CN1040579C - 微波浓度计 - Google Patents

Abstract

一种微波浓度计，包括：检测由微波发生器发射的微波同由微波接收器接收的微波的相位差的相差检测电路，使转动次数n值改变的转动次数更新单元，根据对应基准流体的基准相位差θ₁、视在相位差θ₂′和转动次数n来计算表示真实相位差θ₂同基准相位差θ₁之间差值的校正单元，把相位差Δθ变换成表示被测定流体浓度的浓度信号的信号变换电路，设定运行模式的运行模式设定器，保持转动次数n和视在相位差θ₂′的保持电路。

Description

微波浓度计

本发明涉及可以测定含在流体中的悬浮物质(例如污泥、砂浆等各种物质)的浓度和溶解在流体中的各种溶解物质浓度的浓度计，特别是涉及可以精确测定从低浓度到高浓度的宽测定范围内悬浮物质浓度的微波浓度计。

利用超声波测定流体浓度的浓度计是公知的。下面参照图10说明已有的超声波浓度计的测定原理。典型的超声浓度计是将超声波发射器2和超声波接收器3相对配置在配管1的管壁上，以便同被测流体相接触。超声波振荡器4同超声波发射器2相连接，超声波衰减测定电路5同超声波接收器3相连接。

在该超声波浓度计中，随着从超声波振荡器4向超声波发射器2输入超声波信号，从超声波发射器2向超声波接收器3发射超声波。在配管1内流体中传播的超声波被超声波接收器3接收。在流体中传播的超声波的强度随着流体中存在的悬浊物质的浓度的增加而逐渐衰减。

超声波接收器3把这样衰减的超声波转换成对应于接收强度的电信号，并将该电信号供给超声波衰减率测定电路5。由该衰减率测定电路5设定可确定物质浓度与超声波接收强度间关系的检测线。通过该衰减率测定电路5根据检测线将超声波接收信号的强度转换为浓度。

但是，对于上述的超声波浓度计来说，为了使发射器2、接收器3与配管1内流动的液体确实接触，在发射器2和接收器3的接触面上容易附着悬浊物质，因此必需定期清洗。特别是在下水污泥等流体情况下，悬浊物质附着的可能性更高。

因此已经考虑具有不附着悬浊物质结构的超声波浓度计。将这种超声波浓度计的超声波发射器2和接收器3固定在配管1的外侧。可是，由于在这种超声波浓度计中配管1上用于固定超声波发射器2，接收器3部分的管壁厚度必需薄，所以存在强度和耐久性等方面的问题。另外，受到配管1振动的影响，可能引起测定误差。

另外，超声波在液体中的衰减比在气体中大得多。如果在液体中混入气泡，则由气泡引起的超声波衰减比悬浊物质引起的衰减更大。其结果是不可能测定出悬浊物质的浓度，而可能得出比实际浓度更高的测定结果。

因此，已经考虑具有可以除去含在液体中气泡的结构的除气泡式浓度计。这种除气泡式浓度计是通过在所定的采样周期中，将被测流体导入加压除气泡室、在对被测液体加压除去气泡后测定被测流体的浓度。然而，由于采用的是在每个所定采样周期内对被测液体进行采样的方式，所以使这种除气泡式浓度计不能连续地测定液体的浓度。另外，由于边进行液体采样边对被测流体加压力的机械必需是可移动机构，所以还存在可靠性的问题。

此外，由于利用超声波的浓度计是利用由含有被测定流体中的悬浊物体的超声波的分散衰减，所以不能测定溶解在液体中的溶解物质的浓度。

可是，在最近已研制出可以省去清洗附着在配管上的悬浊物质的操作、测定溶解在被测流体中的溶解物质浓度伴随不需要在除气泡室中进行的采样作业连续测定浓度，具有优良性能的微波浓度计。

图11中示出了利用微波的浓度计的结构例子。

在该微波浓度计中，微波发射天线11和微波接收天线12相对地配置在被测定流体流过的配管1上。从微波振荡器13发射的微波形成经过功率分配器14—发射天线11—管内流体—接收天线12输入到相位测定电路15的第一通路和从功率分配器14输入到直接相位测定电路15的第二通道。相位差测定电路15把通过第一通路的微波相对于通过第二通路的微波的相位延迟作为相位差计算出。

在配管内装入基准液体(例如自来水)的状态下，由微波振荡器13发射微波，然后在相位差测定电路中测定没有基准液体通过时接收的微波相对于有基准液体通过时的微波的相位延迟θ₁。

接着，在将被测定流体装入配管1中的状态下，从微波振荡器13产生微波，然后在相位差测定电路15中测定经过配管内的被测液体传播的微波相对于从微波振荡器13经过功率分配器14直接接收的微波的相位延迟θ₂。然后将预先已测定的相位延迟θ₁同这次测定获得的相位延迟θ₂比较，并将其相位差Δθ＝θ₂-θ₁代入检测线中以确定浓度。

