JP2543137B2 - 粉塵濃度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粉塵濃度測定装置に係り、特に工場等の排気
ダクトにおける排気中の粉塵濃度を高精度でかつ連続に
測定し粉塵濃度が異常状態になったか否かを判定するよ
うにした光透過式の粉塵濃度測定装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

光線を利用した粉塵濃度測定方法として、一般的には
光透過式と光散乱式とがあり、装置の簡便さから光透過
式の装置が従来より広く使用されている。特開昭61−19
6140号公報の第３図には、光透過式の装置の原理図が開
示されている。この装置は、発光部と受光部とが対向す
るように煙道の両側に取付け、発光部と受光部との間の
光路を粉塵が遮断することによって生ずる光透過率の変
化から粉塵濃度を測定するものである。しかしながら、
この装置においては以下に列挙する欠点がある。すなわ
ち、（１）発光器と受光器とが分離しているため光軸合
わせが困難である。（２）煙道の熱歪みや機械的振動に
よって光軸ずれが生じ易く安定性に欠ける。（３）発光
器と受光器等を校正する光学レンズの表面が粉塵によっ
て汚損され易く、長期安定性に欠ける。（４）発光器の
発光量、受光器の受光感度が環境温度によって変化を受
け易く、高精度な粉塵濃度測定ができない。

これらの欠点を解決する目的で、特開昭59−136639号
公報には光軸の安定性と発光器、受光器の光学レンズ等
の汚損とを防止する装置が開示されている。この装置
は、光透過式の塵埃濃度測定装置であって、発光部と受
光部との塵埃による汚損防止のために、煙道と発光部お
よび煙道と受光部との間に、ピンホールを備えた仕切板
を設け、このピンホールを通過させて清浄気体を煙道に
向かって吹き出す構造としている。さらに、発光部と受
光部とを同一容器内に対向配置し、容器の中央を塵埃通
路とした、発光部、受光部および容器の一体構造によ
り、光軸安定性および光軸調整の容易性を確保してい
る。また、この装置には温度変化による発光部の出力変
動を補正する目的で、発光器出力をハーフミラーによっ
て別途設けられた参照光用受光器に照射して出力変化を
補正したり、発光器から受光器への直達光と塵埃による
散乱光とを異なる受光器によって測定し、演算によって
発光器出力の温度変化を補正することが開示されてい
る。かかる装置においては、次のような問題がある。
（１）受光部の温度補正をしていないため受光部の温度
変化による感度変化に伴う測定上の不安定性が発生す
る。（２）複数の受光器やハーフミラー等の光学装置を
用いているため装置の複雑さ、不安定さあるいは参照光
測定や直達光と散乱光との演算など光出力信号の処理が
複雑化する。

上記で説明した欠点の一つである受光部の温度変化に
よる感度変化を解決する目的で、実開昭61−94732号公
報には、ヒータ加熱によって受光センサの温度安定化を
図った装置が開示されている。この装置は加熱ヒータと
温度センサとによって受光素子ケースを一定温度に保持
するものであるが、受光素子の温度調節器としては具体
性にかけるものであり、受光素子の温度調節には温度調
節回路および受光素子のケース構造、材質等が重要なポ
イントとなる。

本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、簡
便な手法によって発光器と受光器との温度安定化を図
り、排気ダクト内の排気中の粉塵を高精度かつ高安定に
連続測定し、粉塵濃度が異常か否かを判定することがで
きる耐環境性に優れた粉塵濃度測定装置を提供すること
を目的とする。

〔第１発明の説明〕 上記目的を達成するために第１発明は、対向配置され
た発光器と受光器とが各々一体に取付られると共に該発
光器と該受光器との間に測定すべき粉塵の通路が形成さ
れた容器と、前記発光器から照射された光線が通過可能
なピンホールを備えると共に前記発光器と前記通路との
間および前記受光器と前記通路との間に配置された仕切
板と、前記ピンホールを通過して前記仕切板から前記通
路方向に流れるように清浄空気を供給するパージ手段
と、前記発光器および前記受光器の動作温度を一定に保
持するための温度制御手段と、前記発光器をパルス駆動
したときの前記受光器出力をパルス駆動と同期してサン
プリングし、前記通路に存在する粉塵により変化する光
透過率を測定する透過率測定手段と、前記透過率測定手
段で測定された光透過率と予め定められた基準値とを比
較して該光透過率が異常状態になったか否かを判定する
と共に、該光透過率が予め設定した脱塵判定基準値以下
となる状態が所定時間以内で発生したときには異常状態
でないと判定する透過率判定手段と、を含んで構成した
ものである。

以下第１発明の作用を説明する。本発明の容器には、
対向配置された発光器と受光器とが各々一体に取付られ
る共に、発光器と受光器との間には測定すべき粉塵の通
路が形成されている。このように、発光器と受光器とが
容器に一体的に取付られているため、排気ダクトに取付
た場合排気ダクトの熱歪みや機械的振動によって光軸の
ずれが発生することがない。上記発光器と通路との間お
よび受光器と通路の間には、発光器から照射された光線
が通過可能なピンホールを備えた仕切板が配置されてお
り、パージ手段は清浄空気がこのピンホールを通過して
仕切板から通路方向へ流れるように清浄空気を供給す
る。このようにピンホールを備えた仕切板とパージ手段
とを設けることにより、排気ダクト等を流れる粉塵がピ
ンホールを越えて発光器および受光器側に入り込むのを
阻止し、発光器および受光器の表面が汚損されるのを防
止することができる。これによって測定精度等の長期安
定性を維持することができる。

