JP2003139735A

JP2003139735A - 水分測定装置

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Publication number: JP2003139735A
Application number: JP2001339940A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fujioka; 慎司藤岡; Katsuaki Hoyama; 克明帆山
Original assignee: Kawata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP3717444B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成および作業により、水分測定装置
の検出レンジを変更することができ、広汎な試料を対象
として、広汎なレンジで測定することのできる、水分測
定装置を提供すること。【解決手段】外側電極８と所定の間隔を隔てて対向配
置される内側電極１４を、上側ガード電極１３および下
側ガード電極１５の間において、ロング内側電極１４
ａ、または、ショート内側電極１４ｂおよび中側ガード
電極４５を選択的に取り付けることにより構成する。こ
れによって、水分測定装置１の検出レンジを、機械的に
変更することができ、低コストで、広汎な試料を対象と
して広汎なレンジで測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水分測定装置、詳
しくは、誘電体中の水分を測定するための水分測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物質の水分を測定する方法と
しては、カールフィッシャー法などの化学的測定法、重
量減量法などの物理的測定法、誘電率分析法などの電気
的測定法などが知られている。

【０００３】このうち、誘電率測定法は、水の誘電率が
大きいことに着目して、試料である誘電体を対向電極間
に配置して、その時の静電容量の変化を電気的方法によ
って測定することで、その誘電体の水分含量を測定する
ものであり、たとえば、粉体や粒体などからなる工業材
料に含まれる水分を測定するために、広く用いられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
水分測定装置において、たとえば、導電性物質を含む試
料を測定する場合と、含まない試料を測定する場合とで
は、対向電極間に流れる電流値が大幅に異なるため、１
つの水分測定装置の検出レンジで対応することができな
い。そのため、従来では、試料の種類や要求精度などに
応じて、適宜、適切な検出レンジを有する水分測定装置
を用いて測定するようにしている。

【０００５】しかし、試料や要求精度などに応じて、個
々に水分測定装置を用意すると、コスト高となり、ま
た、その度毎に、水分測定装置の全体を設置交換しなけ
ればならず、作業が煩雑となる。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、簡易な構成およ
び作業により、水分測定装置の検出レンジを変更するこ
とができ、広汎な試料を対象として、広汎なレンジで測
定することのできる、水分測定装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、所定の間隔を隔てて対向
配置される少なくとも２つの検知電極を有し、前記検知
電極間に試料を存在させて、電気的特性を測定すること
により、水分を測定する水分測定装置において、少なく
とも１つの前記検知電極は、その電極面の面積が変更可
能に構成されていることを特徴としている。

【０００８】このような構成によると、少なくとも１つ
の検知電極の電極面の面積を変更することにより、その
水分測定装置の検出レンジを変更することができる。そ
のため、たとえば、試料や要求精度などが異なる毎に、
それに対応した水分測定装置を用意せずとも、１つの水
分測定装置を用いて、それぞれの試料や要求精度に対応
した検出レンジで測定することができる。その結果、低
コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで測定
することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、少なくとも１つの前記検知電極
は、交換可能に構成されていることを特徴としている。

【００１０】このような構成によると、電極ごと交換す
ることで、簡易に電極面の面積を変更することができ
る。そのため、より一層、簡易な構成および作業によっ
て、電極面の面積を変更して、水分測定装置の検出レン
ジを変更することができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の発明において、少なくとも１つの前記
検知電極の両側に、ガード電極がそれぞれ設けられてお
り、各前記ガード電極の間において、前記検知電極、ま
たは、前記検知電極およびスペーサ部材が着脱自在に取
り付けられていることを特徴としている。

【００１２】このような構成によると、各ガード電極の
間において、電極面の面積が異なる検知電極を、必要に
よりスペーサ部材とともに取り付けることができるの
で、各ガード電極の配置を変更せずとも、検知電極およ
びスペーサ部材の組み合わせを適宜選択することによっ
て、任意に電極の電極面の面積を変更できるので、より
一層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を
対象として広汎なレンジで測定することができる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし３のいずれかに記載の発明において、前記検知電
極間に試料を連続的に通過させて、試料の水分を連続的
に測定することを特徴としている。

