特許 6962407 濃度測定方法および濃度測定装置

(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】6962407

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】濃度測定方法および濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 11/16 20060101AFI20211025BHJP

【ＦＩ】

   G01N11/16 A

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-57500(P2020-57500)

(22)【出願日】2020年3月27日

(65)【公開番号】特開2021-156737(P2021-156737A)

(43)【公開日】2021年10月7日

【審査請求日】2020年3月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(72)【発明者】

【氏名】菅野 誠

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健司

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 中国実用新案第２０１０７５０７８（ＣＮ，Ｙ）

【文献】 特開平０７−２２９８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７５９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１６４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１４８５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８４４１５２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記被歪体のひずみ量を測定する工程と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する工程と、
を有し、
前記ひずみ量を測定する工程では、前記混合物中で前記被歪体を一方向に往復移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記往復移動に伴い周期的に変化する前記被歪体のひずみの振幅を、前記ひずみ量として測定する、濃度測定方法。

【請求項2】

前記往復移動は、単振動である、請求項１に記載の濃度測定方法。

【請求項3】

前記ひずみ量を測定する工程では、前記単振動に伴い周期的に変化する前記被歪体のひずみを、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとして測定することにより、前記ひずみ量を測定する、請求項２に記載の濃度測定方法。

【請求項4】

前記ひずみ量を測定する工程では、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとしたひずみ量の測定を、各セットの位相をずらして複数回行い、各回の測定で得られたひずみ量を平均することで、平均されたひずみ量を算出し、
前記固形分の濃度を取得する工程では、前記平均されたひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する、請求項３に記載の濃度測定方法。

【請求項5】

前記往復移動の振幅は、前記ひずみ量が所定最大値以下となるように、設定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の濃度測定方法。

【請求項6】

前記往復移動の周波数は、前記ひずみ量が所定最大値以下となるように、設定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の濃度測定方法。

【請求項7】

前記被歪体は、ステンレス鋼で構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の濃度測定方法。

【請求項8】

前記被歪体のひずみを測定するセンサーとして、前記被歪体に取り付けられたモノリシックのひずみゲージを用いる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の濃度測定方法。

【請求項9】

前記被歪体は、板状の形状を有し、支持部材に片持ち梁状に保持され、
前記ひずみ量を測定する工程では、前記被歪体を、前記被歪体の厚さ方向に移動させることで、前記被歪体をひずませる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の濃度測定方法。

【請求項10】

液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を一方向に往復移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記往復移動に伴い周期的に変化する前記被歪体のひずみの振幅を、前記被歪体のひずみ量として測定する機能と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する機能と、
を有する濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濃度測定方法および濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばニッケル粉の製造に、シックナー（沈降濃縮装置）が用いられている（例えば特許文献１参照）。シックナーは、液体中に分散混合している少量の固体粒子を重力の作用で沈降させ高濃度のスラッジ（泥漿）として液体から連続的に分離する工業的装置である。

【0003】

シックナーによる分離の制御性を高めるために、シックナーの槽内の深さ方向おけるスラリーの濃度分布を測定できることが望ましい。しかし、このような濃度分布を測定するための技術は知られていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０−１２１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の一目的は、シックナーの槽内の深さ方向おけるスラリー濃度分布の測定に適用できる濃度測定技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、
液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記被歪体のひずみ量を測定する工程と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する工程と、
を有する、濃度測定方法
が提供される。

【0007】

本発明の他の態様によれば、
液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記被歪体のひずみ量を測定する機能と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する機能と、
を有する、濃度測定装置
が提供される。

【発明の効果】

【0008】

シックナーの槽内の深さ方向おけるスラリー濃度分布の測定に適用できる濃度測定技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態による濃度測定装置を例示する概略図であり、図１（ｂ）は、被歪体に取り付けられたひずみセンサーを例示する概略図である。

【図2】図２は、ひずみ移動を単振動として行う場合の支持部材の移動量の時間変化を例示するグラフである。

【図3】図３は、第１実施形態による濃度測定方法を概略的に示すフローチャートである。

【図4】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、試験例の中・高濃度試験における結果を示す表およびグラフである。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、試験例の低濃度試験における結果を示す表およびグラフである。

【図6】図６（ａ）は、第２実施形態による濃度分布測定装置を例示する概略図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態の変形例による濃度分布測定装置を例示する概略図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、第２実施形態による濃度分布測定方法を概略的に示すフローチャートである。