また温度制御手段は、発光器および受光器の動作温度
を一定に保持する。

透過率測定手段は、発光器をパルス駆動したときの受
光器出力をパルス駆動と同期してサンプリングし、通路
に存在する粉塵により変化する光透過率を測定する。そ
して、透過率判定手段は、透過率測定手段で測定された
光透過率と予め定められた基準値とを比較してこの光透
過率が異常状態になったか否かを判定する。このように
発光器をパルス駆動してこのパルス駆動と同期してサン
プリングしているため、発光器の寿命を長くして粉塵濃
度を高精度で連続測定し、排気ダクト内等の粉塵濃度が
異常に増加した場合には異常状態を自動的に判定するこ
とができるため、大気汚染などの公害を未然に阻止する
ことができる。

ところで、集塵機に連結された排気ダクト内の粉塵濃
度を測定する場合には、集塵機のフイルタを清掃するた
めに間欠的にフイルタの脱塵動作が行われ、高濃度の粉
塵が一時的に排気ダクト内に排出されることになる。こ
のような場合には一時的に急激な透過率低下が測定され
ることになるが、これは集塵機フイルタの定期的なメン
テナンスのための動作であり、脱塵動作時に発生する高
濃度の粉塵は異常状態ではない。そこで、第１の発明で
は、透過率判定手段に、脱塵判定基準値を予め設定し、
光透過率が予め設定した脱塵判定基準値以下となる状態
が所定時間以内で発生したときには異常状態でないと判
定するようにしている。従って、一時的に行われる脱塵
動作時に高濃度の粉塵に対して異常状態と誤判定される
ことがなく、安全に本発明の粉塵濃度測定装置を稼動で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、発光器、受光器
および容器を一体構造とし、ピンホールを備えた仕切板
およびパージ手段によって発光器および受光器への粉塵
の付着を防止し、温度制御手段による温度制御によって
発光器および受光器出力を安定化し、光透過率が異常状
態になったか否かを自動的に判定するようにすると共
に、光透過率が予め設定した脱塵判定基準値以下となる
状態が所定時間以内で発生したときには異常状態でない
と判定するようにしているため、粉塵濃度を高精度でか
つ高安定性で連続測定することができ、粉塵濃度が異常
か否かを判定して異常の場合には正確な警報を発っした
り表示を行うことができると共に、一時的に行われる脱
塵動作時に高濃度の粉塵に対して異常状態と誤判定され
ることがない、という効果が得られる。

〔その他の発明の説明〕

上記温度制御手段は、電気抵抗値が温度上昇に伴って
増大しかつ所定温度で急激に変化する特性を備えかつ前
記発光器および前記受光器を加熱する加熱体と、前記発
光器および前記受光器の温度を測定する測定素子と、前
記測温素子で測定された温度に基づいて前記加熱体への
電力を制御する制御手段と、を含んで構成することがで
きる。

また上記目的を達成するために、対向配置された発光
器と受光器とが各々一体に取付られると共に該発光器と
該受光器との間に測定すべき粉塵の通路が形成された容
器と、前記発光器から照射された光線が通過可能なピン
ホールを備えると共に前記発光器と前記通路との間およ
び前記受光器と前記通路の間に配置された仕切板と、前
記ピンホールを通過して前記仕切板から前記通路方向に
流れるように清浄空気を供給するパージ手段と、前記発
光器をパルス駆動したときの前記受光器出力をパルス駆
動と同期してサンプリングし、前記通路に存在する粉塵
により変化する光透過率を測定する透過率測定手段と、
前記容器が配置された通路に連絡した集塵機が所定時間
以上停止した後に前記透過率測定手段で測定された光透
過率を100％として集塵機稼動時に前記透過率測定手段
で測定された光透過率を校正する自動校正手段と、前記
自動校正手段で校正された光透過率と予め定められた基
準値と比較して該光透過率が異常状態になったか否かを
判定する透過率判定手段と、を含んで構成することがで
きる。

上記自動校正手段を設けた発明では、第１発明と同様
の温度制御手段を更に設けることができ、前記透過率判
定手段に、脱塵判定基準値を予め設定し、光透過率が該
脱塵判定基準値以下となる状態が所定時間以内で発生し
たときには異常状態でないと判定するようにすることが
できる。

また、上記のいずれの発明においても、前記仕切板の
前記ピンホールを構成する部分をナイフエツジ状とした
り、前記仕切板の前記ピンホールを構成する部分の先端
部にフッ素樹脂系塗膜を被覆したり、前記容器の粉塵の
通路の近傍の壁面の内面を完全拡散構造にしたりするこ
とができる。

上記温度制御手段に、電気抵抗値が温度上昇に伴って
増大しかつ所定温度で急激に変化する特性を備えたPTC
サーミスタ等の加熱体を用いることにより、抵抗値が無
限大に近い値となる部分を使用することにより一定温度
以上に加熱されないようにすることができ、これによっ
て装置の異常で過電流が流れても加熱体の温度を自動的
に所定温度（抵抗値が急激に変化する温度）に制御する
ことができる。

ところで上記のようにパージ手段によって発光器等の
汚損を防止するように制御しても受光器出力が変動する
ことがあり、このため高精度に安定して測定できないこ
とがある。このため、集塵機に連結された排気ダクト内
の粉塵濃度を測定する場合には、自動校正手段は集塵機
が所定時間以上停止した後すなわち排気ダクト内に浮遊
する粉塵が完全に沈降し光路中に粉塵が存在しない状態
で、透過率測定手段で測定された光透過率を100％とし
て集塵機稼動時に透過率測定手段で測定された光透過率
を校正する自動校正を行うようにしている。このように
透過率測定手段での測定値を自動校正するようにしてい
るため、発光器の光出力変化、受光器の受光感度変化、
測定装置自体の温度ドリフトまたはピンホールの粉塵に
よる汚染等によって透過率測定手段での測定値に誤差が
生じた場合であっても間欠的に行われる集塵機の停止毎
に自動校正することができ、常時正確な測定状態に維持
することができる。

