JP6481264B2 - 測定用窓 - Google Patents

Description

本発明は、水等の液体を測定対象とした測定器における測定用窓に関する。

濁度計、色度計、水質計等の水を測定対象とした測定器では、測定対象の水を流したり溜めたりする部屋と、発光や観測等を行なう部屋とを区分ける測定用窓が用いられている。測定用窓は、測定対象を正確に測定するために無色透明であることに加え、水中の異物の接触等によるキズが発生しない程度の硬度を備えている必要がある。

ここでは、濁度計を例に説明する。濁度計は、水の濁り具合を表わす指標である濁度を測定する測定器である。図７（ａ）は、濁度計の一方式である直角散乱型濁度計６００の従来の構成を模式的に示す図である。本図に示すように、直角散乱型濁度計６００は、測定対象の水を収容する液槽６０１と、液槽６０１に取り付けられたカバー６０２とカバー６０３とを備えている。

カバー６０２の内部には、光源６０４とレンズ６０５と参照光用の受光素子６０６とが配置されており、カバー６０３の内部から液槽６０１内に突き出し、窓６０８が設けられた受光スペース６０７には散乱光用の受光素子６０９が配置されている。液槽６０１とカバー６０２とはＯリング６１０によりシールされ、液槽６０１とカバー６０３とはＯリング６１１によりシールされている。

液槽６０１とカバー６０２内部の部屋とは、測定用窓６１２により区分けられ、液槽６０１とカバー６０３内部の部屋とは、測定用窓６１３により区分けられている。測定用窓６１２は、Ｏリング６１４によりシールされ、測定用窓６１３は、Ｏリング６１５によりシールされている。

図７（ｂ）は、濁度計の一方式である透過散乱型濁度計７００の従来の構成を模式的に示す図である。本図に示すように、透過散乱型濁度計７００は、液槽７０１と、液槽７０１に取り付けられたカバー７０２とカバー７０３とを備えている。

カバー７０２の内部には、光源７０４とレンズ７０５と参照光用の受光素子７０６とが配置されており、カバー７０３の内部には、透過光用の受光素子７０６と散乱光用の受光素子７０７とが配置されている。液槽７０１とカバー７０２とはＯリング７１０によりシールされ、液槽７０１とカバー７０３とはＯリング７１１によりシールされている。

液槽７０１とカバー７０２内部の部屋とは、測定用窓７１２により区分けられ、液槽７０１とカバー７０３内部の部屋とは、測定用窓７１３により区分けられている。測定用窓７１２は、Ｏリング７１４によりシールされ、測定用窓７１３は、Ｏリング７１５によりシールされている。

いずれの方式においても、水温が低く、液槽（６０１、７０１）内の測定水とカバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内との温度差が大きくなった場合に、カバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内の空気中に含まれる水分が測定用窓（６１２、６１３、７１２、７１３）で結露し、濁度測定に影響を与えるおそれが生じる。

これを防ぐため、各カバー（６０２、６０３、７０２、７０３）を密閉構造にするとともに、内部に乾燥剤（６１６、７１６）を入れて、カバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内の相対湿度を下げるようにしている。

特開２００６−１５３７３９号公報

カバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内は、Ｏリングを使用した密閉構造となっているが、僅かな隙間やＯリングのガス透過等により湿気が少量ずつカバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内に漏れ込む場合がある。湿気の漏れ込みは、カバー（６０２、６０３、７０２、７０３）内の乾燥剤（６１６、７１６）の寿命に影響を与え、放置すると測定用窓（６１２、６１３、７１２、７１３）で結露が生じてしまう。

密閉構造を念入りにすることで湿気の漏れ込みを防ぐことができるが、構造が大がかりとなり、コストの上昇を招来する。

そこで、本発明は、液体を測定対象としたセンサーにおいて、簡易な構成で、コストの上昇を招くことなく測定用窓の結露を防ぐことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、液体を測定対象とした測定器において、液体を収容する部屋と測定を行なう部屋とを区分ける測定用窓であって、濁度測定のための入射光が入射するガラス部と、前記ガラス部より熱伝導度が低いとともに測定側がレンズ形状に加工され、前記入射光を必要な光束形状とする透明樹脂部と、前記ガラス部と前記透明樹脂部とを密着した状態で張り合わせる応力緩和効果を持つ透明粘着材とを備え、前記ガラス部が前記液体を収容する部屋側に配置され、前記透明粘着材は、シリコーン系のゲル状素材とすることを特徴とする。

