-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Bereich der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung, die
die Konzentrationen von zu messenden Fluidkörpern mißt, die verschiedene in Suspensionen
vorhandene Feststoffe oder andere lösliche Substanzen enthalten,
beispielsweise Klärschlamm,
Pulpe oder Baustoff.
-
1. Beschreibung
des Standes der Technik
-
Bis
jetzt sind als Gerätschaften
zur Messung von Konzentrationen von in Suspensionen vorhandenen
Feststoffen und dergleichen Ultraschalltyp-Konzentrationsmeßgeräte, die
die Konzentration durch die Messung des Dämpfungsfaktors von Ultraschallwellen
ermitteln, und Konzentrationsmeßgeräte vom optischen
Typ, die die Konzentration unter Verwendung von Licht durch Messung
des Dämpfungsfaktors
von transmittiertem Licht oder des Anstiegs an gestreutem Licht
ermitteln, in großem
Umfang benutzt werden. Bei Ultraschalltyp-Konzentrationsmeßgeräten haben,
beispielsweise dann, wenn in dem Fluid Blasen vorhanden sind, diese
eine große
Wirkung, und es entstehen große
Meßfehler.
Auch bei Konzentra tionsmeßgeräten vom
optischen Typ hat Schmutz oder dergleichen, der an optischen Fenstern,
die zum Projizieren des Lichtes oder Empfang des Lichtes verwendet
werden, eine große
Auswirkung, und es entstehen große Meßfehler.
-
Daher
ist kürzlich
als ein Konzentrationsmeßgerät, das nicht
diesen Einflüssen
von Blasen in dem Fluid oder Schmutz auf einem optischen Fenster unterliegt,
eine Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung konzipiert worden,
bei der man dabei ist, sie in die Praxis umzusetzen, siehe JP-9210925.
-
1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild dieser Art von Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtungen.
Diese ist wie folgt aufgebaut. Eine Mikrowellen-Sendeantenne 2 und
eine Mikrowellen-Empfangsantenne 3 sind auf der Wandung
eines Rohres 1 angeordnet, das sich durch das zu messende
Fluid erstreckt. Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator 4 werden über einen
Leistungsverteiler 5 an die Mikrowellen-Sendeantenne 2 angelegt.
Die von der Mikrowellen-Sendeantenne 2 gesendeten
Mikrowellen werden in dem zu messenden Fluid innerhalb des Rohres 1 gestreut,
von der Mikrowellen-Empfangsantenne 3 empfangen und an
die Phasendifferenz-Meßschaltung 6 angelegt.
Zur gleichen Zeit werden Mikrowellen von dem Mikrowellen-Generator über den
Leistungsverteiler 5 direkt an die Phasendifferenz-Meßschaltung 6 angelegt.
Dann wird die Phasenverzögerung θ2 der Mikrowellen,
die gestreut durch die zu messende Fluid in dem Rohr 1 einlaufen,
gegenüber
den Mikrowellen, die direkt über
den Leistungsverteiler 4 von dem Mikrowellengenerator 4 gesendet
werden, durch diese Phasendifferenz-Meßschaltung 6 ermittelt.
Als nächstes
wird diese Phasendifferenz θ2
mit einer Phasendifferenz θ1
verglichen, die zuvor durch Füllen
des Rohres 1 mit einem Referenzfluid (beispielsweise Leitungswasser,
das als Nullkonzentration betrachtet werden kann, und Messen der
durch das Referenzfluid gestreuten Mikrowellen in dem gleichen Zustand
wie das zu messende Fluid gemessen worden ist. Der Ansatz besteht
darin, die Konzentration X des zu messenden Fluids aus der resultierenden
Phasendifferenz Δθ = (θ2 – θ1) unter
Verwendung einer Kalibrierungskurve zu ermitteln, beispielsweise
der in 2 dargestellten. Diese Konzentration X kann ermittelt
werden basierend auf Kalibrierungskurven von X = aΔθ + b entsprechend
jeder Art von zu messendem Fluid. Hier ist a der Gradient der Kalibrierungskurve,
und b ist der Achsenabschnitt. Normalerweise ist b = 0.
-
Bei
Benutzung dieser Art von Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
wird die Phasendifferenz der Mikrowellen gemessen, nicht der Dämpfungsfaktor.
Ferner besteht auch keine Notwendigkeit dafür, daß irgendwelche Fenster, durch
die die Mikrowellen hindurchtreten und empfangen werden, transparent
sind. Daher wird sie nicht ohne weiteres durch Blasen oder Schmutz
beeinträchtigt.