【００１４】このような構成によれば、検知電極間を通
過する試料の水分を連続的に測定することができる。そ
のため、低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレ
ンジで、試料の水分を連続的に測定することができ、工
業材料の水分を汎用的に測定することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の水分測定装置の
一実施形態を示す、概略構成図である。図１において、
この水分測定装置１は、たとえば、樹脂ペレットなどの
粉粒体の乾燥水分を連続的に測定するために用いられ、
試料（粉粒体）の電気的特性および温度を連続的に検知
するセンサ部２と、センサ部２によって検知された検知
信号から試料の水分を連続的に算出するコントロールユ
ニット３とを備えている。

【００１６】センサ部２は、図２ないし図４に示すよう
に、外側筒部４、内側筒部５、上側蓋部材６および熱電
対７を備えている。

【００１７】外側筒部４は、検知電極としての小径円筒
状の金属からなる外側電極８と、大径円筒状の金属から
なるカバー部材９と、所定の厚みを有する円筒状の断熱
材１０と、略十字板状の金属からなる下側支持部材１１
とを備えている。外側電極８は、カバー部材９の内側に
配置されており、外側電極８およびカバー部材９によっ
て２重円筒形状とされた状態で、外側電極８とカバー部
材９との間に断熱材１０が介装されている。そして、こ
の断熱材１０に外側電極８とカバー部材９とが固着され
るとともに、外側電極８の下端部に、下側支持部材１１
が溶接固定されることにより、これらが一体として形成
されている。なお、下側支持部材１１には、十字状の交
差部分に後述する下側ボルト２０を螺着するためのボル
ト固定孔１２が形成されている。

【００１８】内側筒部５は、このセンサ部２の軸心部に
配置され、ガード電極としての上側ガード電極１３、検
知電極としての内側電極１４、ガード電極としての下側
ガード電極１５および支持筒１６を備えている。

【００１９】下側ガード電極１５は、金属からなり、下
側に向かって縮径する円錐状をなし、外側電極８の下部
と所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
この下側ガード電極１５には、その中央部に凹部１７が
形成されており、この凹部１７に、絶縁体からなるブッ
シュ１９を介して下側ボルト２０を受け入れて、その下
側ボルト２０をボルト固定孔１２に螺着固定させること
によって、下側支持部材１１に固定されている。

【００２０】なお、下側ガード電極１５には、この下側
ガード電極１５の中心部までを径方向に貫通する配線管
１８が設けられている。この配線管１８の外側端部は、
絶縁体からなるブッシュ２６を介して外側電極８に支持
されるとともに、内側端部は、凹部１７内に開口形成さ
れている。

【００２１】支持筒１６は、金属からなり、内側電極１
４より小径の円筒状をなし、下側ガード電極１５から立
設するように設けられている。この支持筒１６の上端部
には、上側に向かって突出する支持ボルト２１が固着さ
れている。

【００２２】内側電極１４は、金属からなり、外側電極
８よりも小径であって、上側ガード電極１３の下端部お
よび下側ガード電極１５の上端部と同径に形成される円
筒状をなし、外側電極８の中部および支持筒１６と所定
の間隔を隔てて対向するように配置され、リング板状の
絶縁体からなる下側スペーサ２３を介して、下側ガード
電極１５上に載置されている。

【００２３】上側ガード電極１３は、金属からなり、上
側に向かって縮径する円錐状をなし、外側電極８の上部
と所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
この上側ガード電極１３の軸心部には、後述する上側ボ
ルト３０および支持ボルト２１を螺着させるための螺着
孔２２が貫通形成されている。この上側ガード電極１３
は、リング板状の絶縁体からなる上側スペーサ２４を介
して、内側電極１４上に載置されている。

