JPS6275331A

JPS6275331A - 液体またはスラリ−、エマルジヨン若しくは分散液の密度または粘弾性を測定又はモニタリングする方法および装置

Info

Publication number: JPS6275331A
Application number: JP61226327A
Authority: JP
Inventors: ミシェル　ステファン　ダン; ニゲール　ダグラス　ハルス
Original assignee: KAUNSHIRU FUO MINERAL TEKUNORO; KAUNSHIRU FUO MINERAL TEKUNOROJI
Current assignee: KAUNSHIRU FUO MINERAL TEKUNORO; KAUNSHIRU FUO MINERAL TEKUNOROJI
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1987-04-07
Also published as: GB8623373D0; DE3632591A1; GB2181243A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液体、スラリー（　ｓｌｕｒｒｉｅｓ）　、分
散液あるいはエマルジョン（　ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ）の
任意の領域の密度あるいは粘弾性（すなわち粘度、弾性
あるいは可塑性）を単に固定または可動性プローブ（ｐ
ｒｏｂｅ）あるいは他の検出部材を使用することによっ
て、測定またはモニタリング（ｍｏｎｉｔａｒｉｎｇ）
する方法および装置に関し、特に微細に粉砕された鉱石
を抽出その他の処理によって必要とする値を回収する際
に、一般に形成されるスラリーの密度あるいは粘弾性を
測定あるいはモニタリングする方法に関するものである
が、これに限定されるものではない。

また、本発明はエマルジョン中の二つの成分の粘弾性が
十分に異なり、その比率に依存する信号が得られる場合
の二つの成分ｉの比率の測定に関する。

〈従来の技術〉一般に、均一な液状体ならびにスラリー、エマルジョン
のごとき不均一な液状体から選択された任意の領域にお
いて変動する物理的性質すなわち密度あるいは粘弾性を
検出またはモニタリングするときは、その液状体中に適
切に超音波トランスデユーサを配置し、超音波トランス
デユーサの駆動インピーダンスまたはそれに関係する変
数（ｖａｒｉａｂｌｅ）を検出し、モニタリングしてい
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、超音波発振器つまり超音波トランスデユーサ
の駆動インピーダンスが、液状体の密度あるいは粘弾性
にどのような影響を与えるかに関して十分に解明されて
いるわけではない。現在まで行われた実験結果によれば
、スラリーまたは液体の密度はいずれのスラリーまたは
液体に対しても違った挙動を示し、いずれの超音波トラ
ンスデユーサでもその駆動インピーダンスは異なる変化
（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を呈する。

したがって、どの液状体に使用する超音波トランスデユ
ーサでも較正が必要である。

本発明は、このように超音波トランスデユーサによって
液体またはスラリー、エマルジョンもしくは分散液の密
度または粘弾性を測定またはモニタリングする従来の測
定またはモニタリング方法の不具合な点を解消するため
になされたものであって、肢体またはスラリー、エマル
ジョン等の不均一な液状体中に適切に配置した超音波ト
ランスデユーサの駆動インピーダンスまたはそれに関係
する変数の測定またはモニタリングを適切に較正して提
示できる液体またはスラリー若しくはエマルジョンの密
度またシよ粘弾性の測定またはモニタリング方法を提供
しようとするものである。

また、本発明は、上述した液体またはスラリー、エマル
ジョンもしくは分散液の密度または粘弾性の測定または
モニタリング方法を適切に実施できる装置をも提供しよ
うとするものである。

く問題点を解決するための手段〉以上の目的を達成するための本発明にがかる液体または
スラリー、エマルジョンもしくは分散液の密度または粘
弾性を測定またはモニタリングする方法は、均一な液状
体またはスラリー若しくはエマルジョンのごとき不均一
な液状体から選択された液状体の変動する物理的性質す
なわち密度あるいは粘弾性のいずれか一つを検出または
モニタリングあるいは上記物理的性質の必要数値からの
偏差を検出する方法であって、液状体中に置かれた超音
波トランスデユーサの駆動インピーダンスまたはそれに
関係する変数を検出またはモニタリングし、上記駆動イ
ンピーダンスまたはそれに関係する変数を必要どする値
あるいは上記物理的性質自身もしくは上記必要数値から
の偏差に関係させることを特徴とするものである。