Darüber hinaus
ist es möglich,
kontinuierlich die Konzentration des zu messenden Fluids zu detektieren.
-
Jedoch
würde im
Falle, daß ein
solches zu messendes Fluid eine Anzahl von Substanzen enthält, dann,
wenn die Bestandteilszusammensetzung einer dieser Substanzen variieren
sollte, sich die Meßempfindlichkeit
aufgrund der sich daraus ergebenden Auswirkungen ändern. Es
ist daher vorgekommen, daß Fehler,
die nicht ignoriert werden können, in
den Konzentrationsmeßergebnissen
für zu
messende Fluide aufgetreten sind.
-
Nun
sei der Fall betrachtet, daß eine
Mischungskonzentrationsmessung einer zu messenden Flüssigkeit
in einem Zustand vorgenommen wird, in der eine Zusammensetzung,
in der die Substanzen A, B und C in festen Anteilen gemischt sind, in
Wasser gelöst
wird. Wenn angenommen wird, daß die
Bestandteilszusammensetzung (Moleküle und Elemente) der Substanzen
A und B sich nicht verändert,
sich jedoch die Bestandteilszusammensetzung der Substanz C verändert, so
hat diese Veränderung der
Bestandteilszusammensetzung der Substanz C eine große Auswirkung
auf die Meßempfindlichkeit der
Mischung der Substanzen A, B und C als Ganzes. Wenn beispielsweise
einfacher Kohlenstoff in der Substanz C enthalten ist und der prozentuale
Gehalt an Kohlenstoff variiert, wird dieses Variieren als Variieren
der Meßempfindlichkeit
der Mischung als Ganzes erscheinen.
-
Wenn
die Meßempfindlichkeit
der Mischung als Ganzes variiert, werden ferner Fehler in den Ergebnissen
der Konzentrationsmessung des zu messenden Fluids auftreten. Dies
kann wie folgt erklärt werden.
-
Hier
kann für
die Meßempfindlichkeit
einer Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung, die die Phasendifferenz-Meßmethode
verwendet, durch folgende Gleichung ausgedrückt werden, um wieviel die
Phasendifferenz für
ein einprozentiges Variieren der Konzentration (Gewichts-%) variiert: Meßempfindlichkeit
=
(Phasendifferenz Δθ)/(Konzentration
X)
= (1/a)
-
Das
Variieren wird also durch den Kehrwert des Gradienten a der Kalibrierungskurve
ausgedrückt.
Hier ist der Achsenabschnitt b der Kalibrierungskurve = 0.
-
Auf
diese Weise wird, wenn die Meßempfindlichkeiten
der Substanzen A, B und C jeweils als einzelne Körper als (1/a1) bzw. (1/a2)
bzw. (1/a3) angenommen werden, die Meßempfindlichkeit (1/a0) der Mischung
als Ganzes durch (1/a1), (1/a2) und (1/a3) und die Mischungsverhältnisse
der Substanzen A, B und C bestimmt. Daher wird unter der Annahme,
daß die
Meßempfindlichkeit
(1/a3) aufgrund eines Variierens der Bestandteile der Zusammensetzung
der Substanz C variiert, die Meßempfindlichkeit
(1/a0) der Mischung als Ganzes ebenfalls variieren. In diesem Falle
werden Meßfehler
hinsichtlich der Konzentration auftreten, wenn nicht dadurch eine
Korrektur vorgenommen wird, daß die
Bestandteilszusammensetzung der Substanz C zu einem Zeitpunkt mit
einem bestimmten Zustand als Referenz genommen wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine neue
Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
anzugeben, die im Lichte der obigen Tatsachen konzipiert worden ist
und stets eine genaue Konzentrationsmessung ausführen kann.
-
Die
obige Aufgabe kann dadurch gelöst
werden, daß eine
Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
bereitgestellt wird, die den folgenden Aufbau hat. Dies bedeutet,
daß eine
Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
angegeben wird, die dafür
ausgelegt ist, die Konzentration einer Mischung als Ganzes zu ermitteln
durch
Finden der Phasendifferenz von zwei Phasenverzögerungen
aus
einer ersten Phasenverzögerung
von Mikrowellen, die durch eine Referenzflüssigkeit gestreut worden sind,
und
einer
zweiten Phasenverzögerung
von Mikrowel len, die durch eine Mischung gestreut worden sind, die durch
Mischen einer Mehrzahl von Substanzen in einer Flüssigkeit
in konstanten Anteilen zubereitet worden ist
und
Verwendung
einer Kalibrierungskurve, die einen Gradienten aufweist, der der
Mischung basierend auf dieser Phasendifferenz entspricht,
Messen
dieser Empfindlichkeit einer einzelnen Substanz, deren Bestandteilzusammensetzung
variiert, aus der Mehrzahl von Substanzen und gleichzeitiges Einstellen
des Gradienten der Kalibrierungskurve, der der Mischung als Ganze
basierend auf diesen Meßergebnissen
entspricht.
