オンライン水分計の選び方：赤外線 vs マイクロ波技術5つのポイント

食品製造業において、製品の品質と安全性を確保するうえで水分管理は欠かせません。しかし、従来の抜き取り検査では、リアルタイムでの品質管理が難しく、製品ロスや生産効率の低下につながることも。そこで注目されているのが、オンライン水分計です。赤外線技術とマイクロ波技術、それぞれの特徴や違いは？あなたの製造ラインに最適な水分計はどちらでしょうか？本記事では、オンライン水分計の選び方について徹底解説します。

オンライン水分計の基本と重要性

オンライン水分計とは：リアルタイム測定の仕組み

オンライン水分計は、製造プロセスにおいてリアルタイムで水分量を測定する革新的な装置です。その仕組みは、水分や有機成分が特定の波長の光を吸収する性質を利用しています。例えば、IR3000型オンライン近赤外線水分計では、ダブル・ビームシステムを採用し、安定した高精度測定を実現しています。 

測定の流れは以下のようになります。まず、光源から照射された光が2つのビームに分けられ、フィルターとレンズを通過します。その後、一方のビームが測定対象物に照射され、反射光が高感度センサーで検出されます。このシステムにより、温度変化による誤差を補正し、信頼性の高いデータを得られます。 

IR3000型の特徴として、長寿命光源ランプ、大型集光ミラー、高速フィルター回転などが挙げられます。これらの機能により、低反射率のサンプル測定や高速測定が可能となっています。 

オンライン水分計の利点は、非接触でリアルタイムに測定できることです。これにより、製造ラインを止めることなく、継続的な品質管理が可能になります。食品、木材、化学品など、幅広い分野で活用されており、製品の品質向上と生産効率の改善に貢献しています。

食品製造業におけるオンライン水分計の重要性

食品製造業において、オンライン水分計は品質管理の要となる重要な装置です。製造プロセス中のリアルタイムな水分測定により、製品の一貫性と安全性を確保します。例えば、製麺ラインでは、生地の水分量が最終製品の食感や保存性に直結します。オンライン水分計を使用することで、常に理想的な水分バランスを維持できるのです。 

また、オンライン水分計は生産効率の向上にも貢献します。従来の抜き取り検査と異なり、全数検査が可能となるため、不良品の早期発見と廃棄ロスの削減につながります。さらに、データのリアルタイム分析により、製造条件の迅速な調整が可能となり、製品の均一性が向上します。 

加えて、オンライン水分計の導入は、食品安全基準への適合を容易にします。水分活性の管理は微生物の繁殖を防ぐ上で重要であり、HACCPなどの品質管理システムの要件を満たすのに役立ちます。このように、オンライン水分計は食品製造業の品質と効率を高める不可欠なツールとなっているのです。

非接触測定技術の進化と利点

非接触測定技術の進化は、製造プロセスに革命をもたらしました。従来の接触式測定では、サンプルの汚染や破壊のリスクがありましたが、非接触技術はこれらの問題を解決します。例えば、赤外線やマイクロ波を用いた水分計は、製品に触れることなく正確な測定が可能です。  この技術の最大の利点は、連続的なリアルタイム測定です。生産ラインを止めることなく、常時モニタリングができるため、品質管理の効率が飛躍的に向上します。また、測定精度も向上し、微細な水分変化も捉えられるようになりました。  さらに、非接触技術は多様な製品に適用できます。粉体や液体はもちろん、不均一な形状の固体でも正確な測定が可能です。これにより、食品、製紙、化学など幅広い業界で活用されています。  非接触測定技術の進化は、製造プロセスの自動化と効率化を促進し、品質向上とコスト削減に大きく貢献しています。今後も技術の発展により、さらなる精度向上と応用範囲の拡大が期待されます。

非接触測定技術の利点	製造プロセスへの影響
サンプル汚染・破壊リスクの低減	品質管理の向上
連続的なリアルタイム測定	生産効率の向上
高精度な測定	製品品質の向上
多様な製品への適用性	幅広い業界での活用

