JPS6165140A - 光学式測定装置 - 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】 生！−二杜皿宏駈 本発明は光透過体の入光界面を被測定流体と接触させ、
入射光を光透過体から入光界面に入射し、該入射光のう
ち入光界面から光透過体中に反射する反射光の光量を測
定することにより、種類、状態、屈折率、濃度、比重な
どの被θり定流体の性質を測定する光学式測定装置の改
良に関するものであり、その目的とするところは極めて
耐久性に冨み、かつ長寿命の装置を提供することにある
。

従来至孜血 従来、例えば特開昭５２−６７６８１号公報に示される
ごと（、光透過体の被測定流体と接する入光界面への入
射光を照射する光源と、入射光のうち入光界面から光透
過体中に反射する反射光を受光し、その受光光量に対応
した電気信号を形成する感光素子とを備えた光学式測定
装置が提案されている。

そして従来のこの種の装置では、その光源および感光素
子を収納する容器の材質として塩化ビニール、ＡＢＳま
たはアクリル等の樹脂が採用され、他方、光透過体の材
質としてハイコールと通称される光学用ガラスが採用さ
れていた日がｌしようと　る。−占 しかしながらこうした従来の装置では、例えば鉛蓄電池
の寿命試験のため、長期間、硫酸電解液の比重を測定す
るのに用いた場合、徐々にその特性が変化する欠点があ
り、そのため一定期間ごとの補正が必要とされてきた。

この特性変化の原因は長い間解明されずにきたが、最近
に至ってそれは容器と光透過体との構成材の熱膨張係数
が異なるため、試験時における４０〜６０　’ｃの温度
変化により光源、感光素子と光透過体との相対的な位置
が変化するためであるということがつきとめられた。

すなわち第１表に示されるごとく、塩化ビニール、ＡＢ
Ｓ、アクリル等の樹脂はガラスに比較して非常に大きな
熱膨張係数を有する。　そしてこうした材料同士を接着
した場合、温度変化により、ガラスのごとき高硬度材は
内部歪を起こし、また樹脂のごとき軟質可塑材は変形を
起こす。　よって従来の装置において計測時に温度変化
が生じた場合、特に樹脂の軟化点を越えた温度変化が生
じた場合、主に樹脂の変形により入射光や反射光の形成
する光路にズレが生しることになる。

第１表 計算によれば光路の角度が１°変化すると、感光素子の
受光量に３．８％の変化が発生することが知られている
。　算出の基礎は１式のごとくである。

一−−−−−−−−−−−ｉ式 Ｌｐ：感光素子の受光光量 し０　；光源の光量 α　；入光界面への入射角 β　：被δ、り定流体への屈折角 掴］流工風火−を擾？、−Ｖ慕γ弘段 本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、光透過
体の被測定流体と接する入光界面への入射光を照射する
光源と、入射光のうち入光界面から光透過体中に反射す
る反射光を受光し、その受光光量に対応した電気信号を
形成する感光素子とを備えた光学式測定装置において、
光源および感光素子を収納し、かつその下部が光透過体
上部と接着される容器と、光透過体とがその体膨張係数
の差でｌ０ＸＩＯ−６℃−１以内の材質から構成されて
いることを特徴とするものである。

作凪 すなわち本発明によれば、光源や感光素子の容器と、光
透過体との体膨張係数の差が小さいので、光源、感光素
子と光透過体との相対的な位置の変化を少なくすること
ができ、よって入射光や反射光の形成する光路のズレが
少なくなるので、定期的な補正等の不必要な、耐久性に
富み、かつ長寿命な装置を提供することができる。

実１１法上 第２表のＡ−Ｅに示されるごとき材質を用い第１〜第２
図に示される構造の、本発明による光学式測定装置を試
作したものと、第２表のＦに示されるごとき材質を用い
第３〜第４図に示される構造の、従来の光学式測定装置
とを、濃度４０％の硫酸中にて４０℃と６０℃との温度
を１２時間毎に繰り返すヒートサイクルテストを行い、
一定期間毎に感光素子の受光光量の変化の様子を調査し
た。この時の当初の感光素子の受光光量を１００とした
受光光量の経時変化の割合を第５図に示す。

第２表 なお第１〜第２図の本発明による装置において、］は発
光ダイオードよりなる光源、２は感光素子であり、この
両者は固定具３において同一方向を向いて平行に配置さ
れている。　　４はその上部が円柱状に形成された光透
過体であり、下部には被測定流体と接する入光界面５と
、これと直角方向に形成された全反射面６とを備えてい
る。　固定具３はガラスリング７を介して光透過体４に
接着されている。　また８は容器であり、光＃ｉ１およ
び感光素子２を収納しており、その下部が光透過体４上
部と接着されている。すなわち該容器８の下部は円筒伏
になっており、該下部が円柱状の光透過体４上邪に環装
され、接着されている。

本構造において、光源１から照射された入射光は、全反
射面６で全反射され、入光界面５に至る。　該入光界面
５で入射光は被測定流体に入光する屈折光と、光透過体
４に反射される反射光に分かれ名。　この割合は入射光
の入射角を通りに定めることにより、　光透過体４の屈
折率と被測定流体の屈折率とにより、一義的に定まる。

　該反射光は光透過体４中を透過して感光素子２に至り
、該感光素子２ではその受光光量に対応した電気信号が
形成され、表示部においてこの値が表示される。

また第３〜第４図の従来の装置においては、透明板ガラ
ス９゛の両面にそれぞれ固定具３″と角形の光透過体４
°が接着され、これらが樹脂１０’　により容器８°に
固着される構造を有している。　その他は第１〜第２図
の装置と同様である。

