JP2002508066A - ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれら双方の物質の量を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固体，可溶体又はこれらの双方の物質を測定する方法に関する。この物質は、ガス状のキャリア媒体を伴う二相流中に含まれている。本発明の好ましい適用分野は、石炭による発電所の燃焼装置の導管内を空気式に輸送される粉炭量の測定、及び流跡線の検出である。固体粒子，可溶体粒子又はこれらの双方の粒子を伴う二相流の負荷が、本発明により、電磁波の伝搬に対する遮断周波数より低い減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移に基づいて測定される。この階段関数に似た線形範囲は、その波形に関して広範囲にわたって変動しないものの、負荷の増加に伴って低い周波数へ偏移する。この周波数偏移は、本発明により、交番電界によって検出され、その負荷がこの周波数偏移から算出される。この発生された交番電界のいろいろな方角でその負荷を測定することによって、存在する流跡線が検出され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれら 双方の物質の量を測定する方法 本発明は、固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量を測定する方法に関する 。この物質は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に含有されている。本発明 の好ましい適用分野は、石炭による発電所の燃焼装置の導管内で空気式に輸送さ れる粉炭（炭塵）量の測定である。 固体，可溶体又はこれらの双方の物質の十分な輸送速度及び十分な輸送量を実 現するため、微細な形態で存在する固体，可溶体又はこれらの双方の物質は、ガ ス状のキャリア媒体を含む二相流の状態で多くの場合において乱流になって輸送 される。特に、微細な固体粒子を輸送する場合は、高濃度のいわゆる流跡線(ス トリーク；Straehnen)が輸送管内に形成されることを実際の輸送系統で防ぐこと はできない。このような流跡線は、一つには幾何学的に非常に安定でかつ一定の 位置にとどまりうる。しかし、これらの流跡線は、いろいろな場所に推計学的に も発生し得、かつその大きさと濃度を変化させうるか又は輸送管内部を移動でき る。特に分岐地点では、流跡線が形成されるために、固体が非常に不均一に分散 して、ひいては輸送される物質の量が、個々の輸送管内で著しく異なることにな る。それ故に、このことは、空気式の輸送系統内で輸送された物質の量、特に輸 送系統が分岐している場合に個々の分岐管内へ輸送された物質の量を測定する点 で大きな問題である。例えば、等速的に吸引する管のいろいろな測定地点に関す るように、公知の方法は、大抵非常に不正確な測定値を算出する。何故なら、流 跡線がほとんど又は偶然にしか検出されないからである。しかも、このような測 定は長時間を要する。多くの場合、このような測定は、何時間か後に初めて測定 結果を出力する。そのため、このような測定をフィードバック制御系で使用する ことは不可能である。 空気式の輸送工程を監視して、輸送される物質の量を分岐している系統内で制 御するため、測定速度の速い測定システムが必要である。それ故に、マイクロ波 をこのような測定の課題に対して使用することがかなり前から試みられている。 この場合、特定の周波数のマイクロ波が、測定個所として用意された管の一部分 に入力され、その測定個所の一端部で振幅と位相の変化を記録する。この測定原 理の物理的な根拠は、固体，可溶体又はこれらの双方の物質を伴うキャリアガス の負荷(重量；Beladung)が輸送管内部の包括的な誘電率を変化させ、そしてマイ クロ波がこれらの誘電率に依存して減衰しかつ位相がずれるという事実である。 対応する測定方法が、例えば、欧州特許第0717269号明細書又は米国特許第51774 44号明細書中に説明されている。しかし、マイクロ波を使用した公知の測定方法 の感度の高さは、空気式の輸送系統に対しては不十分である。特に、輸送管が分 岐しているために、相違する物質の量が個々の管又は管の一部内に輸送される。 つまり、1ｍ³のキャリアガス当たりの気体，可溶体又はこれらの双方の物質の量 の濃度が、既に述べた流跡線の形成によって管系統つまり導管系統内部で空間的 に分散して相違する。したがって、例えば、石炭による発電所のボイラーの燃焼 装置への粉炭の供給を十分正確に制御するためには、1ｍ³のキャリアガス当たり 1ｇの粉炭の測定分解能が必要である。