-
Auf
diese Weise kann bei der Gesamt-Konzentrationsmessung einer Mischung,
die aus einer Mehrzahl von Substanzen zusammengemischt worden ist,
sogar dann, wenn die Meßempfindlichkeit aufgrund
eines Variierens der Bestandteilszusammensetzung einer einzelnen
dieser Substanzen variiert, eine Konzentrationsmessung ausgeführt werden,
ohne daß dies
Auswirkungen hat.
-
Die
obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann auch dadurch gelöst werden,
daß eine
Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
angegeben wird, die den folgenden Aufbau aufweist. Dies bedeutet
in der obigen Erfindung,
Vorsehen einer Kalibrierungskurvengradienten-Einstellvorrichtung,
die eine Rechenvorrichtung aufweist, die das Verhältnis des
Kalibrierungskurvengradienten zum Finden der Konzentration einer
Mischung, die aus einer Mehrzahl von Substanzen zusammengesetzt
ist, mit der Meßempfindlichkeit
einer einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
berechnet;
Ermitteln des Kalibrierungskurvengradienten durch die
Rechenvorrichtung der Kalibrierungskurvengradienten-Einstellvorrichtung
basierend auf dem Meßergebnis
für die
Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
und
Einstellen
des Kalibrierungskurvengradienten.
-
Auf
diese Weise wird der Kalibrierungskurvengradient jedesmal auf den
aktuellen Stand gebracht, wenn ein Meßergebnis der Meßempfindlichkeit
einer Einzelsubstanz eingegeben wird, und der jeweils letzte Kurveneinstellzustand
wird aufrechterhalten.
-
Daher
kann eine hochgenaue Konzentrationsmessung kontinuierlich ausgeführt werden.
-
Darüber hinaus
kann die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch dadurch gelöst werden, daß eine Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
mit dem folgenden Aufbau angegeben wird. Dies bedeutet in der vorliegenden
Erfindung,
ferner das Vorsehen einer Zeitdifferenzeinstellvorrichtung,
die ein Eingangssignal für
die genannte Kalibrierungskurvengradienten-Einstellvorrichtung liefert
durch Verzögern
des genannten Meßergebnisses
der genannten Meßempfindlichkeit
der genannten einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung
variiert, um eine angegebene Zeit.
-
Auf
diese Weise kann mit einem Kalibrierungskurvengradienten, der auf
dem Ergebnis der Meßzeit
für die
Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
eine Konzentration der Mischung entsprechend der Meßzeit gemessen
werden.
-
Daher
kann eine Gesamtkonzentrationsmessung der Mischung, die durch ein
Verfahren, beispielsweise Mischen mehrerer Substanzen, zusammengestellt
wurde, kontinuierlich mit großer
Genauigkeit ausgeführt
werden.
-
Darüber hinaus
kann die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch dadurch gelöst werden, daß eine Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
angegeben wird, die den folgenden Aufbau hat. Dies bedeutet in der
genannten Erfindung
ferner Vorsehen einer Mittelungsvorrichtung,
die der genannten Kalibrierungskurvengradienten-Einstellvorrichtung
als Eingangswert einen Mittelwert der genannten Meßempfindlichkeit
der genannten Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert, liefert.
