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特許6376214液体中の水分測定装置および水分測定方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6376214

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】液体中の水分測定装置および水分測定方法

(51)【国際特許分類】

G01N 22/04 20060101AFI20180813BHJP

G01N 22/00 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

G01N22/04 Z

G01N22/00 J

G01N22/00 V

G01N22/00 U

G01N22/00 Y

G01N22/00 N

【請求項の数】13

【全頁数】59

(21)【出願番号】特願2016-510043(P2016-510043)

(86)(22)【出願日】2015年3月25日

(86)【国際出願番号】JP2015001707

(87)【国際公開番号】WO2015146171

(87)【国際公開日】20151001

【審査請求日】2016年7月21日

(31)【優先権主張番号】特願2014-64785(P2014-64785)

(32)【優先日】2014年3月26日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-113317(P2014-113317)

(32)【優先日】2014年5月30日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-183539(P2014-183539)

(32)【優先日】2014年9月9日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-183542(P2014-183542)

(32)【優先日】2014年9月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000122298

【氏名又は名称】王子ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永田紳一

(72)【発明者】

【氏名】酒巻紀江

(72)【発明者】

【氏名】澤本英忠

【審査官】田中秀直

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５−０６７６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００−１６２１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３６９３６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】北川伸一，誘電物性を利用した微量水分計，第５５回−２０１２年紙パルプ技術協会年次大会講演要旨集，２０１２年１０月３日，Ｐ．４５−５０

【文献】北川伸一 Shinichi Kitagawa Shinichi Kitagawa，誘電物性を利用した微量水分計 Moisture Measuring System by Dielectric Property，紙パ技協誌９月号，宮内雅浩紙パルプ技術協会，第67巻

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ２２／００−２２／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部が設けられた導波管を備えるマイクロ波空洞共振器と、
前記開口部に設けられ、液体を液密に保持可能なチューブ状部材と、
前記液体を通過させる前記チューブ状部材の位置を変更することで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部と、
共振周波数のシフト量Δｆまたは共振ピークレベルの変化量ΔＰを測定する測定手段と、
前記測定されたΔｆまたはΔＰから、前記液体に含まれる水分を計算する計算手段と
を含み、ΔｆおよびΔＰは、液体がチューブ状部材内に存在するときと存在しないときとの値の差を意味することを特徴とする液体中の水分測定装置。

【請求項2】

前記チューブ状部材が前記導波管の断面を横切る面積は前記導波管の断面より小さいことを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項3】

前記チューブ状部材は前記導波管内に形成される電界の振動する方向に略平行に設置されることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項4】

前記チューブ状部材は重力の方向と略平行に設置されることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項5】

前記チューブ状部材は重力の方向に対して所定の角度で設置されることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項6】

前記チューブ状部材は前記導波管内部を通らない分岐路を有し、前記液体の流路を該チューブ状部材または該分岐路に切り替える切替部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項7】

前記マイクロ波空洞共振器の断面は矩形であることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項8】

前記制御部における前記チューブ状部材の位置の変更は、前記チューブ状部材の前記開口部における設置位置を、前記チューブ状部材の中心軸方向と略垂直な方向に変化させることで行なうことを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項9】

前記チューブ状部材は前記開口部内に複数本挿設され、前記制御部における前記チューブ状部材の位置の変更は、前記液体を通過させる該チューブ状部材を切り替えることで行なうことを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項10】

前記開口部が前記導波管の長手方向の略中央部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項11】

前記開口部はスリット部であることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項12】

前記開口部は少なくとも１つの孔であることを特徴とする請求項１に記載の液体中の水分測定装置。

【請求項13】

導波管を備えるマイクロ波空洞共振器に設けられた開口部に、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材を設置するステップと、
前記液体を通過させる前記チューブ状部材の位置を変更することで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御するステップと、
前記チューブ状部材内に液体が存在するときと存在しないときとの差を意味する共振周波数のシフト量Δｆまたは共振ピークレベルの変化量ΔＰを測定するステップと、
前記測定されたΔｆまたはΔＰから、前記液体に含まれる水分を計算するステップと
を含むことを特徴とする液体中の水分測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は液体中の水分測定装置および水分測定方法に関し、特に、有機溶媒などの液体中に含まれる水分量（水分率）を、マイクロ波の共振により測定する水分測定装置および水分測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体中の微量な水分の測定に関し、各産業分野において多種多様なニーズがある。水分の測定手段としては、従来からカールフィッシャー法や赤外線方式の水分計がよく用いられている。

【0003】

カールフィッシャー法は水分量を直接測ることができる唯一の方法であり、また高精度に測定できるため、広く利用されている。但し、カールフィッシャー法は一種の酸化還元滴定であるため、原理上実験室レベルでの使用が主であり、リアルタイムでの測定を行うことはできない。また、この方法は試薬等の準備と測定に時間と労力がかかる。

【0004】

赤外線方式はリアルタイムでの測定が可能で、工程中のオンライン測定にも対応できることから、従来から広く利用されている。しかし、色のついた液体の測定は原理上難しく、また周囲の熱源や光源など外乱の影響を受け易いなど、測定精度の点で不安があることは否めない。

【0005】

なお、発明者は、以前、赤外線方式の水分計を製造工程中に導入してオンラインでのシート状製品の水分管理を試みたが、上述したように、周囲の熱源等の外乱の影響を受けて測定値の再現性に難があることが分かり、実用化には至らなかった。そして、マイクロ波空洞共振器を用いてシート状サンプルに含まれる微量な水分量を測定する方法および装置の発明をなした（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４３２１５２５号明細書

【特許文献2】特許第４５６１３３６号明細書

【特許文献3】国際公開番号第ＷＯ２０１３／０２２１０４号公開パンフレット

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】佐藤里奈「液体1-アルコールの誘電緩和過程の研究」北海道大学固体物性研究室データ，2012

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したマイクロ波空洞共振器を用いた従来の水分測定方法では、シート状サンプルを用いていた。ラボ用途の場合には、サンプルホルダーに紙やフィルム等のシート状試料を載せ、あるいは挟み、サンプルホルダーごとマイクロ波空洞共振器の中央部にある幅４〜１０ｍｍ程度のスリットに挿入する方式をとっていた。また、オンライン用途の場合には、シートの製造ラインに設置し、ラボ用途と同様にマイクロ波空洞共振器のスリット部の中央をシートが通過するという形態をとっていた。このため、液体が測定部にセットできなかった。

【0009】

このため、マイクロ波空洞共振器を用いた従来の方法では、液体試料中の水分を測定できないという課題があった。

【0010】

本発明は、液体中の水分を測定する装置および方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

発明者は、マイクロ波空洞共振器を用い、液体試料を細長いチューブ状部材に入れ、それをマイクロ波空洞共振器の有する開口部の適切な位置に設置し、共振周波数のシフト量（単に「Δｆ」と記載することもある。以下、本明細書において同じ。）または共振ピークレベルの変化量（単に「ΔＰ」と記載することもある。以下、本明細書において同じ。）から液体中に含まれる水分率が簡便、迅速、高精度に測定できることを見出した。

【0012】

ここで、液体試料をチューブ状部材に入れることは、液体試料をチューブ状部材中で流動させることも含む。これは以下本明細書中において同様である。

【0013】

また、開口部とは、上記のチューブ状部材をマイクロ波空洞共振器に設置可能とする、導波管に設けられた開放構造を全て包含する用語である。そのような開放構造の例として、少なくとも一つのスリット部および/または孔を挙げることができる。当然、これらに限定されず、例えば図５７に示すように、孔が導波管の断面の周囲に沿って細長くなった長孔を含む。さらに、この長孔は、導波管の周囲方向に延伸して導波管の周囲を一部囲む部分的なスリット部を含む。

【0014】

本発明に係る液体中の測定装置は、開口部が設けられた導波管を備えるマイクロ波空洞共振器と、前記開口部に設けられ、液体を液密に保持可能なチューブ状部材と、共振周波数または共振ピークレベルを測定する測定手段と、前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算する計算手段とを含む。

【0015】

ここで、前記チューブ状部材が前記導波管の断面を横切る面積は前記導波管の断面より小さいものとすることができる。

【0016】

また、前記チューブ状部材は前記導波管内に形成される電界の振動する方向に略平行に設置されるものとすることができる。

【0017】

また、前記チューブ状部材は重力の方向と略平行に設置されるものとすることができる。

【0018】

また、前記チューブ状部材は重力の方向に対して所定の角度で設置されるものとすることができる。

【0019】

また、前記チューブ状部材は前記導波管内部を通らない分岐路を有し、前記液体の流路を該チューブ状部材または該分岐路に切り替える切替部をさらに含むものとすることができる。

【0020】

また、前記マイクロ波空洞共振器の断面は矩形とすることができる。

【0021】

また、前記チューブ状部材の前記開口部における設置位置を、前記チューブ状部材の中心軸方向と略垂直な方向に変化させることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含むものとすることができる。

【0022】

また、前記チューブ状部材は前記開口部内に複数本挿設され、前記液体を通過させる該チューブ状部材を切り替えることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含むものとすることができる。

【0023】

また、前記開口部が前記導波管の長手方向の略中央部に設けられたものとすることができる。

【0024】

また、前記開口部はスリット部とすることができる。

【0025】

また、前記開口部は少なくとも１つの孔とすることができる。

【0026】

本発明の別の態様によれば、本発明に係る水分測定方法は、導波管型のマイクロ波空洞共振器に設けられた開口部に、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材を設置するステップと、共振周波数または共振ピークレベルを測定するステップと、前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算するステップとを含む。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、水が混合液体に含まれる割合と、測定値である共振周波数のシフト量または共振ピークの変化量との相関関係から、液体中に含まれる水分率を簡便、迅速かつ高精度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１実施形態に係る液体中の水分測定装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るネットワークアナライザの機能構成を示すブロック図である。

【図3】共振周波数に対する透過マイクロ波強度の値の例を示す図である。

【図4A】導波管の構造を示す図である。

【図4B】導波管の各断面における電磁界分布を示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る一対の導波管の外観斜視図である。

【図6A】本発明の第１実施形態に係るチューブの設置位置を示す図である。

【図6B】本発明の第１実施形態に係るチューブの設置位置を示す図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図9】本発明の第１実施形態に係る測定部の外観斜視図である。

【図10】本発明の第１実施形態に係る測定部内部の構成例を示す図である。

【図11】本発明の第１実施形態に係る水分率に対するΔｆの関係を示す図である。

【図12】本発明の第１実施形態に係る温度に対するΔｆの関係を示す図である。

【図13】本発明の第１実施形態に係る温度に対するΔｆの比を示す図である。

【図14】本発明の第１実施形態に係るΔｆに対する水分率の関係を示す図である。

【図15】本発明の第１実施形態に係る試料の温度とΔｆの関係を示す図である。

【図16】本発明の第１実施形態に係る水分率とΔｆとの関係を示す図である。

【図17】本発明の第１実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図18】表２の結果を（１）、（６）、（９）、（１０）の位置についてグラフ化した図である。

【図19】表３の結果を（１）および（６）の位置についてグラフ化した図である。

【図20】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図21】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図22】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図23】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図24】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図25】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図26】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図27】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図28】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図29】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図30A】本発明の実施例２に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図30B】本発明の実施例２に係る水分率を示す図である。

【図31A】本発明の実施例２に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図31B】本発明の実施例２に係る共振周波数の水分率を示す図である。

【図32】本発明の第２実施形態に係る測定部の構成を示す図である。

【図33】本発明の第２実施形態に係るキャリブレーションの手順を示すフローチャートである。

【図34A】本発明の第４実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図34B】本発明の第４実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図34C】本発明の第４実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図34D】本発明の第４実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図35】本発明の第５実施形態に係る水分測定装置の測定部の構成を示す図である。

【図36】本発明の第９実施形態に係るシステムの構成を概略的に示す図である。

【図37】本発明の第１０実施形態に係る液体中の水分測定装置の構成を示す図である。

【図38】本発明の第１０実施形態に係るネットワークアナライザの機能構成を示すブロック図である。

【図39】本発明の第１０実施形態に係る導波管の外観斜視図である。

【図40】本発明の第１０実施形態に係る測定部内部の構成例を示す図である。

【図41】本発明の第１０実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図42】本発明の実施例３に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図43】本発明の実施例３に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図44】本発明の実施例３に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図45】本発明の実施例３に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図46】本発明の実施例３に係る共振ピークレベルの変化量ΔＰを示す図である。

【図47】本発明の実施例３に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図48】本発明の実施例３に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図49】本発明の実施例３に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図50】本発明の実施例３に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図51】本発明の実施例３に係る共振周波数の変化量Δｆを示す図である。

【図52】本発明の第１１実施形態に係る測定部の構成を示す図である。

【図53】本発明の第１２実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【図54A】本発明の第１３実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【図54B】本発明の第１３実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【図54C】本発明の第１３実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【図55】本発明の第１４実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図56】本発明の第１５実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図57】本発明の第１６実施形態に係る液体中の水分測定方法を説明するための図である。

【図58】本発明の第１７実施形態に係る水分測定装置の測定部の構成を示す図である。

【図59A】本発明の第１８実施形態に係る導波管およびチューブの断面を示す図である。

【図59B】本発明の第１８実施形態に係る導波管およびチューブの断面を示す図である。

【図60A】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す側面図である。

【図60B】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す平面図である。

【図60C】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す斜視図である。

【図61A】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す側面図である。

【図61B】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す平面図である。

【図61C】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す斜視図である。

【図62A】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す側面図である。

【図62B】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す平面図である。

【図62C】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す斜視図である。

【図63】本発明の第２１実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【図64A】本発明の第２１実施形態に係るチューブ状部材を作製する方法を説明する図である。