【００２４】そして、内側筒部５は、下側ガード電極１
５の上に、下側スペーサ２３、内側電極１４および上側
スペーサ２４を順次載置した状態で、支持筒１６の支持
ボルト２１に上側ガード電極１３を螺着させることによ
り、上側ガード電極１３と下側ガード電極１５との間
で、下側スペーサ２３および上側スペーサ２４を介し
て、内側電極１４を押圧挟持することによって、組み付
けられている。

【００２５】また、上側蓋部材６は、図４にも示すよう
に、プレート状をなし、外側筒部４と対向する円環部分
２７と、円環部分２７の内側に配置され、内側筒部５と
対向する円板部分２８と、円環部分２７と円板部分２８
とを連結する十字状の連結部分２９とが一体的に形成さ
れており、連結部分２９における十字状の交差部分に
は、後述する上側ボルト３０を螺着するためのボルト固
定孔３１が形成されている。また、円環部分２７には、
その周方向に沿って、このセンサ部２を、試料を処理す
るための処理装置などに取り付けるためのボルト孔２５
が複数形成されている。

【００２６】そして、図２に示すように、上側蓋部材６
は、外側筒部４および内側筒部５の上側を蓋う状態で、
ボルト固定孔３１に、絶縁体からなるブッシュ３２を介
して、上側ボルト３０を挿通し、その上側ボルト３０を
上側ガード電極１３の螺着孔２２に螺着させることによ
って、組み付けられている。

【００２７】熱電対７は、温度センサとして用いられ、
図３にも示すように、外側筒部４の側方から、カバー部
材９、断熱材１０および外側電極８を介して、その先端
部分（温度検知部分）が外側電極８と内側電極１４との
間に配置されるように挿入されており、ボルト３３によ
って、カバー部材９の上端部に固定されている。

【００２８】そして、このセンサ部２には、後述するコ
ントロールユニット３からのシールド線３４が配線され
ている。すなわち、このシールド線３４は、３つに分岐
可能な同軸ケーブルなどからなり、第１接続線３４ａが
カバー部材９に接続されるとともに、残りが接続管２５
内に挿通され、支持筒１６内において第２接続線３４ｂ
と第３接続線３４ｃとに分岐して、第２接続線３４ｂ
が、支持筒１６に設けられる端子３５に接続されるとと
もに、第３接続線３４ｃが、内側電極１４に設けられる
端子３６に接続されている。なお、カバー部材９と外側
電極８とは、たとえば、上側蓋部材６などを介して導通
されており、また、支持筒１６と上側ガード電極１３お
よび下側ガード電極１５とも、直接または支持ボルト２
１などを介して導通されている。ちなみに、外側電極
８、内側電極１４、上側ガード電極１３および下側ガー
ド電極１５は、それぞれ、所定の間隔やスペーサあるい
はブッシュなどによって絶縁されている。

【００２９】そして、このセンサ部２は、たとえば、乾
燥ホッパなどの乾燥・加熱装置などの処理装置の内部に
装着され、所定の間隔を隔てて対向配置される外側電極
８の内側の電極面と内側電極１４の外側の電極面との間
を、図１に示す矢印方向に沿って連続的に通過（流下）
する粉粒体などの試料の電気的特性を連続的に検知す
る。また、このセンサ部２では、熱電対７によって、測
定時における雰囲気温度も連続的に検知している。

【００３０】コントロールユニット３は、図１に示すよ
うに、変換器部３７、データ処理部３８および表示部３
９を備えている。

【００３１】変換器部３７は、交流電源４０、電流計４
１、検波回路４２、検波用Ａ／Ｄ変換器４３および温度
用Ａ／Ｄ変換器４４を備えている。

【００３２】交流電源４０および電流計４１は、外側電
極８および内側電極１４とともに、閉回路を形成してい
る。すなわち、交流電源４０、電流計４１、内側電極１
４および外側電極８が、接続線によって順次接続される
ことにより、クローズドラインによる閉回路が形成され
ている。