このように僅かな負荷の相違は、この包 括的な誘電率を極めて僅かしか変化させず、その結果、マイクロ波の減衰と位相 にほんの僅かしか影響を与えない。 さらに、空気式の輸送系統内で負荷を測定するためにマイクロ波を使用すると 、反射したマイクロ波自体による寄生誘導に基づいて重大な問題を引き起こす。 特に負荷が僅かな場合は、マイクロ波の減衰が非常に小さい。その結果、これら のマイクロ波は、導管系統内で１本の中空導体内のように広い区間にわたって伝 導されて、閉鎖部分，分岐部分又は端部で反射される。往復伝搬する複数の波動 が重なり、ひいては測定結果が著しく不正確になる。 さらに、これらの方法は装置に関して著しく高い経費を必要とするという欠点 が、マイクロ波を使用するこれらの公知の方法にはある。一般に、測定個所とし て用意すべき幾何学的に高精度で適合した送受信アンテナを有する管の一部を導 管系統内に嵌め込むことが必要である。複数のスロット結合部を存在する管の複 数の部分内に送受信装置として経費をかけて取り付けることも公知である。この 場合、これらの部分は、予め決めた幾何図形的配列に一致している必要がある。 本発明の課題は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体，可溶体 又はこれら双方の物質の量を測定する方法を提供することにある。この方法は、 相違が僅かであるときでも、つまり負荷の相違が僅かであるときでも使用可能で あり、かつ存在する管系統内の主要な干渉を必要としない。さらに、本発明の課 題は、1ｍ³のキャリア媒体当たり1ｇの量の最低限の測定分解能でも優れていて 、かつ測定個所の幾何図形的配列に関して多大な要求を課すことのないように、 方法を発展させることにある。 この課題は、本発明により、請求の範囲の第１項に記載の方法によって解決さ れる。この場合、本発明の好適な構成が、後続する複数の請求の範囲に記載され ている。 本発明は、一定の距離に沿った交番電界の減衰の周波数特性が、波動を特徴づ ける遮断周波数より低いところで高い減衰値から低い減衰値までの階段関数に似 た比較的急峻でほぼ線形な推移を呈するという物理的な関係を利用する。この推 移は、その波形（階段関数）に関して無負荷状態から、すなわち、固体，可溶体 又はこれらの双方の負荷のないキャリアガスから比較的大きな負荷までの広範囲 にわたって変化しない。しかし、この遷移が起きる周波数の範囲が、負荷に依存 して低い周波数へ偏移する。この場合、この周波数偏移率は、固体，可溶体又は これらの双方の物質を伴うキャリアガスの負荷に関する目安である。 本発明の本質は、交番電界を管の一部又は導管の一部の内部で発生させること 、及び負荷のかかったガス流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に位 置する一定の距離に沿ってこの交番電界の漏話（誘導妨害；Uebersprechen）を 検出することにある。この場合、まず、上述した減衰の推移の形態と周波数帯域 が、無負荷状態で算出され、次いで、負荷によるこの推移の周波数偏移が、低い 周波数に対して測定される。そして、このことから、固体，可溶体又はこれらの 双方の物質を伴うキャリアガスの負荷が、既知の関係に基づいて求まる。これら のことを実現するために、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数 に対応する下方減衰閾値とによって限定されるほぼ線形な範囲が、遷移範囲内で 合目的的に特定される。この場合、このほぼ線形の範囲内で有限な感度を呈する 実際の受信機を使用したときに、変曲点が周波数に対する減衰特性曲線に存在す る。この変曲点は、数学的にかつ技術的に容易に算出することができる。このほ ぼ線 形な範囲内では、僅かな周波数変化がその減衰の大きな変化につながる。それ故 に、このほぼ線形な範囲内の複数の地点又は範囲を高い精度で検出つまり測定す ることができる。 本発明の本質が変更され得るように、いろいろな変形が技術的に可能である。 したがって、例えば、１つの特徴のある減衰値が、ほぼ線形な範囲内で無負荷 状態時に対応する周波数で選び出される。そして、負荷を算出するため、負荷の かかった状態で測定された減衰が最初に選び出したその減衰値と一致するまで、 加えられた交番電界の周波数が開始周波数から出発して可変される（上げられる ）。測定者は、開始周波数として１つの周波数を選択する。この周波数は、その 都度の使用状況で発生する最大負荷時でこのほぼ線形な範囲の下方の周波数より 低いか又はその周波数に等しい。最大周波数偏移Δｆ、すなわち、最大負荷によ って発生する周波数偏移Δｆが、無負荷状態におけるこのほぼ線形な範囲の下方 の周波数によってさし引かれることによって、この開始周波数は決定され得る。 