【図64B】本発明の第２１実施形態に係るチューブ状部材を作製する方法を説明する図である。

【図65A】本発明の第２１実施形態に係るチューブ状部材を作製する方法を説明する図である。

【図65B】本発明の第２１実施形態に係るチューブ状部材を作製する方法を説明する図である。

【図66】本発明の第２２実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

【0030】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る液体中の水分測定装置の構成の一例を示す。液体中の水分測定装置１００は、測定部の内部に設けられたマイクロ波空洞共振器１０２と、測定部の外部に設けられたネットワークアナライザ１０４、コンピュータ１０５、制御部１６１０および駆動部１６０８とから構成される。マイクロ波空洞共振器１０２は一対の導波管ＡおよびＢから構成されるものである。ネットワークアナライザ１０４はマイクロ波の発振と検出を行うものである。コンピュータ１０５はネットワークアナライザ１０４から送られる信号を処理するものである。制御部１６１０は液体を通過可能なチューブ１０６の設置位置を制御するためのものである。駆動部１６０８はチューブ１０６を駆動するものである。

【0031】

チューブ１０６は液体を液密に保持可能に構成される。ここで、チューブ１０６の材質は、マイクロ波の吸収および反射が少ないことが望ましい。そのような要件を満足する材質としては、例えばフッ素樹脂が望ましい。フッ素樹脂としては、テフロン（登録商標）が最も望ましく、例えばフロン工業株式会社のテフロンＰＦＡチューブ、コードＮｏ．Ｆ−８０１１−０２を使用することができる。その他、例えば以下のようなテフロン（登録商標）素材を用いることができる。
・完全フッ素化樹脂
ポリテトラフルオロエチレン（四フッ素化樹脂、略号：PTFE）
・部分フッ素化樹脂
ポリクロロトリフルオロエチレン（三フッ素化樹脂、略号：PCTFE, CTFE）、ポリフッ化ビニリデン（略号：PVDF）、ポリフッ化ビニル（略号：PVF）
・フッ素化樹脂共重合体
ＰＦＡ、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（略号：FEP）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（略号：ETFE）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（略号：ECTFE）

【0032】

ここで、ＰＦＡは、分子量が数１０万〜数１００万、粘度１０^４〜１０^５ｐｏｉｓｅ（３８０℃）、融点３００℃〜３１０℃、最高連続使用温度は２６０℃である。ＰＦＡは、ＰＴＦＥに匹敵する特性を有し、表面平滑性・耐透過浸透性において優れている。また、溶融成形が可能で、半導体分野においてよく用いられる。

【0033】

また、ＦＥＰは、分子量が数１０万〜数１００万、粘度１０^４〜１０^５ｐｏｉｓｅ（３８０℃）、融点は２５０℃〜２７０℃、最高連続使用温度は２００℃である。ＦＥＰは、ＰＴＦＥと比較して耐熱性は若干劣るが、他の特性はＰＴＦＥとほぼ同等である。また、溶融成形が可能で、電線被覆材によく用いられる。

【0034】

テフロン（登録商標）に次ぐ材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンオキシドが挙げられる。また、チューブは例えば外径３ｍｍφ、内径２ｍｍφ、長さ１２ｃｍのものを用いることができる。

【0035】

一対の導波管ＡおよびＢの間には、スリット部１１０が設けられている。導波管Ａにはネットワークアナライザから発振した４ＧＨｚ帯のマイクロ波が入力され、導波管Ｂとの間で共振し、共振エネルギーがネットワークアナライザ１０４で検出される。

【0036】

図２は、本実施形態の機能構成の一例を概略的に示すブロック図である。ネットワークアナライザ１０４は、４ＧＨｚ帯のマイクロ波を発振する発振部２０２、共振エネルギーを受信する受信部２０４、ネットワークアナライザ１０４から送られる掃引されたマイクロ波に基づいてチューブ１０６の中に液体が存在しない状態および存在する状態における共振ピークレベルを検出する共振ピークレベル検出部２０６、同じくネットワークアナライザ１０４から送られる掃引されたマイクロ波に基づいてチューブ１０６の中に液体が存在しない状態および存在する状態における共振周波数を検出する共振周波数検出部２０８を含んでいる。コンピュータ１０５は、後述する検量線がデータとして保持されるデータ保持部２１２、および共振ピークレベル検出部２０６または共振周波数検出部２０８での測定感度とデータ保持部２１２に保持されるデータとから液体に含まれる水分を計算する演算部２１０を含んでいる。

【0037】

制御部１６１０は、共振ピークレベル検出部２０６または共振周波数検出部２０８での測定感度に基づいて、チューブ１０６の設置位置を制御する。駆動部１６０８は、制御部１６１０からの制御信号に基づいて、チューブ１０６を駆動し、チューブ１０６の設置位置を定める。

【0038】

本実施形態に係る液体中の水分測定装置１００は、マイクロ波空洞共振器１０２を用い、液体試料を細長いチューブ１０６に入れ、それをマイクロ波空洞共振器１０２のスリット部１１０の適切な位置に設置し、共振周波数のシフト量（Δｆ）または共振ピークレベルの変化量（ΔＰ）から液体中に含まれる水分率を測定するものである。具体的には、水が混合液体に含まれる割合（％）と測定値であるΔｆまたはΔＰとの間の相関関係を検量線として予め求めておくことにより、測定値であるΔｆまたはΔＰから液体中に含まれる水分率を測定する。

【0039】

次に、具体的なΔｆまたはΔＰの測定方法について説明する。

【0040】

基本的には、予め液体試料のないブランク状態（チューブのみ）での共振周波数（＝ｆ₀）および共振ピークレベル（＝Ｐ₀）を測定しておく。次いで、液体試料の入ったチューブについて、同じ位置で同様に共振周波数（＝ｆｓ）および共振ピークレベル（＝Ｐｓ）を測定する。その結果、ピーク周波数のシフト量Δｆ（＝ｆ₀−ｆｓ）およびピークレベルの変化量ΔＰ（＝Ｐ₀−Ｐｓ）を得る。

【0041】

図３に、共振周波数（Ｈｚ）に対する透過マイクロ波強度の値の例を示す。導波管のスリット部に設置されたチューブ内に液体試料が存在すると、共振カーブが図面左側に向かってシフトする。縦軸は透過マイクロ波強度（Ｗ）を示しており、そのシフト量は液体試料の誘電損失率×体積に比例する。横軸は共振周波数（Ｈｚ）を示しており、そのシフト量は液体試料の（誘電率−１）×体積に比例する。

【0042】

液体試料中の水分率を求めるためには、カールフィッシャー法を除くほとんどすべての水分計と同様に、検量線を予め作成してから水分率を測定する方法をとる。この検量線の作成方法については後述する。

【0043】

液体試料の中にはマイクロ波の吸収量の大きいものや小さいものなど様々な液体が想定される。マイクロ波の吸収量はこの場合ΔＰとして表れるが、マイクロ波の周波数と電界強度が一定であれば、ΔＰはその液体の誘電損失率と測定体積との積に比例するため、有極性分子である水やアルコールなどは誘電損失率が大きく、従ってマイクロ波吸収量も大きい。逆に、ベンゼン、トルエン、キシレンのような無極性分子の液体は誘電損失率が非常に小さく、従ってマイクロ波の吸収はほとんどない。

【0044】

発明者は、マイクロ波の吸収量の異なるあらゆる液体の測定に高精度に対応できるように、断面が矩形である導波管から構成されるマイクロ波空洞共振器内の電磁界分布を基に、液体試料の入ったチューブのスリット部における適切な設置位置、すなわち、どこに、どの方向に設置するのが適切であるかについて調べた。

【0045】

図４は、断面が矩形である導波管から構成されるマイクロ波空洞共振器内の電磁界分布を示す。図４Ａは導波管の構造を示し、図４Ｂは導波管の各断面における電磁界分布を示している。本実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の電磁界分布は図４Ｂに示すように形成されており、電界強度は内部で一様ではない。

【0046】

図４Ｂに示すとおり、電界強度のｙ成分Ｅ_ｙはｘ方向に向かってサインカーブで変化し、断面中央部で最大となっている。ｙ方向の電界強度は一定となっている。電界強度のｙ成分Ｅ_ｙは、ｚ方向に対してもサインカーブで変化し、導波管の中央部で電界強度が最大となっている。

【0047】

一対の導波管ＡおよびＢは、図５に示すように、ｚ方向での中央部に、図の直方体（マイクロ波空洞共振器）を２分割してギャップ４〜１０ｍｍ程度のスリット部１１０を設け、スリット部１１０にチューブが通る形態で液体試料を挿入し、セットするように構成されている。

【0048】

ここで、ギャップの距離は、以下のような理由から狭いほど良い。即ち、少なくとも矩形の空洞共振器においては、一般にギャップを設けるとそこからマイクロ波が漏れてしまい、鋭い共振カーブ（高いＱ値）を得る上で好ましくない。Ｑ値が下がると、ピーク検出が難しくなる一方、水のようにマイクロ波の吸収の大きなものを測定した場合、ますますピーク検出が困難になる。実際に、ギャップとＱ値との関係を実測してみたところ、ギャップが大きくなるにつれ、Ｑ値が下がるという結果が得られた。

【0049】

液体試料が入ったチューブ１０６が挿入されるスリット部１１０において、電界強度のｙ成分Ｅ_ｙはｘ方向に向かってサインカーブで変化し、断面中央部で最大となる。ｙ方向の電界強度は一定である。電界強度のｙ成分Ｅ_ｙは、ｚ方向に対してもサインカーブで変化し、マイクロ波空洞共振器１０２の中央部、つまりスリット部１１０では電界強度が最大となる。

【0050】

液体試料を入れるチューブの形状については、円柱状の他、角柱のような細長い容器でも測定可能であるし、５角柱や８角柱でも問題はない。チューブの長手方向に垂直な面で切った断面が楕円となるような形状でも問題なく、種々の形が対応できることはいうまでもない。また、チューブの形状は、チューブという言葉にとらわれることなくスリットの隙間に入る厚みを持つ扁平状の略直方体の部材であっても良い。

【0051】

ここで、マイクロ波空洞共振器を構成する導波管の断面形状によって、マイクロ波空洞共振器内における電界分布が変化することに留意する必要がある。導波管の断面が矩形以外の場合は、整った平行電界が形成されない。例えば断面形状が円形の場合は、放射状やループ状の電界分布となる。これに対し、矩形の場合は綺麗に整った平行電界が形成されるため、その電界分布によって、測定対象である液体試料が存在するチューブと測定装置との相対位置を調節し、測定感度を効果的に調整することが可能となる。従って、チューブの位置を変化させて共振ピークレベルまたは共振周波数の測定感度を制御する場合、マイクロ波空洞共振器を構成する導波管の断面形状は矩形であることが望ましい。

【0052】

また、チューブと測定装置との相対位置を調整して測定感度を調整するため、チューブの寸法は、マイクロ波空洞共振器の断面を横切る面積が、マイクロ波空洞共振器の断面より小さくなるように設計される。

【0053】

次に、共振周波数のシフト量（Δｆ）あるいは共振ピークレベルの変化量（ΔＰ）を制御する原理について説明する。

【0054】

マイクロ波空洞共振器において、液体試料が挿入されていないときのマイクロ波空洞共振器内の固有モードがａモードであるとし、その固有角周波数をω_a、電界、磁界をそれぞれＥ_a、Ｈ_aとする。今、体積ΔＶの試料がスリット部（空洞部分）に挿入されて、マイクロ波空洞共振器の複素固有角周波数がωになったとすると、次の摂動理論の式が成立する。

【0055】

【数1】

ただし、

【0056】

【数2】

また、
Ｐ＋Ｊ／ｊωａ＝ε₀（χ_er−ｊχ_ei）Ｅ（3）
ε’＝１＋χ_er （4）
ε”＝χ_ei （5）
ここで、ω＝２πｆｓ、ω_a＝２πｆ₀、Ｖはマイクロ波空洞共振器の体積、ΔＶは試料の体積、Ｐは試料の電気分極、Ｊは導電電流密度、μ₀は真空の透磁率、Ｍは磁化、Ｈは磁界の強さ、εは空気の誘電率、ε₀は真空の誘電率、χは分極密度と電束密度との比例定数、ε’は試料の誘電率、χ_erはχの実部、ε”は試料の誘電損失率、χ_eiはχの虚部、^*は複素数であることを表す。

【0057】

共振周波数のシフト量（Δｆ）または共振ピークレベルの変化量（ΔＰ）は、共振器内部の電界Ｅと誘電率ε’または誘電損失率ε”との内積の体積積分に比例することは、上記の摂動理論の（１）式から導かれる。

【0058】

また、マイクロ波空洞共振器を構成する導波管のどの位置（方向）にチューブを設置するかによって測定感度が変化するということも、（１）式で表される摂動理論から導かれる。なぜならば、ΔｆおよびΔＰは、試料の誘電率、誘電損失率および体積が同じであれば、電界強度に依存するからである。

【0059】

従って、電界の強さは測定位置（すなわち、チューブを設置する位置や方向）の電界分布で調整し、体積積分は測定する液体の体積で調整できるので、この２つの因子によって、自由にかつ広範囲に測定感度を設定することが可能となる。

【0060】

電界強度の大きい場所に液体試料の入ったチューブを設置すると、電界と液体との相互作用が大きくなるため、測定感度が大きくなる。一方、電界強度の小さい場所に液体試料の入ったチューブを設置すると、測定感度が小さくなるが、逆にマイクロ波の吸収量が大きい液体試料にも対応できる。

【0061】

本実施形態に係る方法は、スリット部のあるマイクロ波空洞共振器を用いているため、種々の方向や位置に液体試料を設置することができ、測定感度を調整することでマイクロ波の吸収量の大きい試料から小さい試料まで種々の試料の水分を測定することが可能となる。同様の考え方で、チューブの断面積を変化させること、すなわち、液体試料の体積（体積流量）を変化させることによっても測定感度を変化させることができることは言うまでもない。