【００３３】なお、この閉回路において、電流計４１と
内側電極１４とが上記した第３接続線３４ｃによって接
続され、交流電源４０と外側電極８とがカバー部材９を
介して上記した第１接続線３４ａによって接続されてい
る。また、交流電源４０と電流計４１との間の接続線か
らは、分岐接続線が分岐されており、この分岐接続線
が、上記した第２接続線３４ｂとして、支持筒１６を介
して上側ガード電極１３および下側ガード電極１５にそ
れぞれ接続されている。

【００３４】また、検波回路４２には、交流電源４０お
よび電流計４１がそれぞれ接続されており、さらに、検
波用Ａ／Ｄ変換器４３には、この検波回路４２が接続さ
れている。また、熱電対９には、温度用Ａ／Ｄ変換器４
４が接続されている。

【００３５】変換器部３においては、交流電源４０によ
って印加される電流値が、外側電極８および内側電極１
４の間に存在する試料によって変化するので、その電流
値の変化を電流計４１で検出し、検波回路４２によって
特定の波形として検知する。ここで検知された波形にお
いて、位相のずれの変化成分が誘電損失に対応し、振幅
の大きさの変化成分が静電容量に対応する。そして、こ
の検波回路４２によって検知された波形が、検波用Ａ／
Ｄ変換器４３によってデジタル信号に変換された後、次
に述べるデータ処理部４に送信される。また、熱電対９
によって検知された温度も、温度用Ａ／Ｄ変換器４４に
よってデジタル信号に変換された後、次に述べるデータ
処理部４に送信される。

【００３６】データ処理部４は、ＣＰＵによって構成さ
れており、検波用Ａ／Ｄ変換器４３、温度用Ａ／Ｄ変換
器４４および表示部５が接続されている。このデータ処
理部４では、検波用Ａ／Ｄ変換器４３から送信されてく
る電流の測定値（誘電損失および静電容量）と、温度用
Ａ／Ｄ変換器４４から送信されてくる温度値（温度）と
から、公知の演算方法によって水分含量を算出する。誘
電損失、静電容量および温度から水分含量を算出する方
法は、たとえば、特公平５−７０７８６号公報に記載さ
れる方法など、適宜公知の方法に準拠すればよい。そし
て、データ処理部４において算出された水分含量が、Ｌ
ＥＤなどからなる表示部５において表示される。

【００３７】そして、この水分測定装置１では、上記し
たように、たとえば、センサ部２を、乾燥ホッパなどの
乾燥・加熱装置など処理装置の内部に装着して、外側電
極８と内側電極１４との対向電極間を連続的に通過する
粉粒体などの微量な水分を、連続的に精度よく測定する
ことができる。

【００３８】一方、この水分測定装置１の検出レンジ
が、導電性物質が含まれていない試料を対象として設計
されている場合において、たとえば、カーボンなどの導
電性粒子が含まれている粉粒体など、導電性物質が含ま
れている試料を、この水分測定装置１によって測定する
と、対向電極間に流れる電流値の大幅に変化に起因し
て、たとえ電気的に調整してもレンジオーバーとなる場
合がある。

【００３９】そのため、この水分測定装置１では、その
ような試料でも測定できるように、機械的に、外側電極
８の電極面および内側電極１４の電極面の対向面積を変
更すべく、内側電極１４を交換可能としている。