具体地说，将相位差Δθ代入由浓度X＝αΔθ+b所定义的检测线中便可计算出浓度X。其中“a”是检测线的斜率，“b”是检测线的截距。

可是，由于上述的微波浓度计检测的是对应被测定液体的浓度状态变化的微波相位延迟，所以会产生下述问题。

图12示出了从微波振荡器13发射的微波(W1)，其具有通过自来水等基准流体后被微波接收天线12接收到的相位延迟为θ₁的微波(W2)和具有通过某个浓度状态的被测定流体后被微波接收天线12接收到的相位延迟为θ₂的微波(W3)。

随着被测定液体浓度状态的增加，微波(W3)的相位延迟θ₂逐渐变大。在被测定液体为高浓度的场合，相位延迟θ₂超过360°时转过一个周角或转过两个周角的角度。

为了方便起见，把0°≤θ₂＜360°称为转过0个周角。360°＜θ₂≤720°称为转过1个周角，720°＜θ₂≤1080°称为转过二个周角，即把(n-1)×360°＜θ₂≤n×360°称为转过(n-1)个周角。θ₁是在转过0个周角时的值。n＝-1，0，1，2或3···等整数。

如图13所示，随着被测定液体浓度的提高如果将微波(W4)的相位延迟θ₂代入转过一个周角的式子中，则由相位差测定电路15计算出视在相位差θ₂作为测定结果，对于任意的高浓度被测液体获得的是表现低浓度的测定结果。

此外，如果配管1的直径很大，则由于微波的传播路程变长，在测定流体同样为高浓度的情况下，微波(W3)的相位延迟θ₂也变大。如果配管1是大口径的，被测定流体又是高浓度的，则相位差θ₂也可能是超过720°的两个周角角度(720°＜θ₂＜1080°)。

有关事先对基准液体进行测定用其作为基准相位延迟θ₁的内容已在上面说明。把这个相位延迟θ₁作为零点，然后测定通过被测液体的微波相位延迟θ₂。然而，如图14所示，在某时刻的相位延迟θ₁是接近0°的，把这个值作为零点数据θ₁后再进行测定，在接着测定用于核对零点的自来水时，由于水温变化等原因，零点相位延迟θ₁偏移到0°以下，从转过0个周角开始代入转过-1个周角的相位角式子中，变成近似360°的大角度θ，好象是视觉零点在正数侧变大一样，从而产生了所谓的偏离。

鉴于以上的实际情况，本发明的目的是提供一种可以精确测定从低浓度到高浓度被测定流体浓度，并且可以精确测定流过大口径配管的被测定流体浓度，还可以在即使配管为空状态下也能防止转数产生不必要变化的可靠性非常高的微波浓度计。

本发明的微波浓度计组成如下：被测定流体流过的测定管、产生微波的微波发生器，设置在上述测定管内并把由上述微波发生器产生的微波发射到流过上述测定管的上述被测定流体的微波发射器，在上述测定管内正对着上述微波发射器设置的用于接收从上述微波发射器发射的微波的微波接收器，检测由上述微波发生器发射的微波与由上述微波接收器接收的微波间的相位差的相位差检测电路，在角度360°范围中变动的上述视在相位差超过上述角度范围的最大角度而向最小角度侧返回时应使转动次数n增加、而在上述相位差低于上述角度范围的最小角度而向最大角度侧返回时应使上述转动次数n值下降的转动次数更新电路，当基准液体在上述测定管中流动时，根据由上述相位差检测电路检测出的相位差即基准相差θ₁和当上述被测定液体在测定管中流动时由上述相位差检测电路检测出的相位差即视在相位差θ₂′，和当响应该视在相差θ′₂由上述转动次数更新电路根据更新过的上述转动次数n计算出表示相应于上述被测流体浓度的真实相位差θ₂同上述基准相位差θ₁之间的差分相位差Δθ的校正电路，把上述相位差Δθ变换成表示上述被测流体浓度的浓度信号变换电路、设定运行模式的运行模式设定器，以及根据上述运行模式设定器设定的运行模式的改变从上述被测定流体浓度测定操作转换到非测定操作时保持上述转动次数n和上述视在相位差θ′₂的保持电路。

根据上述构成的微波浓度计，通过使基准流体在测管中流动并由相位检测电路测定相位差，可以计算出表示相对基准液体的微波相位延迟θ₁。在测定被测定流体浓度时使被测定流体在测定管内流动并由相位差检测电路测定相对于被测定液体的微波相位延迟即视在相位差θ′₂。校正电路根据与被更新电路更新的该视在相位差θ′₂对应的上述转动次数n计算出表示真实相位差θ₂与基准相位差θ₁的相位差Δθ，接着在信号变换电路中将相位差Δθ变换成表示被测定流体浓度的信号。