【0062】

液体試料が充填されたチューブの設置位置については種々の位置が考えられる。例えば図６に示す（１）から（１０）の１０種類の設置位置については、以下のことが言える。

【0063】

図６Ａの破線は導波管内の電界強度分布を示す。電界が強い場所にチューブを設置すれば測定の感度（電界と液体との相互作用）が大きくなる。測定位置（１）〜（５）について、測定感度の大きい順に並べると、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の順になる。また、（６）、（７）、（８）の設置位置も考えられるが、電界強度がｙ方向では変わらないため、測定感度は同程度と推定される。また、図６Ｂの（９）、（１０）のような測定位置も考えられる。

【0064】

図中の（１）の位置で測定すれば最も測定感度が高い。しかし、液体試料中の水が多いとマイクロ波の吸収量が大きすぎて、共振ピークレベルが低くなり、共振ピークが検知できない場合がある。この場合は、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（９）、（１０）など、（１）よりも電界の弱い設置位置を使えば良い。例えば、（２）、（３）または（９）、（１０）のような位置の方が、共振ピークレベルが下がり過ぎず、大きな測定値の変化に対して余裕をもたせることができる。

【0065】

逆に、微量な水分しか含まれていない場合、液体試料のマイクロ波吸収量も小さいので、（１）のような電界の強い場所で測定すれば測定感度が上がり、微量な水分測定にも対応できることになる。

【0066】

実際の液体試料は、水がほとんど含まれていないものから水が多く含まれているものまで、その分布が広範囲になることが想定される。このため、液体試料の吸収量に応じてチューブの測定位置を変更することが望ましく、かかる測定位置の変更によって最適な測定感度が得られることになる。

【0067】

次に、検量線の作成方法について簡単に説明する。

【0068】

まず、測定したい液体と水との混合液を、予め水の割合を変えて作成する。次いで、ΔｆおよびΔＰを各混合液について測定し、水分率に対するΔｆまたはΔＰの関係を求めておく。

【0069】

例えば、エチルアルコールと水の混合液の場合、図６Ａの（１）の位置に設置したチューブにおけるΔＰの測定値について図７のようなグラフが得られ、高い相関関係が得られた。このグラフから検量線を作成し、水分率を測定できる。

【0070】

また、同混合液において、図６Ａの（１）の位置に設置したチューブにおけるΔｆと水分率との関係は図８のようになり、高い相関関係が得られた。図８の場合も図７と同様に検量線を作成し、水分率を測定できる。

【0071】

図９は本実施形態に係る測定部の外観斜視図である。測定部１３００において、筐体１３０２の前面パネル１３０６にはポンプコントローラ１３０４の操作面が設けられる。また、前面パネル１３０６には吸引用継手１３０８および吐出用継手１３１０が設けられる。吸引用継手１３０８からは液体試料の吸引用チューブ１３１２が、吐出用継手１３１０からは液体試料の吐出用チューブ１３１４がそれぞれ伸びている。吸引用チューブ１３１２および吐出用チューブ１３１４は可撓性の材料で構成されており、これらを手で持ち上げて容器１３１６の内側に配置させることができる。ポンプコントローラ１３０４は、吸引用チューブ１３１２を通じて容器１３１６から液体試料を吸引するためのマイクロポンプを制御するために操作可能に構成されている。ポンプコントローラ１３０４およびマイクロポンプは、電源スイッチ１３１８により電源の投入／切断が行われる。

【0072】

図１０は測定部内部の構成例を示す図である。同図における筐体１３０２は高さ２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ、前面パネル１３０６からの奥行き２００ｍｍの大きさを有する。筐体１３０２の内部において、吸引用チューブ１３１２は吸引用チューブ１４１４に吸引用継手１３０８を介して接続される。吸引用チューブ１４１４はマイクロポンプ１３２２に接続される。マイクロポンプ１３２２は液体試料導入用チューブ１３２０の一方の端部に接続される。液体試料導入用チューブ１３２０の他方の端部は、導波管からなるマイクロ波空洞共振器１０２に設置されたフッ素樹脂チューブ１４１６の一方の端部に接続される。

【0073】

フッ素樹脂チューブ１４１６は、例えば内径２ｍｍ、外径３ｍｍのものを用いることができる。液体試料導入用チューブ１３２０とフッ素樹脂チューブ１４１６とは、逆流防止のためにＬ型継手１４０２を介して接続される。

【0074】

フッ素樹脂チューブ１４１６は図面水平方向に配置されているが、マイクロ波は偏波であるため、電界を効率的に液体試料に作用させるためにフッ素樹脂チューブは導波管内に形成される電界が振動する方向に略平行に設置される。図１０に示す例によれば、フッ素樹脂チューブは長手方向がｙ方向となるように設置される。なお、フッ素樹脂チューブは長手方向がｘ方向、すなわち重力方向に略平行となるように設置してもよく、重力方向に所定の角度で（例えば重力方向に略垂直に）設置しても良い。重力方向に略平行となるように設置した場合、フッ素樹脂チューブ内に存在する液体を排出する上で効率的である。

【0075】

フッ素樹脂チューブ１４１６の他方の端部（不図示）は吐出用チューブ１４１２に接続される。吐出用チューブ１４１２は吐出用チューブ１３１４と吐出用継手１３１０を介して接続される。

【0076】

吸引用チューブ１３１２および吐出用チューブ１３１４はそれぞれ吸引用継手１３０８および吐出用継手１３１０から着脱可能とし、取り替えることができるように構成される。

【0077】

なお、フッ素樹脂チューブ以外の吸引用チューブなどの各チューブや継手、ポンプのダイアフラム等の接液部はフッ素樹脂製であることが耐溶剤性を高めるために好ましい。特に上記のＰＦＡが好ましく用いられる。

【0078】

マイクロ波空洞共振器は、筐体１３０２の底部に設置されたコの字型部材１４０４に固定されている。また、マイクロ波空洞共振器１０２は、導波管の端部に接続された同軸ケーブル１４０８および１４１０を通じて外部に設けられたネットワークアナライザと接続されており、当該同軸ケーブルにより信号の伝送が行われる。

【0079】

電源スイッチ１３１８は、ポンプコントローラ１３０４およびマイクロポンプ１３２２に電源を供給するＡＣアダプタ１４０６に対して電源の投入／切断の切換えを行うように構成される。

【0080】

次に、測定部１３００の動作について説明する。ポンプコントローラ１３０４を操作することにより、マイクロポンプ１３２２における液体試料の流量を調整して、容器１３１６内の液体試料を吸引用チューブ１３１２および吸引用チューブ１４１４を通じて液体試料を吸引し、液体試料導入用チューブ１３２０からフッ素樹脂チューブ１４１６へ液体試料を導入して導波管内を通過させる。フッ素樹脂チューブ１４１６を通過した液体試料は、吐出用チューブ１４１２および吐出用チューブ１３１４を通じて容器１３１６に吐出され、液体試料が循環する。

【0081】

このようにして、液体試料を流動させる際に、液体を入れた容器から吸引用チューブを介して液体試料を吸引してフッ素樹脂チューブの一方の端部に導入し、このフッ素樹脂チューブの他方の端部から吐出用チューブを通じて液体試料を容器に吐出することが可能となる。

【0082】

以上説明した、液体試料を扱う測定部において、液体試料として引火性の有機溶剤等の可燃性液体を扱う場合には、静電気の発生に留意することが必要になる。このような液体試料が通液する際には、スイッチ等の電気系統から発生する静電気や、１ｍ／ｓ以上の流速で試料が配管内を流れる場合に発生する静電気が引火の要因になる。この静電気の発生や帯電を防止するために、検出部以外の配管は静電気防止タイプの素材で構成することが好ましい。中でも、チューブ表面が帯電することを抑えるチューブとして外表面に導電性ＰＦＡ部を備えたチューブがより好ましく使用される。例えば、ニチアス株式会社のナフロン（登録商標）ＰＦＡ(パーフルオロアルコキシフッ素樹脂)製のチューブＴ/＃９００３-ＮＥなどが好ましく使用される。

【0083】

また、液体試料が引火性の有機溶剤等である場合は、液体試料の揮発性が大きいことが多い。そこで、このような揮発性の有機溶剤を測定対象とする場合は、液体試料を収容した容器を密閉型にすると良い。密閉型の容器として、テフロン（登録商標）樹脂製のねじ型栓付きの直管型の容器を用いることができる。

【0084】

また、液体試料が引火性の有機溶剤である場合、引火の生じる範囲は空気中における有機溶剤の揮発分の濃度によって決まる。このため、配管系から液体試料が漏れ出て測定部内部に滞留することが万一生じた場合に備えて、引火の生じる範囲に揮発分が入らないようにすることが好ましい。具体的には、測定部に陽圧ファンを取り付けて、測定部内部を陽圧に保つことにより、漏れ出た液体試料の揮発分を測定部外に放出することが考えられる。また、引火の原因になりやすい電気系統のスイッチ等の電気部品を防爆タイプにすることが好ましい。

【0085】

測定部は液体試料の漏洩を防止することを優先して構成される。しかしながら、万一液体試料が漏洩した場合を考慮して、漏洩の状態を検出する漏液検出器を使用することが好ましい。漏液検出器には、例えば導電率で漏液を検知する方式や、電極間抵抗検知方式等と呼ばれる方式、光学的方式のものを用いることができる。また、測定部においては継手部分が漏液の起こりやすい箇所であることから、例えばこの箇所をリトマス反応タイプのｐＨ表示パッチを備えた継手カバー等で覆って漏洩を検出可能とし、さらに継手カバーで覆った部分の下側に漏液検出器を装着すると、効率的に液体試料の漏洩を検出することができる。

【0086】

また、水分率に対するΔｆまたはΔＰの関係のキャリブレーションを自動化して行うことが好ましい。このキャリブレーションは、以下の手順を繰り返して行う。
（１）液体試料のないブランク状態（チューブのみ）での共振周波数（＝ｆ₀）および共振ピークレベル（＝Ｐ₀）を測定しておく。
この測定時の値を固定値Ａとして、コンピュータ１０５に記憶しておく。
（２）実際の試料測定を行う。
（３）チューブのフラッシングを行う。
フラッシングは、エアーにより行っても良く、液体により行っても良い。エアーによるフラッシングは、工場内などに供給されている計装用エアーを利用して行うこととしても良い。また、液体によるフラッシングは、純水、アセトンなどの有機溶剤を使用して行うこととしても良い。
（４）（１）と同様にブランク状態（チューブのみ）での共振周波数（＝ｆ₀）および共振ピークレベル（＝Ｐ₀）を測定する。この際に、新たなブランク状態での測定値が固定値Ａに対して所定の割合まで到達していた場合は、フラッシングが十分なされたと判断する。このときの測定値を新固定値Ａとしてコンピュータ１０５に記憶しておく。

【0087】

なお、新たなブランク状態での測定値が固定値Ａに対して所定の割合に達していない場合は、（３）からの工程を再度行う。さらに、（３）の工程を所定回数行っても測定値が固定値Ａに対して所定の割合に達しない場合は、コンピュータ１０５よりエラーの発生を通知することとしても良い。このようにして、水分測定装置のオペレーターは、コンピュータ１０５より通知された情報に基づいて対応方法を判断することができる。

【0088】

検量線は、半自動的に作成することとしても良い。例えば、人手により、数種類の既知水分濃度の液体試料を予め作成し、各液体試料を収容した容器を用意しておく。そして、自動検量線作成モードにおいて、図１０の容器１３１６を、それぞれ濃度の異なる容器と順次取り替えて、ΔｆまたはΔＰを測定していく。

【0089】

この場合、コンピュータ１０５のデータ保持部２１２に、ΔｆおよびΔＰの測定値を水分率と対応付けて記憶しておき、この対応関係から検量線を求めることができる。この演算処理は、コンピュータ１０５の演算部２１０が、データ保持部２１２に記憶された検量線作成プログラムを読み出して実行することにより行われる。

【0090】

また、導波管温度（ブランク値）、液体温度（測定値）、または測定環境の温度を測定して、測定された温度に基づいて、計算される水分率の温度校正を行うことが、より精度の良い測定を行う上で好ましい。

【0091】

温度を測定するための温度測定部として、例えば導波管温度を測定する際には熱電対を用いることができる。また、液体温度を測定する際には測温抵抗体等を用いることができる。

【0092】

一般的に、水の誘電率は４ＧＨｚ、２５℃において約８０であり、同周波数で温度が上がると誘電率は減少する傾向にある。誘電損失率も、４ＧＨｚ、２５℃において約１３であるが、同周波数で温度が上がると減少する傾向にある。一方、溶媒に関し、複数の温度における誘電率、誘電損失率の値として信頼性が保証されているものはない。また、４ＧＨｚにおける溶媒の誘電率、誘電損失率の真値もほとんど公表されていない。

【0093】

溶媒は種類によって特性が異なるため一概には言えないが、例えばエタノールの場合、４ＧＨｚ、２５℃で、誘電率は２程度、誘電損失率は約６であり、同周波数で温度が上がるとどちらも増加する傾向にある。従って、溶媒中の水分率を測定する場合、溶媒の誘電率および誘電損失率の温度による影響と、水のそれとは必ずしも同じ傾向にあるとは言えず、決まった法則もない。このため、測定する試料（溶媒＋水）について、予め本装置（水分測定装置）を使用して実際に温度を変えて測定し、校正カーブを作成しておくことがより好ましい。