【００４０】図５には、内側電極１４を交換した状態の
図２に対応する正断面図が示されている。

【００４１】すなわち、図５においては、下側ガード電
極１５の上に、下側スペーサ２３を介して、上記した内
側電極１４の約半分の軸方向長さを有する円筒状の金属
からなるスペーサ部材としてのガード電極である中側ガ
ード電極４５が載置され、その上に、リング板状の絶縁
体からなるスペーサ部材としての中側スペーサ４６を介
して、上記した内側電極１４の約半分の軸方向長さの内
側電極１４（以下、互いに区別する場合には、図２に示
す内側電極１４をロング内側電極１４ａ、図５に示す内
側電極１４をショート内側電極１４ｂとする。）が載置
され、その上に、上側スペーサ２４を介して上側ガード
電極１３が載置されている。そして、これらは、上記と
同様に、支持筒１６の支持ボルト２１に上側ガード電極
１３を螺着させることにより、上側ガード電極１３と下
側ガード電極１５との間で、下側スペーサ２３、中側ス
ペーサ４６および上側スペーサ２４を介して、中側ガー
ド電極４５およびショート内側電極１４ｂを押圧挟持す
ることによって、組み付けられている。

【００４２】なお、支持筒１６に設けられる端子３５か
らは、さらに第２接続線３４ｂが引き出されて、これが
中側ガード電極４５に設けられる端子４７に接続されて
いる。

【００４３】このように、内側電極１４をロング内側電
極１４ａからショート内側電極１４ｂに変更すれば、外
側電極８と内側電極１４との電極面の対向面積が、約半
分となるので、上記したような導電性物質が含まれてい
る試料を測定しても、対向電極間に流れる電流値を大幅
に減少させることができ、この水分測定装置１の検出レ
ンジ内において精度よく測定することができる。

【００４４】次に、このような内側電極１４の交換作業
について、たとえば、図２に示すロング内側電極１４ａ
が装着されている状態から、図５に示すショート内側電
極１４ｂに交換する場合を例示して説明する。

【００４５】ロング内側電極１４ａからショート内側電
極１４ｂに交換するには、図２において、まず、上側ボ
ルト３０を取り外して、上側蓋部材６を取り外す。そう
すると、外側筒部４の内側に内側筒部５が露出するの
で、次に、上側ガード電極１３を支持ボルト２１から螺
退させることにより取り外す。そうすると、上側スペー
サ２４、ロング内側電極１４ａおよび下側スペーサ２３
は、載置されているのみであるので、端子３６から第３
接続線３４ｃを外せば、上側スペーサ２４およびロング
内側電極１４ａを容易に取り外すことができる。なお、
下側スペーサ２３はそのまま残しておくようにする。

【００４６】そして、下側スペーサ２３の上に、中側ガ
ード電極４５、中側スペーサ４６、ショート内側電極１
４ｂおよび上側スペーサ２４を順次載置した後、支持ボ
ルト２１に上側ガード電極１３を螺着させて締め込むこ
とにより、上側ガード電極１３と下側ガード電極１５と
の間で、下側スペーサ２３、中側スペーサ４６および上
側スペーサ２４を介して、中側ガード電極４５およびシ
ョート内側電極１４ｂを押圧挟持することによって、組
み付ける。その後、端子３６に第３接続線３４ｃを接続
し、端子３５から、さらに第２接続線３４ｂを引き出し
て端子４７に接続した後、上側蓋部材６を外側筒部４お
よび内側筒部３の上に載置して、これを、上側ボルト３
０を螺着孔２２に螺着させることにより固定すれば、交
換作業を終了することができる。

【００４７】なお、図５に示すショート内側電極１４ｂ
が装着されている状態から、図２に示すロング内側電極
１４ａに交換する場合には、上記した交換手順を逆に作
業すればよい。

【００４８】そして、このような水分測定装置１では、
ショート内側電極１４ｂとロング内側電極１４ａとを交
換可能に構成され、内側電極１４の電極面の面積を変更
することができるので、この水分測定装置１の検出レン
ジを、機械的に変更することができる。そのため、上記
したように、たとえば、導電性物質が含まれていない試
料および導電性物質が含まれている試料を、適宜、ロン
グ内側電極１４ａおよびショート内側電極１４ｂを交換
することにより、この１つの水分測定装置１において、
それぞれの試料に対応した検出レンジで測定することが
できる。その結果、これらを測定するために、それらに
個々に対応した水分測定装置１を用意しなくてもよく、
低コストで、広汎な試料を対象として広汎なレンジで、
試料の水分を連続的に測定することができる。そのた
め、工業材料の水分を汎用的に測定することができる。