因此，在微波浓度计从被测定流体浓度测定操作转换到非测定操作后，测定管暂时变为空的状态的可能性较大。例如在进行零点调整的场合，为了在测定管内导入自来水等基准流体，需把测定管内的被测流体排出而暂时使测定管变为空状态。或者在经过测定管排出积存在污泥储水筒中的污底的场合，当污泥通过时，测定管也往往变空。

当再次开始测定被测定流体的浓度时，根据最后测定出的视在相位差θ′₂和再开始后最初测定出的视在相位差θ′₂确定转动次数n。如果在不进行浓度测定时根据通过空测定管的微波视在相位差θ₂′更新转动次数n，则转动次数n从实际值开始偏差值可能逐渐变大。在再开始测定被测定流体浓度时，如果根据可信度如此低的视在相位差θ₂′和转动次数n测定浓度，很可能出现计算出的测定值与实际值相差极大的情况。

该微波浓度计通过把转动次数n和视在相位差θ₂′保持为从浓度测定操作转换到非测定操作时即将出现的值，当再开始测定被测定流体浓度时，可以防止计算出偏离实际值很远的测定值。

在从“保养模式”已经返回到测定模式的场合或在指示“外部连动模式”并且开始测定操作的场合，本发明的微波浓度计通过对被保持电路保持的视在相位延迟θ₂′和这次测定出的视在相位延迟θ₂进行比较，根据这个比较结果可以确定转动次数n。

根据该微波浓度计，从“保养模式”返回到测定模式时或在“外部连动模式”下开始测定操作时，对由保持电路正在保持的视在相位延迟θ₂同这次测定的视在相位延迟θ₂′进行比较，根据该比较结果确定转动次数n的值。

本发明的微波浓度计装备有用于设定作为测定对象不可能产生的高浓度值Xmax和即使发生零点偏移也不可能产生负浓度Xmin的条件设定器。通过对在通常浓度测定状态下测定的浓度值和高浓度值Xmax或负浓度Xmin进行比较来确定恰当的转动次数n，再利用该转动次数n计算上述被测定流体的浓度。

按照该微波浓度计，预先设定作为测定对象不可能产生的那样的高浓度值Xmax和即使发生零点偏差也不可能产生的那样的负浓度值Xmin。接着，通过把在通常测定状态下测定的浓度计算值同高浓度值Xmax和负浓度值Xmin进行比较确定出适合的转动次数n，再利用这个转动次数n计算被测定流体的浓度。

图1是本发明实施例的微波浓度计的构成图。

图2是相位差校正电路的功能框图。

图3表示本发明实施例中微波浓度计的部分测定操作的流程图。

图4是表示该微波浓度计另一部分测定操作的流程图。

图5是本发明实施例中微波浓度计的转动次数更新操作的流程图。

图6是判断本发明实施例中微波浓度计的浓度恰当性的流程图。

图7是表示设定在0°-360°角度范围内的上范围和下范围的图。

图8是表示检测线的图。

图9A是表示在测定管内充入基准流体后的状态图。

图9B表示在测定管内充入被测定流体后的状态图。

图10是超声波浓度计的原理图。

图11是微波浓度计的原理图。

图12是用于说明相位延迟的图。

图13是表示由于相位延迟转动次数不合适的图。

图14是表示零点偏移的图。

下面说明本发明的实施例。

图1是本实施例的微波浓度计的构成图。

该微波浓度计的浓度测定管20经过隔开阀23、24配置在上游侧配管21和下游侧配管22之间。在测定管20上设置有给水阀26和排水阀27。给水阀26同用于导入自来水等基准液体的水道管28相连通，而排水阀27同配水管29相连通。

浓度测定管20在夹持管轴的相对位置上分别有微波入射。设置发射用的开口窗，将天线安装板通过密封衬垫安装在该开口窗上，该开线安装板通过绝缘物使发射天线31和接收天线32密封安装。天线安装板的绝缘物是用纤维树脂、塑料氯乙烯树脂(FRP)或其它绝缘材料形成的。

在该浓度计发射系统中设置有用于产生微波的微波振荡器33，该微波振荡器33的输出经过功率分配器34传送给发射天线31。

该浓度计接收系统装备有相位差测定电路35，相位差校正电路36、转数条件设定器37、信号变换电路38和运行模式设定器39。

向相位差测定电路35输入来自接收天线32的微波接收波和同时输入来自上述功率分配器34且作为参考信号的一部分微波发射波，并测定与该微波发射波相应的接收波的视在相位延迟。