さらに本発明の方法はプローブに使用する超音波トラン
スデユーサが圧電セラミックトランスデユーサ（ＰＺＴ
）であって、当該超音波トランスデユーサを予め定めら
れた周波数で駆動して、そのインピーダンスをモニタリ
ングまたは検出し、検出した値の温度に対して較正した
値を特定の液体またはスラリーについて実験的に定めた
データと比較して決定することを特徴とするものである
。

超音波発振器（超音波トランスデユーサ）の駆動インピ
ーダンスが液体、スラリーあるいはエマルジョンの密度
あるいは粘弾性によってどのように影響を受けるかにつ
いては完全に解明されてはいない、特に現在までに行わ
れた実験では、スラリーまたは液体の密度は・それぞれ
のスラリーまたは液体が異なる挙動を示し、特定の超音
波トランスデユーサの駆動インピーダンスについても異
なる変化をもたらす。したがって、特定の種類の液状体
に使用するどのような特別の超音波トランスデユーサで
も較正することが必要である。

本発明は鉱業において発生するスラリーのモニタリング
あるいは検出に有用ならしめることを目的として現在ま
での研究の大部分はその方向に関して行われた。上記の
スラリーにおいて好ましい形式の超音波トランスデユー
サ、すなわち圧電セラミックトランスデユーサを用いた
。そのプローブを０．２１＆から３肚の周波数について
試験したところ、周波数が増加するにつれて感度が急激
に低下することが判った。最適周波数は用途によって異
なり、スラリーに関する上記試験は粒子サイズが１０Ｉ
ｎから３００声までのものについて行った。しかしなが
ら、これは本発明の原理が上記範囲外において十分に動
作しないことを示すものではない。

さらに、本発明の測定またはモニタリング装置は以上の
測定またはモニタリング方法にしたがって実施され、封
入され適切に取り付けられた超音波トランスデユーサタ
イプのプローブとこのプローブに接続されそれを（超音
波トランスデユーサ）駆動し、その駆動インピーダンス
あるいは当該駆動インピーダンスに関係する変数を検出
する駆動および検出する回路とから構成されることを特
徴とするものである。

さらに本発明の測定またはモニタリング装置の主要部を
構成する検出装置は長方形のプローブの一端に取り付け
られ、駆動回路が上記検出部材であるプローブ（超音波
トランスデユーサ）の出力を検出し、液体あるいはスラ
リー若しくはエマルジョンの密度または粘弾性に関係さ
せる能動回路であって、検出された駆動電圧は実験的に
得られた情報を有するコンピュータ装置に入力され密度
を計算するように構成され、上記検出部材は液体または
スラリー若しくはエマルシコンの温度変化を補償する補
償器に接続された温度検出語を介して測定値あるいはモ
ニタリングを温度補償する構成にしたことを特徴とする
ものである・〈実　施　例〉次に、本発明の代表的な実施例について説明する。

第１図から第５図に、本発明にかかる液体またはスラリ
ー、分散液若しくはエマルジョンの密度または粘弾性の
測定またはモニタリング方法の実施に使用する装置の概
略構成を示し、第１図は検出器であるセンサーアセンブ
リの正面図、第２図（よ第１図のセンサーアセンブリの
動作端部の正面図、第３図はセンサーアセンブリの駆＠
および測定する回路のブロック図、第４図は第３図の回
路中の能動ブリッジ回路図、第５図はセンサーアセンブ
リ内の超音波圧電トランスデユーサの等価回路図である
。