また、自動校正手段を設けた場合にも、第１発明と同
様に、透過率判定手段に、脱塵判定基準値を予め設定
し、光透過率が脱塵判定基準値以下となる状態が所定時
間以内で発生したときには異常状態でないと判定するよ
うにすれば、一時的に行われる脱塵動作時に高濃度の粉
塵に対して異常状態と判定されることがなく、安全に粉
塵濃度測定装置を稼動できる。

上記のように、所定温度で電気抵抗値が急激に上昇す
る特性を備えた加熱体を用いることにより加熱体に温電
流が流されても一定温度以上に加熱されることがないた
め、装置の異常時等においても発光器および受光器が加
熱されることなく安全性の確保と発光器内の発光素子等
の熱破壊等を自動的に防止することができる、という効
果が得られる。

また、透過率測定手段での測定値の自動校正を集塵機
が所定時間以上停止する度に行なえるようにすれば、透
過率測定手段の出力に誤差が生じても常時正常な測定状
態に維持できる、という効果が得られる。

そして、脱塵判定基準値を設けるようにすれば、集塵
機フイルタの脱塵動作時に一時的に発生する高濃度の粉
塵を異常状態として誤判定することが防止できる、とい
う効果が得られる。

更に、仕切板のピンホールを構成する部分をナイフエ
ツジ状としたり、ポンホールを構成する部分の先端部に
フッ素樹脂系塗膜を被覆したりすることにより、粉塵等
の堆積を防止しすることができ、容器の粉塵の通路の近
傍の壁面の内面を完全拡散構造にすることにより外乱光
による影響を防止して測定精度を向上することができ
る、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。まず、本発明の第１実施例を第１図〜第８図を参照
して説明する。第１図に示すように本実施例の粉塵濃度
測定装置は、発光ダイオード（LED）から成る発光素子
を備えた発光器10と、フォトダイオード（PD）から成る
受光素子を備えた受光器12と、発光器10と受光器12とを
対向させて一体的に配置し、発光器10と受光器12との間
に粉塵通路20が形成された容器18とを備えている。この
容器18は、粉塵通路20が集塵装置に連結された排気ダク
ト22内に位置するように配置されている。発光器10と粉
塵通路20との間および受光器12と粉塵通路20との間に
は、中心にピンホール24が穿設された仕切板26がそれぞ
れ複数枚配置されている。これらの仕切板26は、発光器
10と受光器12とを結ぶ光軸28がピンホール24の中心を通
るように配置されている。発光器10は、温調器46を構成
する断熱材ケース14内に固定配置され、断熱材ケース14
によって容器18と一体となるように保持されている。ま
た、受光器12も同様に温調器48を構成する断熱材ケース
16内に固定配置され、断熱材ケース16によって容器18に
一体的に保持されている。容器18の発光器10の近傍と受
光器12の近傍にはそれぞれ導入口36が形成されており、
これらの導入口36は配管、エアーフイルタ34および減圧
弁32を介して工場エアー等のエアー供給源に接続されて
いる。なお、30はコネクタである。

発光器10の発光素子と受光器12の受光素子とは、発光
器10内の発光素子をパルス駆動しこのパルス駆動と同期
して発光素子の発光出力を受光器12の受光素子によって
測定し、発光器10と受光器12との間の光路の光透過率を
測定する透過率測定回路38に接続されている。また、温
調器46と温調器48とは、発光素子と受光素子との動作温
度を一定に保持するように制御する温調回路44に接続さ
れている。透過率測定回路38と温調回路44の出力端は、
予め設定された粉塵濃度の基準値に対応させた光透過率
の判定基準値と透過率測定回路38で測定された光透過率
とを比較して光透過率が判定基準値以下か否かを判定し
て粉塵濃度が異常になったか否かを判定する透過率判定
回路40に接続されている。そして、透過率判定回路40は
透過率判定回路40での判定結果に応じて粉塵濃度の異常
状態等を表示する表示装置42に接続されている。

次に第１図の各部の詳細を説明する。第２図、第３図
および第４図に示すように、温調器46は断熱材で構成さ
れた断熱材ケース14と、断熱材ケース14内に固定保持さ
れた発光器10を伝熱板15を介して加熱するためのPTCサ
ーミスタ等の定温発熱体から構成されたヒータ19と、断
熱材ケース14内の温度を検出するサーミスタ等で構成さ
れた測温素子50とから構成されている。発光器10は、ア
ルミニウム等で構成された金属の伝熱板15に固定され、
伝熱板15の裏面にはヒータ19が装着されており、ヒータ
19の発熱を伝熱板15を介して効率よく均一に加熱するよ
うにしている。また、測温素子50は伝熱板15上に装着さ
れて伝熱板15の温度を測定する。なお、温調器48も温調
器46と同様に、受光器12を固定保持する断熱材ケース1
6、伝熱板17およびヒータ24から構成されている。断熱
材ケース14および断熱材ケース16は、ジユラコン等の断
熱材から構成されており、ケース外部との断熱作用を行
うと共に内部に収容された発光素子や受光素子の保温性
を向上させる。

ヒータ19は、第６図に示すように、ヒータ19にパルス
状の電圧を印加するためのソリツドステートリレー（SS
R）等で構成されたスイツチ回路501を介して直流電源に
接続されている。また、測温素子50は、測温素子50の出
力に基づいて断熱材ケース14内の温度が予め設定された
温度に達したか否かを判定し、達したときにはヒータ19
への電力を遮断しかつ達しないときにはヒータ19へ電力
を供給するようスイツチ回路501を制御するためのコン
パレータ502に接続されている。なお、測温素子54も同
様に、コンパレータ504を介してスイッチ回路503に接続
されている。

