赤外線水分計とは？非接触で水分を測る原理・検量線・測定ポイントを解説

赤外線を利用して水分を測定する

水には、特定の波長の赤外線を吸収しやすい性質があります。 赤外線水分計では、この性質を利用して、 対象物から得られる光学的な情報の変化を測定します。

対象物に接触せずに測定できる

赤外線を対象物へ照射し、反射して戻ってくる光などを利用する方式では、 センサを対象物へ直接接触させずに測定できます。

そのため、接触によって対象物へ影響を与えたくない場合や、 製造ライン上を移動している対象を測定したい場合に利用できます。

水分測定方法の一つとして位置づけられる

水分測定には、加熱乾燥法、カールフィッシャー法、 電気的な性質を利用する方法など、さまざまな方式があります。 赤外線水分計は、その中で光・電磁波との相互作用を利用する方式の一つです。

• 水分測定とは？代表的な測定方法と選び方

水には吸収しやすい赤外線の波長がある

赤外線にはさまざまな波長があります。 水はすべての波長を同じように吸収するのではなく、 波長によって吸収のされ方が異なります。

そのため、水による影響が現れやすい波長を利用することで、 対象物に含まれる水分に関する情報を得ることができます。

水分量によって光学的な応答が変化する

対象物に含まれる水分量が変わると、 水による赤外線の吸収の程度も変化します。 その結果、検出される光の強さなどの光学的な情報にも変化が現れます。

測定波長と比較波長を利用する方式がある

実際の測定では、水分による影響を受けやすい波長だけを見るのではなく、 比較のための波長などを組み合わせて、 水分に関係する変化を捉える方式があります。

これにより、光量そのものの変化などと区別しながら、 水分に関係する光学的な情報を取り出します。

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光学信号そのものは含水率ではない

センサが直接検出するのは、 赤外線の強さや波長ごとの光学的な応答です。 この信号自体が、そのまま「水分5％」などを意味するわけではありません。

基準となる方法で実際の水分値を求める

まず、測定対象について、 加熱乾燥法など目的に応じた基準となる方法で水分値を求めます。

光学信号と基準値の関係を求める

水分量の異なる複数の試料について、 赤外線による光学的な測定値と基準となる水分値を対応させます。

これによって、 光学的な測定値が変化したときに、 水分値がどのように変化するのかという関係を確認します。

検量線を使って水分値へ換算する

光学的な測定値と実際の水分値との関係を 数式やグラフなどで表したものを「検量線」と呼びます。

実際の測定では、 センサから得られた光学的な情報をこの関係に当てはめることで、 水分値として換算します。

赤外線と対象物が相互作用した光を捉える

赤外線水分計では、 対象物へ照射した赤外線が吸収・反射などした結果として得られる 光学的な情報を検出します。

測定している部分と対象物全体は同じとは限らない

センサが得る情報は、実際に赤外線が照射され、 検出される範囲の状態を反映します。 そのため、その測定部分が対象物全体の状態を どの程度代表しているのかを考える必要があります。

対象物の均一性が重要になる

対象物の場所によって水分、粒径、密度、表面状態などが大きく異なる場合、 測定位置によって得られる値が変化することがあります。

製造工程へ設置する場合は、 測定しやすさだけでなく、 工程を代表する情報を得られる位置かどうかを確認することが重要です。

対象物に接触せずに測定できる

対象物へセンサを直接接触させないため、 紙、シート、食品、粉粒体など、 移動している対象の測定に利用できます。

移動する対象を測定できる

製造ラインを流れる対象を測定できれば、 サンプルを取り出して測定するだけでは得にくい、 工程中の水分変化を把握できます。

連続的にデータを取得できる

水分値を継続して取得することで、 時間による変化やばらつきを確認できます。

測定値を記録・監視に利用できる

水分値を記録したり、工程条件と合わせて監視したりすることで、 工程状態の把握や振り返りに利用できます。

オンライン測定と抜き取り測定の役割、 測定位置や工程管理への利用については、 「製造工程での水分測定」で詳しく解説しています。

• 製造工程での水分測定とは？オンライン・連続測定の考え方

何を測定するのか

材料の種類、形状、状態、組成などを確認します。 同じ水分値でも対象物が異なれば、 得られる光学的な情報が同じとは限りません。

どの程度の水分範囲を測るのか

想定する水分範囲を確認し、 その範囲で水分と光学信号との関係を評価します。

基準となる水分値をどう求めるのか

検量線を作成・確認するためには、 比較の基準となる水分値が必要です。 対象物に適した基準測定方法を確認します。

品種や組成は変化するか

品種、配合、原材料などが変化する場合は、 その違いが光学的な測定値や検量線へ影響するかを確認します。

どこに設置するのか

センサと対象物との距離、 対象物の動き、測定位置の代表性、 周囲環境などを考慮して設置位置を検討します。

測定値を何に利用するのか

品質確認、記録、監視、工程条件の確認など、 測定値の利用目的を明確にします。 利用目的によって必要な測定精度やシステム構成も変わります。