【図8】図８（ａ）は、第１実施形態の一変形例による濃度測定装置を例示する概略図であり、図８（ｂ）は、第１実施形態の他の変形例による濃度測定装置を例示する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による濃度測定装置および濃度測定方法について説明する。図１（ａ）は、第１実施形態による濃度測定装置１００（以下、装置１００ともいう）を例示する概略図である。

【0011】

装置１００は、被歪体１０と、支持部材２０と、移動機構３０と、ひずみセンサー４０と、制御装置５０と、を有する。装置１００は、詳細は後述するように、スラリー（液体中に固形分が分散した混合物）１中に浸漬された被歪体１０を移動機構３０により移動させることで被歪体１０をひずませて、被歪体１０のひずみ量を測定することにより、スラリー１の固形分濃度を測定する装置である。

【0012】

スラリー１は、特に限定されないが、例えば、ニッケル粉の製造に用いられるシックナーの槽内に収容されたスラリーである。スラリー１の単位体積当たりの重量に対する、スラリー１の単位体積に含まれる固形分の重量の比率が、スラリー１中における固形分の濃度（Ｓｏｌｉｄ％）である。スラリー１中における固形分の濃度を、以下、スラリー濃度、または単に、濃度、ということがある。

【0013】

濃度測定において、スラリー１は、容器２内に収容されている。容器２は、特に限定されないが、例えば、後述の第２実施形態で説明するように、シックナーの槽である。

【0014】

容器２が、例えばシックナーの槽である場合、容器２の深さは、５ｍ〜１０ｍ程度であり、重力に起因して、深さ方向に、深い側ほど高濃度となるような、スラリー１の濃度分布が生じている。深さ方向にスラリー１の濃度分布が生じている場合、濃度測定の対象とする深さである測定深さ（矢印１１参照）に被歪体１０を配置して濃度測定を行うことで、測定深さにおける濃度を測定することができる。

【0015】

スラリー１中で被歪体１０を測定深さに配置するための移動（矢印１２参照）を、深さ移動ともいう。また、深さ移動の際に、被歪体１０を移動させる方向を、深さ移動方向ともいう。スラリー１中で被歪体１０をひずませるための移動（矢印１３参照）を、ひずみ移動ともいう。また、ひずみ移動の際に、被歪体１０を移動させる方向を、ひずみ移動方向ともいう。

【0016】

被歪体１０は、支持部材２０に取り付けられており、支持部材２０は、移動機構３０に取り付けられている。移動機構３０が、支持部材２０を移動させることで、被歪体１０を移動させることができる。本例では、深さ移動方向と、ひずみ移動方向と、を一致させている。これにより、一方向（一軸方向）に支持部材２０を移動させる移動機構３０を用いて、深さ移動およびひずみ移動の両方の移動を行わせることができる。つまり、深さ移動のための移動機構と、ひずみ移動のための移動機構と、を別々に設けなくてよく、深さ移動およびひずみ移動を共通の移動機構３０で行うことができるため、経済的である。支持部材２０は、例えば、深さ移動方向およびひずみ移動方向に延在する棒状の形状を有し、例えば金属で構成される。

【0017】

本例において、移動機構３０は、具体的には、鉛直方向（上下方向）に支持部材２０を移動させる。つまり、深さ移動方向およびひずみ移動方向を、鉛直方向とする。なお、移動機構３０による移動方向を、鉛直成分を有する方向（水平方向以外）とすれば、深さ移動を行わせることができるため、当該移動方向は、鉛直方向に限定されない。つまり、深さ移動方向およびひずみ移動方向は、鉛直方向から傾いた斜め方向であってもよい。ただし、当該移動方向を鉛直方向とすることで、深さ移動を効率的に行うことができる。

【0018】

被歪体１０は、好ましくは例えば板状の形状を有し、支持部材２０に片持ち梁状に保持されている。被歪体１０は、被歪体１０の強度を高めるとともに、酸およびアルカリへの耐性を高める観点から、例えばステンレス鋼で構成されることが好ましい。被歪体１０の厚さ、長さ等の寸法は、ひずみ移動によりスラリー１中で適切なひずみが生じるように、適宜選択されてよい。被歪体１０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであり、被歪体１０の（片持ち梁状に突出し、ひずませる部分の）長さは、例えば、２０ｍｍ〜１００ｍｍである。