第５図に示すように、透過率測定回路38は、発光器10
の発光ダイオード10aを適当なデユーテイ比で動作点灯
させるためのパルスを発生するパルス発生回路380と、
パルス発生回路380出力に基づいて発光ダイオード10aを
駆動するためのLED駆動回路381と、パルス発生回路380
から出力されたパルス信号に同期してフォトダイオード
12aからの光電流信号を最適時期でサンプリングしホー
ルドするためのサンプリング信号を発生するサンプリン
グ信号発生回路382とを備えている。このサンプリング
信号発生回路382は、フォトダイオード12aに流れる光電
流を増幅するための電流増幅回路383から出力される光
電流信号の値を雑音等を除いて安定した時期に検出保持
するためのサンプルホールド回路384に接続されてい
る。このサンプルホールド回路384は、サンプルホール
ド回路384出力を光透過率に換算するための透過率零調
回路385に接続されている。

透過率判定回路40は、粉塵濃度に対応して任意に設定
された光透過率の判定基準値信号を発生する基準値回路
400と、温調回路44のコンパレータ502から設定温度信号
が入力されたときに、この基準値回路400出力と透過率
測定回路38出力とを比較して光透過率が基準値以下か否
かを判定する判定回路401とから構成されている。

また、表示装置42は、透過率判定回路40出力を光透過
率としてその数値を％表示するパネルメータ420と、判
定回路401の判定結果に基づいて粉塵濃度が基準値以上
か否か（異常状態か否か）を表示するランプ等で構成さ
れた表示器421と、コンパレータ502に接続された表示器
422とを備えている。

第５図では図示を省略したが、本実施例では第７図に
示すように、透過率判定回路40に、予め判定基準値が設
定された基準値回路400と、光透過率信号と判定基準値
とを比較して透過率の異常状態を判定する判定回路401
とに加えて、粉塵濃度測定装置が取付けられた排気ダク
トの集塵機の脱塵動作時に一時的に発生する高濃度の粉
塵濃度を判定する脱塵判定回路402と、脱塵判定回路402
の判定で用いる脱塵判別基準値V₀が設定された脱塵判定
基準値回路403と、判定回路401出力および脱塵判定回路
402出力によって動作されるタイマ回路404とが設けられ
ている。また、表示手段42には、ブザー等で構成された
警報器423（第５図では図示省略）が設けられている。

次に本実施例の作用を説明する。工場エアーは、エア
ーの圧力を低減させる減圧弁32とエアー中の水分や油分
を除去するエアーフイルタ34とを通過することによって
低圧の清浄空気とされ、導入口36から容器18内に導入さ
れる。この清浄空気は、仕切板26のピンホール24を通っ
て粉塵通路20方向へ流出し、粉塵通路20から発光器10お
よび受光器12方向に粉塵が飛散して発光器10および受光
器12に付着して汚損されるのを防止する。LED駆動回路3
81はパルス発生回路380から発生されるパルスに応じて
発光ダイオード10aを発光させる。サンプリング信号発
生回路382は、パルス発生回路380から発生されたパルス
信号に同期してサンプルホールド回路384が電流増幅回
路383出力をホールドするようにサンプリング信号を発
生する。発光ダイオード10aから照射された光線は、容
器18の粉塵通路20を通過してフォトダイオード12aに照
射され、フォトダイオードにパルス状の光電流が発生す
る。従って、発光ダイオード10aとフォトダイオード12a
との間の光路を粉塵が通過して光線を遮光することによ
ってこの光路の透過率が変化するためフォトダイオード
12aの光電流が変化する。この光電流は電流増幅回路383
によって増幅された後サンプルホールド回路384に入力
される。サンプルホールド回路384は、光電流のエツジ
部でオーバシユートが生じ易く信号レベルに不安定な誤
差を与える原因となるため、エツジ部のオーバシユート
信号を除いた正確で安定したパルス状の光電流を直流信
号に変換してホールドする。サンプルホールド回路384
から出力された直流信号は、透過率零調回路385によっ
て光透過率信号に変換されて判定回路401に入力され
る。この光透過率信号は、後述するようにコンパレータ
502から設定温度に達したことを示す信号が入力された
ときに、判定回路401によって予め設定された光透過率
の判定基準値と比較され、光透過率が判定基準値以下に
低下すると粉塵濃度が増加して異常状態になったと判断
して、粉塵濃度の異常状態を示す異常信号を出力する。
そして、表示器421は、この異常信号に基づいてランプ
を点灯または点滅させることによって粉塵濃度の異常状
態を表示する。ここで、粉塵による光透過率の変化は、
粉塵の粒径に依存するため、排気ダクトの粉塵の粒度分
布を測定し、粉塵濃度と透過率との相関を予め求めた
後、粉塵濃度の基準値に対応する光透過率を判定基準値
とすることにより正確な粉塵濃度測定が可能となる。ま
た、透過率零調回路385からの透過率信号は、パネルメ
ータ420にも供給され、粉塵濃度に対応する透過率が％
で表示される。

