JP3052639B2 - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ回折／散乱式の粒
度分布測定装置に関し、特に、各種粉粒体を製造しある
いは材料として使用するプラント等において、その粉粒
体の粒度分布をインラインで測定するのに適した粒度分
布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ回折／散乱式の粒度分布測定装置
においては、一般に、媒体（液体もしくは気体）中で分
散飛翔状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られ
る回折／散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果
をフラウンフォーファ回折理論ないしはミー散乱理論等
に基づいて粒度分布に換算する。

【０００３】このような方式に基づく粒度分布測定装置
は、例えば遠心沈降式等の他の方式の粒度分布測定装置
に比して測定所要時間が短いという大きな利点があり、
原理的には、粉粒体の製造プラントや粉粒体を原料とし
て用いる各種プラント等において、配管中を流れる粉粒
体の粒度分布をインラインで直接測定することも可能で
ある。

【０００４】しかし、実際には、このような配管中を流
れる粉粒体のインライン測定用の粒度分布測定装置とし
ては、従来、完全なものはなく、わずかに図４に示すよ
うな貫通型の装置と、配管中から自動的に粉粒体をサン
プリングしてライン外の粒度分布測定装置に供給する装
置が実用化されているだけである。

【０００５】図４の装置は、レーザ光源１０１側と、集
光レンズ１０２およびフォトデテクタ１０３等からなる
測定光学系とを実質的に分離して、それぞれを配管Ｐに
対して互いに対向する側の管壁から管内に挿入するとと
もに、これらを１つのケース１０４で固定支持した構造
を採っている。なお、１０５，１０６はそれぞれ窓板で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、配管中から
粉粒体をサンプリングする方式では、乾式測定／湿式測
定を問わず、ライン中の粒子の状態とは異なる状態（例
えば分散される等）で測定されること、および、サンプ
リングエラーの問題、つまりサンプリングされた粒子群
の粒度分布がライン中の粒子群の粒度分布とは異なる分
布をしている可能性があり、真のインライン測定とは言
いがたい。

【０００７】一方、図４に示した貫通型の装置では、そ
の構造上、配管の径によってケース１０４等の形状・寸
法を変えなければならず、生産性が悪い上に、メンテナ
ンスも容易ではないという欠点がある。ここで、インラ
イン測定においては、被測定粒子の接する光学面、つま
り図４の装置では窓板１０５，１０６に対する粒子の付
着や傷等の発生の可能性が多いことから、その部分に対
する定期的な点検、部品の交換が必要となるが、図４の
構成ではそのようなメンテナンス作業が困難であり、イ
ンライン測定装置としては致命的である。

【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、装着すべき配管の径を殆ど考慮することなくほ
ぼ汎用的に使用することができ、しかもメンテナンスが
容易なインライン式の粒度分布測定装置の提供を目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の粒度分布測定装置は、レーザ光源１と測
定光学系２が１つの筐体３に並列に配置され、かつ、そ
のレーザ光源１からのレーザ光が当該筐体３の一端部近
傍に設けられた２箇所の鏡面４１，４２によって反射さ
れて測定光学系２に導かれるよう構成されているととも
に、筐体３の一端部近傍には外部空間と連通する測定空
間Ａが形成されており、レーザ光源１からのレーザ光は
その測定空間Ａを経て測定光学系２に入射するよう構成
されているとともに、その筐体３の一端部が被測定粒子
群の流れる配管Ｐ内に一方向から挿入できる構造となっ
ていることによって特徴づけられる。

【００１０】

【作用】レーザ光源１からの光は鏡面４１および４２で
反射されて測定光学系２に導かれる途中で、筐体３の一
端部近傍に設けられた測定空間Ａを通過する。その筐体
３の一端部を配管Ｐ中に挿入すると、測定空間Ａ内を配
管Ｐ中の粉粒体が流れることになり、インラインでの粒
度分布測定が可能となる。

【００１１】ここで、配管Ｐに対しては筐体３の一端部
を挿入して管壁に固定すればよく、配管Ｐの直径が大幅
に変わらない限り、装置側の形状・寸法等を変更する必
要がなく、また、筐体３は配管Ｐに対して一方向から挿
入しているから、貫通型のものに比して取り外しが容易
で、メンテナンス作業が簡略化される。