相位校正电路36进行下述处理并根据视在相位延迟确定真实的相位延迟，再计算出该真实相位延迟与基准相位延迟间的相位差Δθ。

图2示出了相位差校正电路36的功能框图。

相位差校正电路36装备有确定转动次数n的转动次数更新单元41，根据该转动次数更新单元41确定的转动次数n算出真实的相位延迟θ₂的真实值检测单元42，检测真实相位延迟θ₂同基准相位延迟θ₁之间差分的差分检测单元43、判断运行模式的模式判定单元44和判断测定浓度恰当性的恰当性判断单元45。

转数条件设定器37是用手动分别设定0°-360°角度范围的上范围和下范围、作为测定对象不可能产生的高浓度值Xmax、即使在零点偏移时也不可能产生的负浓度值Xmin和任意的转动次数的单元。

设定图8所示的检测线特性数据并由信号变换电路38根据检测线特性数据来确定与来自相位差校正电路36的输入相位差Δθ相应的浓度值，然后输出对应该浓度值的电流信号。

运行模式设定器39可以设定进行通常浓度测定的“测定模式”、进行零件调整等保养操作的“保养模式”和只在接收表示被测流体正在配管内流动的信号时进行测定的“外部连动模式”这三种运行模式。

下面就相位差校正电路36中的真实相位延迟θ₂的计算原理进行说明。

如图7所示，视在相位延迟θ₂′在角度360°范围内变化。在0°-360°的角度范围把从0°到360°侧所定范围称为下范围，在0 °-360°的角度范围内把从360°到0°侧的所定范围称为上范围。例如将下范围设定为0°-120°的范围，将上范围定为240°-360°的范围。

对视在相位延迟θ^2′进行非连续地短时间间隔(本实施例为5秒钟间隔)测定如果在某时刻的视在相位延迟θ₂′处在上范围内而在下一时刻的视在相位延迟θ₂′处在下范围内，则应把转动次数n变更为n＝n+1；另外，如果某时刻的视在相位延迟θ₂′处在下范围内，而下一时刻的视在相位延迟处在上范围之内，则应把转动次数n变更为n＝n-1。并使用上述的转动次数n计算真实的相位延迟θ₂。

在根据相位延迟测定周期设定的时间间隔(例如5秒钟)内，视在相位延迟θ₂′在相同转动次数n的范围(例如如果转动次数n＝0，则真实的相位延迟θ₂在0°-360°范围内)内，根据上述条件变更转动次数n是以实际上从上范围到下范围或从下范围到上范围不可能发生大的变化现象(浓度变化、温度变化等)为前提的。例如在5秒钟内可根据视在相位延迟θ₂′从上范围至下范围或从下范围到上范围的变化，来判断转动次数n的变化。

下面参照图3-图6说明上述构成的本实施例的浓度计的操作。

利用运行模式设定器39对相位差校正电路36预设定任意的运行模式。例如，如果机器是进行保养检查的场合下，就设定“保养模式；并且，当存储在筒内的污泥浆达到规定水位时驱动泵使污泥浆从筒向配管21排出而进行间断运行的场合，设定“外部运动模式”。

在本实施例中，在模式判定单元44操作开始的同时判断由相位差校正电路36设定的运行模式(步骤S1)。如果设定在测定模式下，则进行步骤S2-S9的处理。

如果在相位差校正电路36的差分检测单元没有保持基准相位延迟θ₁，则应在之前先测定基准相位延迟θ₁。在测定基准相位延迟θ₁时，使隔离阀23，24关闭后，打开排水阀27使管20内的污泥浆等测定流体排出，然后打开供水阀26供给自来水洗净管20内的污物，关闭排水阀27使管20内的自来水处在灌满状态。

自来水达到这样的满状态以后，如图9A所示，从微波振荡器33发射微波信号。该微波经过功率分配器34从天线31发射出去，在测定管20内的自来水内传播，并由接收天线32接收。把接收到的接收波传送给相位测定电路35。

把来自功率分配器34的发射波的一部分输入给相位差测定电路35。相位差测定电路35通过对微波发射波和微波接收波进行比较来测定关于基准液体的相位延迟θ₁。将这个测定出的基准相位延迟θ₁输入给相位差校正电路36。

相位差校正电路36将以相位差测定电路35输入的基准相位延迟θ₁存储在差分检测单元43中。相位差校正电路36把转动次数条件设定器37输出的转数初始值设定为n＝0。

接着，测定被测定流体的视在相位延迟θ₂′(步骤S2)。即打开排水阀27排出测定管20内的自来水之后，打开隔离阀23和24使含测定物质的流体流入。在该状态下，以微波振荡器33发射微波信号。与上述相同，通过功率分配器34将该微波信号输送给发射天线31和相位差测定电路35。