温調回路44は、スイツチ回路501をオンさせてヒータ1
9に電力を供給しヒータ19を発熱させて伝熱板15を介し
て発光ダイオード10aを加熱する。断熱材ケース14内の
温度は、測温素子50によって測定され、コンパレータ50
2は、この測定された温度と予め設定された設定温度と
を比較し、断熱材ケース14内が設定温度に達するとスイ
ツチ回路501をオフしてヒータ19への電力の供給を遮断
する。そして、上記の動作を繰り返して行うことによっ
て断熱材ケース14内の温度が一定温度に保持される。ま
た、受光器12を収容する断熱材ケース16内の温度も上記
と同様にスイツチ回路503とコンパレータ504によって制
御される。従って、それぞれ断熱ケース内に収容された
発光ダイオードおよびフォトダイオードの動作温度が一
定に保持されて、発光出力あるいは受光感度の温度安定
化が容易に達成できる。コンパレータ502は、測温素子5
0で検出された温度が設定温度に達すると、その判定出
力（スイツチ回路501をオフさせる信号と同一の信号）
を判定回路401および表示器422にも出力する。この設定
温度信号は、表示器422によって表示され、粉塵濃度測
定装置が測定状態に入ったことを報知する。すなわち、
温調器46はヒータ19によって加熱されるが、温調器46の
熱容量によって設定温度に達するのに時間を要する。こ
の加熱期間では発光ダイオード10aおよびフォトダイオ
ード12aの温度は不安定であり、その光出力および受光
感度は安定しない。従って、この加熱期間で透過率信号
が大きく変化するため粉塵濃度測定を行っても誤差が大
きくなる。そこで、温調器46の温度が設定温度に達した
ときに、判定回路401での判定を行うことによって誤動
作のない正確な粉塵濃度測定を行うようにしている。判
定回路401では、コンパレータ502から設定温度信号が入
力されたときに、上述したように、透過率零調回路385
から入力された光透過率信号と基準値回路400に予め設
定されている判定基準値とを比較して光透過率信号が判
定基準値以下になったか否かを判断し、その結果を表示
器421に出力する。このように、コンパレータ502から設
定温度信号が判定回路401に入力されている期間のみ光
透過率の判定結果を表示器421に表示するようにしてい
るため、温調器46等の温度上昇期間あるいは温調器46等
の不動作時に透過率零調回路385からの透過率信号が変
化しても表示器421には判定結果が表示されず誤表示を
防止することができる。

次に本実施例の脱塵動作時の動作を説明する。集塵機
の脱塵動作時には、透過率測定回路38で測定されて出力
された光透過率信号は、第８図Ｉに示すように一時的に
高濃度側に変化する。この光透過率信号は、脱塵判定回
路402によって脱塵判別基準値V₀と比較され、光透過率
信号のレベルが脱塵判別基準値V₀より大きいときに脱塵
判定回路402から第８図IIに示す信号が出力され、タイ
マ回路404を作動させる。このタイマ回路404は、一定時
間Ｔの間ローレベルとなる信号（第８図III）を発生
し、この信号の後端部すなわち信号が立ち上がったとき
に判定回路401出力を判定し、判定回路401の出力がない
ときすなわち光透過率信号のレベルが判定基準値未満の
ときにはローレベルの信号を出力する（第８図IV）。こ
の結果警報器423は作動されない。しかしながら、排気
ダクト内の粉塵濃度が連続的に上昇し、光透過率が低下
した場合には光透過率信号は第８図Ｉ′に示すように連
続的にハイレベルになる。従って、脱塵判定回路402か
らは第８図II′に示すように連続的にハイレベルになっ
た信号が出力され、上記と同様に一定時間Ｔの間タイマ
回路404が作動される（第８図III′）。タイマ回路404
は所定時間Ｔ経過したときに判定回路401出力を判別す
るが、このときには判定回路401は脱塵判定回路402と同
一の判定結果を出力しているため、タイマ回路は第８図
IV′に示す出力を発生しこの出力によって警報器423が
駆動される。

なお、上述した脱塵判定基準値は、用いる集塵機によ
って異なる脱塵時の一時的に発生する粉塵濃度の大きさ
に応じて、その大きさが決められるものであり、従っ
て、前記基準値回路400の判定基準値に対して大きくて
も小さくてもよく、さらにまた、前記判定基準値を脱塵
判定基準値として用いることも可能である。

以上説明したように本実施例によれば、粉塵濃度測定
装置が取付けられる排気ダクトの集塵機の定期的なフイ
ルタの脱塵動作時において一時的に高濃度の粉塵が排出
されても脱塵動作が自動的に判別されて警報器が誤動作
されないようにされる。

また、本実施例によれば、発光素子として発光ダイオ
ードを使用しているため発光ダイオードの光放射特性
（放射角とビームパターン）を選択することによって光
学レンズを使用しない安価で簡便な構成とすることがで
き、これによって発光器の機械的安定性等を容易に保つ
ことができる。また、受光素子としてフォトダイオード
を使用しているため、発光素子からの光出力を高感度で
かつ簡便に測定することができる。また、発光素子をパ
ルス駆動させているため、発光素子の動作時間を短くし
て発光素子の寿命を向上することができ、これによって
粉塵濃度測定装置としての耐久性、信頼性を向上するこ
とができる。さらに、粉塵濃度測定装置が装着される排
気ダクトの粉塵濃度が集塵機のフイルタ破れ等によって
増加すると光透過率の減少として測定され、この透過率
％が表示されると共に、粉塵濃度が基準値以上に増加す
ると異常状態が表示されるため工場等の排気ダクトから
排出される粉塵濃度を連続的に常時監視でき、また粉塵
濃度が異常状態になったか否かを自動的に判定すること
ができるため大気汚染等の公害を未然に防止することが
できる。またさらに、発光素子および受光素子の動作温
度を一定に保持するようにしているため、環境温度変化
を受けることがなく、発光素子の発光出力および受光素
子の受光感度を安定化させることができる。粉塵濃度測
定装置が設置される工場等の環境温度の変化あるいは排
気ダクト中の温度変化があっても粉塵濃度の安定な測定
が極めて容易にでき、従って粉塵濃度の低濃度域におけ
る微笑な光透過率の変化を高精度に測定できる。また、
発光素子および受光素子を加熱する手段としてPTCサー
ミスタ等の正の抵抗温度特性を備えた定温発熱体を使用
しているため、定温発熱体が持つ抵抗急変特性（電気抵
抗値が温度上昇に伴って増大し、所定温度で急激に変化
する特性）から所定以上の電流が供給されても温度が所
定値以上に上昇しないため、電源等の異常によって定温
発熱体に過電流が供給されても加熱状態に陥ることはな
く発光素子および受光素子を安全に動作させることがで
きる。さらに、温調器が設定温度に達し安定した状態に
おいてのみ粉塵濃度による光透過率の測定と粉塵濃度の
異常判定を行うようにしているため、正確な粉塵濃度の
表示と正確な粉塵濃度の異常状態の判定とを行うことが
できる。また、断熱材ケース、伝熱板および定温発熱体
で、調温器を構成しているため、小型軽量かつ低価格に
構成することができる。