赤外線技術を用いたオンライン水分計

近赤外線（NIR）技術の原理と特徴

近赤外線（NIR）技術は、オンライン水分計の中核を担う革新的な測定方法です。この技術は、800～2500nmの波長域の光を対象物に照射し、その吸収パターンを分析することで水分量を測定します。NIR技術の特徴は、非破壊かつ迅速な測定が可能な点にあります。 

NIR水分計の測定原理は、水分子がNIR光を特定の波長で吸収する性質を利用しています。この吸収量と水分含有量には相関関係があり、これを統計的に解析することで高精度な測定を実現しています。  NIR技術の大きな利点は、試薬や消耗品を必要としない点です。これにより、環境負荷の低減とランニングコストの削減が可能となります。また、リアルタイムでの連続測定が可能なため、製造プロセスの品質管理に非常に適しています。 

さらに、NIR技術は水分以外の成分も同時に測定できる多機能性を持ちます。例えば、醤油の塩分測定や、米のミネラル含有量の分析など、幅広い応用が可能です。この versatility は、食品業界を中心に多くの分野で重宝されています。

赤外線水分計の適用範囲と精度

赤外線水分計は、食品や化学製品など幅広い分野で活躍しています。特に、粉体や顆粒状の材料の水分測定に適しており、製紙、製薬、農業分野でも重宝されています。測定精度は、製品や条件によって異なりますが、一般的に±0.1%～±0.5%の範囲内で安定した結果を得られます。 

例えば、穀物の水分測定では、赤外線水分計が高い信頼性を示します。小麦やトウモロコシの乾燥工程で使用すると、最適な含水率を維持しつつ、品質と保存性を向上させることができます。また、製紙業界では、紙の強度や印刷品質に直結する水分量を正確に制御するのに役立ちます。 

化学工業においても、プラスチックペレットの製造過程で水分管理が重要です。赤外線水分計を用いることで、製品の品質を一定に保ち、不良品の発生を抑制できます。さらに、食品加工では、スナック菓子やパン生地の水分量を適切に管理し、食感や保存性を最適化することが可能です。

適用分野	測定対象	精度範囲
食品	穀物、スナック菓子	±0.1%～±0.3%
製紙	紙、パルプ	±0.2%～±0.5%
化学	プラスチックペレット	±0.1%～±0.4%

赤外線水分計のメリットとデメリット

赤外線水分計は、多くの産業で重宝される測定機器です。その最大の利点は、非破壊で迅速な測定が可能な点です。これにより、生産ラインを止めることなく、リアルタイムで水分量を把握できます。また、幅広い試料に対応できるため、食品から化学製品まで様々な分野で活用されています。 

一方で、赤外線水分計にも課題があります。例えば、表面の水分のみを測定するため、内部の水分分布が均一でない試料では誤差が生じる可能性があります。また、色の濃い試料や反射率の高い試料では、測定精度が低下することがあります。  実際の使用例として、製パン業界では生地の水分管理に活用されています。適切な水分量を維持することで、パンの食感や保存性が向上し、品質の安定化につながっています。また、製紙業界では、紙の強度管理に利用され、印刷品質の向上に貢献しています。 

赤外線水分計の導入を検討する際は、測定対象物の特性や求められる精度を十分に考慮し、適切な機種を選択することが重要です。

マイクロ波技術を用いたオンライン水分計

マイクロ波水分計の測定原理と特性

マイクロ波水分計は、マイクロ波の特性を利用して水分量を測定する革新的な装置です。その測定原理は、マイクロ波が水分に吸収されやすい性質を活用しています。発振器から照射されたマイクロ波は、測定対象物を通過または反射する際に、水分量に応じて減衰します。この減衰量を受信器で検知し、水分値に変換することで、非破壊で内部水分まで測定できるのです。 