如图9B所示，当从发射天线31发射的微波在浓度测定管20内的被测定流体中传播到达接收天线32时，接收天线32便输出相应于被测定流体浓度延迟的微波信号。由相位差测定电路35测定具有相应于被测流体浓度的相位延迟的微波信号的视在相位延迟θ₂′。在使含有测定物质的测定流体处于流动的状态下；将微波这样地发射到测定流体中，在短时间的周期(例如每5秒)内测定视在相位延迟θ₂′。

如果视在相位延迟θ₂′被测定出，则如图5所示，根据流程图确定回转次数(步骤S3)。即从转动次数条件设定器37读出用于进行转动次数判定的上范围、下范围和转动次值初始值n＝0。将视在相位延迟θ₂′从相位差测定电路35中取出，判断视在相位延迟θ₂′是否处在上范围内(步骤T1)。如果视在相位延迟θ₂′处在上范围内则判断例如5秒钟后的θ₂′是否进入下范围内(步骤T2)。如果5秒后的θ₂′进入下范围，则如图7所示，象变化A那样，由于在5秒的时间间隔内视在相位延迟θ₂′从上范围变化到下范围内，所以应将转动次数n变更为n＝n+1(步骤T3)。

如果从相位差测定电路35取出的视在相位延迟θ₂′不在上范围内，则判断该θ₂′是否处在下范围内(步骤T4)。如果这个θ₂′处在下范围内，则判断5秒后测定出的θ₂′是否落入上范围(步骤5)。如果5秒钟后测出的θ₂′进入上范围，如图7所示的变化B那样，由于在5秒钟时间内θ₂′从下范围变化到上范围内，所以应将转动次数n变更为n＝n-1(步骤T6)。

而在其它情况下，不变更转动次数、

如果在步骤S3的处理中，确定出转动次数n，则真实值检测单元42就根据式(1)计算真实的相位延迟θ₂(步骤S4)。

θ₂＝θ₂′+n×360°···(1)另外，差分检测单元43根据式(2)计算出相位差Δθ(步骤S5)。

Δθ＝θ₂-θ₁      ···(2)

将根据式(2)计算出的Δθ输入至信号变换电路38后计算出浓度x(步骤S6)。

另外，在“测定模式”或“外部连动模式”的测定操作中发生管20暂时变空的状态时，转动次数n很可能发生不必要的变化。

为此，在步骤S7的处理中，恰当性判断单元45根据图6的流程图判断浓度计算值是否是恰当值。即如果转动次数n满足n≥1的条件，并且，浓度计算值X满足X≥Xmax，则对转动次数更新单元41发出指令，以便将转动次数n变更为n＝n-1。如果转动次数n满足n＜0的条件，并且浓度计算值X满足X≤Xmin，则对转动次数更新单元41发出指令，将转动次数n变更为n＝n+1。

可是，如果n≥1而X＜Xmax，则不变更转动次数n。另外如果n＜0，而X＞Xmin，也不变更转动次数n。此外在n＝0时也不变换转动次数n。

由步骤S7回到步骤4对转动次数n的变更极限进行处理，使用该变更后的转动次数n再计算浓度X。接着，在转动次数n没变更的时刻，把这时的浓度计算值X作为浓度测定值输出(步骤S9)。然后输出对应该浓度测定值的电流信号。例如如果浓度测定范围在0-10％，则输出对应这个浓度范围的4-20mA的电流信号。

在步骤S1的处理过程中，如果判断出的模式为“测定模式”以外的模式，则需进一步判断是否为“保养模式”。当判断为“保养模式”时，应进行直到“测定模式”设定之前的步骤S11-步骤S12的处理。在“测定模式”设定后且完成步骤S13和S14的处理之后就转移到步骤S2的处理中。

在步骤S11的处理过程中，使在非测定操作中输入的转动次数更新单元41的输出转动次数n和真实值检测单元输出单元42使用的视在相位延迟θ₂′的当前值(视在相位延迟θ₂′，转动次数n)处于保持状态，然后在一定周期内判断“测定模式”是否已设定(步骤S12)。

如果通过模式判断单元44检测出从“保养模式”已转换到“测定模式”，则按照与上述步骤S2同样的方式测定视在相位延迟θ₂′(步骤S13)。使用这个测定的视在相位延迟θ₂和由步骤S11保持的视在相位延迟θ₂′完成按照图5的流程处理后，确定转动次数n(步骤S14)。这时把在步骤13中测定的θ₂′作为图5中5秒钟后的θ₂′进行处理。