【0019】

（静止時における）被歪体１０の厚さ方向は、ひずみ移動方向と概ね平行であること、つまり、ひずみ移動に際し、被歪体１０を、被歪体１０の厚さ方向に移動させることが好ましい。被歪体１０の厚さ方向を、ひずみ移動方向と概ね平行とすることで、ひずみ移動により被歪体１０を効率的にひずませることができる。なお、ここで、ある方向と他の方向とが概ね平行であるとは、これらの方向のなす角が２０°以下であることをいう。

【0020】

本例において、ひずみ移動は、具体的には、スラリー１中で被歪体１０を一方向に往復移動させる（振動させる）ことで行われる。測定深さを挟んで上下に被歪体１０を往復移動させることで、測定深さにおける濃度測定が行われる。

【0021】

ひずみ移動として被歪体１０を往復移動させることにより、つまり、被歪体１０の根元部（被歪体１０が支持部材２０に取り付けられている側の端部）を、往復移動させることにより、被歪体１０の先端部（被歪体１０が支持部材２０に取り付けられている側と反対側の端部）が、周期的に上下に変形する（矢印１４参照）。

【0022】

このように、被歪体１０に往復移動であるひずみ移動をさせることで、被歪体１０に、当該往復移動と等しい周期で周期的に変化するひずみを生じさせることができる。本例では、ひずみ移動の際の往復移動に伴い周期的に変化する被歪体１０のひずみの振幅（以下、ひずみ振幅ともいう）を、ひずみ量として測定する。

【0023】

ひずみ移動として被歪体１０を往復移動させることで、スラリー１の濃度に対応する量となる最大ひずみを、周期的に変化するひずみの振幅として繰り返し測定することが可能となり、濃度測定の精度向上が図られる。なお、往復移動における最大ひずみ（ひずみ振幅）を繰り返し再現性よく得るために、被歪体１０に生じさせるひずみ（変形）は、弾性変形の範囲にとどめることが好ましい。

【0024】

ひずみセンサー４０は、被歪体１０のひずみを測定するセンサーであり、被歪体１０に取り付けられている。ひずみセンサー４０として、例えば、モノリシックのひずみゲージを用いることが好ましい。これにより、半導体チップ内で、ひずみゲージの温度補償をできるとともに、測定データのデジタル変換を行うことができるため、外乱の影響が低減された測定を行うことができる。

【0025】

図１（ｂ）は、被歪体１０に取り付けられたひずみセンサー４０を例示する概略図である。ひずみセンサー４０は、半導体チップ４１と、金属接合層４２と、支持金属板４３と、フレキシブルプリント配線板４４と、封止剤４５と、配線４６と、を有する。ひずみ検出回路が形成された半導体チップ４１が、金属接合層４２を介して、支持金属板４３に保持されている。また、支持金属板４３に取り付けられたフレキシブルプリント配線板４４に、配線４６を介して半導体チップ４１が接続されている。半導体チップ４１、および、フレキシブルプリント配線板４４の端部を覆って、封止剤４５が形成されている。支持金属板４３が、被歪体１０に取り付けられている。

【0026】

被歪体１０に大きなひずみが繰り返し生じると、半導体チップ４１と金属接合層４２、若しくは金属接合層４２と支持金属板４３との接合が破壊されること等により、ひずみセンサー４０に不具合が生じることが懸念される。このため、ひずみ移動の際の往復移動における、振幅、および、周波数（速さ）の少なくとも一方は、ひずみ量（ひずみ振幅）が所定最大値以下となるように、設定されていることが好ましい。

【0027】

ひずみ移動の際の往復移動は、測定深さを中心とする単振動とすることが好ましい。単振動とすることで、最大ひずみ（ひずみ振幅）を、より精度良く測定することができる。図２は、ひずみ移動を単振動として行う場合の、移動機構３０による支持部材２０の移動量（ストローク量）の時間変化を例示するグラフである。単振動の中心位置を２０ｍｍに設定し、ひずみ移動の振幅（片振幅）を２０ｍｍに設定し、ひずみ移動の周波数を０．５Ｈｚに設定した例を示す。ひずみ移動を単振動として行うことにより、支持部材２０の移動量を、時間に対してプロットしたグラフの形状は、正弦波状となる。つまり、当該移動量は、時間に対して正弦波状に変化する。

【0028】

ひずみ移動を単振動として行うことにより、被歪体１０のひずみを、時間に対して（ほぼ）正弦波状に変化するように、生じさせることができる。被歪体１０のひずみを、時間に対して正弦波状に変化させることで、ひずみ量を精度よく測定することができる。ひずみ量の測定方法については、後述する。なお、このような、被歪体１０の正弦波状に変化するひずみを生じさせるために、ひずみ移動の周波数は、被歪体１０の固有振動数よりも大きくすることが好ましい。ただし、ひずみ移動の周波数が高すぎると、振幅が小さくなったり高次の振動モードが発生したりするので、固有振動数の２倍よりも小さくすることが好ましい。

