水分計・レベル計・レベル指示計・粉体粒体流量計など 
制御や品質管理の使用目的をお知らせ下さい。適正仕様機種を選別します。

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 静電容量を測定することによって、当社の製品は生まれてきました。
■ 製品事例
電極の間に厚さ t の製品を入れて静電容量の変化を捉え、製品の厚みを監視・制御する。 静電容量は電極間の距離に反比例して変化する事を利用して変位計として測定しました。
厚み計 応用例 変位計 応用例
繊維の水分を測定するのに静電容量測定を用いて、リアルタイムに測定が可能になりました。 粉粒体の水分を静電容量で測定した。
繊維の水分計 応用例 穀物の水分計 応用例
繊維の太さを測定する為に、非常に高い感度の測定器で測定した。 静電容量式レベルセンサが電子カメラに対抗してタレの有無検知に使用した。
繊維の太さ計 応用例 物体の有無検知 応用例
見ただけでは判断できない測定物を、誘電率で判別した。 乳化度合いを監視して、必要以上の攪拌を排除した。
選別計 応用例 乳化管理 応用例
積雪寒冷地の冬期間における路面状態を静電容量式で正確にとらえるセンサーを製品化した、路面検知器。 粉・粒体の密度を静電容量変化として捉える事で密度計としてお使いいただけます。
路面検知器 応用例 密度計 応用例
上記のように工夫すれば路面検知器・乳化管理・有無検知・繊維の太さ計など色んな事ができます。
その他、目的に応じた測定器を選別し、仕様にあわせて電極を設計していきます。
 お困りな事が有れば、一度ご相談してください。

1.厚み計
図@の様な2つの平行金属板(電極)間の静電容量は、
  C=oで表わされます。

o: 真空(=空気)の誘電率
r : 絶縁体と真空の誘電率の比
絶縁体の誘電率=or となります。

図Aの様に電極間に比誘電率o の絶縁体を入れると
静電容量は初めのr 倍になります。


図Bの様に平行金属板の間隔dを一定にして
厚さtの測定物を電極間に入れると
厚さtに応じて静電容量が変化します。
その他にもサブミクロンオーダーの微少変位、微粉濃度、流量測定にも御利用頂けます

実例として標準電極(検出面積20)間隔d=11mmに1〜10mmのアクリル板を挿入し、
測定した結果を下表に示します。
電極間隔d=1mmでは、弊社の最高検出感度10-3pF/Vの静電容量変換器を用いれば
 0.05mの分解能も可能です。
尚、測定物厚みの非直線性は補正を行うことにより直線性が可能です。
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2.変位計
約1000℃の高温赤材(高温で赤くなった鉄板)の表面形状を測定する。(HC−102型静電容量変換器を使用)これまではレーザーを用い測定していたが、次の様な問題点があった。
1.何よりもコストが、かかりすぎる。
2.レンズのくもりで誤差を生じる。
3.テーパー面での反射が弱くなり測定出来ない部分がある。
4.高温に耐えられない。
(参考)
C=S/d  C:静電容量  :誘電率
S:検出  d:極板間距離

左図の様な方法で、現在もご使用頂いています。
そこで弊社静電容量式ギャップセンサを用い測定。
ギャップセンサでワークとの間隔を測定し、XYステージで距離をコントロールしながら表面をトレースする。
※  いつも同じ変換器出力(例えば1V)が得られる様にXYステージを制御すれば、ギャップセンサとワークの間隔を一定に保つ事が出来る。
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3.繊維の水分計

製品管理をするにあたり、水分の管理は非常に大事な事と言えるでしょう。下図を参照して下さい。

・工場からAという製品を100グラム出荷したとします。
・Aを加工する為、購入した業者が重量を計ると80グラムしかなかった。


これではクレームの対象となってしまいます。
ユーザーは、水を購入するのではなく製品を購入しているのです。
今回はこの様なクレームを避ける為、購入頂いた繊維業界の例を上げることにします。
これまで現場では、繊維の水分を測定するのに絶乾し時間をかけて測定するのが普通でした。
静電容量測定を用いる事により、リアルタイムに測定が可能になりました。

測定方法は次の様になります。

注:この測定物は、密度が一定していたので、水分変化のみを捉える事が出来ました。
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4.穀物の水分計

ヨーロッパでは、粉粒体の水分測定をするのに、静電容量方式が多く用いられているそうです。
普通、粉粒体の水分を静電容量で測定しようとした場合、密度の影響をまともに受けてしまいます(水分で容量変化したか、密度で変化したのか判断が出来ません)密度さえ一定にすれば水分だけの変化を静電容量変化として、捉える事が出来ます。
いかに密度を一定に保つかが問題になるのですが、とりあえず下図を見て下さい。

電極の下にスリットが入っています。
スリットにはいくつかの穴が空いています。パイプライン上部から送られてきた穀物の粒がセンサ中に満たされ、下のスリット穴から少しずつ流れて行きます(そう砂時計の様に)。

電極より上部に溜まった穀物の粒はバイパスを通り下へ流れて行きます。電極内は少しずつではありますが粒が上から下へ移動します。
バイパスがあるので、上からかかる圧力も変わらず、同じ速度で流れるので密度は一定に近づきます。

この様な装置を用い水分計として現在も御使用頂いています。



尚、弊社ではセンサーと変換器を販売しただけで、
装置や水分換算処理は
現場のエンジニアが製作されました。

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5.繊維の太さ計

繊維の太さを測定する為には、非常に高い感度で測定する必要があります。
しかし高感度で測定した場合、温度や湿度によるドリフトも捉えてしまいます。
つまり、太さ変化を捉えて変化しているのか、温度、吸湿量を捉えて変化しているのかが判断出来なくなるのです。