本発明によれば、液体を測定対象としたセンサーにおいて、簡易な構成で、コストの上昇を招くことなく測定用窓の結露を防ぐことができる。

本実施形態の測定用窓を適用した直角散乱型濁度計の構成を模式的に示す図である。 本実施形態の測定用窓の構造を示す図である。 本実施形態の測定用窓を透過散乱型濁度計に適用した場合の構成を模式的に示す図である。 レンズ一体型の測定用窓を示す図である。 レンズ一体型測定用窓を適用した直角散乱型濁度計の構成を模式的に示す図である。 レンズ一体型測定用窓を適用した透過散乱型濁度計の構成を模式的に示す図である。 従来の濁度計の構成を模式的に示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明の測定用窓を濁度計に適用した場合を例に説明するが、本発明の測定用窓は、濁度計に限られず、色度計、水質計等の液体を測定対象とした測定器に広く適用することができる。

図１は、本実施形態の測定用窓１５０を適用した直角散乱型濁度計１００の構成を模式的に示す図である。本実施形態の測定用窓１５０は、後述する三層構造により結露防止対策が施されている。

本図に示すように直角散乱型濁度計１００は、測定対象の水を収容するする液槽１１０と、光源部屋１２０と受光部屋１３０と透過光トラップ部屋１４０とを備えている。液槽１１０は、測定対象の水を流すものであっても、溜めるものであってもよい。

光源部屋１２０と液槽１１０とは、測定用窓１５０ａにより区分けられ、受光部屋１３０と液槽１１０とは、測定用窓１５０ｂにより区分けられ、透過光トラップ部屋１４０と液槽１１０とは、測定用窓１５０ｃにより区分けられている。各測定用窓１５０は、シール効果のある接着剤等で各部屋（１２０、１３０、１４０）と液槽１１０との間に取り付けられている。

光源部屋１２０には、濁度測定のための入射光を発生させる光源１２１、レンズ１２２、参照光受光部１２３が配置されている。光源１２１は、ランプ、ＬＥＤ等を用いることができ、光源１２１が発する光はレンズ１２２により必要な光束形状となる。参照光受光部１２３は、光源１２１の光量変化を補正するために備えられているが、省くようにしてもよい。また、光源部屋１２０には、乾燥剤１２４が置かれているが、結露防止対策が施された測定用窓１５０ａを用いているため、乾燥剤１２４を省くようにしてもよい。

受光部屋１３０には、レンズ１３１、受光素子１３２が配置されている。受光素子１３２は、フォトダイオード等を用いることができる。レンズ１３１を用いない受光形態としてもよい。受光部屋１３０にも、乾燥剤１３３が置かれているが、結露防止対策が施された測定用窓１５０ｂを用いているため、乾燥剤１３３を省くようにしてもよい。

透過光トラップ部屋１４０は、迷光を低減するための空間であり、必要に応じて設けられる。透過光トラップ部屋１４０にも、乾燥剤１４１が置かれているが、結露防止対策が施された測定用窓１５０ｃを用いているため、乾燥剤１４１を省くようにしてもよい。

図２は、本実施形態の測定用窓１５０の構造を示す図である。本図に示すように、測定用窓１５０は三層構造により結露防止対策を施しており、ガラス部１５１と透明樹脂部１５２とを透明粘着材１５３で貼り合わせた構造となっている。この構造において、ガラス部１５１を接液側とし、透明樹脂部１５２を測定側として用いるようにする。

ガラス部１５１は、ケイ酸塩ガラス、サファイアガラス、石英ガラス、アクリルガラス等を用いることができる。測定水中の粒子による傷を防ぐため、固い材料が望ましい。また、測定用の光を透過させるため透明度が高い材料を用いるようにする。

透明樹脂部１５２は、ガラス部１５１に比べて熱伝導度が低い部材で構成する。例えば、ポリカーボネート、アクリル等のシートまたは板材を用いることができる。例えばケイ酸塩ガラスの熱伝導度が１．００Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、ポリカーボネートの熱伝導度は、０．１９Ｗ／ｍ・Ｋである。測定のための光を阻害することなく透過させるために透明度が高い材料を用いるようにする。

透明粘着材１５３は、極めて高い光透過性、耐久性および衝撃吸収性を持つ柔らかい光学用の粘着シートである。例えば、シリコーン系のゲル状素材を用いることができる。一般に、このような素材の熱伝導度はポリカーボネートと同等程度である。透明粘着材１５３は、ガラス部１５１および透明樹脂部１５２と隙間なく密着させた状態で張り合わせるようにする。

このように、本実施形態の測定用窓１５０は、濁度測定の阻害要因となる結露が発生しやすいガラス部１５１の測定側面を熱伝導度の低い透明樹脂部１５２で覆うことにより、結露の発生を防止している。