【００１２】

【実施例】図１は本発明実施例を被測定粉粒体が流れる
配管Ｐに装着した状態で示す断面図である。

【００１３】レーザ光源１と、集光レンズ２１およびそ
の焦点距離の位置に置かれたフォトデテクタ２２からな
る測定光学系２とは、それぞれの光軸が平行となるよう
に１つの筐体３内に互いに並列に配置されている。

【００１４】筐体３の先端部分には、ガラス製の特形セ
ル４が固着されている。この特形セル４には、レーザ光
源１ないしは測定光学系２の光軸に対して例えばそれぞ
れ４５°の角度で対向した第１と第２の鏡面４１および
４２が形成されているとともに、その中間部分には筐体
３の外方に向いて開口する溝４３が形成されており、こ
の溝４３は当該溝の伸びる方向にセル４を貫通してい
る。この溝４３は、後述するように粉粒体の測定空間Ａ
を形成する。なお、各鏡面４１および４２は、反射をよ
り完全なものとするためにミラーコーティング等を施し
ておくことが望ましい。

【００１５】測定光学系２の集光レンズ２１とフォトデ
テクタ２２の斜視図を図２に示す。この例においては、
フォトデテクタ２２として、互いに異なる半径を持つ半
リング状のフォトセンサＳ・・Ｓを同心状に配置したもの
を用いており、また、集光レンズ２１については、その
フォトデテクタ２２に対応させて、中心からフォトセン
サＳ・・Ｓが存在しない側で、しかもレーザ光源１からの
レーザビームスポットが照射されない部分が不要である
ことから、その不要部分をカットしてある。

【００１６】以上のようなレーザ光源１、測定光学系
２、および特形セル４を収容した筐体３は、被測定粒体
が流れる配管Ｐに対して、その先端部分の特形セル４の
溝４３の伸びる方向が配管Ｐの管軸方向に沿うように、
その先端部分が挿入された状態で、フランジ等の公知の
接合部材（図示せず）によって管壁に固定される。

【００１７】この取り付け状態では、配管Ｐ内を流れる
粉粒体は特形セル４の溝４３内を通過することになる。
この状態でレーザ光源１からレーザビームを出射する
と、そのレーザビームは第１の鏡面４１によって直角に
反射して溝４３を横切り、その溝４３内を流れる粉粒体
によって回折／散乱を受ける。その回折／散乱光は第２
の鏡面４２によって反射され、集光レンズ２１を介して
フォトデテクタ２２の受光面に回折／散乱像を結び、フ
ォトデテクタ２２の各フォトセンサＳ・・Ｓの出力からそ
の回折／散乱光の空間強度分布が求められる。すなわ
ち、特形セル４の溝４３が、インラインの測定空間Ａと
なって、ここを流れる粉粒体による回折／散乱光が測定
される。この空間強度分布の測定結果から、従来と同様
にして粉粒体の粒度分布を算出することができる。

【００１８】以上の実施例において特に注目すべき点
は、レーザ光源１および測定光学系２が１つの筐体３内
に並列に収容されている点であり、これにより、配管Ｐ
への装置の取り付けは、配管Ｐ内に装置を一方向から挿
入すればよく、その着脱が容易でメンテナンス作業が容
易となるとともに、配管Ｐの直径が多少異なっても同一
の寸法・形状の筐体を用いることができ、装置の生産性
が向上する。

【００１９】また、フォトデテクタ２２を半リング状の
フォトセンサとして、それに対応させて集光レンズ２１
の不要部分をカットして用いているから、測定光学系２
の小型化が達成され、ひいては筐体３が小型化される。

【００２０】更に、筐体３を配管Ｐに対して一方向から
のみ挿入する構造は、従来の貫通型の構造に比して配管
Ｐ内部への挿入部分が小さくなり、このことと、上記し
た装置の小型化とを併せると、配管内の粉粒体の輸送に
与える影響を大幅に小さくすることができる。