【0029】

制御装置５０は、移動機構３０等の装置を、所定の動作を行うように制御する。また、制御装置５０は、ひずみセンサー４０により測定された被歪体１０のひずみに対応するデータを受信し、ひずみ量を算出する。さらに、制御装置５０は、被歪体１０のひずみ量とスラリー１の濃度との対応関係を記憶した記憶部を備え、ひずみ量および当該対応関係に基づいて、スラリー１の濃度を算出する。なお、後述の第２実施形態で説明するような、濃度分布測定を行う場合、制御装置５０は、複数の測定深さについて測定された濃度を記憶し、濃度分布を算出する。制御装置５０は、例えばパーソナルコンピュータにより構成される。

【0030】

図３は、第１実施形態による濃度測定方法を概略的に示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１０において、スラリー１中で被歪体１０を移動させることにより被歪体１０をひずませ、被歪体１０のひずみ量を測定する。

【0031】

本例では、ひずみ移動として、被歪体１０を単振動で往復移動させることにより、被歪体１０に、時間に対して正弦波状に変化するひずみを生じさせる。そして、被歪体１０のひずみ量として、ひずみ振幅を測定する。

【0032】

本例では、ひずみ量（ひずみ振幅）を、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとして測定することにより、算出する。また、好ましくは、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとしたひずみ量の測定を、各セットの位相をずらして複数回行い、各回の測定で得られたひずみ量を平均することで、平均されたひずみ量を算出する。以下、具体的に説明する。

【0033】

正弦波状に変化するひずみの、振幅および位相を、それぞれＡおよびθとして、ひずみは、Ａｓｉｎθと表される。１つのセットに含まれる３つの測定時刻の１つ目におけるひずみは、位相をθ_１として、Ａｓｉｎθ_１と表される。θ_１から位相が１２０°離れた測定時刻のひずみ、および、θ_１から位相が２４０°離れた測定時刻のひずみを、それぞれ、２つ目および３つ目の測定点におけるひずみとして測定する。２つ目および３つ目の測定点におけるひずみは、それぞれ、Ａｓｉｎ（θ_１＋１２０°）およびＡｓｉｎ（θ_１＋２４０°）と表される。

【0034】

任意の位相θ_１について、つまり位相θ_１が未知であっても、Ａｓｉｎθ_１、Ａｓｉｎ（θ_１＋１２０°）およびＡｓｉｎ（θ_１＋２４０°）の３つの値が１セットとして得られれば、三角関数の性質を用いて、振幅Ａを算出することができる。このように、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとした測定を行うことで、ひずみ量（ひずみ振幅）が算出される。

【0035】

少なくとも１つのセットとして、位相が１２０°ずつずれた３つの測定時刻のひずみが得られれば、振幅Ａを算出することが可能である。さらに、振幅Ａの測定精度を向上させる観点より、位相をずらして測定された複数のセットから得られる振幅Ａを平均することで、平均された振幅Ａを算出することが好ましい。

【0036】

例えば、所定時間間隔で（例えば、ある位相θ_１から位相１０°ごとに）ひずみを測定し、位相が１２０°ずつずれた３つの測定時刻のひずみで構成されたセットを、複数取得する。具体的には例えば、１つ目のセットであるＡｓｉｎθ_１、Ａｓｉｎ（θ_１＋１２０°）およびＡｓｉｎ（θ_１＋２４０°）、２つ目のセットであるＡｓｉｎ（θ_１＋１０°）、Ａｓｉｎ（θ_１＋１３０°）およびＡｓｉｎ（θ_１＋２５０°）、等を取得する。そして、各セットから振幅Ａを算出し、これらの振幅Ａを平均することで、平均された振幅Ａ、つまり平均されたひずみ量を取得する。

【0037】

ステップＳ１１０で被歪体１０のひずみ量を測定した後、ステップＳ１２０において、当該ひずみ量に基づき、スラリー１の濃度を取得する。具体的には、制御装置５０が、記憶部に記憶された対応関係に基づいて、被歪体１０のひずみ量をスラリー１の濃度に対応付けることで、スラリー１の濃度を所得する。このようにして、スラリー１の濃度が測定される。