検出器としてのセンサーアセンブリ内の超音波トランス
デユーサは第５図に示すような簡単な等価回路で表わす
ことができる。第５図に示す等両回路中、直列アーム４
１の部品はセラミックトランスデユーサの概念的な圧電
特性を表わしており、部品りはセラミックの共振質量、
Ｃは弾性コンプライアンスを表わし、部品Ｒは＠械的損
失を表わす。またＣ０はセラミックトランスデユーサ面
上の電極間の静電容量、Ｒｏはセラミックトランスデユ
ーサの誘電損失を表わす電気抵抗、Ｒ１は周囲媒質の変
化にしたがって変動する音響負荷であり、これが測定す
る媒質の変化に対応するパラメータである。

センサーアセンブリ１は第１図および第２図に示すごと
く、使用時にはメッキされた鉄パイプ３に取りつけた丈
夫なハウジング２内に収納され、窓４によりハウジング
の壁を通して外部と連絡している。このセンサーアセン
ブリ内のプローブ自身は、第１図に示すごとく電子用口
ピンコネクタ５およびその一端に取り付けられ、適当な
エポキシ樹脂７に封入された２０ｃｍの圧電セラＥｙク
トランスデューサディスク（この場合はチタン酸鉛ジル
コナイトトランスデユーサ）によって構成されている。

上記封入樹脂の厚さが大き過ぎると密度変化に対するト
ランスデー−サの感度に悪影響を及ぼすため厚過ぎない
ことが必要である。

封入は使用環境においてその性質を維持することが必要
であるため、封入の方式は使用目的によって異なる。

正しい封入の厚さは、トランスデユーサのいずれの側に
おいても同一の厚さになるように封入した後、媒体の変
化に対して最大感度が得られるまで材料層を除去するこ
とによって得られる。

さらに上記エポキシ樹脂内には、次に述べる１度補償を
行なうため感温トランスデユーサ８が封入されている。

上記検出部材の駆動回路は安定周波数源９によって制御
され、その出力は駆動回路１０を介してブロック第３図
に示す測定／出力回路に接続され、上記測定／出力回路
は出力電流（または電圧）■を出力する。したがって回
路全体は希望する値の安定化出力周波数を供給する周波
数発生器９と、その出力が供給されるドライバ１０およ
びトランスデユーサ６が接続されている能動プリクジ回
＃１１１によって構成されている。

能動ブリッジ回路１１の出力は整流器１２およびゼロｉ
ｌ！Ｉ整回路１３、低域ろ波器１２）を経て、最終的に
コンバータ１５に供給される。

必要であれば上記出力は温度依存性感温トランスデユー
サ８に接続された適合する市販の温度コンバータ１６に
よって温度補償されろ。コンバータ１５ならびに温度コ
ンバータ１６の出力はコンピュータ１８に供給される。

測定値の較正、つまり計器の較正は、鉱業におけるスラ
リー密度の測定であるか、あるいはエマルジョン比の測
定に対する場合であるかに関係なく同一であり、次の手
順で行った。

まず、測定しようとする液状体と同一種類の既知の密度
あるいは比又はエマルジョンの液状体中にプ四−ブを浸
漬し、計器が動作する温度範囲にわたって液状体を加熱
し、加熱の間にプローブの駆動インピーダンスに比例す
る出力電圧および温度に比例する出力電圧Ｖ工を測定し
、当該測定しているスラリーの密度あるいはエマルジョ
ン比Ｆ（あるいは粘弾性比Ｆ）の式％式％を誘導する。ただし、 ■。は駆動インピーダンスに比例する出力電圧、■は温
度に比例する出力電圧、ａ、、ａ２．・・・ａ、、は一定の係数である。

この場合の計器の試験は異なる密度および温度を有する
複数のスラリーおよび異なる比および温度をもつ複数の
エマルジョンにつぃて行ない第６図および第７図に示す
特性曲線を求めた。