如果完成从“保养模式”到“测定模式的转换后需立即确定最初的转动次数n，则转移到步骤S2进行浓度测定。

另外，如果在步骤S1的处理中判断出的模式是“判定模式”以外的模式，并且在步骤S10的处理中判断出的模式是“保养模式”以外的模式，就进行图4所示的“外部连动处理”。即判断是否正在接收表示检测流体流动的信号(步骤Q1)。如果是在本实施例的情况下，则应判断是否正在接收把污泥浆筒中的污泥浆排到配管21中的泵的泵操作信号。接收到泵操作信号期间表明被测定流体正在流动。

如果在步骤Q1中判断出泵操作信号正在被接收到，就转移到步骤S2的处理，进行浓度测定操作。如果在步骤Q1中判断出泵操作信号没有接收到，则为了防止因配管变空而使转动次数产生不必要的改变，在这时应保持相位差校正电路36的转动次数更新单元41和真实值检出单元43正在输出的视在相位延迟θ₂′和转动次数n(步骤Q2)。当在非测定操作中保持当前的θ₂′和转动次数n时，如果接收到表示被没定流体流动的信号即泵操作信号(步骤Q3)，则应发射微波以测定视在相位延迟θ₂′(步骤Q4)。接着使用测定出的视在相位延迟θ₂′和在步骤Q₂的处理中保持的视在相位延迟θ₂并按照图5所示的流程图确定转动次数n。这时，把步骤Q4中测定出的θ₂′作为5秒钟后的θ₂′进行处理。

如果在步骤Q5的处理中已确定出转动次数n，则转移到在图3的流程中的步骤S2的处理过程进行浓度测定。

如上所述，按照本实施例的微波浓度计，根据在测定基准流体时从发射侧发射的微波中得到的微波信号相位延迟和在测定被测定流体时在相同的测定条件下获得的微波信号的相位延迟计算相位差Δθ，由于是根据相位差Δθ计算被测定流体的浓度，所以可以在不受含在被测定流体中的附着悬浊物质和测定流体中气泡等的影响的条件下测定浓度，而且即使在被测定流体中有溶解物质，也可以测定浓度。由于在该浓度计上没有机械的机构，所以可以维持长期的高可靠性。

按照本实施例的微波浓度计在0°-360°角度范围内设定下范围和上范围以便通过比较视在相位延迟θ₂′现在所属的范围与前次曾属于的范围判断转动次数的变化，由此，可以正确把握视在相位延迟θ₂′的转动次数，即使相位延迟超过360°而成为转动一次以上，也可以正确测定高浓度测定流体的浓度，而且即使在检测用管是大口径管的情况下也能测定正确的浓度。

按照本实施例的微波浓度计，由转动次数条件设定器37设定高浓度阈值Xmax和负浓度阈值Xmin，通过比较在浓度测定时利用转动次数n计算出的浓度计算值X和高浓度阈值Xmax或负浓度阈值Xmin确定相应于现在的测定流体浓度等最适合的转动次数，因此可以经常保持正确的转动次数并获得置信度高的浓度测定值。

按照本实施例的微波浓度计，由运行模式设定器39输入运行模式，在处于“保养模式”和“外部连动模式”时被测流体不流动期间，使视在相位延迟θ₂′和转动次数n保持在当前的值上，防止了转动次数不必要的变化，如果被测定流体已经流动，则可使用正在保持着的θ₂′和转动次数n来确定新的转动次数n，因此，在保养检查时或外部连动时，即使在检测管内暂时形成空气层时，也可以避免测定获得的相位差异常大或异常小的情况出现，从而防止了测定值异常的发生。

另外，本发有不受上述实施例的限定，即使出现如下所述的情况，同样也是可以实施的。

(a)在上述各实施例中，虽然是在流动状态下测定悬浊物质，但是在静止状态下也可以测定浓度，此外，虽然使用自来水作为基准液体，但是也可以用含有已知浓度物质的液体作基准液体。

测定管20虽然是夹在上游侧配管21和下游侧配管22上配置的，但是例如在被测流体的流通配管上设置流体用采样用容器或安装旁通管时测定管也可以在这些容器和旁通管上适用上述技术，这些也包含在本发明的范围之内。

(b)虽然在上述实施例中是以相位差测定0°-360°的测定方式说明的，但是通过在例如-180°～180°角度范围中设定上范围和下范围，以便确定转动次数，也是可行的。

(c)虽然在上述实施例中，在零点调整时是以n＝0的情况说明的，但是不限于此，也可以进行例如，设n＝1，θ₂＝θ₂′+(n-1)×360°的处理。

(d)上述转动次数更新单元，虽然是通过在角度范围内设定上范围和下范围并判断视在相位延迟θ₂′所属的范围以便更新转动次数n的，但是也可以用其它的方法更新转动次数n。例如，在测定被测液体的浓度时连续地从相位差测定电路对视在相位延迟θ₂′取样，并对该视在相位延迟θ₂′微分，检测θ₂′的增加/减少方向。如果视在相位延迟θ₂′边增加边通过角度范围360°的最大值，则转动次数n加1，而如果在相位延迟θ₂′边减少边通过角度范围360°的最小值，则将n减1。