【0038】

以上説明したように、第１実施形態によれば、スラリー１中に浸漬された被歪体１０を移動させることで被歪体１０をひずませて、被歪体１０のひずみ量を測定することにより、スラリー１の濃度を測定することができる。

【0039】

また、第１実施形態によれば、被歪体１０の厚さ、長さ等の寸法、ひずみ移動における往復移動の振幅、周波数（速さ）等の条件を、適宜調整することで、様々な固形分濃度に対する濃度測定を、簡便な機構の装置により行うことができる。

【0040】

なお、従来の濃度測定装置として、超音波式濃度計、レオメータ、等がある。しかしながら、超音波式濃度計では、低濃度から高濃度までの測定を、１つの超音波式濃度計で行うことが困難である。また、レオメータは、複雑な構造であり、例えばシックナーの槽内のような環境で安定的に動作させることが困難である。

【0041】

以下に説明する試験例で確認されるように、第１実施形態による濃度測定装置１００は、被歪体１０をひずませるという簡便な機構でありながら、ひずみ移動の振幅および周波数の少なくとも一方を調整することで、同一の装置１００（同一の被歪体１０）を用いて、低濃度から高濃度までの測定を行うことが可能である。このため、後述の第２実施形態で説明するように、例えばシックナーの槽内における深さ方向の濃度分布を取得するための濃度測定装置として、好ましく用いることができる。

【0042】

＜試験例＞
次に、上述のような方法によりスラリー中の固形分濃度を精度よく測定できることを確認した試験例について説明する。本試験例では、中・高濃度のスラリーに対する測定試験（以下、中・高濃度試験ともいう）と、低濃度のスラリーに対する測定試験（以下、低濃度試験ともいう）と、を行った。中・高濃度試験および低濃度試験では、スラリーとして、水に赤土を分散させた分散液を用いた。

【0043】

中・高濃度試験および低濃度試験では、濃度が既知のスラリー中で、被歪体を鉛直方向に単振動で往復移動させ、被歪体に生じたひずみの振幅を測定した。そして、スラリー濃度と、被歪体のひずみ振幅と、の対応関係について調べた。

【0044】

図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、中・高濃度試験について説明する。中・高濃度試験では、図４（ａ）の表の左側の欄に示すように、スラリー濃度（単位はＳｏｌｉｄ％）を、２２．６１％から４８．５２％まで変化させた。また、中・高濃度試験では、厚さが０．１ｍｍで長さが８０ｍｍの被歪体を用い、ひずみ移動として、全振幅が４０ｍｍで周波数が０．２５Ｈｚの単振動を行わせた。

【0045】

図４（ａ）の表の右側の欄に、中・高濃度試験の各濃度において測定されたひずみ振幅（単位はμｓｔ）を示す。なお、ノイズが少ない状況においては、ひずみ振幅として、必要に応じ、全振幅（ピークトゥピーク）を用いてもよいし、片振幅（ゼロトゥピーク）を用いてもよい。ここでは、ひずみ振幅として、全振幅を用いている。

【0046】

図４（ｂ）および図４（ｃ）は、中・高濃度試験における、スラリー濃度に対するひずみ振幅を示すグラフである。スラリー濃度は、図４（ｂ）および図４（ｃ）ともに実数表示であり、ひずみ振幅は、図４（ｂ）では実数表示であり、図４（ｃ）では対数表示である。図４（ｂ）および図４（ｃ）に、指数関数による近似式、決定係数（Ｒ^２）、および、近似曲線（点線）を示す。

【0047】

図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、低濃度試験について説明する。低濃度試験では、図５（ａ）の表の左側の欄に示すように、スラリー濃度（単位はＳｏｌｉｄ％）を、０％（Ｗａｔｅｒ）から２８．３４％まで変化させた。また、低濃度試験では、厚さが０．１ｍｍで長さが８０ｍｍの被歪体を用い、ひずみ移動として、全振幅が５ｍｍで周波数が８Ｈｚの単振動を行わせた。

【0048】

低濃度のスラリー中では、中・高濃度のスラリー中と比べて、ひずみ移動に伴う被歪体のひずみが生じにくいので、低濃度試験では、被歪体をひずみやすくするために、中・高濃度試験と比べて、周波数を高くしている。これにより、低濃度でのひずみ量（ひずみ振幅）を大きくできるため、測定誤差の低減が図られる。図５（ａ）の表の右側の欄に、低濃度試験の各濃度において測定されたひずみ振幅（全振幅、単位はμｓｔ）を示す。