なお、上記では粉塵濃度の異常状態をランプ等によっ
て表示する例について説明したが、ブザー等によって警
報として報知するようにしてもよい。また、発光素子と
して発光ダイオードを用いた例について説明したが、レ
ーザダイオード等を用いるようにしてもよい。さらに、
コンパレータ502を判定回路401に接続して温度が不安定
なときには判定を行わないようにする例について説明し
たが、コンパレータ502をパルス発生回路380に接続して
温調器48の温度が設定温度になった時点でパルス信号を
発生させて粉塵濃度の測定を開始させるようにしてもよ
い。この場合には測定不能のときに発光ダイオードが点
灯されないため、発光ダイオードの寿命をさらに向上さ
せることができる。また、上記では光透過率信号と１つ
の判定基準値とを比較して異常状態を判定する例につい
て説明したが、大きさが異なる複数の判定基準値を設け
て異常状態を段階的に表示または警報するようにしても
よい。

次に第９図を参照して本発明の第２実施例を説明す
る。なお、第９図において第１図と対応する部分には同
一符号を付して説明を省略する。本実施例は粉塵通路内
に粉塵が存在しないときの透過率測定回路の出力を透過
率100％に自動的に校正する自動校正回路を設けると共
に、粉塵濃度測定装置の排気ダクトへの初期取付け時に
おける光透過率100％のときの透過率測定回路の初期出
力値を記憶し、粉塵濃度測定装置の稼動時において自動
校正手段よる透過率の校正毎に透過率測定回路の出力値
と上記初期出力値と比較し、一定以上の差が発生したと
き粉塵濃度測定装置のメンテナンスを促すメンテナンス
信号を発生する保守手段とを付加したものである。本実
施例においては透過率判定回路40はコンピユータを含ん
で構成されており、表示手段42はパネルメータ420、警
報器423およびメンテナンス表示器424で構成されてい
る。集塵機60には、集塵機60を制御しかつ集塵機60の動
作状態を検知して集塵機60が停止しているか否かを判定
する集塵機停止判定回路62が接続されている。この集塵
機停止判定回路62はインタフエース406に接続されてい
る。温調回路44はこのインタフエース406に接続され、
透過率測定回路38はアナログ信号である光透過率信号を
デジタル信号に変換するためのA/D変換器405に接続され
ている。中央処理装置（CPU）408には、上記のA/D変換
器405、インタフエース406、透過率の判定基準値や脱塵
判定に用いるタイマ時間や透過率測定回路の初期出力値
等を記憶するメモリ409と、このメモリ409内の記憶値の
変更や粉塵濃度測定装置の操作等を行うためのキーボー
ド407が接続されている。また、中央処理装置408は、光
透過率を数値表示したり光透過率判定基準値等の数値を
表示するためのパネルメータ420、透過率の異常状態す
なわち粉塵濃度異常をランプやブザーで警報するための
警報器423およびメンテナンスが必要か否かを表示する
ためのメンテナンス表示器424に接続されている。

次に本実施例の作用を説明する。まず、透過率測定回
路の出力を自動校正するためには、容器の粉塵通路内に
粉塵が存在しない状態にする必要がある。本発明者らの
実験によれば、集塵機停止後30分以上経過すれば、排気
ダクト内の微小浮遊粉塵が沈降し、光透過率が100％に
なることが確認された、そこで本実施例では、集塵機停
止判定回路62によって排気ダクトに連結された集塵機が
停止されたか否かを検出し、集塵機停止信号が入力され
たときにコンピユータのソフトタイマによって経過時間
を計測し、粉塵通路内の光透過率が100％になったか否
かを判定するようにしている。集塵機の停止時間が計測
されて所定時間（例えば、30分）越えるとA/D変換器405
を介してコンピユータに入力される光透過率信号の値が
透過率100％でない値であっても透過率100％に一致した
レベルに補正され、その結果はパネルメータ420に表示
される。この動作は、予めメモリ409に記憶された制御
ルーチンによって実行され、一旦透過率100％の補正が
行われると集塵機が次に所定時間以上停止するまで自動
校正は行われない。通常の集塵機では生産ラインの停止
時に集塵機の稼動が停止されるため、集塵機の停止は作
業者の交代時や食事時など一日に数回行われる。従っ
て、本実施例の自動校正機能によって透過率の100％の
調整が一日に数回実施されることになり、常時正しい測
定状態に維持することができる。この結果、粉塵濃度測
定装置の発光器の性能劣化（例えば、温度変化による光
出力変動や性能劣化による光出力低下）によって短期間
に透過率の零点が変化しても、短期間に実施する自動校
正機能によって自動校正し、粉塵濃度測定を常に正しい
零点からの変化量として測定することができる。また、
粉塵濃度測定装置の長時間の使用によって清浄空気中の
水分や油分が発光器や受光器の表面に付着し、粉塵通路
内に粉塵が存在しないにも拘わらず透過率100％の信号
が得られなかった場合においても、汚損による透過率の
低下を校正することができる。また、発光素子をパルス
駆動することによって耐久性を向上させているが、発光
素子の経年劣化によって発光素子が低下する場合もある
が、この場合も見掛け上透過率の低下として表われるた
め本実施例の自動校正機能によって自動的に校正するこ
とができる。