【0094】

なお、水分率は、基準温度に換算せずに、測定時の試料の温度における水分率を出すことが望ましい。測定時の温度での水分率を求めた方が実用的だからである。

【0095】

例として、Δｆから水分率を出す場合の温度校正の手順を以下に２種類（校正方法１および２）示す。

【0096】

（校正方法１）
（１）ある溶媒と水との混合液体試料を、水分率を変えて５〜１０水準作成し、その試料を例えば１５℃から３５℃まで５段階に温度を変えて測定し、図１１に示すように、各温度における水分率とΔｆとの関係を求める。
（２）（１）で求めたデータ（グラフ）を基に、各水分率における温度とΔｆの関係を、図１２に示すように求める。
（３）図１２のグラフにおいて、温度２５℃におけるΔｆを１．０として、その比を縦軸にとり、グラフを描き直す。図１３に示すように、ほぼ１つの曲線に集まるとすると、これらのデータを基に１本の近似曲線（例えば、３次近似式で近似）を求める。
Δｆ／Δｆ_{Ｔ＝２５℃}＝ａＴ^３＋ｂＴ^２＋ｃＴ＋ｄ (6)
ただし、Ｔは試料温度
ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数
（４）以上の準備が整った段階で、未知の液体試料の水分率を測定する。まず、液体試料の温度Ｔを測定し、（６）式から温度ＴでのΔｆと２５℃のときのΔｆとの比（Δｆ／Δｆ_{Ｔ＝２５℃}）を求め、その比をＰとする。続いて、未知の液体試料のΔｆを測定する。ＰとΔｆを（７）式に代入して、基準温度２５℃でのΔｆを求める。
Δｆ_{Ｔ＝２５℃}＝Δｆ×（１／Ｐ） (7)
（５）２５℃におけるΔｆが決まれば、図１４のΔｆに対する水分率の関係（近似曲線）を使って、求める水分率を計算する。図１４の近似式は、図１１の２５℃の関係式を縦軸と横軸を入れ替えたグラフであり、近似曲線を取り直すことによって求められる。

【0097】

（校正方法２）
（１）溶媒と水との混合溶液を、水分率を０〜４０％の範囲で５水準作成し、この混合溶液の温度を１０℃、２０℃、３０℃、および４０℃の４段階に変えて、その都度Δｆを測定する。そのデータから、図１５のようなグラフを作成し、近似曲線も得る。この近似曲線は、例えば同図に示すように２次曲線とすることができる。
（２）次に、水分率が未知の混合溶液（たとえば、水＋エタノール）のΔｆを測定し、その時に混合溶液の温度Ｔも測定する。

【0098】

例えば、Ｔ＝２５℃の場合、図１５でＴ＝２５℃の縦線（破線）と各近似曲線との交点を求め、２５℃における水分率とΔｆの関係を求める。

【0099】

その結果を表１に示す。

【0100】

【表1】

【0101】

（３）表１に示すデータをプロットすると、図１６に示すグラフが得られる。図１６のグラフから、近似直線または近似曲線を求める。

【0102】

Ｔ＝２５℃における水分率とΔｆの関係式が求められれば、測定した試料のΔｆをこの式に代入し、水分率を計算することができる。また、試料温度が変われば、図１５の縦線（破線）の位置を試料温度まで移動させ、各近似曲線との交点を求め直す。そして、図１６のようなグラフを再度作成すれば、その温度での水分率が求められる。

【0103】

なお、ここではΔｆについて記述したが、ΔＰを測定する場合も考え方は同じである。

【0104】

また、異なる温度環境で測定を行う代わりに、装置内部の温度管理（例えば、２５℃一定）を行うこととしても良い。これは、測定部内部の温度が測定値に影響するからである。例えば、測定部内部を周囲温度より低く設定した場合には導波管内で結露が発生し、測定精度に影響を及ぼすので、結露が発生しないように温度制御すること、または測定部内部から水蒸気を排出する機構を設けることが望ましい。

【0105】

また、本発明の具体的な実装において、チューブを洗浄する際には、アセトンまたは水をチューブに流し、その後空気を流して乾燥させることとしても良い。この場合、測定部にチューブの自動洗浄システムを設置することとしても良い。例えば、アセトン、純水などの洗浄液を収容した洗浄液タンクを別途設けておく。そして、測定対象の液体を取り替える前に、洗浄モードにおいて、洗浄液タンク中の洗浄液をチューブに流して洗浄を行う。この操作は、上述したキャリブレーションにおける（３）の工程の操作と同様である。そして、洗浄の終了後、洗浄液タンクを測定対象の容器に取り替えるようにする。

【0106】

次に、図１７を参照し、本実施形態に係る液体中の水分測定方法について説明する。

【0107】

マイクロ波空洞共振器１０２を構成する導波管に設けられたスリット部１１０に、液体が通過可能なチューブ１０６を挿入する。

【0108】

ここで、液体試料中に生じ得る泡が、高精度な測定の妨害になる。この泡を除去するため、チューブ１０６を設置する際には、図１７に示すように鉛直方向に配置し、液体試料を下側からポンプアップする方式を採用することが好ましい。これは、液体を下側からポンプアップすることにより、泡が上方に抜けやすくなるためである。特に、液体試料を充填保持して測定する場合において、ポンプの動作を停止したときに、液体試料から泡の抜けが良くなる。

【0109】

次いで、チューブ１０６の一方の端部に液体試料の流量を調節するためのバルブ７０８を取り付ける。チューブ１０６の他方の端部には、循環ポンプ７０６のチューブ７１２の端部に設けられたバルブ７１０を取り付ける。このバルブ７１０もまた、液体試料の流量を調節するためものである。このようにして、循環ポンプ７０６は、容器７０２内の液体試料を吸引してチューブ７１２を通じてチューブ１０６に提供し、バルブ７０８から容器７０２に液体試料を戻すように構成される。

【0110】

次いで、チューブ１０６内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。

【0111】

そして、測定された共振周波数または共振ピークレベルから、ΔｆまたはΔＰを算出し、液体に含まれる水分を計算する。

【0112】

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

【実施例1】

【0113】

水を含む９種類の液体について、各液体がどの程度のΔＰおよびΔｆになるのか、また測定位置によってどの程度変わるのかを知るために、以下のような手順で実験を行った。
１．マイクロ波の吸収が小さいテフロン（登録商標）製のチューブを用意し、この中に９種類の液体を充填した。チューブの寸法は外径３ｍｍφ、内径２ｍｍφ、長さ１２ｃｍのものを用いた。液体の種類としては、水、エチレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、クロロベンゼン、トルエン、ヘキサン、ベンゼンを用いた。
２．液体の入っていないテフロン（登録商標）チューブをブランクとして用意し、このチューブをマイクロ波空洞共振器のスリット部に設置し、そのときの共振周波数および共振ピークレベルを測定した。ただし、チューブの設置位置については、電界分布を考慮し、図６の（１）から（１０）の位置で測定を行った。
３．同様に、各種液体が入ったテフロン（登録商標）チューブを（１）から（１０）の位置で測定し、その差から共振周波数のシフト量Δｆおよび共振ピークレベルの変化量ΔＰを得た。ここで、測定は室温で行い、マイクロ波の周波数を４ＧＨｚとした。

【0114】

９種類の液体のΔＰの値を測定位置（１）〜（１０）についてまとめた結果を表２に示す。単位はデシベルで表記した。

【0115】

【表2】

表２

【0116】

また、同様にΔｆについてまとめた結果を表３に示す。単位はＭＨｚで表記した。

【0117】

【表3】

表３

【0118】

また、表２の結果を（１）、（６）、（９）、（１０）の位置についてグラフ化したものを図１８に示す。縦軸はΔＰを表している。

【0119】

同様に、表３の結果を（１）および（６）の位置についてグラフ化したものを図１９に示す。縦軸はΔｆを表している。

【0120】

以上の結果より、液体によってΔｆ、ΔＰの値に大きな差があることが分かった。その特徴として、一つは有極性分子と無極性分子の違いがそのままΔｆ、ΔＰに顕著に表れていることが挙げられる。トルエン、ヘキサン、ベンゼンは無極性分子であるため、双極子モーメントが非常に小さく、そのために誘電率および誘電損失率が非常に小さい値を示す。従って、ΔＰ、Δｆも小さい値となっている。逆に他の６種類の液体は有極性分子であるため、双極子モーメントが大きく、したがって誘電率および誘電損失率は大きい値を示す。その結果、Δｆ、ΔＰが大きくなっており、（１）式で示した摂動理論通りになっていることが確認された。特に、水は特異な誘電物性を示し、例えば自由水では、マイクロ波の周波数４ＧＨｚ、温度２５℃の場合、誘電率は８０、誘電損失率は１３．１と他の液体に比べても大きな値を示すことが知られており、本実験のΔｆ、ΔＰの測定結果からもそれが裏づけられた。

【0121】

従って、誘電率および誘電損失率について、特異的に大きな値を示す水とそれ以外の液体とを混ぜた場合、含まれる水の割合が多くなるにつれて、混合液体の誘電率、誘電損失率も増加することは容易に推定される。本実施形態に係る水分率測定方法の理論的根拠はここにある。

【実施例2】

【0122】

上記の考え方で液体中の水分率を測定できることを確認するために、以下の手順で実験を行った。
１．実施例１で用いたテフロン（登録商標）チューブに、水と他の液体とを混ぜた混合液を作る。混合液全体に対する水の割合を体積で０％から５０％までほぼ１０％刻みで６水準のサンプルを５種類の液体について作成した。具体的には、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、エチレングリコールを使用した。
２．各液体について、水の含有量が異なる５種類のサンプルについて、実施例１と同様にΔｆおよびΔＰを測定した。ここで、チューブの設置位置は（１）、（９）、（１０）を選択した。また、設置位置（９）および（１０）については平均値をとった。

【0123】

その測定結果について、横軸に水分率、縦軸にΔＰをとってグラフ化したものを図２０〜図２４に示す。

【0124】

次いで、Δｆと水分率の関係を表したグラフを図２５〜図２９に示す。

【0125】

以上のグラフから、水分率と測定値（Δｆ、ΔＰ）との間には強い相関関係があることが確認された。これらの結果から、各液体について予めこのような相関関係を検量線として作成しておけば、同種の混合液体で水分率が未知のサンプルであっても、同様の手順でΔｆまたはΔＰを測定すれば、即座に水分率が求められることが分かった。

【0126】

本実施例に係る方法によれば、ほぼリアルタイムで水分率が測定できる。このため、チューブ中に充填された液体を流動させて測定を行うこととしても良い。すなわち、本実施例は、原理的には液体をチューブに流しながら測定するオンライン測定にも適用することができる。

【0127】

本実施例に係る方法は、水の誘電率、誘電損失率が他の液体に比べて大きいことを利用しているが、液体の誘電率、誘電損失率が水のそれらと大きくかけ離れていればいるほど、水分率の測定感度（分解能）が高くなることはいうまでもない。そこで、本実験結果の中から一例としてエタノールと水の混合液体を、（９）、（１０）の位置でΔＰを測定した結果を例にとり、水分率の分解能を計算する。

【0128】

図３０Ａは、この計算結果について、縦軸にΔＰ、横軸に体積水分率（％）をとり、近似曲線を追加したグラフを示す。図３０Ｂは、図３０Ａの横軸と縦軸を入れ替えて、傾き（体積水分率０％での微分値）が％／ｄＢとなるようにしたグラフを示す。

【0129】

図３０において、微量水分率での分解能が最も重要となるので、水分率０％での傾きを２次近似式の微分値から計算すると、１．８３％／ｄＢとなる。ΔＰの分解能を０．０１ｄＢとすると、エタノールと水の混合液の水分率の分解能は０．０１８３％となる。この結果から、かなりの高分解能で水分率が測定できることがわかる。

【0130】

上述したように、水分率の測定感度即ち分解能は、ΔＰから測定する場合、水の誘電損失率と大きくかけ離れるほど、即ち水と混合される液体の誘電損失率が水よりもはるかに小さいほど向上することになる。その意味では、上記の例で示したエタノールは、水の誘電損失率が１３．１（マイクロ波４ＧＨｚ、２５℃）に対して５．９程度（非特許文献１参照）と比較的大きな値を示しているから、水の誘電損失率と比較してはるかに小さいとは言えない。それにもかかわらず、０．０１８３％という高い分解能があることが示された。エタノールより誘電損失率が小さい液体の場合は、これ以上の分解能になることは言うまでもない。

【0131】

同様にして、エタノールと水との混合液体について、Δｆと水分率との関係から分解能を求める。

【0132】

前述の図から、測定位置が（１）の場合のデータを再度抜き出すと図３１Ａに示すようになる。

【0133】

ΔＰの場合と同様に、図３１Ａのグラフの横軸と縦軸を入れ替えると、図３１Ｂに示すようになる。

【0134】

このグラフにおいて、水分率が０％のときの傾きを求めると、０．７９６（％／ＭＨｚ）となる。これは、水分率について１ＭＨｚ当たり０．７９６％の変化があることを意味する。Δｆの分解能を１ＫＨｚとすると、傾き、即ち分解能は、０．０００７９６（％／ＫＨｚ）となり、約８ｐｐｍの分解能があることになる。

【0135】

なお、本実施形態では体積水分率を測定する例について説明したが、本発明において、測定される水分率として重量水分率及び体積水分率のいずれも対象とすることができることは、本発明の趣旨から理解されよう。

【0136】

（第２実施形態）
上述した実施形態では、検量線を作成する際に計装エアーを用いてキャリブレーションを行う例について説明したが、この場合、減圧弁を入れる等、エアー圧を適正に保つ必要がある。

【0137】

本実施形態では、専用のエアーコンプレッサーを測定部に導入し、キャリブレーションを行う。

【0138】

図３２は、本発明の第２実施形態に係る測定部内部の構成を概略的に示す図である。測定部２０００において、吸引用チューブ１３１２は吸引用チューブ１４１４に三方弁Ａ２００４を介して接続される。この三方弁Ａ２００４は、エアーの出入口２００６を有する。