【0049】

図５（ｂ）および図５（ｃ）は、低濃度試験における、スラリー濃度に対するひずみ振幅を示すグラフである。スラリーの濃度は、図５（ｂ）および図５（ｃ）ともに実数表示であり、ひずみの振幅は、図５（ｂ）では実数表示であり、図５（ｃ）では対数表示である。図５（ｂ）および図５（ｃ）に、指数関数による近似式、決定係数（Ｒ^２）、および、近似曲線（点線）を示す。なお、スラリー濃度０％（つまり水）での結果は、誤差が大きいため、グラフの表示から除いている。ただし、この誤差は、被歪体の寸法、ひずみ移動の条件、等を最適に調整することで、低減可能と考えられる。

【0050】

中・高濃度試験および低濃度試験ともに、スラリー濃度に対するひずみ振幅は、指数関数により精度よく近似できることがわかる。つまり、任意のスラリー濃度に対してひずみ振幅を精度よく算出することが可能であることがわかる。したがって、換言すると、任意のひずみ振幅に対してスラリー濃度を精度よく算出することが可能となる。

【0051】

このことから、具体的には以下のようにして、スラリーの濃度測定を行うことができる。まず、本試験例のような予備的な実験により、ひずみ振幅とスラリー濃度との対応関係を、予め求めておく。そして、濃度測定装置の制御装置の記憶部に、当該対応関係を記憶させておく。濃度測定では、スラリー中で被歪体を移動させることで被歪体のひずみ振幅を測定し、さらに、当該対応関係を用いて、測定されたひずみ振幅からスラリー濃度を算出する。

【0052】

＜第１実施形態の変形例＞
上述のように、本実施形態による濃度測定は、スラリー１の濃度に応じて被歪体１０の最大ひずみの大きさが変化することに基づいており、被歪体１０のひずみが生じるようスラリー１中で被歪体１０を移動させることにより、行うことができる。

【0053】

このため、ひずみ移動（スラリー１中での被歪体１０の移動）は、往復移動に限定されず、片道移動であってもよい。つまり、スラリー１中において被歪体１０を片道移動させることで被歪体１０に生じる最大ひずみの大きさと、スラリー１の濃度と、の対応関係に基づいて、スラリー１の濃度が測定されてもよい。

【0054】

また、上述の例では、ひずみ移動方向（スラリー１中で被歪体１０を移動させる一方向）として、直線方向を例示し、当該直線方向の例として、鉛直方向（上下方向）を例示した。ただし、スラリー１の濃度測定を行うという観点からは、スラリー１中で被歪体１０を移動させることができればよいため、ひずみ移動方向は特に限定されない。例えば、ひずみ移動方向を直線方向とする場合に、鉛直方向以外としてもよい。また、ひずみ移動方向は、直線方向に限定されず、例えば、回転運動の周方向であってもよい。

【0055】

図８（ａ）は、ひずみ移動として、周方向に往復移動（揺動）を行う態様の濃度測定装置１００（以下、装置１００ともいう）を例示する概略図であり、装置１００を上方から見た状態を示す。本変形例の被歪体１０は、鉛直方向（上下方向）に延在する回転軸の周りに回転運動する支持部材２０に取り付けられており、移動機構３０により、周方向に往復移動（揺動）される（矢印１３参照）。本変形例におけるひずみ移動方向は、水平方向ということができ、被歪体１０は、好ましくは、厚さ方向が水平方向となるように配置される。

【0056】

なお、図８（ａ）に示す変形例において、移動機構３０は、ひずみ移動を行う移動機構に加えて、深さ移動を行う移動機構を備えていてもよい。なお、濃度測定が行えればよいという観点からは、深さ移動を行う移動機構は、省略されてもよい。

【0057】

スラリー１中で被歪体１０を移動させることは、上述の例のように被歪体１０を移動機構３０により移動させる態様で行われることに限定されず、移動する（流れる）スラリー１中に被歪体１０を配置する態様で行われてもよい。つまり、スラリー１中で被歪体１０を移動させることにより被歪体１０をひずませる際の「移動」とは、スラリー１中で（スラリー１に対して）被歪体１０を相対移動させることを意味する。

【0058】

図８（ｂ）は、移動するスラリー１中に被歪体１０を配置する態様の濃度測定装置１００を例示する概略図である。本変形例では、スラリー１の流れを生成する流れ生成機構１５により、所定の条件（所定の方向、流速、等）のスラリー１の流れを生成する（矢印１３参照）。そして、当該流れ中に被歪体１０を配置することで、スラリー１中での被歪体１０の（相対）移動、つまり、ひずみ移動を行う。