-
Auf
diese Weise wird der Mittelwert der Meßempfindlichkeit der einzelnen
Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert, beim Einstellen des
Kalibrierungskurvengradienten verwendet. Daher kann durch Ausführen der
Mischung einer Mehrzahl von Substanzen nach Art einer Charge die
Konzentrationsmessung der Gesamtheit der Mischungen, so, wie sie
Charge um Charge dem Produktionsprozeß zugeführt werden, mit guter Genauigkeit durchgeführt werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Eine
vollständigere
Würdigung
der vorliegenden Erfindung und vieler der mit ihr verbundenen Vorteile
wird leicht erhalten werden, wenn die Erfindung durch Bezugnahme
auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird,
wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet
wird, in denen
-
1 eine
Zeichnung ist, die einen schematischen Aufbau einer Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvor richtung
nach dem Stand der Technik zeigt;
-
2 eine
Zeichnung ist, die eine in der Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung
nach dem Stand der Technik verwendete Kalibrierungskurve zeigt;
-
3 eine
Zeichnung ist, die einen schematischen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 eine
Zeichnung ist, die ein Beispiel der Beziehung zwischen prozentualem
Anteil an Kohlenstoff in der Substanz C und der Meßempfindlichkeit für die Substanz
C in dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
-
5 eine
Zeichnung ist, die ein Beispiel der Beziehung zwischen dem prozentualen
Anteil an Kohlenstoff in der Substanz C und der Mischungs-Meßempfindlichkeit
der Substanzen A, B und C für
das erste Ausführungsbeispiel
darstellt;
-
6 eine
Zeichnung ist, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Meßempfindlichkeit
der Substanz C selbst und dem Gradienten der Kalibrierungskurve
für die
Mischung der Substanzen A, B und C für das erste Ausführungsbeispiel
zeigt;
-
7 eine
Zeichnung ist, die den schematischen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung darstellt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Es
sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen in den verschiedenen
Ansichten die gleichen Bezugszeichen identische oder entsprechende
Bauteile bezeichnen. Im einzelnen wird unter Bezugnahme auf 3 ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
(Ausführungsbeispiel 1)
-
3 zeigt
den schematischen Aufbau einer Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßvorrichtung,
in der die vorliegenden Erfindung angewandt ist. Dies zeigt ein
Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren
zum Herstellen von Produkten unter Heranziehung einer Mischung von
Substanzen A, B und C in konstanten Anteilen, die in Wasser als
Ausgangsmaterial aufgenommen werden. Hier sei ferner angenommen,
daß die
Bestandteilszusammensetzungen (Moleküle und Elemente) der Substanzen
A und B nicht variieren, daß jedoch die
Bestandteilszusammensetzung der Substanz C variiert. Es sei ferner
angenommen, daß dieses
Variieren der Bestandteilszusammensetzung der Substanz C einen großen Einfluß auf die
Meßempfindlichkeit
der Mischung der Substanzen A, B und C als Ganzes hat. Beispielsweise
ist dies dann der Fall, wenn Kohlenstoff in der Substanz C enthalten
ist, der prozentuale Gehalt dieses Kohlenstoffes variiert und dieses
Variieren als ein Variieren der Meßempfindlichkeit der Mischung
als Ganzes erscheint.
-
In
der Zeichnung ist 11 die Substanzmischeinheit.
-
Ein
Zuführrohr 12 für die Substanz
A, das die Substanz A zuführt,
ein Zuführrohr 13 für die Substanz
B, das die Substanz B zuführt,
ein Zuführrohr 14 für die Substanz
C, das die Substanz C zuführt
in konstanter Konzentration, und ein Zuführrohr 15 für Wasser,
das Wasser zuführt,
sind mit der Substanzmischeinheit 11 verbunden. Der Ansatz
besteht darin, eine Mischung dieser Substanzen A, B und C zuzubereiten,
die durch das Zuführrohr
auf die Substanz A, das Zuführrohr 13 für die Substanz 8 und das
Zuführrohr 14 für die Substanz
C in konstanten Anteilen zusammen mit Wasser zugeführt werden, das
von dem Zuführrohr
für Wasser
zugeführt
wird. Ferner besteht der Ansatz darin, die in der Substanzmischeinheit 11 gemischte
Mischung einem Produktionsprozeß (nicht
dargestellt) als Ausgangsstoff über ein
Rohr 16 für
gemischtes Fluid zuzuführen.
-
Ein
Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 für eine Empfindlichkeitsmessung
ist im Zuführrohr 14 für die Substanz
C angeordnet. Ferner ist ein Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 für eine Konzentrationsmessung
der Mischung an dem Rohr 16 für das Mischungsfluid angeordnet.
-
Das
Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 mißt eine
Meßempfindlichkeit
der Substanz C über
das Zuführrohr 14 für die Substanz
C.