第５図に示されるごとく、従来の装置Ｆでは１２ケ月で
約５％の受光光量の減少が認められるのに対し、本発明
による装置Ａ−Ｅではいずれも大きな改良効果があった
ことを示している。　本発明による装置Ａ−Ｅの内では
、装置Ｅがやや大きめの減少傾向を示してはいるものの
、従来の装置Ｆに比較すれば大きな進歩があり、充分実
用に供しうるちのである。

このヒートサイクルテストにおいては、一般的には時間
とともに受光光量が減少する（順向を示しているが、こ
れは感光素子の位置を製造時において、光源からの光を
最大に受ける位置になるよう設定していることからも、
当然の傾向である。　ただし過去の経験によれば逆に増
大するものも見受けられた。　受光光量力母曽大するに
しろ、減少するにしろ、変化に伴う装置の補正が必要な
ことは、いずれの場合も煩雑なことであり、本来あって
はならない。

通常、これらのテストにおいては、被測定流体たる硫酸
の真の比重値との差が±０００４以内であれは、合格と
しているが、それは受光光量の変化量でいえば±２％に
あたる。　第５図より、一般に容器と光透過体の膨張係
数の差の大きいものほど、この変化量が大きいことがわ
かる。

裏施拠蛮 有機物の七ツマ−を塩素化する製造工程においては、す
なわち例えばアセチレンに加圧した塩素ガスを反応させ
ての塩素添加合成の工程では、反応が進行するにつれて
塩素ガスの添加効率は低下し、やがては副産物である塩
酸の中に未反応の塩素ガスが熔解するようになる。　そ
して通常、その値は塩酸濃度１８〜２０％の溶液中に最
高で０．１〜０．１２％程度にまで至る。　該塩酸は反
応系の外に排出されるが、この塩酸の濃度を計ることに
よって、反応終了時期を定めている。　従来はこの塩酸
および溶解塩素の濃度の検知のために化学分析法が採用
されていたが、これには最低で約３０〜６０分の分析時
間が必要だった。　この塩素ガスを含む塩酸は、その塩
素ガスの含有量は微量ではあっても、酸化力は著しく大
であり、一般的には塩化ビニールを除いては殆どの（封
脂材料が攻撃され崩壊する。　ガラスにおいても、パイ
レックスガラス、バイコールガラス、石英ガラスなどを
除くガラス材は、このような雰囲気の中では変質する。

　更に温度変化を併せて受ける雰囲気においては、その
変質は加速される。　ちなみに０．１％の塩素ガスを含
む溶液の攻撃力は、０％の場合に比べて５倍にもなり、
また温度が１０℃増加するごとに倍加することが知られ
ている。　このような条件下において、上記Ａの本発明
による光学式測定装置を用いて塩酸の濃度を測定したが
、極めて寿命性能が高く、かつバラツキが少ないという
結−果を得た。　すなわち本発明による装置を利用する
ことにより、濃度の測定は短時間で可能となり、生産の
合理化および原価の低減に寄与した。

金皿二靭泉 このように本発明によれば、容器と光透過体とがその体
膨張係数の差でｌ０ＸＩＯ−”°（−１以内の材質から
構成されているので、耐久性に冨み、かつ長寿命の光学
式測定装置を提供することができる。　またいうまでも
なく、本発明の一実施態様として、容器と光透過体とを
同一材質から構成することもができる。− また本発明では、光源と感光素子とが同一方向を向いて
平行に配置され、かつ入射光および反射光の形成する光
路の途中に、該光路が感光素子の方向を向くべく、入光
界面とは直角方向に形成された全反射面を備えるごとく
構成することにより、構造が簡単で、かつコンパクトな
装置を提供することができる。

更に本発明では、光透過体上部を円柱状とし、該円柱状
の光透過体上部に環装されるべく、容器下部を円筒伏と
することにより、光透過体と容器との隙間がなくなり、
その分、精度をあげることができる。

また実開昭５４−１３３７８号公報に示されるごとく、
光透過体に保護ケースを装着することにより、耐１ｈ撃
性の向上した装置を提供することが可能である。

叙上、本発明はその工業的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１・第２図は本発明の一実施例における、要部正断面
図および要部斜視図である。　第３・第４図は従来の光
学式測定装置の一実施例における、要部正断面図および
要部斜視図である。　第５図は本発明による装置および
従来の装置の感光素子の受光光量の経０時変化を示すグ
ラフである。 Ｌ、　　１’　−一光源　　　２，２°　−一感光素子
３．３”　−一固定具　　４．　４’　　−一光透過体
５．５”−一人光界面　６，６°　−一全反射面７−−
−−ガラスリング ８．８”−一容器 ９°　−−一一透明版ガラス １０°　〜−−樹脂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光透過体の被測定流体と接する入光界面への入射光
   を照射する光源と、入射光のうち入光界面から光透過体
   中に反射する反射光を受光し、その受光光量に対応した
   電気信号を形成する感光素子とを備えた光学式測定装置
   において、光源および感光素子を収納しかつ その下部が光透過体上部と接着される容器と、光透過体
   とがその体膨張係数の差で１０×１０＾−＾６℃＾−＾
   １以内の材質から構成されていることを特徴とする光学
   式測定装置。 ２）光源と感光素子とが同一方向を向いて平行に配置さ
   れ、かつ入射光および反射光の形成する光路の途中に、
   該光路が感光素子の方向を向くべく、入光界面とは直角
   方向に形成された全反射面を備えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の光学式測定装置。 ３）容器と光透過体とが同一材質から構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式測
   定装置。 ４）光透過体上部が円柱状であり、該円柱状の光透過体
   上部に環装されるべく、容器下部が円筒伏であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式測定装
   置。