この試験のときの回路の出力周波数範囲は５００１＆か
ら５９０１＆までの範囲を１０此刻みで行った。

また、測定に使用したプローブ６　（ＰＺＴ）の動作周
波数は、密度が測定対象の両端にある二種類のスラリー
、すなわち１．８ｇ／ｃｃおよび１．１　ｇ／ｃｃを用
いて行った。まずプローブを軽い方のスラリー中に浸漬
し、インピーダンスアナライザを用いて０．４！ＪＨｚ
から０．７Ｍ）（ｚまでの範囲の３００の周波数におい
て意を測定した。（信号発生器およびＲＭ　Ｓ電圧計も
使用可能である。）これらのインピーダンスの値をプロ
ットし第８図に示すこと＜　１．１　ｇ／ｃｃの密度の
スラリーに対しては曲線ａ　（１，１ｇ／ｃｃ）を得た
。この手順を重い方（１，８ｇ／ｃｃ　）のスラリーに
ついて繰り返し、曲線ｂ　（１，８ｇ／ｃｃ　）を得た
。

そしてこの範囲内のインピーダンス変化が最大となる点
にできるだけ近い点を動作周波数に遥んだ。

そして実際の測定対象は、計器を１．１から１　、８　
＋ｎｇ／ｃｃまでの範囲のスラリー密度の測定に（重用
するものとする。

プローブを測定対象範囲のいずれかの端におけるスラリ
ー中に浸漬し、出力電圧の変化が最大となるように能動
ブリッジ（第４図参照）を設定した。

上記を実施した後、プローブｆ！最も低い密度のスラリ
ーに浸）貞した。整流器の出力に直流電圧が表われ、こ
の電圧をゼロ調整回路に印加し、コンバータの出力電流
が４ｍＡになるように上記記録を調整した。

次いでプローブを最も高い密度のスラリーに浸漬し、コ
ンバータの出力電流が２０ｍＡになるように調整した。

上記の装置、必要とする較正、ならびに最終電圧出力間
の実験的関係を用い、コンピュータ装置１８が電圧およ
び密度に関してあらかしめブコグラムされた情報と瞬間
的な電圧信号を比較して密度測定値を求める。第６図お
よび第７図はスラリー（第６図）およびエマルジョン（
第７図）を測定した場合の計器の較正曲線を示す。その
特性値を予めコンピュータ１８に入力しておき、測定す
る液状体から検出した値について比較較正した値を提示
させる。

以上の説明を要約すると本発明の特徴は、■　均一な液
状体ならびにスラリーおよびエマルジョンのごとき不均
一な液状体より選択された液状体の密度もしくは粘弾性
の少なくとも一種である変動する物理的性質を検出もし
くはモニタリングし、あるいは上記物理的性質の必要と
する値からの偏差を検出する方法において、液状体中の
必要な位置に置かれた超音波トランスデユーサの駆動イ
ンピーダンスあるいはそれに関係する変数をモニタリン
グもしくは検出し、上記駆動インピーダンスあるいはそ
れに関係する変数の値を上記の物理的性質自身もしくは
上記の必要とする値からの偏差と関係づけることを特徴
とする変動する物理的性質を検出もしくは監視する方法
。

■　上記超音波トランスデユーサが圧電セラミックトラ
ンスデユーサであることを特徴とする第０項記載の方法
。

■　上記超音波トランスデユーサをあらかじめ定められ
た周波数において駆動し、上記トランスデユーサのイン
ピーダンスをモニタリングもしくは検出することを特徴
とする第０項もしくは第０項記載の方法。

■　検出値が上記液状体の温度変化に関して補償される
ことを特徴とする第０項ないし第０項のいずれかに記載
の方法。

■　上記検出値が同一種類の液状体に関して実験的に定
められた値あるいはデータと関係づけられることを特徴
とする上記各項のいずれかに記載の方法。

■　上記液状体がスラリーであることを特徴とする上記
のいずれかに記載の方法。

■　固体粒子が１０虜から３００−の寸法範囲を有する
ことを特徴とする第０項記載の方法。

■　監視もしくは検出される上記物理的性質が上記液状
体の密度であることを特徴とする上記のいずれかに記載
の方法。

■　上記超音波トランスデユーサの動作周波数が０．２
［１ｚから３咄の間にあることを特徴とする上記のいず
れかに記載の方法。

［相］　付属図面を参照して記述された液状体と実質的
に等しい液状体の物理的性質を検出あるいは監視する方
法。

■　適当な材料中に封入され取付具上に取り付けられた
超音波トランスデユーサの形状を有する検出部材によっ
て構成され上記のいずれかに記載の方法を実施する装置
。

■　上記トランスデユーサに接続されてこれを駆動し、
その駆動インピーダンスあるいは上１ｉｉ２駆動インピ
ーダンスに関係する変数を検出する駆動および検出回路
を有することを特徴とする第０項記載の装置。