-
Ferner
speichert das Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Meßgerät 18 (normalerweise
Wasser) eine Phasenverzögerung θ1 eines Referenzfluids,
die zuvor gemessen worden ist, wie oben erwähnt. Es ermittelt eine Phasendifferenz Δθ = (θ2 – θ1) zwischen
der Phasendifferenz θ1
und der Phasendifferenz θ2
der Mikrowellen, die durch die Mischung der Substanzen A, B und
C, die durch das Fluidrohr 16 für die Mischung fließen, gestreut
worden sind. Dann multipliziert es die Phasendifferenz Δθ mit dem
Kalibrierungskurvengradienten a0, der der Meßempfindlichkeit der Substanz
C entspricht, die um eine Zeitdifferenz T vorher durch das Meßempfindlichkeits-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 geflossen
ist, das durch den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 (unten
erwähnt) eingestellt
worden ist, und ermittelt die Fluidkonzentration X ( = a0·Δθ) der Mischung.
Dann gibt es diese als Konzentrationsmeßwert aus.
-
Das
Mischungsfluid-Konzentrationsmessungs-Mikro wellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 ist
mit dem Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 über den
Zeitverzögerungseinsteller 19 und
den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 verbunden.
-
Der
Zeitverzögerungseinsteller 19 ermittelt vorher
die Zeit, die die Substanz C, die das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Meßgerät 17 passiert
hat, benötigen
wird, um das Mischungsfluid-Konzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 zu
erreichen, nachdem es mit den anderen Substanzen A und B und Wasser
in der Substanzmischeinheit 11 gemischt worden ist und
das Fluidrohr 16 für
die Mischung passiert hat. Er stellt dann die Zeit T ein.
-
Ferner
stellt der Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 den Kalibrierungskurvengradienten des
Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes 18 ein.
Der Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 ist mit
einer Rechenvorrichtung versehen, die das Verhältnis zwischen der Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert (hier
der Substanz C) und dem Gradienten der Kalibrierungskurve berechnet,
wobei auf diese Weise die Konzentration der Mischung der Substanzen
A, B und C als Ganzes ermittelt wird. Er ist darauf ausgelegt, in
der Lage zu sein, den Gradienten der Kalibrierungskurve unter Verwendung
der Rechenvorrichtung als Antwort auf Eingangssignale, die von den Meßergebnissen
des Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes 17 für die Substanz
C alleine stammen, zu ermitteln und diesen Kalibrierungskurvengradienten
in dem Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 einzustellen.
-
In
der Praxis ermittelt er zunächst
Meßergebnisse, wie
beispielweise in 4 dargestellt, indem zuvor unter
Verwendung eines Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes oder dergleichen gemessen wird,
wie die Meßempfindlichkeit
(1/a3) für
die Substanz C, die einfachen Kohlenstoff, (dessen prozentualer
Gehalt variiert,) mit dem prozentualen Kohlenstoffgehalt variiert.
Als nächstes
bereitet er eine Mehrzahl von unterschiedlichen Mischungen A, B und
C zu, in denen die Substanzen A und B und die Substanz C mit unterschiedlichen
prozentualen Kohlenstoffgehalten kombiniert sind. Dann mißt er zuvor unter
Verwendung eines Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes oder dergleichen, wie die
Meßempfindlichkeit
(1/a0) der Mischung der Substanzen A, B und C mit dem prozentualen
Kohlenstoffgehalt der Substanz C variiert, und erhält Meßergebnisse,
wie in 5 dargestellt. Er ist darauf ausgelegt, aus diesen Verhältnissen
in den 4 und 5 das Verhältnis zwischen der Meßempfindlichkeit
(1/a3) der Substanz C und dem Gradienten (a0) der Kalibrierungskurve
zu ermitteln, woraus sich die Konzentration der Mischung der Substanzen
A, B und C ermitteln läßt, wie
in 6 dargestellt. Dann ist er nach Vorbereitung einer
Rechenvorrichtung, die einen solchen Verhältnisausdruck aufweist, darauf
ausgelegt, in der Lage zu sein, den Kalibrierungskurvengradienten (a0)
entsprechend dem gemessenen Eingangswert des Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Meßgerätes 17 für die Substanz
C zu ermitteln und diesen Kalibrierungskurvengradienten in dem Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 einzustellen.
-
Das
Folgende ist eine Beschreibung des schematischen Aufbaus des auf
diese Weise aufgebauten Ausführungsbeispieles.
-
Als
erstes werden die Substanzen A, B, C und Was ser in voreingestellten
Anteilen der Substanzmischeinheit 11 über das Zuführrohr 12 für die Substanz
A, das Zuführrohr 13 für die Substanz
B, das Zuführrohr 14 für die Substanz
C und das Zuführrohr 15 für Wasser
zugeführt.