次に第10図を参照して本実施例の制御ルーチンを説明
する。粉塵濃度測定装置のキーボードの作動スイツチが
オンされるとステツプ100において粉塵濃度測定装置が
動作されて透過率測定が開始される。次のステップ102
では、集塵機停止判定回路62出力に基づいて集塵機60が
稼動しているか停止しているかが判断される。集塵機60
が作動状態であれば、ステツプ116においてA/D変換器40
5から出力されたA/D変換値を取込み、ステツプ118にお
いて上記で説明したのと同様の方法で光透過率の測定と
測定値の校正と光透過率が異常状態になったか否かの判
断とが行われ、ステツプ114において校正された測定値
がパネルメータ420に表示され判定結果が警報器423に供
給される。なお、粉塵濃度測定装置を設置したときの初
期測定であるときには、このときのA/D変換値が初期測
定値としてメモリ409に記憶される。

一方、集塵器が停止しているときにはステツプ104に
おいて所定時間（例えば30分）経過した否かが判断され
る。集塵機の停止が所定時間以上経過したと判断された
ときには、ステツプ106においてA/D変換器405で変換さ
れたA/D変換値を取込み、ステツプ108において予めメモ
リ409に記憶された初期測定値（例えば、８ボルト）と
比較される。A/D変換値が初期測定値以上であれば、ス
テツプ110においてA/D変換値が透過率100％に対応する
値（例えば、10ボルト）になるように自動校正を行うた
めの校正値を求め、この校正値をメモリ409に記憶す
る。この校正値は、ステツプ118による自動校正に使用
される。一方、A/D変換値が所定値未満のときには発光
器や受光器の性能低下または仕切板のピンホールへのデ
ポジツト付着等によって透過率測定回路38出力が低下し
たことからメンテナンスが必要であると判断し、ステツ
プ112においてメンテナンス表示器424を駆動してメンテ
ナンスの必要性を表示した後ステツプ114へ進む。

以上のルーチンを繰り返して実行することによって集
塵機が所定時間以上継続して停止されたときにおける透
過率の自動校正と、粉塵通路内に粉塵が存在しない状態
で透過率が例えば80％低下した場合におけるメンテナン
スの必要性の表示とを自動的に表示するという極めてイ
ンテリジエントな粉塵濃度測定装置を提供することがで
きる。従って、粉塵濃度測定装置としての保守性の向上
と測定精度の確保および信頼性が飛躍的に改善される。

以上説明したように本実施例によれば、粉塵濃度測定
装置の主要構成要素である発光器、受光器およびピンホ
ール部等の経年汚損状態あるいは性能低下状態を常時チ
エツクして自動校正を行うと共に、一定以上の性能低下
や汚損状態と判定されたときに、自動的にメンテナンス
の必要性を表示できるため、粉塵濃度測定装置を常に高
精度、高信頼性を確保しながら稼動できる、という効果
が得られる。

なお、集塵機が停止する毎にメンテナンスの必要性の
判定を行う例について説明したが、粉塵濃度測定値の初
期設置時における光透過率100％でのA/D変換値を初期測
定値としてメモリに記憶し、常にこの初期測定値とA/D
変換値とを比較してA/D変換が初期測定値より一定量低
下した場合メンテナンスの必要性有りと判定してメンテ
ナンス信号を発生するようにしてもよい。また、脱塵判
定基準値をメモリに記憶し、この脱塵判定基準値とA/D
変換値とを上記で説明した方法で比較することによって
脱塵動作が行われたか否かを判定するようにしてもよ
い。

次に第11図を参照して本発明の第３実施例を説明す
る。本実施例は、発光器と粉塵通路との間および受光器
と粉塵通路との間に配置された仕切板の、ピンホールを
構成する部分をナイフエツジ状として粉塵等の堆積を防
止するようにしたものである。第３図に示すように、ピ
ンホールを構成する仕切板の部分が仕切板の表面と直交
する平坦部になっていると、この平坦部に粉塵Ｄが堆積
しやすくなる。また、導入口36からの清浄空気の流れが
あっても、前記平坦部上で流れのよどみが生じ、結果と
して粉塵の堆積を十分阻止できない。このように、平坦
部に粉塵が堆積して見掛け上ピンホールの口径が小さく
なり透過光量が低下し、粉塵濃度の増加による透過率低
下か、ピンホール部の粉塵の堆積による透過率低下かを
区別することはできず、粉塵濃度の測定値に誤差を含む
場合がある。そこで本実施例は第11図に示すように、仕
切板26の、ピンホール24を形成する先端部64をナイフエ
ツジ状にしたものである。このようにナイフエツジ状に
して、ピンホール24内の内径部分となるエツジ部分の面
積を極めて小さくしたため、先端部64に粉塵等が堆積す
ることがなく、さらに、導入口36から導入される清浄空
気の流れがナイフエツジ部を、流れのよどみを生ずるこ
となく、むしろ渦などの乱れを伴って通過することによ
り、粉塵を吹きとばすので、先端部64への粉塵の堆積を
積極的に阻止することができる。これにより、ピンホー
ル24の口径を常に一定に保つことができる。従って、発
光阻止から粉塵通路へ照射される光量が一定に保たれる
ため受光器側では粉塵通路を通過する粉塵による光透過
率変化のみを常時安定して測定することが可能となる。

なお、ナイフエツジの斜面は、第11図に示すように、
発光器10および受光器12に面して形成しても、また逆に
粉塵通路20に面して形成しても、さらにまた片面だけで
なく両面に形成しても、同様に上述の効果が得られる。