０　上記駆動回路が能動ブリッジ回路であって、上記ト
ランスデユーサの出力電圧が液状体の物理的性質に関し
て検出可能であることを特徴とする第０項記載の装置。

■　上記装置が上記検出回路の出力を受信し実験的に誘
導された値と比較するコンピュータ装置を有することを
特徴とする第０項もしくは第０項記載の装置。

■　上記検出器部材が長形のプローブの一端に取り付け
られることを特徴とする第０項ないし第０項のいずれか
に記載の装置。

■　上記検出器部材内に温度感知手段が設けられ、上記
装置が液状体の温度変化に対して補償されることを特撮
とする第０項ないし第０項のいずれかに記載の装置。

■　付属図面を参照して記述された装置と実質的に同一
の装置。

にある。

〈発明の効果〉以上の説明から明らかなように、本発明にかかる方法お
よび装置は液状体中に適切に配設され浸油された超音波
トランスデユーサの駆動インピーダンスをモニタリング
し、測定値を同一種類の液状体について実験的に導かｎ
たデータと比較して較正するものであるから、容器ある
いはパヂュカ（ｐａｅｈｕｅａ）内の特定の点における
密度を測定し、混合効率のモニタリングならびに、たと
えばカーボン・インパルプ金抽出方法（ｃａｒｂｏｎ−
ｉｎ−ｐｕｌｐ　ｇｏｌｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｐｒ
ｏｃｅｓＳ）におけるスラリー密度の単純な制御に用い
られる有用な制御装置として利用できろ。