Claims (15)

1.一种根据通过被测定流体的微波相位延迟测定被测液体浓度的浓度计，包括：

可以允许上述被测流体流动的测定管，

产生上述微波的微波发生器，

安装在上述测定管上把发生器提供的微波发射到流过上述测定管的上述被测流体中的微波发射器，

正对着上述微波发射器配置在上述测定管上并且接收上述微波发射器发射的微波的微波接收器，

其特征在于，还包括：

通过检测上述微波发生器发生的微波同由上述微波接收器接收到的微波之间相位差的相位差检测单元，

在角度范围为360°的范围内变动的上述视在相位差超过最大角度而返回到最小角度侧时使转动次数n增加，上述相位差低于上述角度范围的最小角度而向最大角度侧返回时使上述转动次数n值下降的转动次数更新单元，

根据在上述测定管中流动基准液体时由上述相位差检测电路检测出的相位差即基准相差θ₁和当上述被测流体在测定管中流动时由上述测定被测流体浓度的相位差检测电路检测出的相位差即视在相位差θ₂′和由上述转动次数更新电路更新过的与该视在相位差θ₂′相对应的上述转动次数n计算表示相应于上述被测流体浓度的真实相位差θ₂同上述基准相位差θ₁之间差分后的相位差Δθ的校正单元，

把上述相位差Δθ变换成表示上述被测流体浓度信号的信号变换单元，

设定运行模式的运行模式设定单元，以及，根据上述运行模式设定器设定的运行模式的改变从上述被测定液体浓度测定操作转换到非测定操作时保持上述转动次数n和上述视在相位差θ₂′的保持单元。

2.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述运行模式设定单元可选择地设定包含进行通常测定操作的“测定模式”和为了保养而阻止流过上述测定管的被测定流体的“保养模式”的两个以上运行模式，

上述保持单元在上述运行模式设定单元设定在保养模式时保持这时的上述转动次数n和上述视在相位差θ₂′。

3.如权利要求2所述的浓度计，其特征在于：

上述转动次数更新单元在上述运行模式从上述“保养模式”转换到上述“测定模式”时根据由上述保持单元保持的上述转动次数和上述视在相位延迟和在从“保养模式”转换到“测定模式”后由上述相位差检测单元最初测定的视在相位延迟θ₂′确定上述转动次数n的值。

4.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述运行模式设定单元设定包含进行通常测定操作的“测定模式”和只在上述被测定流体流过上述测定管期间进行测定操作的“外部连动模式”的两个以上运行模式，

上述保持单元在上述运行模式设定单元向上述“外部连动模式”发出指示而停止浓度测定时，保持这时的上述转动次数n和上述视在相位差Δθ₂′。

5.如权利要求4所述的浓度计，其特征在于：

上述转动次数更新单元在上述运行模式设定单元向上述“外部连动模式”发出指令而使浓度测定重新开始时，根据由上述保持单元保持的上述转动次数和视在相位延迟以及在浓度测定重新开始后由上述相位差检测单元最初测定出的视在相位延迟来确定上述转动次数n值。

6.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述的运行模式设定单元可选择地设包含进行通常测定操作的“测定模式”，和为了保养而阻止流过上述测定管的被测定液体的“保养模式”以及只在被测液体流过测定管期间进行测定操作的“外部连动模式”三个以上的运行模式，

上述保持单元在上述保养模式被指示时，或者上述“外部连动模式”被指示并且停止浓度测定时，保持这时的上述转动次数n和上述视在相位差θ₂′。

7.如权利要求6所述的浓度计，其特征在于：

上述转动次数更新单元在上述运行模式从上述“保养模式”转换到上述“测定模式”时，根据由上述保持单元保持的上述转动次数和上述视在相位延迟和从“保养模式”转换到“测定模式”后由上述相位差检测单元最初测定的视在相位延迟θ₂′确定上述的转动次数n的值，指示上述“外部连动模式”指示并且再开始浓度测定时，根据由上述保持单元保持的转动次数和上述视在相位延迟以及再开支浓度测定后由上述相位差检测单元最初测定的视在相位延迟θ₂′确定出上述转动次数n的值。

8.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于还包括：

用于设定上述被测定液体不可能产生的高浓度值Xmax、和即使发生零点偏移也不可能产生的低浓度值Xmin的条件设定单元。

通过将在通常浓度测定状态下测定的浓度值与上述高浓度值Xmax或上述低浓度值Xmin进行比较，判断上述浓度值不恰当时指示由上述转动次数变更单元变更的转动次数恰当性的判断单元。