【0139】

吸引用チューブ１４１４はマイクロポンプ１３２２に接続される。マイクロポンプ１３２２は液体試料導入用チューブ２２０８の一方の端部に接続される。液体試料導入用チューブ２２０８の他方の端部は液体試料導入用チューブ１３２０の一方の端部に三方弁２２１０を介して接続される。液体試料導入用チューブ１３２０の他方の端部は、導波管からなるマイクロ波空洞共振器１０２に挿通されたフッ素樹脂チューブ１４１６の一方の端部にＬ型継手１４０２を介して接続される。

【0140】

三方弁Ｂ２２１０は、さらに圧縮エアー供給用チューブ２２１２に接続されている。圧縮エアー供給用チューブ２２１２は、二方弁２２１４および圧縮エアー供給用チューブ２２１６を介してエアーコンプレッサー２２１８に接続されている。エアーコンプレッサー２２１８は、チューブ内掃除用の圧縮エアーを発生させるものであり、例えば、大自工業社製のＭＬ２５０を用いることができる。

【0141】

フッ素樹脂チューブ１４１６の他方の端部（不図示）は吐出用チューブ１４１２の一方の端部に接続される。吐出用チューブ１４１２の他方の端部は試料回収容器２００２内に配置される。

【0142】

三方弁Ａ２００４および三方弁Ｂ２２１０は、チューブ掃除用エアーと液体試料とを切り替えるものであり、例えばフロン工業社製のＦ−２３８８を用いることができる。この切り替え制御は、コンピュータ１０５からの指令によって自動的に行うものとしても良い。

【0143】

マイクロ波空洞共振器は、コの字型部材１４０４に固定されている。また、マイクロ波空洞共振器１０２は、導波管の端部に接続された同軸ケーブル１４０８および１４１０を通じて外部に設けられたネットワークアナライザと接続されており、当該同軸ケーブルにより信号の伝送が行われる。

【0144】

次に、図３３を参照し、測定部２０００により実行されるキャリブレーションの動作について説明する。測定が終了すると、三方弁Ａ２００４を切り替えて、吸引用チューブ１４１４に空気を送る（ステップＳ２１０２）。チューブ内に残留している液体試料が全て排出されたら、一定時間経過後にマイクロポンプ１３２２の動作を停止する（ステップＳ２１０４）。次いで、三方弁Ｂ２２１０を圧縮空気側に切り替える（ステップＳ２１０６）。次いで、二方弁２２１４をオン・オフし、圧縮エアーを液体試料導入用チューブ１３２０に一定時間送り、三方弁Ｂ２２１０をマイクロポンプ１３２２側に戻す（ステップＳ２１０８）。次いで、ブランク状態となったチューブについて共振ピークレベルを測定し、測定値が所定のブランク値の範囲まで上昇したか判定する（ステップＳ２１１０）。測定値が所定のブランク値の範囲まで上昇した場合には、キャリブレーションを終了し、次の測定を行う。測定値が所定のブランク値の範囲まで上昇しなければ、液体試料容器１３１６に純水を入れてマイクロポンプ１３２２をオンし、チューブに純水を一定期間流す（ステップＳ２１１２）。この操作において三方弁Ａ２００４および三方弁Ｂ２２１０を自動制御することができる。その後、ステップＳ２１０２からの処理を繰り返す。

【0145】

なお、本実施形態は純水のみでチューブ内を洗浄することができることを前提にした例を説明したが、純水を用いた洗浄が難しい場合は、測定に用いた液体試料を溶剤として使用し、この液体試料をチューブ内に流してから次に純水を流すようにしても良い。

【0146】

（第３実施形態）
１本のチューブを用いて検量線の作成および測定を行う場合は、水分測定→洗浄および乾燥→水分測定という工程を経なければならない。そこで、本発明の第３実施形態では、２本のチューブを異なる役割で使用する。

【0147】

例えば、一対のチューブをそれぞれ異なる種類の液体試料について水分測定を行うために同時に用いても良い。

【0148】

また、一対のチューブをブランク用チューブおよび測定用チューブとして同時に使用することとしても良い。この場合、一対のチューブの各々の位置を独立に調節可能に構成する。そして、マイクロ波空洞共振器の中心部に対して対称位置になるように一対のチューブをスリット部１１０内に挿入し、一対のチューブにおける測定感度が同一になるように位置を調節する。なお、この位置の調整は手動で行うこととしても良い。そして、測定感度が同一になった状態において、何れか一方を測定用チューブ、他方をブランク用チューブとして使い分ける。

【0149】

このように、２本のチューブのうちの一方をブランク用、他方を測定用とすることにより、早く効率的に測定を行うことが可能となる。

【0150】

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態では、複数本の測定用チューブを準備し、制御部１６１０および駆動部１６０８により、そのうちの任意の１本をスリット部１１０内に移動させて測定に使用する。例えば、測定用チューブを２本準備し、図３４で示すように、測定部において以下のような操作を行うことができる。

【0151】

（１）マイクロ波空洞共振器１０２の同一測定位置に一方のチューブを配置し、他方のチューブはマイクロ波空洞共振器１０２外に移動させる（図３４Ａ）。ここで、測定位置は通常測定感度が最大になる位置を選択する。

【0152】

（２）マイクロ波空洞共振器１０２内に移動させたチューブについて、その位置を微調整し、同一測定位置における測定感度が移動前のチューブと同一になるようにする（図３４Ｂ）。

【0153】

（３）測定感度が同一になれば、いずれか一方を測定用、他方をブランクとして逐時使い分ける（図３４Ｃ）。

【0154】

（４）一方のチューブで測定を行っている間に、他方のチューブにおいて洗浄・乾燥工程を行い、一方のチューブでの測定終了後、速やかに位置を移動して、他方のチューブが測定位置に入りブランク測定および測定を行う（図３４Ｄ）。

【0155】

このようにして、測定を効率化および迅速化することができる。

【0156】

なお、図３４において２本のチューブは個別に移動可能としても良いし、一定間隔で平行に配置しておき、これらを矢印の方向に同時に移動可能としても良い。

【0157】

また、（１）の工程において採用する同一測定位置は、測定感度が最大になる位置に制限されるものではない。例えば、測定感度が高すぎてQ値が下がる場合は測定感度を低くなるように位置調整して測定位置を変更することとしても良い。

【0158】

また、チューブをマイクロ波空洞共振器の内外に移動させるために、配管系を移動可能にしてもよく、測定系を移動可能にしても良い。これは設計上の問題ではあるが、測定安定化の上では配管系を移動可能にするほうが好ましい。

【0159】

（第５実施形態）
次に、図３５を参照し、本発明の第５実施形態について説明する。

【0160】

水分測定装置をオンライン用途で使用する場合は、製造ラインにおいて液体が通るメイン配管にサンプリング配管を分岐接続し、このサンプリング配管を通る液体について水分測定を行うこととしても良い。

【0161】

図３５は、本実施形態に係る水分測定装置の測定部の構成を示す。製造ラインのメイン配管２５０６には、切替バルブ２５０２および２５０８を介してサンプリング配管２５０４が接続されている。そして、メイン配管２５０６からサンプリング配管２５０４に流れる液体が、メイン配管２５０６に戻るように構成されている。

【0162】

切替バルブ２５０２および２５０８は、電子制御ユニット等により構成される切替部２５１０からの指示信号を受信して開弁／閉弁の制御をオンラインで行うように構成することができる。

【0163】

ここで、メイン配管２５０６における流速Ｖ１とサンプリング配管２５０４における流速Ｖ２とが、Ｖ１=Ｖ２となるように構成することが望ましい。Ｖ２の値はポンプ容量とサンプリング配管径とによって決まる。また、サンプリング配管にサブ配管をさらに設けてＶ２の値を調整することもできる。このようにサンプリング配管における液体の流速を調整することで、真の意味におけるリアルタイムでの水分測定が可能となる。

【0164】

（第６実施形態）
上述した第１実施形態では、スリット部１１０にチューブを配置する。この場合、スリット部１１０において導波管Ａおよび導波管Ｂの開口部が対向して配置されるが、この開口部を薄い膜等で被覆することにより、チューブの端部からの液ダレやゴミによる汚染を防止することができる。

【0165】

導波管の開口部を被覆する膜として、ポリ塩化ビニリデン（例えばサランラップ（商品名））のような薄いもの、フッ素系シート、例えばニチアス社製ナフロン（登録商標）テープ（型式：ＴＯＭＢＯ（登録商標）９００１、正式名：四ふっ化エチレン樹脂テープ）等を用いると、マイクロ波の伝播ロスがほとんど無い。

【0166】

（第７実施形態）
次に、測定部における気泡を検知する本発明の第７実施形態について説明する。

【0167】

水分測定装置の測定部において、マイクロポンプ等の液体を流動させるための機構がエアーを噛んだ場合、共振周波数および共振ピークレベルが変化してしまう。このため、測定部に気泡検知器を設けておくことが好ましい。このような気泡検知器として、例えば特許文献２に記載されている気泡検出装置を採用することができる。具体的な実装においては、気泡検出器により気泡を検出した場合に、当該装置からアラームを発信する。この場合、ネットワークアナライザからの出力をコンピュータ１０５において記録する際に、気泡検知器からのアラーム信号も合わせて信号として記録することとしても良い。

【0168】

（第８実施形態）
次に、測定部における気泡の発生を防止する本発明の第８実施形態について説明する。

【0169】

液体の種類によっては、その液体から気泡が発生しやすいものがある。そこで、このような液体を測定するため、気泡の発生を防止する構成を採用することが好ましい。この場合の構成として、測定部に気泡除去手段を設けることとしても良い。具体的には、加圧脱泡装置をマイクロポンプに接続することとしても良く、またマイクロポンプの代わりに加圧ポンプを使用することも良い。また、サンプリング配管系を完全に密閉化することとしても良い。例えば、図３５に示す例において、サンプリング配管２５０４に液体試料が充填されている状態で、切替バルブ２５０２および２５０８の切替制御によりサンプリング配管２５０４を密閉し、測定を行うこととしても良い。

【0170】

（第９実施形態）
コンピュータ１０５において、ネットワークアナライザ、漏液検出器、気泡検出器から出力されたアラーム信号等の信号を記録することとしても良い。

【0171】

また、ネットワークアナライザ、漏液検出器、気泡検出器から出力された信号が異常を示すものであるとコンピュータ１０５が判断した場合、コンピュータ１０５からスマートフォン、タブレット等の移動端末へ異常通知信号を無線信号で発信しても良い。

【0172】

図３６は、本発明の第９実施形態に係るシステムの構成を概略的に示す。本実施形態に係るシステムは、ネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６、コンピュータ１０５、および移動端末２７０２を含んで構成される。ネットワークアナライザ１０４はマイクロ波の発振と検出を行うものである。漏液検出器２７１６は、漏液の状態を検出するものであり、例えば導電率で漏れを検知する方式や、電極間抵抗検知方式等と呼ばれる方式、光学的方式のものを用いることができる。気泡検出器２７１６は、気泡を検出するものであり、例えば日本国特許第４５６１３３６号に記載されている気泡検出装置を採用することができる。ネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６はコンピュータ１０５に接続されている。

【0173】

コンピュータ１０５は、ネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６から送られる信号を処理するものであり、演算部２１０、データ保持部２１２、および通信部２７１２を含んでいる。

【0174】

演算部２１０は、ネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６から出力された信号等のデータを処理する。データ保持部２１２は演算部２７０８の指示に応じてデータを記憶する。通信部２７１２は、ネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６、および移動端末２７０２との通信を行う。ここで、通信部２７１２は移動端末２７０２との信号のやり取りを無線通信で行う。無線通信は、電磁波、光、赤外線、マイクロ波等の電波を介して行う通信を含む。具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１１、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））等の種々の通信技術を使用することができる。

【0175】

移動端末２７０２は、無線受信部２７０４および通知部２７０６を含んでいる。無線受信部２７０４はコンピュータ１０５の通信部２７１２と無線通信を行う。通知部２７０６は、無線受信部２７０４がコンピュータ１０５からの異常通知信号を受信した場合に、ユーザに異常を通知するものである。異常の通知は、ディスプレイによるテキストメッセージの表示、アイコン等の画像の表示、ライトの点灯、スピーカによる音声の出力、モーターによる振動等の種々の手段を使用することができる。

【0176】

次に、本実施形態に係るシステムの動作について説明する。

【0177】

コンピュータ１０５はネットワークアナライザ１０４、漏液検出器２７１４、気泡検出器２７１６のいずれかから出力された信号を記憶部２７１０に記憶する。この信号により測定部において異常が発生したと判断した場合、通知部２７１２を介して異常通知信号を移動端末２７０２に発信する。例えば、ネットワークアナライザ１０４から出力された測定値が異常値である場合、漏液検出器２７１４または気泡検出器２７１６から検出信号を受信した場合に、水分測定装置に異常が発生したと判断する。

【0178】

コンピュータ１０５から発信される異常通知信号は、発生した異常の種類を示すコードを含んでも良く、テキストメッセージを含んでも良い。また、テキストメッセージを含む電子メールの形式で異常通知信号を発信することとしても良い。

【0179】

移動端末２７０２の無線受信部２７０４により異常通知信号を受信すると、通知部２７０６を介してユーザに異常の旨を通知する。

【0180】

このような構成により、移動端末のユーザにより水分測定装置の動作を監視することが可能となる。

【0181】

（第１０実施形態）
図３７は、本発明の第１０実施形態に係る液体中の水分測定装置の構成の一例を示す。液体中の水分測定装置３７００は、測定部の内部に設けられたマイクロ波空洞共振器３７０２と、測定部の外部に設けられたネットワークアナライザ１０４およびコンピュータ１０５とから構成される。マイクロ波空洞共振器１０２は導波管３７１０から構成されるものである。ネットワークアナライザ１０４はマイクロ波の発振と検出を行うものである。コンピュータ１０５はネットワークアナライザ１０４から送られる信号を処理するものである。