さらに本発明は、超音波）・ランスデューサのインピー
ダンスに依存する他の変数の測定にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は検出部材を取りつけたセンサーアセンブリ（ｓ
ｅｎｓｏｒ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）の概略構成図、第２図
は第１図のセンサーアセンブリの検出部材の動作端の平
面図、第３図は検出部材の駆動および測定する回路のブ
ロック図、第４図は第３図中の能動ブリッジの回路図、
第５図は検出部材としての超音波圧電トランスデユーサ
の等価回路図、第６図は温度変動を補正した後の実際の
密度と検出された密度との関係を示す特性曲線図、第７
図は測定された溶媒濃度と実際の溶媒濃度との関係の特
性曲線図、第８図は特定のｐ　ｚ　’ｒに関する動作周
波数を決定するために作成されたインピーダンス曲線図
である。図　　面　　中、トセンサーアセンブリ、２　・ハウジング−３・鉄パイ
プ、４・・窓、６・・・検出部材（プローブ）、８・・
感温トランスデユーサ、９・周波数発生器、１〇−駆動
回路、１１・・能動ブリッジ回路、１２・・整流器、１
３・・・ゼロ調整回路、１２）　・低減ろ波器、１５・
・・コンバータ、１６・・温度コンバータ、１８・計算
器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）密度または粘弾性の少くとも一種である変動する
物理的性質を検出もしくはモニタリングしあるいは当該
物理的性質の必要とする値からの偏差を検出しようとす
る均一な液体またはスラリー、エマルジョン若しくは分
散液中に超音波トランスデューサを配置し、当該超音波
トランスデューサの駆動インピーダンスあるいはそれに
関係する変数をモニタリングもしくは検出し、上記駆動
インピーダンスあるいはそれに関係する変数の値を上記
の密度または粘弾性もしくはそれらの必要とする値から
の偏差と関係づけることを特徴とする液体またはスラリ
ー、エマルジョン若しくは分散液の密度又は粘弾性を測
定又はモニタリングする方法。
（２）測定する液体またはスラリー、エマルジョン若し
くは分散液の密度または粘弾性もしくはそれらの必要と
する値からの偏差との関係づけは、密度および／または
粘弾性あるいはこれらの比が既知でありかつ測定する液
体またはスラリー、エマルジョン若しくは分散液と同一
種類の液体またはスラリー、エマルジョン若しくは分散
液について超音波トランスデューサの駆動インピーダン
スから密度および／または粘弾性について実験的に求め
た特性曲線との比較により行うことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の液体またはスラリー、エマル
ジョン若しくは分散液の密度または粘弾性を測定又はモ
ニタリングする方法。
（３）超音波トランスデューサが圧電セラミックトラン
スデューサであることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の方法。
（４）超音波トランスデューサをあらかじめ定められた
周波数において駆動し、当該トランスデューサのインピ
ーダンスをモニタリングもしくは検出することを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載の液
体またはスラリー、エマルジョン若しくは分散液の密度
または粘弾性を測定又はモニタリングする方法。
（５）検出値が上記液体またはスラリー、エマルジョン
若しくは分散液の温度変化に関して補償されることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項のい
ずれかに記載の液体またはスラリー、エマルジョン若し
くは分散液の密度又は粘弾性を測定またはモニタリング
する方法。
（６）上記スラリーは固体粒子が１０μｍから３００μ
ｍの範囲のサイズを有することを特徴とする特許請求の
範囲第（５）項記載の液体またはスラリー、エマルジョ
ン若しくは分散液の密度又は粘弾性を測定またはモニタ
リングする方法。
（７）上記超音波トランスデューサの動作周波数が０．
２ＭＨｚから３ＭＨｚの間にあることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項ないし第（６）項記載の液体また
はスラリー、エマルジョン若しくは分散液の密度又は粘
弾性を測定またはモニタリングする方法。
（８）適当な材料中に封入され取付具上に取付けられた
超音波トランスデューサを有するセンサーアセンブリー
によつて構成された液体またはスラリー、エマルジョン
若しくは分散液の密度又は粘弾性の測定またはモニタリ
ング装置。
（９）超音波トランスデューサに接続されてこれを駆動
し、その駆動インピーダンスあるいは当該駆動インピー
ダンスに関係する変数を検出する駆動および検出回路を
有することを特徴とする特許請求の範囲第（８）項記載
の液体またはスラリー、エマルジョン若しくは分散液の
密度又は粘弾性の測定またはモニタリング装置。
（１０）上記駆動回路が能動ブリッジ回路であつて、上
記超音波トランスデューサの出力電圧が液体またはスラ
リー、エマルジョン若しくは分散液の密度または粘弾性
に関して検出可能であることを特徴とする特許請求の範
囲第（９）項記載の液体またはスラリー、エマルジョン
若しくは分散液の密度又は粘弾性の測定またはモニタリ
ング装置。
（１１）上記装置が上記検出回路の出力を受信し実験的
に誘導された値と比較するコンピュータ装置を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（９）項もしくは第（
１０）項記載の液体またはスラリー、エマルジョン若し
くは分散液の密度または粘弾性の測定またはモニタリン
グ装置。
（１２）上記センサーアセンブリーは長形のプローブの
一端に取り付けられることを特徴とする特許請求の範囲
第（９）項もしくは第（１１）項のいずれかに記載の液
体またはスラリー、エマルジョン若しくは分散液の密度
または粘弾性の測定またはモニタリング装置。
（１３）上記センサーアセンブリー内に温度感知手段が
設けられ、液体またはスラリー、エマルジョン若しくは
分散液の温度変化に対して補償されることを特徴とする
特許請求の範囲第（９）項もしくは第（１２）項のいず
れかに記載の液体またはスラリー、エマルジョン若しく
は分散液の密度または粘弾性の測定またはモニタリング
装置。