なお、仕切板26の先端部64には、テフロン（商品名）
等の非粘着性を備えたフッ素樹脂系塗膜を被覆するよう
にしてもよい。

次に本発明の第４実施例を第12図を参照して説明す
る。第２図に示した容器18では、発光器10から出力され
た光ビームや外乱光等が粉塵通路20の内壁面で反射し反
射光がピンホール24を通って受光器12に入射され、この
反射光が発光器10からの直達光に対して雑音として作用
し測定誤差を生む原因となる。そこで本実施例では、粉
塵通路20近傍の壁面66の内面を光に対して完全拡散構造
（例えば、無反射コーテイングや表面を粗にして光を散
乱させる）とするようにしたものである。このように壁
面66の内面を完全拡散構造としているため発光器10から
照射された光や外乱光をこの壁面66によって反射させな
いようにして反射光をなくすかまたは散乱させて反射光
が受光器12に到達しないようにすることができる。この
ため受光器12には発光器10からの直達光のみが入射され
ることになる。従って容器18を通過する粉塵による光透
過率の変化のみを正確に測定することができ、粉塵濃度
測定装置の測定精度を向上させることができる。従って
受光器出力のSN比の改善と安定性を保つことが可能とな
り、粉塵通路を通過する粉塵による透過光のみを高精度
かつ高安定に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の概略図、第２図は第１図
の容器部分の拡大図、第３図は第１図の温調器部分の拡
大図、第４図は温調器内のヒータ等の平面図、第５図は
第１図の制御回路ブロツク図、第６図は第１図の温調回
路のブロツク図、第７図は本発明の第２実施例の制御回
路の一部分を示すブロツク図、第８図（ａ）、（ｂ）は
第７図の各部の波形を示す線図、第９図は本発明の第２
実施例の概略図、第10図は上記第２実施例の制御ルーチ
ンを示す流れ図、第11図は本発明の第３実施例の仕切板
を示す断面図、第12図は本発明の第４実施例の測定容器
部分を示す概略図である。 10……発光器、 12……受光器、 14……断熱材ケース、 16……断熱材ケース、 18……容器、 20……粉塵通路、 22……排気ダクト、 26……仕切板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 政所 良行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 陽三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−57836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−151760（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−184458（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向配置された発光器と受光器とが各々一
   体に取付けられると共に該発光器と該受光器との間に測
   定すべき粉塵の通路が形成された容器と、 前記発光器から照射された光線が通過可能なピンホール
   を備えると共に前記発光器と前記通路との間および前記
   受光器と前記通路との間に配置された仕切板と、 前記ピンホールを通過して前記仕切板から前記通路方向
   に流れるように清浄空気を供給するパージ手段と、 前記発光器および前記受光器の動作温度を一定に保持す
   るための温度制御手段と、 前記発光器をパルス駆動したときの前記受光器出力をパ
   ルス駆動と同期してサンプリングし、前記通路に存在す
   る粉塵により変化する光透過率を測定する透過率測定手
   段と、 前記透過率測定手段で測定された光透過率と予め定めら
   れた基準値とを比較して該光透過率が異常状態になった
   か否かを判定すると共に、該光透過率が予め設定した脱
   塵判定基準値以下となる状態が所定時間以内で発生した
   ときには異常状態でないと判定する透過率判定手段と、 を含む粉塵濃度測定装置。
2. 【請求項２】前記温度制御手段を、 電気抵抗値が温度上昇に伴って増大しかつ所定温度で急
   激に変化する特性を備えかつ前記発光器および前記受光
   器を加熱する加熱体と、 前記発光器および前記受光器の温度を測定する測温素子
   と、 前記測温素子で測定された温度に基づいて前記加熱体へ
   の電力を制御する制御手段と、 を含んで構成した請求項（１）記載の粉塵濃度測定装
   置。
3. 【請求項３】対向配置された発光器と受光器とが各々一
   体に取付けられると共に該発光器と該受光器との間に測
   定すべき粉塵の通路が形成された容器と、 前記発光器から照射された光線が通過可能なピンホール
   を備えると共に前記発光器と前記通路との間および前記
   受光器と前記通路との間に配置された仕切板と、 前記ピンホールを通過して前記仕切板から前記通路方向
   に流れるように清浄空気を供給するパージ手段と、 前記発光器をパルス駆動したときの前記受光器出力をパ
   ルス駆動と同期してサンプリングし、前記通路に存在す
   る粉塵により変化する光透過率を測定する透過率測定手
   段と、 前記容器が配置された通路に連絡した集塵機が所定時間
   以上停止した後に前記透過率測定手段で測定された光透
   過率を100％として集塵機稼動時に前記透過率測定手段
   で測定された光透過率を校正する自動校正手段と、 前記自動校正手段で校正された光透過率と予め定められ
   た基準値とを比較して該光透過率が異常状態になったか
   否かを判定する透過率判定手段と、 を含む粉塵濃度測定装置。
4. 【請求項４】前記発光器および前記受光器の動作温度を
   一定に保持するための温度制御手段を更に含む請求項
   （３）記載の粉塵濃度測定装置。
5. 【請求項５】前記温度制御手段を、 電気抵抗値が温度上昇に伴って増大しかつ所定温度で急
   激に変化する特性を備えかつ前記発光器および前記受光
   器を加熱する加熱体と、 前記発光器および前記受光器の温度を測定する測温素子
   と、 前記測温素子で測定された温度に基づいて前記加熱体へ
   の電力を制御する制御手段と、 を含んで構成した請求項（４）記載の粉塵濃度測定装
   置。
6. 【請求項６】前記透過率判定手段に、脱塵判定基準値を
   予め設定し、光透過率が該脱塵判定基準値以下となる状
   態が所定時間以内で発生したときには異常状態でないと
   判定するようにした請求項（３）〜（５）のいずれか１
   項記載の粉塵濃度測定装置。
7. 【請求項７】前記仕切板の前記ピンホールを構成する部
   分をナイフエツジ状とした請求項（１）〜（６）のいず
   れか１項記載の粉塵濃度測定装置。
8. 【請求項８】前記仕切板の前記ピンホールを構成する部
   分の先端部にフッ素樹脂系塗膜を被覆した請求項（１）
   〜（７）のいずれか１項記載の粉塵濃度測定装置。
9. 【請求項９】前記容器の粉塵の通路の近傍の壁面の内面
   を完全拡散構造にした請求項（１）〜（８）のいずれか
   １項記載の粉塵濃度測定装置。