【００２１】なお、以上の実施例では、第１の鏡面４１
と第２の鏡面４２の中間に測定空間Ａを設けた例を述べ
たが、回折／散乱光は第２の鏡面４２によって反射され
る関係上、迷光が生じる恐れがある。この迷光の問題を
解決するためには、図３に例示するような特形セルを用
いればよい。

【００２２】この図３の例では、第２の鏡面４２の後段
側に測定空間Ａとなる溝４３を形成している。このセル
構成によると、レーザ光源からのレーザビームは第１お
よび第２の鏡面４１および４２によって反射された後に
被測定粒子群に照射され、粒子群による回折／散乱光は
反射されることなくそのまま測定光学系に導かれ、迷光
が少なく、光学設計も容易となる。ただしこの場合、測
定空間Ａを筐体の先端に配置できないので、配管Ｐの中
央部分における粉粒体の測定のためには、配管Ｐに対す
る筐体の取り付けを工夫する必要がある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光源と測定光学系とを１つの筐体内に並列に配置
し、レーザ光源からのレーザビームを筐体の一端部近傍
に設けた２つの鏡面によって反射させて測定光学系に導
くとともに、その筐体の一端部近傍には外部に連通する
測定空間を設けて、レーザビームがその測定空間を経て
測定光学系に入射するように構成したので、配管内を流
れる粉粒体のインライン測定においては、筐体の一端部
分を配管内に一方向から挿入した状態で測定を行うこと
が可能となり、装置の配管に対する着脱が容易となっ
て、定期的な点検や部品の交換をはじめとする装置のメ
ンテナンス作業が従来の貫通型の装置に比して著しく簡
単となる。

【００２４】また、筐体を配管に対して一方向から挿入
する構造であるが故に、配管の径に応じて筐体等の寸法
・形状等を変更する必要が殆どなくなり、装置の生産性
が向上する。

【００２５】更に、筐体を一方向から挿入する構造は、
従来の貫通型のインライン測定装置に比して配管への挿
入部分をより小さくすることが可能であることから、配
管内の粉粒体の輸送に与える影響も小さくなるという利
点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例を配管Ｐに装着した状態で示す断
面図

【図２】その測定光学系２における集光レンズ２１とフ
ォトデテクタ２２の斜視図

【図３】本発明の他の実施例の特形セルの構造説明図

【図４】従来のインライン型粒度分布測定装置の構成図

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 測定光学系 ２１ 集光レンズ ２２ フォトデテクタ ３ 筐体 ４ 特形セル ４１ 第１の鏡面 ４２ 第２の鏡面 ４３ 溝 Ａ 測定空間 Ｐ 配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ｄａｒｒｌｅ Ｂａｕｍｇａｒｄｎｅ ｒ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ａ．Ｃｏｏｐｅ ｒ，ａｎｄ Ｊａｍｅｓ Ｅ．Ｄｙ ｅ，”Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅ ｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｏｒｗａｒｄ−Ｓ ｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ ｅｔｅｒ Ｐｒｏｂｅ”，ｌｉｑｕｉｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ｍｅａ ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｔｅｃｈｎｉｑｕ ｅｓ，２ｎｄ Ｖｏｌｕｍｅ，ＡＳＴＭ ＳＴＰ 1083，1990，ｐｐ．115−127 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 15/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を被測定粒子
   群に照射して得られる回折／散乱光を、測定光学系に導
   いてその空間強度分布を測定し、その測定結果を被測定
   粒子群の粒度分布に換算する装置において、上記レーザ
   光源と測定光学系が１つの筐体に並列に配置され、か
   つ、そのレーザ光源からのレーザ光が当該筐体の一端部
   近傍に設けられた２箇所の鏡面によって反射されて上記
   測定光学系に導かれるよう構成されているとともに、上
   記筐体の一端部近傍には外部空間と連通する測定空間が
   形成され、上記レーザ光源からのレーザ光はその測定空
   間を経て上記測定光学系に入射するよう構成されている
   とともに、その筐体の一端部が被測定粒子群の流れる配
   管内に一方向から挿入できる構造となっていることを特
   徴とする粒度分布測定装置。