マイクロ波水分計の大きな特徴は、表面だけでなく中心部まで含めた内部水分を正確に測定できる点です。例えば、杉などの木材では表面と内部の水分値に違いがある場合でも、精度の高い測定が可能です。これは、抵抗式や容量式の水分計では難しい特性です。 

一方で、マイクロ波水分計は装置が大型化する傾向があるという短所もあります。しかし、連続オンライン測定が可能で、リアルタイムで水分値を監視できるメリットは、多くの産業分野で重宝されています。特に木材工場などでは、含水率の正確な測定に広く利用されています。  マイクロ波水分計は、水分分布が不均一な対象物の測定に最適な方法と言えるでしょう。その非破壊測定能力と内部水分の正確な測定は、品質管理や製造プロセスの効率化に大きく貢献しています。

マイクロ波水分計の適用範囲と精度

マイクロ波水分計は、多様な製品や材料に対して効果的に使用できる優れた測定機器です。特に、混合生汚泥や濃縮汚泥の濃度測定において高い精度を発揮します。含水率70%w.b.以上の範囲で特に有効であり、74%w.b.〜84%w.b.の範囲では決定係数0.8559、平均測定誤差0.741%という高精度な結果が得られています。 

一方、EC-5土壌水分計は理論上0%w.b.から100%w.b.までの幅広い含水率範囲で測定が可能です。ただし、精度面ではマイクロ波式に劣り、平均測定誤差が6.301%と高くなる傾向があります。しかし、汚泥試料ごとに特化したキャリブレーション式を作成することで、誤差を1.716%まで低減できます。 

マイクロ波水分計は高精度ですが、適用範囲が限られ乾燥汚泥への使用は困難です。一方、土壌水分計は精度は劣るものの、適用範囲が広く乾燥汚泥にも使用可能です。特に、乾燥プロセスのような含水率変動が大きい状況では有効で、安価で簡便な測定が可能な点も大きな利点となります。

水分計タイプ	適用範囲	精度	特徴
マイクロ波式	70%w.b.以上	高精度	混合生汚泥・濃縮汚泥に最適
土壌水分計	0%w.b.〜100%w.b.	やや低精度	幅広い適用範囲、安価・簡便

マイクロ波水分計のメリットとデメリット

マイクロ波水分計は、高精度な測定と連続オンライン監視が可能な革新的な装置です。その最大の利点は、±0.3%以内という高精度を実現できることです。これは、お客様のデータを用いたキャリブレーションにより、プラント固有の水分計モデルを構築することで達成されます。 

また、発信器・受信器一体型の設計により、耐久性と耐摩耗性に優れているのも大きな特徴です。既存のプラントにも簡単に設置できるため、導入のハードルが低いのも魅力的です。 

さらに、連続測定やリアルタイム表示、外部出力にも対応しており、操作盤との連動も可能です。これにより、同バッチ補正やスランプ管理システムとの連携も実現できます。  一方で、デメリットとしては、これまでの実績が砂や砂利の表面水測定に限られている点が挙げられます。つまり、測定対象物に制限があるということです。 

しかし、高精度で耐久性に優れ、既存システムとの連携も容易なマイクロ波水分計は、多くの産業分野で重宝される測定機器と言えるでしょう。

オンライン水分計の選び方と導入ポイント

4-1.赤外線とマイクロ波技術の比較と選定基準

オンライン水分計の選択において、赤外線技術とマイクロ波技術の比較は重要なポイントです。赤外線技術は、物質の表面から数ミリメートルの深さまでの水分を測定できる特徴があります。一方、マイクロ波技術は、より深部まで測定が可能で、バルク全体の水分量を把握するのに適しています。 