【0059】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態による濃度分布測定装置および濃度分布測定方法について説明する。第２実施形態では、第１実施形態で説明した濃度測定装置および濃度測定方法を応用することで、濃度分布測定を行う一態様を例示する。図６（ａ）は、第２実施形態による濃度分布測定装置２００（以下、装置２００ともいう）を例示する概略図である。

【0060】

装置２００は、第１実施形態で説明した装置１００（図１（ａ）参照）と同様なものである。装置２００は、シックナー２１０の槽２１１内に収容された状態のスラリー１に対して、濃度測定を行う。つまり、装置２００は、シックナー２１０の槽２１１内に被歪体１０を配置することで、濃度測定を行う。

【0061】

上述のように、シックナー２１０の槽２１１内では、深さ方向にスラリー１の濃度分布が生じている。装置２００は、深さ移動により被歪体１０を複数の測定深さに配置することができ、これにより、各測定深さにおいてスラリー１の濃度測定を行うことができる。複数の測定深さにおいてスラリー１の濃度測定を行うことで、シックナー２１０の槽２１１内の深さ方向における濃度分布を測定することができる。

【0062】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、第２実施形態による濃度分布測定方法を概略的に示すフローチャートである。第２実施形態による濃度分布測定方法では、ステップＳ２００（図７（ａ）参照）において、濃度測定工程を、複数の測定深さについて実施することで、スラリー１中の深さ方向における濃度分布を取得する。

【0063】

第２実施形態による濃度測定工程は、ステップＳ２１０と、ステップＳ２２０と、ステップＳ２３０と、を１セットとした工程を含む（図７（ｂ）参照）。ステップＳ２１０では、スラリー１中の測定深さに、被歪体１０を配置する。ステップＳ２２０では、当該測定深さに配置された被歪体１０をスラリー１中で移動させることにより被歪体１０をひずませ、被歪体１０のひずみ量を測定する。ステップＳ２３０では、当該ひずみ量に基づき、スラリー１の当該測定深さにおける濃度を取得する。

【0064】

第２実施形態によるステップＳ２００では、同一の被歪体１０を、順次、複数の測定深さに配置することで、複数の測定深さについて、順次、濃度測定工程を行う。第２実施形態では、このようにして、濃度分布測定を行う。この際、被歪体１０の深さ移動の順序は、特に限定されない。例えば、上方から下方に被歪体１０を移動させてもよいし、また例えば、下方から上方に被歪体１０を移動させてもよい。

【0065】

上述のように、本例の装置２００では、ステップＳ２００における深さ移動方向（つまり、被歪体１０を複数の測定深さの間で移動させる際の移動方向）と、ステップＳ２２０におけるひずみ移動方向（つまり、被歪体１０をひずませるためにスラリー１中で被歪体１０を移動させる移動方向）と、を一致させている。これにより、深さ移動に用いる移動機構と、ひずみ移動に用いる移動機構と、を共通の移動機構３０とすることができる。なお、必要に応じ、深さ移動に用いる移動機構と、ひずみ移動に用いる移動機構と、を別々の移動機構として設けてもよい。

【0066】

なお、シックナー２１０は、槽２１１内に、レーキ２１２を備える。槽２１１の深い位置での濃度測定を行う場合、被歪体１０が、レーキ２１２のアーム２１４や掻き取り部２１３と干渉する懸念がある。このような場合、レーキ２１２の回転軸と平行な視線で見た平面視において、平面内での被歪体１０の配置位置をアーム２１４や掻き取り部２１３が通過しない期間中に、被歪体１０をアーム２１４や掻き取り部２１３と干渉するような深い位置まで下降させて濃度測定を行う。また、当該配置位置をアーム２１４や掻き取り部２１３が通過する期間中は、被歪体１０をアーム２１４や掻き取り部２１３と干渉しないような浅い位置まで上昇させることで、被歪体１０を退避させる。

【0067】

＜第２実施形態の変形例＞
図６（ｂ）は、第２実施形態の変形例による装置２００を例示する概略図である。本変形例の装置２００は、支持部材２０の深さ方向の複数の位置に、被歪体１０が取り付けられた構造を有する。本変形例によるステップＳ２００では、このような構造を用いて、複数の測定深さにそれぞれ被歪体１０を配置することで、複数の測定深さについて、同時に、濃度測定工程を行う。本変形例では、このようにして、濃度分布測定を行う。

