JP4729655B2 - 真空質量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空状態において質量測定を行い、秤量過程で校正を行い得る真空質量測定装置に関するものである。

環境の悪い条件で、微小な荷重変化などを精度良く測定することは極めて難しい。

例えば、真空中において高温の溶融金属から放出されるガス量を時間単位で電子天びんを用いて質量変化として測定をしなければならない場合がある。しかし、電子天びんに対する熱影響等によりその特性が変化し、精度の良い測定が困難な場合が多い。

また、そのために頻繁な校正が必要となるが、真空中での校正操作を必要とし、なかなか困難である。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、試料皿を設けた真空容器と気密に隔絶した熱遮蔽箱内に秤量手段を配置し、秤量過程中に秤量手段の零点調整による簡便な校正を可能とし、秤量手段の温度による特性変化を補償することができる真空質量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る真空質量測定装置は、真空容器内において高温の試料を計量皿に載置してその質量変化を測定可能な真空質量測定装置であって、前記真空容器の下部に前記真空容器と気密に隔絶した熱遮蔽箱を設け、該熱遮断箱に秤量手段を内蔵し、該秤量手段は前記真空容器中に配置した前記計量皿を荷重伝達棒を介して支持し、前記計量皿を前記秤量手段から遠隔的に分離して前記秤量手段に前記計量皿の負荷が伝達しないようにする分離手段を設け、前記真空容器内を真空とした測定状態において前記計量皿を前記秤量手段から分離し前記秤量手段の零点調整を行うことを特徴とする。

本発明に係る真空質量測定装置によれば、高温の試料による秤量手段に対する温度上昇の影響を緩和し、秤量の過程で秤量手段を任意に零点調整による校正ができるので秤量手段の精度を維持できる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は構成図であり、真空容器１の上部には試料容器２に入れた被計量物Ｍを出し入れするための開閉可能な蓋部３が設けられており、真空容器１には内部にガスを注入し或いはガスを吸引するためのボンベ或いは吸引ポンプに接続された配管４、５が配設され、配管の途中には開閉弁６、７が設けられている。

真空容器１の下部には、断熱材を取り付けた熱遮蔽箱８が配置され、この熱遮蔽箱８内の中間には仕切板９が水平に設けられ、この仕切板９の下方の空間内は密閉されており、この空間内に精密電子天びん１０が配置されている。この電子天びん１０の出力は、真空容器１の外部に配置された制御表示部１１に電線１２を介して接続されている。

熱遮蔽箱８の上部には円形の開口１３が設けられ、この開口１３に円筒状の筒部１４が上下に摺動自在に挿通されている。筒部１４の上端にはフランジ１５が設けられ、筒部１４はこのフランジ１５を介して開口１３の上縁に吊り下げられている。

一方、電子天びん１０の上部から上方に向けて、非磁性体から成る荷重伝達棒１７が設けられており、この荷重伝達棒１７は、仕切板９に設けた孔部１６及び筒部１４に接触することなく挿通されており、荷重伝達棒１７の上端には計量皿１８が取り付けられている。

荷重伝達棒１７は中間部において、突き当て構造により上部１７ａと下部１７ｂに分離可能とされている。また、筒部１４の一部には、支点１９を中心に回動自在のレバー２０の一端が取り付けられ、レバー２０の他端にはモータ２１により駆動されるカム２２が取り付けられている。なお、支点１９、モータ２１は熱遮蔽箱８内の図示しないフレームに固定され、制御表示部１１による指令により作動するようにされている。

また図２に示すように、孔部１６の周囲には円環状に磁力発生部２３が設けられ、その内側の空間部は孔部１６とほぼ連通されている。磁力発生部２３においては、磁性体２４により円環状の永久磁石２５が覆われており、更に永久磁石２５が内面に露出しないように環状の非磁性体２６が内面に取り付けられている。そして、非磁性体２６内の空間部には磁性流体２７が充填されており、磁性流体２７は永久磁石２５と磁性体２４により形成される磁気回路における磁束による磁気作用により、空間部内に吸着保持されている。

荷重伝達棒１７は磁性流体２７の中を非磁性体２６に接触することなく貫通しており、荷重伝達棒１７の径は例えば５〜１０ｍｍとされ、非磁性体２６の内径との間隔は０．５ｍｍ程度とされている。このように、上下に仕切板９によって分離された熱遮蔽箱８内の環境雰囲気は、仕切板９に孔部１６があっても、磁性流体２７により気密に隔絶されることになる。