物質の誘電率は、温度、吸湿量によっても変化する。
今回の測定では、繊維の太さだけを捉えたいので、温度、吸湿量等による外的要因を取り除く必要があります。そこで、弊社では左図の方法を用いて測定しています。

ブリッジ方式
測定電極だけでなく、基準電極を設ける事により、それぞれをバランスさせ差だけを出力する様に設計しています。弊社ではこの方式を、ブリッジ方式と呼んでいます。
温度や湿度が変わったとしても左図のような方法を用いれば、Cが吸湿するとCrも吸湿し、Cの温度が変わればCrの温度も変わる。よって、ブリッジ方式を採用しているので太さによる変化のみを捉える事が出来るのです。

Cr−C→出力

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6.物体の有無検出
静電容量式レベルセンサが電子カメラに対抗
タレの有無検知
タレの投入前後で静電容量を測定します
容量変化が有る場合 → 良品  
容量変化が無い場合 → 不良品

上図の生産ラインで「タレ」がパッケージに入らない場合が、極まれにあります。

当初このメーカーでは、電子カメラを用いてコンピュータ処理をして、付属品の有無の検出を行っていましたが、うまく行かなかった(タレと納豆が同じ茶色だった為)との事です。

そこで弊社の超高感度静電容量式レベルセンサの出番です。

見事この問題を解決しました。

この様に物質の基本定数である、誘電率の測定技術の生産現場への応用は無限です。

(測定概略図)

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7.選別計  見た目で判別出来ない、誘電率の異なった物も判別に
A,B,Cの3種類の無色透明の液がある。
液はエタノール、トルエン、水の3種類という事もわかっているが、見ただけでは判断できない。
下図の様な静電容量測定器で、それぞれ静電容量を測定すると次ぎの値を示した。

それぞれの値からAは水、Bはエタノール、Cはトルエンという事が判断出来ます。

なぜかと言うと、物質における基本定数である誘電率が、物質毎に異なり、その差を静電容量として捕らえる事が出来るのです。

下の式と比誘電率表を参考にして下さい。
(静電容量増分+測定電極容量)÷測定電極容量=比誘電率
比誘電率 エタノール:24  トルエン:2.3  水:80
(例)
Aについて (790+10)÷10=80
比誘電率80ということから、水と判断できます。
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8.乳化管理1  マーガリン、ハンドクリームなどの乳化物質における
今回紹介させていただきますセンサーは、油中水分計の応用例です。
乳化途中の製品は、時間がたつと分離してしまいます。製品を安定化(乳化)させる為に必要以上に攪拌機を回している現場が多い様です。
作業時間の短縮、しかも安定した製品を供給する為に弊社製品をお使い頂いています。

まずは上図を見て下さい。
油の中に水を添加し攪拌を行います。始め、油と水の層は、完全に分離した状態にあります。
攪拌する事により、乳化粒子の大きさが小さくなっていき、最後は完全に乳化します。弊社機器を用いる事により、その状態を捉える事が出来るのです。
攪拌する事により、センサー周りを油、水、油、水、油と交互に通過していきます。乳化粒子が小さくなるのと同時に出力変化幅も小さくなります。
この事から、まだ乳化途中、つまり攪拌が足りないのか、乳化が完了し攪拌をやめてもいいのかが判断できます。

変換器出力をペンレコーダーでプロットした物

センサー周りが油の時誘電率は低く、
水の時は高くなります
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8.乳化管理2 マーガリン、ハンドクリームなどの乳化物質における
乳化の安定度+水分計として製品管理を行っている現場の紹介です。

某社におけるデータの実例
同じ水分量を添加し乳化状態が同じであれば、最終値はいつも同じ値を示しますが、油の種類が変わったり、不純物が混じれば違った値を示します。
静電容量は、物質の状態変化を見るには最適です。 今回の製品に限らず、いつも同じ製品が生産されているかチェックしたい現場があれば、是非いち度弊社に御相談下さい。
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9.路面検知器 積雪寒冷地の冬期間における道路の雪氷管理
近年、積雪寒冷地の冬期間における道路の雪氷管理は、除雪、排雪による交通確保のみならず、きめ細かな路面管理が必要とされています。
これはスパイクタイヤが使用規制になったことから交通安全上、路面管理が重要な社会的要請となってきたからです。
弊社では静電容量測定を応用し、路面状態を正確にとらえるセンサーを製品化し、北海道などの降雪地帯で御使用頂いています。雪氷管理の一つとしてロードヒーティングが有りますが、常時ヒーターを入れておくと多くの電気を消費します。
そこで危険な状態である時(アイスバーンなど)のみヒーターを入れる制御を行っています。弊社では今後も研究を進め、より良い製品に仕上げて行きたいと考えています。尚、路面凍結検知器は、路面状態が、水、雪、氷のどの状態であるかを判断する機器です。

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10.密度計  密度の変化が誘電率のへんで密度計にも

物質ごとに誘電率が異なることは、物質の状態においても誘電率は異なります。
たとえば、密度、 粉・粒体になった被測定物の誘電率は、一般に発表されている誘電率に比べ、はるかに小さくなります。 
塩ビの場合、誘電率は5.8〜6.4ですが、粉状になった場合、約1.3〜1.5程度になります。又、空気輸送された直後の粉状物質の誘電率は、粉の中に空気(誘電率:1.000586)が多く混入している為、更に小さくなります。

このように弊社機器では、粉・粒体の密度を静電容量変化として捉える事で密度計としてお使いいただけます。



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