【0068】

シックナー２１０の槽２１１内では、深い側ほど高濃度となるような、スラリー１の濃度分布が生じている。また、上述の試験例で説明したように、被歪体１０のひずみは、低濃度側ほど生じさせにくい。このため、本変形例では、複数の深さに配置される被歪体１０において、浅い側に（上方に）配置される被歪体１０、つまり、低濃度側に配置される被歪体１０を、深い側に（下方に）配置される被歪体１０、つまり、高濃度側に配置される被歪体１０と比べて、ひずみが生じやすい形状とすること、例えば、長い形状とすること、が好ましい。

【0069】

本変形例では、複数の測定深さにそれぞれ配置された被歪体１０を用いて、１回の濃度測定で（１回のひずみ移動で）複数の測定深さにおける濃度を測定することにより、濃度分布を測定することが可能である。ただし、濃度分布を深さ方向についてより高い精度で得るため、深さ移動により測定深さを変化させて、複数回の濃度測定を（複数回のひずみ移動を）行ってもよい。

【0070】

以上説明したように、第２実施形態によれば、シックナー２１０の槽２１１内での、深さ方向におけるスラリー１の濃度分布を、測定することができる。測定された濃度分布は、例えば、シックナー２１０の槽２１１に供給する水量をできるだけ増やしつつ、一方で、槽２１１の底部におけるスラッジ（泥漿）の濃度をできるだけ高めるような、濃度分布の制御を行う際の、指標として活用できる。

【0071】

以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

【0072】

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

【0073】

（付記１）
液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記被歪体のひずみ量を測定する工程と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する工程と、
を有する、濃度測定方法。

【0074】

（付記２）
前記ひずみ量を測定する工程では、前記混合物中で前記被歪体を一方向に往復移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記往復移動に伴い周期的に変化する前記被歪体のひずみの振幅を、前記ひずみ量として測定する、付記１に記載の濃度測定方法。

【0075】

（付記３）
前記往復移動は、単振動である、付記１または２に記載の濃度測定方法。

【0076】

（付記４）
前記ひずみ量を測定する工程では、前記単振動に伴い周期的に変化する前記被歪体のひずみを、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとして測定することにより、前記ひずみ量を測定する、付記３に記載の濃度測定方法。

【0077】

（付記５）
前記ひずみ量を測定する工程では、一周期中で位相が１２０°ずつずれた３測定時刻を１セットとしたひずみ量の測定を、各セットの位相をずらして複数回行い、各回の測定で得られたひずみ量を平均することで、平均されたひずみ量を算出し、
前記固形分の濃度を取得する工程では、前記平均されたひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する、付記４に記載の濃度測定方法。

【0078】

（付記６）
前記往復移動の振幅は、前記ひずみ量が所定最大値以下となるように、設定されている、付記２〜５のいずれか１つに記載の濃度測定方法。

【0079】

（付記７）
前記往復移動の周波数は、前記ひずみ量が所定最大値以下となるように、設定されている、付記２〜６のいずれか１つに記載の濃度測定方法。

【0080】

（付記８）
前記被歪体は、ステンレス鋼で構成されている、付記１〜７のいずれか１つに記載の濃度測定方法。

【0081】

（付記９）
前記被歪体のひずみを測定するセンサーとして、前記被歪体に取り付けられたモノリシックのひずみゲージを用いる、付記１〜８のいずれか１つに記載の濃度測定方法。

【0082】

（付記１０）
前記被歪体は、板状の形状を有し、支持部材に片持ち梁状に保持され、
前記ひずみ量を測定する工程では、前記被歪体を、前記被歪体の厚さ方向に移動させることで、前記被歪体をひずませる、付記１〜９のいずれか１つに記載の濃度測定方法。

【0083】

（付記１１）
液体中に固形分が分散した混合物中で被歪体を移動させることにより前記被歪体をひずませ、前記被歪体のひずみ量を測定する機能と、
前記ひずみ量に基づき、前記混合物中における前記固形分の濃度を取得する機能と、
を有する、濃度測定装置。

【符号の説明】

【0084】

１…スラリー、２…容器、１０…被歪体、２０…支持部材、３０…移動機構、４０…ひずみセンサー、５０…制御装置、１００…濃度測定装置、２００…濃度分布測定装置、２１０…シックナー、２１１…槽、２１２…レーキ、２１３…掻き取り部、２１４…アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】