このとき、ガラス部１５１と透明樹脂部１５２という線膨張係数の異なる部材を直接張り合わせると、温度変化等により僅かな剥がれ等が生じて干渉縞ができやすくなる。ガラス部１５１と透明樹脂部１５２それぞれの透明度が高くても、干渉縞が発生すると、濁度測定の誤差要因となってしまう。そこで、本実施形態では、応力緩和効果を持つ透明粘着材１５３で、両者を密着して張り合わせることにより干渉縞の発生を防いでいる。

図３は、本実施形態の測定用窓１５０を透過散乱型濁度計２００に適用した場合の構成を模式的に示す図である。本図に示すように透過散乱型濁度計２００は、測定対象の水を収容する液槽２１０と、光源部屋２２０と、受光部屋２３０とを備えている。

光源部屋２２０と液槽２１０とは、測定用窓１５０ｄにより区分けられ、受光部屋２３０と液槽２１０とは、測定用窓１５０ｅにより区分けられている。各測定用窓１５０は、シール効果のある接着剤等で各部屋（２２０、２３０）と液槽２１０との間に取り付けられている。

光源部屋２２０には、濁度測定のための入射光を発生させる光源２２１、レンズ２２２、参照光受光部２２３が配置されている。光源２２１は、ランプ、ＬＥＤ等を用いることができ、光源２２１が発する光はレンズ２２２により必要な光束形状となる。参照光受光部２２３は、光源２２１の光量変化を補正するために備えられているが、省くようにしてもよい。また、光源部屋２２０には、乾燥剤２２４が置かれているが、結露防止対策が施された測定用窓１５０ｄを用いているため、乾燥剤２２４を省くようにしてもよい。

受光部屋２３０には、透過光受光素子２３１および散乱光受光素子２３２が配置されている。透過光受光素子２３１および散乱光受光素子２３２は、フォトダイオード等を用いることができる。受光部屋２３０にも、乾燥剤２３３が置かれているが、結露防止対策が施された測定用窓１５０ｅを用いているため、乾燥剤２３３を省くようにしてもよい。

なお、上述の図１、図３に例示した濁度計（１００、２００）においては、レンズ（１２２、１３１、２２２）と測定用窓１５０とを別々に設けていたが、図４に示すようなレンズ一体型測定用窓１６０を用いることにより、独立したレンズを省く構成としてもよい。

本図に示すように、レンズ一体型測定用窓１６０は、測定用窓１５０と同様に三層構造により結露防止対策を施しており、ガラス部１６１とレンズ形状透明樹脂部１６２とを透明粘着材１６３で貼り合わせた構造となっている。レンズ形状透明樹脂部１６２は、透明樹脂部１５２と同様の材料で構成し、測定側をレンズ形状に加工したものである。ガラス部１６１と透明粘着材１６３は、上述のガラス部１５１と透明粘着材１５３と同様とすることができる。本例では、凸レンズ形状としているが、用途によっては凹レンズ形状としてもよい。

このようなレンズ一体型測定用窓１６０を測定用窓１５０の代わりに用いることにより、測定に影響を与える結露を防止できることに加え、図５に示すように、直角散乱型濁度計１０１において、光源部屋１２０のレンズ１２２、受光部屋１３０のレンズ１３１が不要となる。また、図６に示すように、透過散乱型濁度計２０１において、光源部屋２２０のレンズ２２２が不要となる。

１００…直角散乱型濁度計、１０１…直角散乱型濁度計、１１０…液槽、１２０…光源部屋、１２１…光源、１２２…レンズ、１２３…参照光受光部、１２４…乾燥剤、１３０…受光部屋、１３１…レンズ、１３２…受光素子、１３３…乾燥剤、１４０…透過光トラップ部屋、１４１…乾燥剤、１５０…測定用窓、１５１…ガラス部、１５２…透明樹脂部、１５３…透明粘着材、１６０…レンズ一体型測定用窓、１６１…ガラス部、１６２…レンズ形状透明樹脂部、１６３…透明粘着材、２００…透過散乱型濁度計、２０１…透過散乱型濁度計、２１０…液槽、２２０…光源部屋、２２１…光源、２２２…レンズ、２２３…参照光受光部、２２４…乾燥剤、２３０…受光部屋、２３１…透過光受光素子、２３２…散乱光受光素子、２３３…乾燥剤

Claims (1)

1. 液体を測定対象とした測定器において、液体を収容する部屋と測定を行なう部屋とを区分ける測定用窓であって、
   濁度測定のための入射光が入射するガラス部と、前記ガラス部より熱伝導度が低いとともに測定側がレンズ形状に加工され、前記入射光を必要な光束形状とする透明樹脂部と、前記ガラス部と前記透明樹脂部とを密着した状態で張り合わせる応力緩和効果を持つ透明粘着材とを備え、前記ガラス部が前記液体を収容する部屋側に配置され、
   前記透明粘着材は、シリコーン系のゲル状素材であることを特徴とする測定用窓。