In diesem Falle wird die Substanz C, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
in einem Zustand zugeführt,
in dem sie mit einer vorgegebenen Konzentration in Wasser gelöst ist.
-
Dann
wird durch die Substanzmischeinheit 11 eine Mischung zubereitet,
in der die Substanzen A, B und C gleichförmig gemischt werden. Diese
Mischung wird über
das Zuführrohr 16 für gemischtes Fluid
als Ausgangsstoff einem Produktionsprozess (nicht dargestellt) zugeführt.
-
Von
diesem Zustand, in dem die Meßempfindlichkeit
der Substanz C, die das Zuführrohr 14 für die Substanz
C passiert, durch das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17,
das an dem Zuführrohr 14 für die Substanz
C angeordnet ist, gemessen wird, wird diese Meßempfindlichkeit zu dem Zeitverzögerungseinsteller 19 geschickt.
Hier wird sie um die voreingestellte Zeit T verzögert und dann als Eingangssignal
dem Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 zugeführt.
-
Dann
wird in dem Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 der Kalibrierungskurvengradient entsprechend
der eingegebenen Meßempfindlichkeit für die Substanz
C durch eine Rechenvorrichtung berechnet, basierend auf dem Verhältnisausdruck
zwischen der Meßempfindlichkeit
(1/a3) der Substanz C und dem Kalibrierungskurvengradienten (a0),
was die Konzentration der aus den Substanzen A, B und C gemischten
Substanz ermittelt. Dieser Kalibrierungskurvengradient wird dann
in dem Konzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Meßgerät 18 für die gemischte
Substanz eingestellt.
-
Auf
diese Weise wird die Phasendifferenz Δθ = (θ2 – θ1) durch das Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 aus
der Phasenverzögerung θ2 der Mikrowellen,
die in der Mischung der Substanz A, B und C gestreut worden sind,
die in dem Zuführrohr 16 für das gemischte
Fluid fließt,
und der voreingestellten und gespeicherten Phasenverzögerung θ1 eines
Referenzfluids (normalerweise Wasser) ermittelt.
-
Als
nächstes
wird die Mischungskonzentration X (= a0·Δθ) ermittelt. Dies ist der Gradient
(a0) der Kalibrierungskurve entsprechend der Meßempfindlichkeit der Substanz
C, die um einen Zeitraum T früher
das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 passiert
hat, der, multipliziert mit der Phasendifferenz Δθ, durch den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 eingestellt
wurde. Diese Konzentration X wird dann als Konzentrationsmeßwert ausgegeben.
-
Dementsprechend
wird, wenn so verfahren wird, die Meßempfindlichkeit der Substanz
C selbst, deren Bestandteilszusammensetzung variiert, aus den Substanzen
A, B und C durch das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 gemessen.
Dieses Empfindlichkeitsmeßergebnis
wird in den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 eingegeben,
und der Kurvengradient wird durch eine Rechenvorrichtung ermittelt,
die den Verhältnisausdruck
zwischen der Meßempfindlichkeit
einer einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
und dem Gradienten der Kalibrierungskurve beherrscht, wodurch die
Konzentration der Mischung der Substanzen A, B und C als Ganzes
ermittelt wird. Dieser ermittelte Kalibrierungskurvengradient wird
in dem Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowel lentyp-Konzentrationsmeßgerät eingestellt.
Die Auslegung ist derart, daß, basierend
auf dem eingestellten Gradienten, die Phasendifferenz Δθ = (θ2 – θ1) aus der
Phasenverzögerung θ1 der durch
das Referenzfluid gestreuten Mikrowellen und der Phasendifferenz θ2 der durch die
Mischung gestreuten Mikrowellen ermittelt wird. Zusammen hiermit
wird die Konzentration der Mischung als Ganzes durch die Kalibrierungskurve
(= aΔθ + b) der
Mischung entsprechend ermittelt. Daher kann bei der Gesamtkonzentrationsmessung
einer aus mehreren Substanzen gemischten Mischung sogar für den Fall,
daß die
Bestandteilszusammensetzung einer einzelnen dieser Substanzen variiert,
eine Konzentrationsmessung genau ausgeführt werden, ohne daß dieses
Variieren einen negativen Einfluß hat. Ferner wird der Gradient
der Kalibrierungskurve des Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes jedesmal
aufgefrischt, wenn das Meßergebnis
der Empfindlichkeitsmessung der Substanz C allein, das durch das
Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 erhalten
wurde, durch die Rechenvorrichtung des Kalibrierungskurvengradienten-Einstellers 20 eingegeben
wird. Da der jeweils letzte Gradienteneinstellzustand aufrechterhalten
wird, kann daher eine hochgenaue Konzentrationsmessung kontinuierlich
ausgeführt
werden.