【００４９】また、この水分測定装置１では、内側電極
１４ごと交換することで、簡易に電極面の面積を変更し
ているので、より一層、簡易な構成および作業によっ
て、電極面の面積を変更して、水分測定装置１の検出レ
ンジを変更することができる。

【００５０】すなわち、この水分測定装置１では、上側
ガード電極１３および下側ガード電極１５が固定される
一方で、これらの間において、ロング内側電極１４ａ、
または、ショート内側電極１４ｂおよび中側ガード電極
４５を選択的に取り付けることで、上側ガード電極１３
および下側ガード電極１５の配置を変更せずとも、任意
に内側電極１４の電極面の面積を変更できるので、より
一層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を
対象として広汎なレンジで測定することができる。

【００５１】なお、上記した説明においては、ロング内
側電極１４ａと、そのロング内側電極１４ａの約半分の
電極面を有するショート内側電極１４ｂとを交換する場
合について説明したが、交換に用いられる内側電極１４
の電極面の面積は、適宜決定され、たとえば、ロング内
側電極１４ａの軸方向長さに対して、１／３の内側電極
１４および２／３の中側ガード電極４５と、２／３の内
側電極１４および１／３の中側ガード電極４５とを用意
して、３段階に切り替えて交換可能とすることもでき
る。また、内側電極１４および中側ガード電極４５、お
よび、それに対応する中側スペーサ４６を複数設けても
よい。

【００５２】また、中側ガード電極４５に代えて中側ス
ペーサ４６のみを用いてもよく、さらには、外側電極８
の電極面の面積を可変に構成してもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上に述べたように、請求項１に記載の
発明によれば、水分測定装置の検出レンジを変更するこ
とができるので、低コストで、広汎な試料を対象として
広汎なレンジで測定することができる。

【００５４】請求項２に記載の発明によれば、より一
層、簡易な構成および作業によって、電極面の面積を変
更して、水分測定装置の検出レンジを変更することがで
きる。

【００５５】請求項３に記載の発明によれば、より一
層、簡易な構成によって、低コストで、広汎な試料を対
象として広汎なレンジで測定することができる。

【００５６】請求項４に記載の発明によれば、低コスト
で、広汎な試料を対象として広汎なレンジで、試料の水
分を連続的に測定することができ、工業材料の水分を汎
用的に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水分測定装置の一実施形態を示す、概
略構成図である。

【図２】図１に示す水分測定装置のセンサ部の正断面図
である。

【図３】図１に示す水分測定装置のセンサ部の左側面図
である。

【図４】図１に示す水分測定装置のセンサ部の平面図で
ある。

【図５】図１に示す水分測定装置のセンサ部の他の実施
形態の正断面図である。

【符号の説明】

１水分測定装置８外側電極１３上側ガード電極１４内側電極１５下側ガード電極４５中側ガード電極４６中側スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隔を隔てて対向配置される少な
くとも２つの検知電極を有し、前記検知電極間に試料を
存在させて、電気的特性を測定することにより、水分を
測定する水分測定装置において、少なくとも１つの前記検知電極は、その電極面の面積が
変更可能に構成されていることを特徴とする、水分測定
装置。
【請求項２】少なくとも１つの前記検知電極は、交換
可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記
載の水分測定装置。
【請求項３】少なくとも１つの前記検知電極の両側
に、ガード電極がそれぞれ設けられており、各前記ガード電極の間において、前記検知電極、また
は、前記検知電極およびスペーサ部材が着脱自在に取り
付けられていることを特徴とする、請求項１または２に
記載の水分測定装置。
【請求項４】前記検知電極間に試料を連続的に通過さ
せて、試料の水分を連続的に測定することを特徴とす
る、請求項１ないし３のいずれかに記載の水分測定装
置。