流れる液体の両側で細心が相互
   に一致するように配設され、参照装置のエミッターと検
   知器とが液体が存在しない参照径路の両側に配設された
   ことを特徴とする液体中の粒子濃度測定装置。 ２　前記測定プローブと参照装置とのエミッター及び検
   知器が赤外線タイプのものであって、測定プローブと参
   照装置とのエミッターが共連のソースから送られる比較
   的パルス間隔の艮い短いパルスを受けるようになってお
   り、参照装置が′Ｉ！Ａ度補償機能を備えた電子回路に
   組込まれていることを特徴とする特許請求の範囲＄１項
   に記載の測定装置。 λ　前記測定７゛ローフ′が取付けられた位置における
   測定管の１ＩＩＴ面がその形状及び／又は寸法において
   測定グロー１前後における測定管の断面と異なっている
   ことを特徴とする特ｉｓ求の範囲第１項に記載の測定装
   置。 ４　前記測定プローブが取付けられている位置における
   測定管の断面は実質的に四角形状で、測定プローグ前後
   における測定管の断面が実質的に断定一の流域面積を有
   した内形状に形成されてお９、測定管が測定プローグの
   位置において測定グローブ及び参照装置を包むためのケ
   ーシングに取囲まれておシ、参照装置のエミッターと検
   知器とが相互の細心が一致した状態で測定管に熱伝導接
   触するように配設されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の測定装置
   。 ５、　前記鉤定プローブと参照装置とのエミッターが、
   粒子を含む液体を通しての測定プロー→ザ琶賛Ｊ釦１４
   してｎ フの検知器の励起及び液の存在しない、参照装置の検知
   の励起をするように適合された共通の装置であることを
   特徴とする特許ｌｌ求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載の測定装置。 ６、　前記測定プローブと参照装置との各検知器が、増
   幅器及び積分器を含みフィードバック□接続された温度
   補償回路に接続されておシ、該温度補償回路はパルスソ
   ースから信号を受ける保持回路を有していて検知器から
   の測定信号を制御するようにしたこと管特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の測定
   装置。 ７、前記パルスソースが、パワー増幅回路を通じて測定
   プローブと参照装置とのエミッターにパルスエネルギー
   を供給するようにしてめシ、このパワー増幅回路は、前
   記ソースから送られるパルスエネルギーと、参照装置の
   検知器で発生されて参照装置に関連する温度補償回路で
   増幅された後に送られてくるパルスエネルギーとを比較
   するように適合された比較器を備えており、この比ｅ＃
   ｓの出力信号が、積分及び増幅された後に測定グローブ
   と参ＷＡ装置とのエミッターに送られるようにされてお
   り、測定プローブの検知器が該プローブに関連する温度
   補償回路の増幅器に接続されており、濃度を示す測定信
   号が該増幅器から出力されるようＫしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の測定装置。 ＆　前記測定プローブに関連する温度補償回路に含まれ
   測定プローブの検知器に＆ｉ−続された増幅器からの測
   定信号が、前記ソースに接続された制御入力端を有する
   サンプリング・保持回路に供給されるように適合されて
   おり、該サンプリング・保持回路から得られる測定値が
   粒子濃度に対して対数的に変化するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第７項に記載の測定装置。 α　前記サンプリング・保持回路に、接続可能な対数増
   幅回路を設けて、粒子濃度に応じて線形に変化する値を
   得るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第８項
   に記載の測定装置。 ｌ（）、前記測定プローブの検知器のための温度補償回
   路に含まれる増幅器が異なったループ径路を愉えておシ
   、これらに接続することにより異なった粒子濃度のため
   に測定範囲を分割するようにしたことを特徴とする特許
   ＊氷の範囲第６項ないし第９項のいずれかに記載の測定
   装置１８