-
Ferner
ist die Auslegung derart, daß das
Eingeben des Meßergebnisses
des Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes an den
Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller durch den Zeitverzögerungseinsteller 19 um
die Zeit T verzögert
wird, bis die Substanz C, die das Empfindlichkeitsmeßungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 passiert
hat, mit den anderen Substanzen A und B und Wasser in der Substanzmessungseinheit 11 gemischt
wird und das Mi schungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 durch
Passieren des Zuführrohres 16 für das gemischte
Fluid erreicht. Daher kann die Konzentration der Mischung, die einer
Meßzeit
entspricht, die einen Kalibrierungskurvengradienten basierend auf
der Meßergebniszeit
an dem Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 verwendet,
durch das Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 gemessen
werden. Daher können
in einem solchen System die Konzentrationsmessung einer Mischung
als Ganzes mit hoher Genauigkeit und ein kontinuierliches Mischen
von mehreren Substanzen ausgeführt
werden.
-
(Ausführungsbeispiel 2)
-
Mit
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen
Herstellungsprozeß beschrieben
worden, der eine Substanzmischungseinheit vom kontinuierlich mischenden
Typ aufweist. Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch
ein Beispiel der Anwendung auf ein Herstellungsverfahren angegeben,
bei dem das Mischen von mehreren Substanzen in Chargen ausgeführt wird
und das Ausgangsmaterial chargenweise oder schubweise zugeführt wird.
-
7 zeigt
den schematischen Aufbau des zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung. Teile, die zu denjenigen der 3 identisch sind,
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In
diesem Fall ist ein schubweise beschickter Mischtank 31 anstelle
einer Substanzmischeinheit 11 vorgesehen. Die Substanzen
A, B und C, die durch das Zuführrohr 12 für die Substanz
A, das Zuführrohr 13 für die Substanz
B und das Zuführrohr 14 für die Substanz
C zusammen mit Wasser zugeführt
werden, werden dem Mischtank 31 in konstanten Anteilen
zugeführt.
Gleichzeitig ist er dafür
ausgelegt, eine Charge der Mischung durch Mischen zuzubereiten. Ferner
ist die Auslegung derart, daß eine
Charge der in diesem Mischtank 31 gemischten Mischung als Ausgangsmaterial
einem Herstellungsprozeß (nicht dargestellt) über die
Zuführleitung 16 für gemischtes Fluid
zugeführt
wird. Das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 ist
an dem Zuführrohr 14 für die Substanz
C angeordnet. Ferner ist das Konzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 an
der Zuführleitung 16 für gemischtes
Fluid angeordnet.
-
Das
Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 ist
mit dem Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 über eine
Mittelungsvorrichtung und den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 verbunden.
-
Wenn
eine Charge der Mischung in dem Mischtank zubereitet wird, berechnet
die Mittelungsvorrichtung 32 die Meßempfindlichkeit der Gesamtheit
der Substanz C, die das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 passiert
hat, als Mittelwert für
eine bestimmte Zeit. Sie ist derart ausgelegt, diesen Mittelwert
als Eingangswert an den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller
zu übermitteln.
Ferner stellt der Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 den
Kalibrierungskurvengradienten des Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerätes 18 ein.
Der Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 ist mit
einer Rechenvorrichtung versehen, die das Verhältnis zwischen der Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert
(hier der Substanz C) und dem Gradienten der Kalibrierungskurve
berechnet, was zu der Konzentration der Mischung der Substanzen
A, B und C als Ganzes führt.
Un ter Verwendung der Rechenvorrichtung ermittelt sie den Gradienten der
Kalibrierungskurve entsprechend dem Mittelwert der Meßempfindlichkeit
der Gesamtheit der Substanz C, die das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 passiert
hat. Sie ist dafür
ausgelegt, den erhaltenen Kalibrierungskurvengradienten in dem Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 einzustellen.
-
Auf
diese Weise wird eine Charge der Mischung dadurch zubereitet, daß die Substanzen
A, B und C, die durch das Zuführrohr 12 für die Substanz A,
das Zuführrohr 13 für die Substanz
B und das Zuführrohr 14 für die Substanz
C zusammen mit Wasser, das von dem Zuführrohr 15 für Wasser
zugeführt wird,
dem schubweise arbeitenden Mischtank 31 in konstanten Anteilen
zugeführt
und gleichzeitig gemischt werden. Danach wird die Mischung über das Zuführrohr für gemischtes
Fluid als Ausgangsmaterial einem Herstellungsprozeß (nicht
dargestellt) zugeführt.