【0182】

マイクロ波空洞共振器３７０２を構成する導波管３７１０には中央部を横切るように貫通孔１０７、１０８、１０９が設けられており、これらのうち貫通孔１０８に、液体を液密に保持可能なチューブ１０６が挿設されている。

【0183】

本明細書において、「貫通孔」とは導波管に形成される孔の一例であり、導波管の一の面のみに形成される貫通孔と、導波管の複数の面に形成される貫通孔（例えば、一の面と当該面に対向する面とに形成される貫通孔）との、両方の意味を包含する。

【0184】

導波管３７１０にはネットワークアナライザ１０４から発振した４ＧＨｚ帯のマイクロ波が入力されて共振し、共振エネルギーがネットワークアナライザ１０４で検出される。

【0185】

図３８は、本実施形態に係るネットワークアナライザの機能構成の一例を概略的に示すブロック図である。ネットワークアナライザ１０４は、４ＧＨｚ帯のマイクロ波を発振する発振部２０２、共振エネルギーを受信する受信部２０４、ネットワークアナライザ１０４から送られる掃引されたマイクロ波に基づいてチューブ１０６の中に液体が存在しない状態および存在する状態における共振ピークレベルを検出する共振ピークレベル検出部２０６、同じくネットワークアナライザ１０４から送られる掃引されたマイクロ波に基づいてチューブ１０６の中に液体が存在しない状態および存在する状態における共振周波数を検出する共振周波数検出部２０８を含んでいる。コンピュータ１０５は、後述する検量線がデータとして保持されるデータ保持部２１２、および共振ピークレベル検出部２０６または共振周波数検出部２０８での検出強度（測定感度とも呼ぶ。以下、本明細書において同じ。）とデータ保持部２１２に保持されるデータとから液体に含まれる水分を計算する演算部２１０を含んでいる。

【0186】

本実施形態に係る液体中の水分測定装置３７００は、マイクロ波空洞共振器３７０２を用い、液体試料を細長いチューブ１０６に入れ、それをマイクロ波空洞共振器３７０２を構成する導波管３７１０の貫通孔１０７〜１０９のいずれかに挿設し、共振周波数のシフト量（Δｆ）または共振ピークレベルの変化量（ΔＰ）から液体中に含まれる水分率を測定するものである。具体的には、水が混合液体に含まれる割合（％）と測定値であるΔｆまたはΔＰとの間の相関関係を検量線として予め求めておくことにより、測定値であるΔｆまたはΔＰから液体中に含まれる水分率を測定する。

【0187】

導波管３７１０は、図３９に示すように、図の直方体（マイクロ波空洞共振器を構成する導波管）におけるｚ軸方向での中央部に貫通孔１０７〜１０９を設け、貫通孔１０７〜１０９に液体試料が通る形態でチューブ１０６を挿入し、セットするように構成されている。

【0188】

ここで、貫通孔は少なくとも１つ設けられていれば良い。また、貫通孔の内径は、次のような理由から狭いほど良い。即ち、少なくとも矩形の空洞共振器においては、一般に開口部を設けるとそこからマイクロ波が漏れてしまい、鋭い共振カーブ（高いＱ値）を得る上で好ましくない。Ｑ値が下がると、ピーク検出が難しくなる一方、水のようにマイクロ波の吸収の大きなものを測定した場合、ピーク検出が困難になり易い。なお、チューブ１０６を挿入しない貫通孔は、マイクロ波が漏れないようにキャップ（不図示）で塞いでおくことが望ましい。そのようなキャップの素材としては、マイクロ波空洞共振器の導波管の管壁の材質と同じ材質や、導電性の材質が好ましい。さらに、キャップと導波管との間に電位差が生じるとマイクロ波が漏れる原因となるため、キャップが導波管の管壁と電気的に接続されることが必要である。例えば、キャップとして真鍮に銀メッキを施したものを用いることができる。

【0189】

また、貫通孔の形状については、円の他、長孔、楕円であっても、三角形や四角形のような多角形であっても問題はない。

【0190】

なお、貫通孔はｙ軸に垂直である必要はなく、ｙ軸に対して斜めに、または垂直に設けることとしても良い。

【0191】

本実施形態に係る方法は、貫通孔のある導波管から構成されるマイクロ波空洞共振器を用いているため、図３９に示すように複数の貫通孔１０７、１０８、１０９を設けることで、所望の貫通孔を選択してチューブを挿設することができ、測定感度を調整することでマイクロ波の吸収量の大きい試料から小さい試料まで種々の試料の水分を測定することが可能となる。

【0192】

チューブの挿設位置については、図３９に示した貫通孔１０７、１０８、１０９の位置を含め、種々の位置が考えられる。例えば、図６に示す（１）から（１０）の１０種類の位置を挿設位置とすることもできる。

【0193】

チューブと測定装置との相対位置を調整して測定感度を調整するため、チューブの寸法は、導波管の断面を横切る面積が、導波管の断面より小さくなるように設計されることが好ましい。

【0194】

【0195】

また、マイクロ波空洞共振器を構成する導波管のどの位置（方向）の貫通孔にチューブを挿設するかによって測定感度が変化するということも、（１）式で表される摂動理論から導かれる。なぜならば、ΔｆおよびΔＰは、試料の誘電率、誘電損失率および体積が同じであれば、電界強度に依存するからである。

【0196】

従って、電界の強さは測定位置（すなわち、チューブを挿設する位置や方向）の電界分布で調整し、体積積分は測定する液体の体積で調整できるので、この２つの因子によって、自由にかつ広範囲に測定感度を設定することが可能となる。

【0197】

なお、液体の体積を調整する一例としては、導波管の断面を横切るチューブの断面積を変化させることが挙げられる。

【0198】

図４０は測定部内部の構成例を示す図である。同図における筐体１３０２は高さ２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ、前面パネル１３０６からの奥行き２００ｍｍの大きさを有する。筐体１３０２の内部において、吸引用チューブ１３１２は吸引用チューブ１４１４に吸引用継手１３０８を介して接続される。吸引用チューブ１４１４はマイクロポンプ１３２２に接続される。マイクロポンプ１３２２は液体試料導入用チューブ１３２０の一方の端部に接続される。液体試料導入用チューブ１３２０の他方の端部は、導波管１４１８からなるマイクロ波空洞共振器に挿通されたフッ素樹脂チューブ１４１６の一方の端部に接続される。

【0199】

【0200】

フッ素樹脂チューブ１４１６は図面水平方向に配置されているが、マイクロ波は偏波であるため、電界を効率的に液体試料に作用させるためにフッ素樹脂チューブは導波管内に形成される電界が振動する方向に略平行に設置される。図４０に示す例によれば、フッ素樹脂チューブは長手方向がｙ方向となるように設置される。なお、フッ素樹脂チューブは長手方向がｘ方向、すなわち重力方向に略平行となるように設置してもよく、重力方向に所定の角度で（例えば重力方向に略垂直に）設置しても良い。重力方向に略平行となるように設置した場合、フッ素樹脂チューブ内に存在する液体を排出する上で効率的である。

【0201】

【0202】

【0203】

【0204】

マイクロ波空洞共振器は、筐体１３０２の底部に設置されたコの字型部材１４０４に固定されている。また、マイクロ波空洞共振器は、導波管１４１８の端部に接続された同軸ケーブル１４０８および１４１０を通じて外部に設けられたネットワークアナライザと接続されており、当該同軸ケーブルにより信号の伝送が行われる。

【0205】

【0206】

次に、測定部１３００の動作について説明する。ポンプコントローラ１３０４を操作することにより、マイクロポンプ１３２２における液体試料の流量を調整して、容器１３１６内の液体試料を吸引用チューブ１３１２および吸引用チューブ１４１４を通じて液体試料を吸引し、液体試料導入用チューブ１３２０からフッ素樹脂チューブ１４１６へ液体試料を導入して導波管１４１８内を通過させる。フッ素樹脂チューブ１４１６を通過した液体試料は、吐出用チューブ１４１２および吐出用チューブ１３１４を通じて容器１３１６に吐出され、液体試料が循環する。

【0207】

【0208】

本発明の具体的な実装において、液体試料が吐出されたフッ素樹脂チューブ１４１６を洗浄する際には、容器１３１６にアセトンまたは水を入れてこれをフッ素樹脂チューブ１４１６に流し、その後空気を流して乾燥させることとしても良い。この場合、測定部にチューブの自動洗浄システムを設置することとしても良い。例えば、アセトン、純水などの洗浄液を収容した洗浄液タンクを別途設けておく。そして、測定対象の液体を取り替える前に、洗浄モードにおいて、容器１３１６を洗浄液タンクに取替え、洗浄を行う。この操作は、上述したキャリブレーションにおける（３）の工程の操作と同様である。そして、洗浄の終了後、洗浄液タンクを測定対象の容器に取り替えるようにする。

【0209】

次に、図４１を参照し、本実施形態に係る液体中の水分測定方法について説明する。

【0210】

マイクロ波空洞共振器３７０２を構成する導波管３７１０に設けられた貫通孔１０７、１０８、１０９のいずれかに、液体が通過可能なチューブ１０６を挿設する。同図に示す例では、チューブ１０６を貫通孔１０８に挿設している。

【0211】

ここで、液体試料中に生じ得る泡が、高精度な測定の妨害になる。この泡を除去するため、チューブ１０６を挿設する際には、図４１に示すように鉛直方向に配置し、液体試料を下側からポンプアップする方式を採用することが好ましい。これは、液体を下側からポンプアップすることにより、泡が上方に抜けやすくなるためである。特に、液体試料を充填保持して測定する場合において、ポンプの動作を停止したときに、液体試料から泡の抜けが良くなる。

【0212】

【0213】

次いで、チューブ１０６内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。

【0214】

そして、測定された共振周波数または共振ピークレベルから、ΔｆまたはΔＰを算出し、液体に含まれる水分を計算する。

【実施例3】

【0215】

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

【0216】

５種類の液体について、各液体がどの程度のΔＰおよびΔｆになるのか、また測定位置によってどの程度変わるのかを知るために、以下のような手順で実験を行った。
１．マイクロ波の吸収が小さいテフロン（登録商標）製のチューブ（フロン工業社製ＰＦＡチューブ（Ｆ−８０１１））を用意し、この中に５種類の液体を充填した。チューブの寸法は外径３ｍｍφ、内径２ｍｍφ、長さ１２ｃｍのものを用いた。液体の種類としては、エチレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、ＩＰＡを用いた。
２．液体の入っていないテフロン（登録商標）チューブをブランクとして用意し、このチューブをマイクロ波空洞共振器の穴部に設置し、そのときの共振周波数および共振ピークレベルを測定した。ただし、チューブの設置位置については、電界分布を考慮し、図６Ａの（１）から（３）の位置で測定を行った。
３．同様に、各種液体が入ったテフロン（登録商標）チューブを（１）から（３）の位置で測定し、その差から共振周波数のシフト量Δｆおよび共振ピークレベルの変化量ΔＰを得た。ここで、測定は室温で行い、マイクロ波の周波数を４ＧＨｚとした。

【0217】

５種類の液体のΔＰの値を測定位置（１）〜（３）についてまとめた結果を表４に示す。単位はデシベルで表記した。

【0218】

【表4】

表４

【0219】

また、同様にΔｆについてまとめた結果を表５に示す。単位はＭＨｚで表記した。

【0220】

【表5】

表５

【0221】

上記の考え方で液体中の水分率を測定できることを確認するために、以下の手順で実験を行った。
１．実施例３で用いたテフロン（登録商標）チューブに、水と他の液体とを混ぜた混合液を作る。混合液全体に対する水の割合を体積で０％から３０％までほぼ５％刻みで６水準のサンプルを５種類の液体について作成した。具体的には、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、エチレングリコールを使用した。
２．各液体について、水の含有量が異なる５種類のサンプルについて、実施例１と同様にΔｆおよびΔＰを測定した。ここで、チューブの設置位置は（１）、（２）、（３）を選択した。

【0222】

その測定結果について、横軸に水分率、縦軸にΔＰをとってグラフ化したものを図４２〜図４６に示す。

【0223】

次いで、Δｆと水分率の関係を表したグラフを図４７〜図５１に示す。

【0224】

【0225】

（第１１実施形態）
上述した実施形態では、検量線を作成する際に計装エアーを用いてキャリブレーションを行う例について説明したが、この場合、減圧弁を入れる等、エアー圧を適正に保つ必要がある。

【0226】

本実施形態では、専用のエアーコンプレッサーを測定部に導入し、キャリブレーションを行う。

【0227】

図５２は、本発明の第１１実施形態に係る測定部内部の構成を概略的に示す図である。測定部２０００において、吸引用チューブ１３１２は吸引用チューブ１４１４に三方弁Ａ２００４を介して接続される。この三方弁Ａ２００４は、エアーの出入口２００６を有する。

【0228】

吸引用チューブ１４１４はマイクロポンプ１３２２に接続される。マイクロポンプ１３２２は液体試料導入用チューブ２２０８の一方の端部に接続される。液体試料導入用チューブ２２０８の他方の端部は液体試料導入用チューブ１３２０の一方の端部に三方弁２２１０を介して接続される。液体試料導入用チューブ１３２０の他方の端部は、導波管１４１８からなるマイクロ波空洞共振器に挿通されたフッ素樹脂チューブ１４１６の一方の端部にＬ型継手１４０２を介して接続される。

【0229】

【0230】

【0231】

【0232】

マイクロ波空洞共振器は、コの字型部材１４０４に固定されている。また、マイクロ波空洞共振器は、導波管１４１８の端部に接続された同軸ケーブル１４０８および１４１０を通じて外部に設けられたネットワークアナライザと接続されており、当該同軸ケーブルにより信号の伝送が行われる。