9.如权利要求8所述的浓度计，其特征在于：

上述恰当性判断单元在上述浓度值比上述高浓度值Xmax更大时，指示上述转动次数更新单元降低转动次数n，和在上述浓度值比上述低浓度值Xmin小时，指示上述转动次数更新单元增加转动次数n。

10.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述校正单元包括：

根据视在相位差θ₂′和上述转动次数n按照下式确定真实的相位差θ₂的真实值检测单元，

θ₂＝θ₂′+n×360°

根据上述基准相位差θ₁和上述真实的相位差θ₂按照下式计算上述相位差Δθ的差分检测单元，

Δθ＝θ₂-θ₁。

11.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

所述的转动次数更新单元把从上述角度范围的最小角度到最大角度侧的所定范围设定为下范围，把从上述角度范围的最大角度到最小角度侧的所定范围设定为下范围，由上述相位差检测单元按所定的时间间隔对上述视在相位差θ₂′取样，通过对在某时刻的上述视在相位差θ₂′所属的范围与下一时刻的上述视在相位延迟θ₂′所属的范围进行比较来更新转动次数n。

12.如权利要求11所述的浓度计，其特征在于：

所述的转动次数更新单元的工作状态是，如果某时刻的上述视在相位差θ₂′属于上述的下范围，而下一时刻的上述视在相位延迟θ₂′属于上述的上范围时，则将上述转动次数n减去“1”，如果某时刻的上述视在相位延迟差θ₂′属于上述的上范围，而在下一时刻的上述视在相位延迟θ₂′属于上述的下范围时，则将上述的转动次数n加“1”。

13.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述的转动次数更新单元包括通过上述相位差检测单元对上述视在相位差θ₂′连续取样并连续检测该视在相位差θ₂′的增加/减少方向的倾向检测单元，

当上述倾向检测单元检出上述视在相位差θ₂′正在增加，并且当该视在相位差θ₂′超过上述角度范围的最大角度时应使转动次数n增加，当上述倾向检测单元检测出上述视在相位差θ₂′正在减小，且当该视在相位差θ₂′超过上述角度范围的最小角度时应使上述转动次数n的值减小。

14.如权利要求1所述的浓度计，其特征在于：

上述转动次数更新单元把从上述角度范围的最小角度到最大角度侧所定范围设定为下范围，把从上述角度范围的最大角度到最小角度侧的所定范围设定为下范围，由上述相位差检测单元按所定的时间间隔对上述视在相位差θ₂′取样，如果某时刻的上述视在相位差θ₂′属于上述的下范围，而下一时刻的上述视在相位延迟θ₂′属于上述的上范围时，则应将转动次数n减去“1”，如果某时刻的上述视在相位差θ₂′属于上述的上范围，下一时刻的上述视在相位延迟θ₂′属于上述的下范围时，则将上述的转动次数n加“1”，

上述校正单元包括根据上述视在相位差θ₂′和上述转动次数n按照下式计算真实相位差θ₂的真实值检测单元，

θ₂＝θ₂′+n×360°

上述校正单元还包括根据上述基准相位差θ₁和上述真实相位差θ₂并按照下式计算上述相位差Δθ的差分检测单元，

Δθ＝θ₂-θ₁

上述运行模式设定单元可选择地设定包含进行通常测定操作的“测定模式”、和为了保养而阻止被测流体流过上述测定管的“保养模式”和只在上述被测定液体流过测定管时进行测定操作的“外部连动模式”的3个以上运行模式，

上述保持单元在上述“保持模式”被指示时或上述“外部连动模式”被指示并且停止浓度测定时保持这时的上述转动次数n和上述视在相位差θ₂′，

上述转动次数更新单元在上述运行模式从上述“保养模式”转换到上述“测定模式”时，根据由上述保持单元保持的上述转动次数和上述视在相位延迟以及在从“保养模式”转换到“测定模式”后，由上述相位差检测单元最初检测出的视在相位延迟θ₂′确定上述转动次数n的值，在上述“外部连动模式”被指示并且再开始浓度测定时根据上述保持单元保持的上述转动次数和上述视在相位延迟和在再开始浓度测定后由上述相位差检测单元最初检测的视在相位延迟θ₂′来确定n的值。

15.如权利要求14所述的浓度计，其特征在于还包括：

用于设定上述被测液体不可能产生的高浓度值Xmax和即使出现零点偏差也不可能产生的低浓度值Xmin的条件设定单元，

通过在通常的浓度测定状态下把测定的浓度值与上述高浓度值Xmax或上述低浓度Xmin相比较，判断上述浓度值不恰当时由上述转动次数更新单元指示变更转动次数的恰当性判断单元。

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