-
Wenn
eine Charge des Mischungsfluids in dem Mischtank 31 zubereitet
wird, wird der Mittelwert der Meßempfindlichkeit der Gesamtheit
der Substanz C, die das Empfindlichkeitsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 17 passiert
hat, durch die Mittelungsschaltung 32 berechnet, und der Mittelwert
wird dem Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 als
Eingangswert zugeführt.
Dann wird ein Kalibrierungskurvengradient entsprechend dem Mittelwert
der Meßempfindlichkeit
der Gesamtheit der Substanz C, der von der Mittelungsschaltung 32 ermittelt
wurde, ermittelt. Dieser Kalibrierungskurvengradient wird in dem
Mischungskonzentrationsmessungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 eingestellt,
und die Konzentration X (= a0·Δθ) der Mischung
wird durch das Mischungskonzentrations messungs-Mikrowellentyp-Konzentrationsmeßgerät 18 ermittelt.
Diese Konzentration X wird als Konzentrationsmeßwert ausgegeben.
-
Demzufolge
kann auf diese Weise ebenso die gleiche Wirkung erwartet werden,
wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1. Darüber hinaus
wird der Mittelwert über
einen bestimmten Zeitraum der Meßempfindlichkeit einer einzelnen Substanz,
deren Bestandteilszusammensetzung variiert, durch die Mittelungsschaltung 32 ermittelt.
Die Auslegung ist derart, daß der
Kalibrierungskurvengradient durch den Kalibrierungskurvengradienten-Einsteller 20 basierend
auf diesem Mittelwert eingestellt wird. Daher kann die Konzentrationsmessung
der Gesamtmischung in einem Herstellungsverfahren, das ein schubweises
Mischen einer Mehrzahl von Substanzen anwendet und das Ausgangsmaterial
schubweise bzw. chargenweise dem Herstellungsprozeß zuführt, mit
hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
-
Wie
oben beschrieben, kann bei Benutzung der vorliegenden Erfindung
eine genaue Konzentrationsmessung stets hinsichtlich der Konzentrationsmessung
der Gesamtheit einer Mischung ausgeführt werden, in der eine Mehrzahl
von Substanzen gemischt ist, und zwar sogar dann, wenn die Meßempfindlichkeit
aufgrund des Variierens der Bestandteilszusammensetzung einer dieser
Substanzen variiert, ohne daß dies
nachteilige Auswirkungen hat. Ferner wird immer dann, wenn ein Meßergebnis
für die
Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz eingegeben wird, die Kalibrierungskurvengradienteneinstellung aufgefrischt,
und der jüngste
Kalibrierungskurveneinstellungszustand wird aufrechterhalten. Daher
kann eine hochgenaue Konzentrationsmessung kontinuierlich ausgeführt werden.
Darüber
hinaus kann mit dem Gradienten der Kalibrierungskurve basierend auf
dem Ergebnis der Meßzeit
der Meßempfindlichkeit
der einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
die Konzentration einer Mischung entsprechend dieser Meßzeit gemessen
werden. Daher kann die Gesamtkonzentrationsmessung einer Mischung
mit hoher Genauigkeit in einem System ausgeführt werden, das beispielsweise
kontinuierlich eine Mehrzahl von Substanzen mischt.
-
Darüber hinaus
wird der Mittelwert der Meßempfindlichkeit
einer einzelnen Substanz, deren Bestandteilszusammensetzung variiert,
bei der Einstellung des Kalibrierungskurvengradienten verwendet. Daher
kann durch Ausführen
des Mischens der Mehrzahl von Substanzen nach dem chargenweise oder
schubweise arbeitenden Verfahren die Gesamtkonzentrationsmessung
einer Mischung mit hoher Genauigkeit in einem System ausgeführt werden, das
beispielsweise chargenweise oder schubweise einem Herstellungsverfahren
zuführt.
-
Es
ist offensichtlich, daß zahlreiche
zusätzliche
Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung im Lichte
der obigen Lehren möglich sind.
Es sollte daher zur Kenntnis genommen werden, daß im Rahmen des Schutzumfanges
der beigefügten
Ansprüche
die Erfindung auch anders umgesetzt werden kann als hier spezifisch
beschrieben.