選定基準としては、まず測定対象物の性質を考慮します。例えば、薄いシート状の製品なら赤外線が、厚みのある粒状物質ならマイクロ波が適しているでしょう。次に、測定環境も重要です。赤外線は粉塵の影響を受けやすいため、クリーンな環境が求められます。マイクロ波は比較的環境の影響を受けにくいという利点があります。  また、測定精度と応答速度も考慮すべきです。赤外線は高速応答が可能で、製品の微妙な水分変化を捉えやすい特徴があります。マイクロ波は全体的な水分量を正確に測定できる反面、応答速度はやや劣ります。 

コストも無視できない要素です。一般的に、赤外線技術を用いた水分計の方が、マイクロ波技術を用いたものよりも初期投資が低くなる傾向があります。しかし、長期的な運用コストや測定精度を考慮すると、必ずしも安価な方が有利とは限りません。 

最後に、メーカーのサポート体制も重要な選定基準です。導入後のキャリブレーションや保守メンテナンスのサポートが充実しているかどうかも、長期的な運用を考える上で欠かせないポイントとなります。

技術	特徴	適用	コスト
赤外線	表面測定、高速応答	薄いシート状製品	比較的低コスト
マイクロ波	深部測定、環境影響小	厚みのある粒状物質	比較的高コスト

業界別オンライン水分計の導入事例

オンライン水分計の導入事例は、様々な業界で見られます。食品製造業では、ペットボトルプリフォームの水分測定に活用されています。従来の重量式水分計では困難だった測定が可能になり、樹脂ペレットからペットボトルまで一台で対応できる点が高く評価されています。医療機器メーカーでは、簡単操作と高い再現性が重視されました。新製品開発における水分率管理に導入され、プラスチック原材料の評価や成形品の保管状況解析にも活用されています。光学機器メーカーでは、成形不良の原因究明に役立てられています。現場での測定や持ち運びの容易さ、試薬の無毒性といった利便性が選定理由となりました。プラスチック成形メーカーでは、作業性と再現性の良さが評価され、乾燥条件検証や設備能力確認に活用されています。さらに、エンプラ樹脂の成型における水分管理や、梅雨時期の吸湿対策にも効果を発揮しています。これらの事例から、オンライン水分計が品質管理の向上や生産効率の改善に大きく貢献していることがわかります。

オンライン水分計導入時の注意点とサポート体制

オンライン水分計を導入する際は、いくつかの重要な注意点があります。まず、測定対象や環境に適した機種を選定することが crucial です。例えば、粉体や粒状物の測定には、マイクロ波方式が適していることがあります。次に、正確なサンプリングシステムの構築が不可欠です。これにより、測定精度を確保し、誤差を最小限に抑えることができます。また、定期的な校正も忘れてはいけません。通常、年1回の校正が推奨されますが、使用環境によってはより頻繁な校正が必要な場合もあります。さらに、メーカーのサポート体制も重要な選定基準です。導入後のトレーニングや技術サポート、迅速な修理対応などが充実しているかを確認しましょう。加えて、ポータブル水分計を併用したスポット検査も効果的です。これにより、オンライン測定の信頼性を高め、プロセス全体の問題点を早期に発見できます。これらの点に注意を払い、適切なサポートを受けることで、オンライン水分計の効果的な運用が可能となります。

まとめ

オンライン水分計の選び方のまとめ

オンライン水分計の選び方では、まず測定対象物の特性を把握することが重要です。赤外線技術は表面測定に適しており、薄い製品や均一な材料に効果的です。一方、マイクロ波技術は内部測定が可能で、厚みのある製品や不均一な材料に適しています。次に、測定環境を考慮しましょう。温度や湿度の変化が激しい環境では、それらの影響を受けにくいマイクロ波技術が有利かもしれません。また、測定精度と速度のバランスも重要です。赤外線技術は高速測定が可能ですが、マイクロ波技術はより高い精度を提供できることがあります。さらに、導入コストと維持管理の容易さも検討しましょう。最後に、メーカーのサポート体制や、カスタマイズの可能性も重要な選択基準となります。これらのポイントを総合的に評価し、自社の製造プロセスに最適なオンライン水分計を選びましょう。