【0233】

測定部２０００により実行されるキャリブレーションの動作は、図３３を参照して上述した動作とすることができる。

【0234】

（第１２実施形態）
図５３は、本発明の第１２実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す。

【0235】

マイクロ波空洞共振器を構成する導波管１００２には、上面に内径の異なる貫通孔１００８、１０１０が設けられ、下面には対応する貫通孔１０１２、１０１４がそれぞれ設けられる。次いで、貫通孔１００８および１０１２の内径と整合するチューブ１００４、ならびに貫通孔１０１０および１０１４の内径と整合するチューブ１００６を用意する。そして、チューブ１００４は貫通孔１００８および１０１２に挿設され、チューブ１００６は貫通孔１０１０および１０１４に挿設される。このようにして、チューブ１００４または１００６の少なくとも一方に液体試料を供給し、チューブ内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。

【0236】

そして、測定された共振周波数または共振ピークレベルから、ΔｆまたはΔＰを算出し、液体に含まれる水分を計算する。

【0237】

本実施形態は、このように内径の異なるチューブを使い分けることにより、感度の調整を行える利点を有する。

【0238】

（第１３実施形態）
図５４は、本発明の第１３実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す。

【0239】

図５４Ａに示すように、マイクロ波空洞共振器を構成する導波管１０１８には、上面に内径の大きな貫通孔１０２２が設けられ、下面に内径の小さな貫通孔１０２４が設けられる。次いで、この貫通孔１０２２の内径と整合するテーパ形状を有するチューブ１０２０を用意する。次いで、チューブ１０２０は貫通孔１０２２および１０２４に挿設される。そして、チューブ１０２０に液体試料を供給し、チューブ１０２０内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。その後、測定された共振周波数または共振ピークレベルから、ΔｆまたはΔＰを算出し、液体に含まれる水分を計算する。

【0240】

チューブ１０２０は駆動部１６０８を介して制御部１６１０に接続される。駆動部１６０８は、チューブ１０２０を貫通孔１０２２および１０２４内に挿設された状態で、矢印で示す方向に移動させるための駆動制御を行う。制御部１６１０は、駆動部１６０８に制御信号を送信し、チューブ１０２０の挿設位置を変化させることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御するものである。

【0241】

図５４Ｂはチューブ１０２０が貫通孔１０２２および１０２４に嵌め込まれるように挿設された導波管１０１８の断面図を、図５４Ｃは図５４Ｂの状態からチューブ１０２０を上（矢印方向）に移動したときの断面図をそれぞれ示す。このような構成によれば、制御部１６１０からの指示に応じて駆動部１６０８によりチューブ１０２０を上下方向（チューブ１０２０の挿設方向と略平行な方向）に移動させることにより、導波管１０１８の断面を横切る液体試料の量を調節し、これにより測定感度を制御することができる。

【0242】

（第１４実施形態）
次に、図５５を参照し、本発明の第１４実施形態に係る液体中の水分測定方法について説明する。

【0243】

本実施形態に係るチューブは分岐して形成されており、分岐したチューブの各々は異なる貫通孔に挿設される。そして、測定感度を制御する際に、分岐したチューブの少なくとも１つに液体が存在する状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。

【0244】

マイクロ波空洞共振器３７０２を構成する導波管３７１０に設けられた貫通孔１０７、１０８、１０９に、それぞれ液体が通過可能なチューブ１１１２、１１１４、１１１６を挿設する。

【0245】

次いで、チューブ１１１２、１１１４、１１１６の一方の端部に液体試料の流量を調節するための切替バルブ１１０８を取り付ける。切替バルブ１１０８は、例えば四方弁により構成することができる。チューブ１１１２、１１１４、１１１６の他方の端部には、循環ポンプ７０６のチューブ７１２の端部に設けられた切替バルブ１１１０を取り付ける。この切替バルブ１１１０もまた、液体試料の流量を調節するためものであり、例えば四方弁により構成することができる。切替バルブ１１０８および１１１０は、電子制御ユニット等により構成される切替部１１１８からの指示信号を受信して開弁／閉弁の制御をオンラインで行うように構成することができる。

【0246】

循環ポンプ７０６は、容器７０２内の液体試料７０４を吸引してチューブ７１２を通じてチューブ１１１２、１１１４、１１１６の少なくとも１つに提供し、切替バルブ１１０８から容器７０２に液体試料７０４を戻すように構成される。

【0247】

次いで、チューブ内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定する。

【0248】

そして、測定された共振周波数または共振ピークレベルから、ΔｆまたはΔＰを算出し、液体に含まれる水分を計算する。

【0249】

このように構成することで、以下のように液体試料が通過するチューブを切替バルブ１１１０、１１０８により切り替えて、例えば測定感度の制御を行うことができる。

【0250】

（１）測定感度を上げる場合には、チューブ１１１２、１１１４、１１１６の２本または３本に液体試料を通過させ、測定感度を下げる場合には、これらチューブのうちの１本に液体試料を通過させる。

【0251】

（２）測定感度を上げる場合には、チューブ１１１４に液体試料を通過させ、測定感度を下げる場合にはチューブ１１１２または１１１６に液体試料を通過させる。

【0252】

（３）チューブ１１１２に液体試料を通過させる場合と、チューブ１１１２、１１１４に液体試料を通過させる場合と、チューブ１１１２、１１１４、１１１６に通過させる場合の３段階の切り替え制御を行う。

【0253】

従って、切替バルブ１１０８、１１１０により液体試料を通過させるチューブの切り替え制御を行うことで、多様な測定感度の調節が可能となる。

【0254】

（第１５実施形態）
次に、図５６を参照し、本発明の第１５実施形態に係る液体中の水分測定方法について説明する。

【0255】

本実施形態に係る水分測定装置において、導波管に設けられた貫通孔に挿設されたチューブは、導波管内部を通らない分岐路を有し、液体試料の流路をチューブまたは分岐路に切り替えることができるように構成される。

【0256】

図５６に示す例では、マイクロ波空洞共振器３７０２を構成する導波管３７１０に設けられた貫通孔１０８にチューブ１５０４が挿設される。チューブ１５０４の一方の端部には液体試料の流量を調節するための切替バルブ１５０２が取り付けられる。切替バルブ１５０２は、例えば三方弁により構成することができる。チューブ１５０４の他方の端部には、循環ポンプ７０６から伸びるチューブ７１２の端部に設けられた切替バルブ１５０８が取り付けられている。この切替バルブ１５０８もまた、液体試料の流量を調節するためものであり、例えば三方弁により構成することができる。

【0257】

切替バルブ１５０２および１５０８の間には分岐路１５０６が形成される。この分岐路１５０６は、例えばチューブ１５０４と同様の材料により構成することとしても良い。切替バルブ１５０２および１５０８は、電子制御ユニット等により構成される切替部１５１０からの指示信号を受信して開弁／閉弁の制御をオンラインで行うように構成することができる。

【0258】

循環ポンプ７０６は、容器７０２内の液体試料７０４を吸引し、チューブ７１２を通じてチューブ１５０４または分岐路１５０６に提供し、切替バルブ１５０２から容器７０２に液体試料７０４を戻すように構成される。

【0259】

このように本実施形態によれば、分岐路を設けることで、チューブ内に液体が存在する状態と、チューブ内に液体が存在しない状態をオンラインで容易に作り出すことができる。

【0260】

（第１６実施形態）
図５７は、本発明の第１６実施形態に係るマイクロ波空洞共振器の構成を示す。

【0261】

マイクロ波空洞共振器を構成する導波管１６０２には、上面および下面にそれぞれ長孔形状の貫通孔１６０６および１６０７が設けられ、この貫通孔１６０６および１６０７にチューブ１６０４が挿設される。そして、チューブ１６０４に液体試料を供給し、チューブ１６０４内に液体が存在する状態および存在しない状態における共振周波数または共振ピークレベルを測定することができるように構成される。

【0262】

チューブ１６０４は駆動部１６０８を介して制御部１６１０に接続される。駆動部１６０８は、チューブ１６０４を貫通孔１６０６内に挿設された状態で、矢印で示す方向に移動させるための駆動制御を行う。制御部１６１０は、駆動部１６０８に制御信号を送信し、チューブ１６０４の貫通孔１６０６内における挿設位置を変化させることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御するものである。

【0263】

なお、図５７において、チューブ１６０４はマイクロ波の進行方向に略垂直に移動するが、チューブ１６０４の位置を、挿設方向と略垂直な他の方向に移動させることで、測定感度を制御することもできる。例えば、長孔形状の貫通孔における長軸の方向をマイクロ波の進行方向に略平行にして、チューブ１６０４の位置を、マイクロ波の進行方向に移動させることによって測定感度を制御しても良い。

【0264】

（第１７実施形態）
次に、図５８を参照し、本発明の第１７実施形態について説明する。

【0265】

【0266】

図５８は、本実施形態に係る水分測定装置の測定部の構成を示す。製造ラインのメイン配管２５０６には、切替バルブ２５０２および２５０８を介してサンプリング配管２５０４が接続されている。そして、メイン配管２５０６からサンプリング配管２５０４に流れる液体が、メイン配管２５０６に戻るように構成されている。

【0267】

【0268】

【0269】

（第１８実施形態）
上述した実施形態では導波管３７１０の上面および底面の両方に貫通孔を設けた例について説明したが、チューブとして二重管を採用することにより、導波管３７１０の一方の面にのみ設けられた貫通孔にチューブを挿通させて測定を行うことができる。

【0270】

図５９は、本発明の第１８実施形態に係る導波管およびチューブの断面を示す。

【0271】

図５９Ａに示す例において、導波管３７１０の上面に設けられた貫通孔１０８に挿通されたチューブ２６０２は二重管として構成されており、図面上方からチューブ２６０２の左側を通過する液体試料は矢印方向に進みチューブ２６０２の右側を上方へ向かって戻る。

【0272】

図５９Ｂは本実施形態の他の例を示す。チューブ２６０４は内側に設けられた管と外側の管とから構成されており、チューブ２６０４の内側の管を流れる液体試料は矢印方向へ進み、外側の管に沿って戻る。

【0273】

このように構成すると、貫通孔の数を少なくすることができ、導波管３７１０の密閉性がより高まることから、マイクロ波の漏れを効果的に防止することが可能となる。

【0274】

また、チューブの継手を少なくすることができるため、液体の漏れをより効果的に防止することが可能となる。

【0275】

（第１９実施形態）
次に、導波管の貫通孔にスリーブを設ける本発明の第１９実施形態について説明する。

【0276】

導波管３７１０に設けられた貫通孔１０７、１０８および１０９に、スリーブを設けることとしても良い。この場合、スリーブの素材は、マイクロ波の吸収および反射が少ないことが望ましい。そのような要件を満足する材質としては、例えばマイクロ波の吸収および反射の少ないフッ素樹脂が望ましい。

【0277】

このように、貫通孔にスリーブを設けることで、チューブの挿入，抜き出しをより簡便に行うことができ、作業性が向上する。また、スリーブとチューブとを嵌合させることにより、チューブの端部から液ダレが発生した場合においても導波管３７１０内へ液体が流れ込むことを防止することができる。また導波管の内部にほこり、ゴミ、湿気等の侵入を防ぐ効果も期待でき、他の実施形態にも適用して効果を奏する。

【0278】

（第２０実施形態）
次に、測定部における気泡の発生を防止する本発明の第２０実施形態について説明する。

【0279】

液体の種類によっては、その液体から気泡が発生しやすいものがある。そこで、このような液体を測定するため、気泡の発生を防止する構成を採用することが好ましい。この場合の構成として、測定部に気泡除去手段を設けることとしても良い。具体的には、加圧脱泡装置をマイクロポンプに接続することとしても良く、またマイクロポンプの代わりに加圧ポンプを使用することも良い。また、サンプリング配管系を完全に密閉化することとしても良い。例えば、図５８に示す例において、サンプリング配管２５０４に液体試料が充填されている状態で、切替バルブ２５０２および２５０８の切替制御によりサンプリング配管２５０４を密閉し、測定を行うこととしても良い。

【0280】

また、本発明によれば、マイクロ波空洞共振器を用いた液体中の水分の測定において、その測定感度を制御することができる。

【0281】

（第２１実施形態）
以上の実施形態では測定感度を制御、調整可能な例を多く示した。一方、できるだけ高い感度を提供する目的で以下の実施形態がある。

【0282】

すなわち、マイクロ波空洞共振器の断面を少なくとも全て覆う形状のチューブ状部材を使用すれば、高い測定感度を得られる。
（１）開口部がスリット部である場合は、スリットの隙間と略同じ厚みの扁平状のチューブ状部材を適用することができる。好ましくは、マイクロ波空洞共振器の断面が全て覆われていれば、高い測定感度を得ることができる。この扁平状のチューブ状部材は、内部に液体を保持することができるように袋状であることが好ましい。また、チューブ状部材は、扁平に押しつぶされた球状、いわば煎餅状であっても良い。これらの構造を有する部材を樹脂チューブによる扁平単純袋状のチューブ状部材と呼ぶ。樹脂チューブによる扁平単純袋状のチューブ状部材の一例を図６０に符号６００２で示す。

【0283】

また、第１実施形態で使用された１本のフッ素樹脂チューブを、好ましくは同一平面上に螺旋状（蚊取り線香状）に巻き、マイクロ波空洞共振器の断面を好ましくは全て覆っていれば、高い測定感度を得られる。このような構造を有する部材を樹脂チューブによる螺旋状のチューブ状部材と呼ぶ。樹脂チューブによる螺旋状のチューブ状部材の一例を図６１に符号６１０２で示した。