測定中においては、筒部１４はフランジ１５により熱遮蔽箱８の開口１３に吊り下げられ、計量皿１８は荷重伝達棒１７に支持されている。計量皿１８上に例えば熱絶縁用セラミック２８を介して、耐熱性の試料容器２に入れた高温の溶融金属から成る被計量物Ｍを載置することにより、電子天びん１０により真空中の被計量物Ｍから放出されるガス量を秤量によって測定できる。

即ち、開閉弁６、７を操作して真空容器１内のガスを排出してから測定を始めると、被計量物Ｍの重量は電子天びん１０により検出され、制御表示部１１にその数値が表示される。

このとき、真空中に被計量物Ｍからガスが放出されるので、被計量物Ｍの秤量値は徐々に減少してゆき、放出されるガスの重量を測定することができる。しかし、この測定において電子天びん１０の精度、感度は特に高度に要求され、電子天びん１０は熱遮蔽箱８内に収納されているとはいえ、真空容器１内の高温の被計量物Ｍによる温度影響による測定値の特性変化は避けられない。そのために、秤量過程においても電子天びん１０の校正、つまり零点調整を頻繁に行う必要がある。

秤量過程における校正は、一時的に測定を中止して、荷重を零とし零点を調整する。即ち、図３に示すように、制御表示部１１を介して遠隔的にモータ２１によりカム２２を回動することによって、レバー２０を動かし筒部１４を上昇させ、筒部１４の上端のフランジ１５により計量皿１８を上昇させて支持する。この計量皿１８の上昇により、荷重伝達棒１７は中間部において上部１７ａと下部１７ｂに分離され、電子天びん１０には計量皿１８を含めた上方の荷重が伝達されないので、その状態で制御表示部１１によって零点調整による校正を行うことが可能となる。

この校正は秤量過程において頻繁に行うことができるので、たとえ測定中に温度変化などによる零点が変動しても、この零点変動を補償し正確な測定が可能となる。

また、仕切板９の孔部１６を気密に閉塞するための磁性流体２７を用いることにより、電子天びん１０と被計量物Ｍとの環境条件を分離した状態で測定を行うことができる。特に、電子天びん１０を配置した空間部は真空引きがなされないので、その分だけ真空容器１内を排気する時間や、ガスを充填した場合のガス量が少なくて済む。

なお、荷重伝達棒１７は非磁性体であるので、荷重伝達棒１７自体が磁力の影響を受けることはない。しかし厳密には、磁性流体２７が荷重伝達棒１７に及ぼす表面張力は測定精度に影響を与えることになる。しかし、測定すべき荷重の分解能よりも十分に小さな値の表面張力になるように、磁性流体２７の保持条件を設定すれば必要な精度を確保することができる。

実施例の構成図である。 磁性流体による気密手段の構成図である。 校正時の説明図である。

符号の説明

１ 真空容器
８ 熱遮蔽箱
９ 仕切板
１０ 電子天びん
１１ 制御表示部
１３ 開口
１４ 筒部
１５ フランジ
１６ 孔部
１７ 荷重伝達棒
１８ 計量皿
１９ 支点
２０ レバー
２１ モータ
２２ カム
２７ 磁性流体

Claims (5)

1. 真空容器内において高温の試料を計量皿に載置してその質量変化を測定可能な真空質量測定装置であって、前記真空容器の下部に前記真空容器と気密に隔絶した熱遮蔽箱を設け、該熱遮断箱に秤量手段を内蔵し、該秤量手段は前記真空容器中に配置した前記計量皿を荷重伝達棒を介して支持し、前記計量皿を前記秤量手段から遠隔的に分離して前記秤量手段に前記計量皿の負荷が伝達しないようにする分離手段を設け、前記真空容器内を真空とした測定状態において前記計量皿を前記秤量手段から分離し前記秤量手段の零点調整を行うことを特徴とする真空質量測定装置。
2. 前記真空容器の上部に、前記試料を前記計量皿に載置するための開閉可能な蓋部を設けた請求項１に記載の真空質量測定装置。
3. 前記分離手段は前記荷重伝達棒を２つの部材から構成し、両部材を上下に分離するようにした請求項１又は２に記載の真空質量測定装置。
4. 前記荷重伝達棒の前記計量皿を固定した上部を、機械的手段により持ち上げ前記秤量手段から分離するようにした請求項３に記載の真空質量測定装置。
5. 前記熱遮蔽箱は前記真空容器と磁性流体により気密に隔絶した請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の真空質量測定装置。

Images