【0284】

また、このような螺旋状のチューブ状部材の代わりに、１本のフッ素樹脂チューブを折り返して同一平面状に略平板状にチューブ状部材として形成することもできる。これを樹脂チューブによる折返し構造のチューブ状部材と呼ぶ。樹脂チューブによる折返し構造のチューブ状部材の一例を図６２に符号６２０２で示す。

【0285】

これらの３種の扁平状のチューブ状部材の例では、フッ素樹脂チューブが全体として、実質的に袋状のチューブ状部材を形成していると考える。また上記のような３種の扁平状のチューブ状部材の例では、液体の流入口は図中下部側に配置され、流出口は図中上部側に配置されることがより好ましい。これは、液体の流れ方向が基本的に重力方向に逆らう方向のほうが、内部での液体の入れ替わりがより確実になる点、気泡混入がより少なくなる点または気泡流出がより容易になる点でより有利と考えられるからである。
（２）開口部が孔である場合は、上記のような３種の扁平状のチューブ状部材のいずれの例であっても、マイクロ波空洞共振器の内部で、好ましくはマイクロ波空洞共振器の中央部に、液体の流入口と流出口がマイクロ波空洞共振器の外部に出る形態で設置することができる。図６３は、貫通孔を有する導波管６３０２に樹脂チューブによる扁平単純袋状のチューブ状部材６００２を設置した例を示す。

【0286】

以下の形態は開口部がスリット部であるか孔であるかにかかわらず適用可能である。上記の袋状のチューブ状部材はフッ素樹脂系の樹脂シートにより扁平な袋状に製作することができる。また、フッ素系の樹脂板に切削加工により、大きな溝を掘り空間を作製することもできる。このように板に溝を加工した場合は、全ての溝の開口部を塞いで液密にする。例えば、フッ素系樹脂製の薄い肉厚のメクラ板で全ての溝を塞げば、溝全体の内部に液体を保持するように実質的な袋状のチューブ状部材とすることができる。図６４は、樹脂板により扁平単純袋状のチューブ状部材を作製する方法の例を示す。図６４Ａに示すように、フッ素系樹脂製の樹脂板６４０２に袋状の溝を掘り、樹脂板６４０２と同様のフッ素系樹脂製の薄い肉厚のメクラ板６４０４とを貼り合わせることにより、図６４Ｂに示すようにチューブ状部材を作製することができる。

【0287】

また、３Ｄプリンターの技術を使用して、図６１に示したような螺旋状のチューブ状部材を立体的に作製することもできる。

【0288】

また、直線的な溝を複数堀り、端部を適宜連通させて１本の長い溝になるように作製することもできる。図６５は、樹脂板により１本の長い溝のチューブ状部材を作製する例を示す。図６５Ａに示すように、図６４と同様に樹脂板６５０２に長い溝６５０６、６５０８、６５１０、６５１２、６５１４を掘る。次いで、これらの溝を、連通溝６５１６、６５１８、６５２０、６５２２により連通させる。そして、樹脂板６５０２と図６４と同様にメクラ板６５０４とを貼り合わせることにより、図６５Ｂに示すようにチューブ状部材を作製することができる。以上のように樹脂板とメクラ板を言葉通り接着剤などにより貼り合せることもできるが、場合によって、パッキング、Ｏリング等のシール部材を介して複数のねじなどで締めて両板を密着させることも可能である。

【0289】

（第２２実施形態）
以上の実施形態では貫通孔が導波管の１つの面または向かい合う２つの面に形成される例を示した。貫通孔は、導波管の周囲方向に延伸して導波管の周囲を一部囲む部分的なスリット部を形成することとしてもよい。この部分的なスリット部を含む導波管の例を図６６に示す。同図に示すように導波管６６０２にスリット部６６０４を形成することにより、例えばチューブ１０６を矢印方向に移動させて、測定感度を制御することができる。

【0290】

（他の実施形態）
なお、上述の実施形態では水分率を計算する例について説明したが、同様の方法で水分量を計算することとしても良い。

【0291】

本発明はさらに以下の実施形態を含む。
１．スリット部を設けた導波管を備えるマイクロ波空洞共振器と、
前記スリット部に設置され、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材と、
共振周波数または共振ピークレベルを測定する測定手段と、
前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算する計算手段と
を含む液体中の水分測定装置。
２．前記チューブ状部材が前記導波管の断面を横切る面積は前記導波管の断面より小さい項目１に記載の液体中の水分測定装置。
３．前記チューブ状部材は前記導波管内に形成される電界の振動する方向に略平行に設置される項目１または２に記載の液体中の水分測定装置。
４．前記チューブ状部材は重力の方向と略平行に設置される項目１ないし３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
５．前記チューブ状部材は重力の方向に対して所定の角度で設置される項目１ないし３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
６．前記チューブ状部材は前記液体が通る配管に分岐接続されている項目１ないし５のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
７．前記マイクロ波空洞共振器の断面は矩形である項目１ないし６のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
８．前記少なくとも１つのチューブ状部材は、一対のチューブ状部材を含む項目７に記載の液体中の水分測定装置。
９．前記計算手段は、前記液体中に含まれる水分の水分量または水分率を計算する項目１ないし８のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１０．前記チューブ状部材中の液体を流動させる流動手段をさらに含む項目１ないし９のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１１．前記流動手段は、
前記液体を入れた容器から吸引用チューブを介して前記液体を吸引して前記チューブ状部材の一方の端部に導入する導入部と、
前記チューブ状部材の他方の端部から吐出用チューブを通じて前記液体を前記容器に吐出する吐出部と
を含む項目１０に記載の液体中の水分測定装置。
１２．前記チューブ状部材を洗浄する洗浄手段をさらに含む項目１１に記載の液体中の水分測定装置。
１３．前記導入部は、密閉された容器に収容された前記液体を前記チューブ状部材に導入する項目１１または１２に記載の液体中の水分測定装置。
１４．前記流動手段は、静電気防止タイプの素材で構成された部分を含む項目１０ないし１３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１５．前記流動手段により発生した気泡を検出する気泡検出手段をさらに含む項目１０ないし１４のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１６．前記チューブ状部材はマイクロ波の吸収および反射の少ない材質からなる項目１ないし１５のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１７．前記導波管、前記液体、または測定環境の温度を測定する温度測定部をさらに含み、
１８．前記計算手段は前記温度測定部により測定された温度に基づいて、計算される水分の値を校正する項目１ないし１６のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
１９．前記測定手段における異常の発生を判断する手段と、
前記測定手段における異常が発生したと判断した場合、移動端末に異常通知信号を発信する手段と
をさらに含む項目１ないし１７のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２０．導波管型のマイクロ波空洞共振器に設けられたスリット部に、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材を設置するステップと、
共振周波数または共振ピークレベルを測定するステップと、
前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算するステップと
を含む液体中の水分測定方法。
２１．少なくとも１つの孔を設けた導波管を備えるマイクロ波空洞共振器と、
前記孔に挿設され、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材と、
共振周波数または共振ピークレベルを測定する測定手段と、
前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算する計算手段と
を含む液体中の水分測定装置。
２２．前記孔は貫通孔を含む項目２１に記載の液体中の水分測定装置。
２３．前記チューブ状部材が前記導波管の断面を横切る面積は前記導波管の断面より小さい項目２１または２２に記載の液体中の水分測定装置。
２４．前記チューブ状部材は前記導波管内に形成される電界の振動する方向に略平行に設置される項目２１ないし２３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２５．前記チューブ状部材は重力の方向と略平行に設置される項目２１ないし２４のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２６．前記チューブ状部材は重力の方向に対して所定の角度で設置される項目２１ないし２４のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２７．前記チューブ状部材は前記導波管内部を通らない分岐路を有し、前記液体の流路を該チューブ状部材または該分岐路に切り替える切替部をさらに含む項目２１ないし２６のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２８．前記チューブ状部材は一端から他端に向かって断面が拡大するテーパ形状を有し、該チューブ状部材の前記孔内における挿設位置を、挿設方向と略平行な方向に変化させることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含む項目２１ないし２７のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
２９．前記マイクロ波空洞共振器の断面は矩形である項目２１ないし２８のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
３０．前記チューブ状部材の前記孔内における挿設位置を、挿設方向と略垂直な方向に変化させることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含む項目２９に記載の液体中の水分測定装置。
３１．前記孔は前記導波管の少なくとも一の面に複数設けられ、前記チューブ状部材を挿設する該孔を変更することで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含む項目２９に記載の液体中の水分測定装置。
３２．前記チューブ状部材は前記導波管の少なくとも一の面に複数本挿設され、前記液体を通過させる該チューブ状部材を切り替えることで、共振周波数または共振ピークレベルの測定感度を制御する制御部をさらに含む項目２９に記載の液体中の水分測定装置。
３３．前記計算手段は、前記液体中に含まれる水分の水分量または水分率を計算する項目２１ないし３２のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
３４．前記チューブ状部材中の液体を流動させる流動手段をさらに含む項目２１ないし３３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
３５．前記流動手段は、
前記液体を入れた容器から吸引用チューブを介して前記液体を吸引して前記チューブ状部材の一方の端部に導入する導入部と、
前記チューブ状部材の他方の端部から吐出用チューブを通じて前記液体を前記容器に吐出する吐出部と
を含む項目３４に記載の液体中の水分測定装置。
３６．前記チューブ状部材を洗浄する洗浄手段をさらに含む項目３５に記載の液体中の水分測定装置。
３７．前記導入部は、密閉された容器に収容された前記液体を前記チューブ状部材に導入する項目３５または３６に記載の液体中の水分測定装置。
３８．前記流動手段は、静電気防止タイプの素材で構成された部分を含む項目３４ないし３７のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
３９．前記流動手段により発生した気泡を検出する気泡検出手段をさらに含む項目３４ないし３８のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４０．前記孔は前記導波管の中央部に設けられる項目２１ないし３９のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４１．前記チューブ状部材はマイクロ波の吸収および反射の少ない材質からなる項目２１ないし４０のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４２．前記少なくとも１つの孔のうち、前記チューブ状部材が挿設されていない孔を塞ぐキャップ部材をさらに含む項目２１ないし４１のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４３．前記キャップ部材は前記導波管と電気的に接続される項目４２に記載の液体中の水分測定装置。
４４．前記導波管、前記液体、または測定環境の温度を測定する温度測定部をさらに含み、
前記計算手段は前記温度測定部により測定された温度に基づいて、計算される水分の値を校正する項目２１ないし４３のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４５．前記チューブ状部材は前記液体が通る配管に分岐接続されている項目２１ないし４４のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４６．前記チューブ状部材は二重管からなる項目２１ないし４５のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４７．前記孔にスリーブが設けられている項目２１ないし４６のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４８．前記測定手段における異常の発生を判断する手段と、
前記測定手段における異常が発生したと判断した場合、移動端末に異常通知信号を発信する手段と
をさらに含む項目２１ないし４７のいずれかに記載の液体中の水分測定装置。
４９.前記チューブ状部材は、前記導波管の軸方向に扁平な実質的な袋状であり、断面と略平行に配置される項目１，３，６，７，１０，１１または１２のいずれか一項に記載の液体中の水分測定装置。
５０.前記チューブ状部材は、扁平単純袋状のチューブ状部材、樹脂チューブによる螺旋状のチューブ状部材または樹脂チューブによる折返し構造のチューブ状部材である項目４９に記載の液体中の水分測定装置。
５１．導波管に設けられた少なくとも１つの孔に、少なくとも前記導波管の内部において液体を液密に保持可能なチューブ状部材が挿設された、導波管型のマイクロ波空洞共振器を用いた液体中の水分測定方法であって、
共振周波数または共振ピークレベルを測定するステップと、
前記測定された共振周波数または共振ピークレベルから、前記液体に含まれる水分を計算するステップと
を含む液体中の水分測定方法。

【0292】

以上説明した複数の実施形態は、適宜それぞれの形態を二つ以上組み合わせて使用することが可能であることはいうまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0293】

化学工業等の分野において、アルコールをはじめ種々の有機溶媒や樹脂の原料などの中に含まれる水分量を測定し、管理することは、途中のプロセスや最終製品の品質等に影響を与えるため、重要な測定因子となっている。本発明は、有機溶剤、無機農薬、合成洗剤、油類等に含まれる水分を測定する場合に利用ができる。具体的には、アクリル樹脂やアクリル繊維の原料であるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中の微量水分測定、洗浄液中の水分測定、合成ゴム液体原料中の微量水分測定、メチルエチルケトンペルオキシド中の水分測定、過硫酸アンモニウム中の水分測定、インク中の水分測定、タービンオイル中の水分測定、ディーゼルオイルやガソリン中の水分測定、殺虫剤（シクロヘキサノン）中の水分測定などへ応用の可能性が考えられる。

【符号の説明】

【0294】

１００水分測定装置
１０２マイクロ波空洞共振器
１０４ネットワークアナライザ
１０５コンピュータ
１０６、７１２、１００４、１００６、１０２０、１１１２、１１１４、１１１６、１５０４、１６０４、２６０２、２６０４チューブ
１０７、１０８、１０９、１００８、１０１０、１０２２、１６０６貫通孔
１１０スリット部
２０２発振部
２０４受信部
２０６共振ピークレベル検出部
２０８共振周波数検出部
２１０演算部
２１２データ保持部
７０２容器
７０４液体試料
７０６循環ポンプ
７０８、７１０バルブ
１００２、１０１８、１６０２、３７１０導波管
１１０８、１１１０、１５０２、１５０８、２５０２、２５０８切替バルブ
１１１８、１５１０、２５１０切替部
１５０６分岐路
１６０８駆動部
１６１０制御部
２５０４サンプリング配管
２５０６メイン配管
２７０２移動端末
２７０４無線受信部
２７０６通知部
２７１２通信部
２７１４漏液検出器
２７１６気泡検出器

【図1】