この周波数偏移Δｆは、関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r))にしたがって容易に求 めることができる。このとき、f₀は、管系統又は導管系統の遮断周波数であり、 μ_rは、ガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体，可溶体又はこれらの双 方の物質から成る混合物の比透磁率であり、そして、ε_rは、その混合物の比誘 電率である。 この場合、無負荷状態で選択した特徴のある減衰値に対応する周波数と負荷の かかった状態で選択した特徴のある減衰値に対応する周波数との間の周波数の差 が、負荷に関する目安である。 方法の感度を最大にするため、選択された減衰部分が急峻な範囲内、すなわち 、ほぼ線形な範囲内で発生させるべきであることが容易に分かる。この場合、減 衰特性曲線の変曲点が技術的な理由から優先的に使用される。 測定工程を速めるため、測定された減衰がほぼ線形な範囲内に入るまで、上述 した開始周波数から出発してこのほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の差から 得られるステップで周波数を上げることが目的に合う。既に述べたように、無負 荷状態で測定した減衰に対応する周波数とその測定した周波数との間の周波数の 差は、負荷に関する目安である。 このほぼ線形な範囲を表す一次方程式に基づいてほぼ線形な範囲内にある測定 された減衰部分とそれに対応する周波数を、もう１つの別に選択された特徴のあ る減衰値に変換し、次いで、この特徴のある減衰値の周波数偏移を無負荷状態か ら負荷のかかった状態まで測定することも当然に可能である。 本発明の方法の重要な利点は、総括すると、交番電界の減衰が測定個所に沿っ てその測定個所で算出され、管の真円性に関して過度な要求を課さない点にある 。この測定は、例えば、一般にドイツ工業規格に対応している管内で実施される 。この測定の感度は、このような管でも著しく良好であり、かつ１ｍ³のキャリ アガス当たり１ｇより小さい物質を感知する。 本発明のその他の利点は、交番電界が不整合にされた短いヘルツ式のアンテナ によって発生される点にある。受信アンテナも同様に構成されている。その結果 、摩耗が測定方法の感度にほとんど影響を与えず、かつ、劣化によるこれらのア ンテナの交換が、相当長い期間経過した後に必要なだけである。しかも、短いヘ ルツ式のアンテナが、多大な経費をかけることなしに存在する管系統又は導管系 統内に取付けることができる。 流跡線が管系統内部に発生したとしても、本発明の方法は有効に使用され得る 。測定結果から流跡線を検出して分析するため、90°だけ回転した方位で対向す る２つの交番電界を発生させて、この交番電界の減衰曲線のほぼ線形な範囲周波 数偏移を既に説明したように予め決めた測定個所に沿って算出することが必要で ある。 この場合、この方法の一変形例では、90°だけ回転した方位で対向する両交番 電界を時間的に交互に発生させ、そして、送信アンテナに対してその軸線を揃え て予め定めた距離だけあけて同様に90°だけ回転した方位で対向する受信アンテ ナを用いて、説明したように減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移を算出して いる。これらの90°だけ回転して対向する交番電界の減衰曲線の周波数偏移は、 発生する流跡線によって互いに相違する。次いで、さらなる測定がもはや結果を ほとんど変えないようになるまで合目的的に平均を求めることによって、これら の流跡線を有する負荷密度の平均に相当する１つの周波数偏移が得られる。 他方で、１本の流跡線の空間的な位置と強度を１本の管の内部で測定すること も可能である。これを実現するため、90°だけ回転した方位で対向する同一周波 数で同一位相の２つの交番電界が、同様に管の内部で発生されて、この交番電界 の減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移が、予め決めた測定個所に沿って算出 される。この場合、この周波数偏移の発生と算出は同時に実行される。両交番電 界は、重なって１つの交番電界になる。同様に、減衰曲線のほぼ線形な範囲の１ つの周波数偏移が、この交番電界の方向に発生した負荷の目安として検出される 。90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の振幅が変化することによ って、この発生した交番電界が方位的に回転される。この場合、この発生した交 番電界の振幅が、有効に一定に保持される必要がある。次いで、この発生した交 番電界が方位的に回転することによって、減衰曲線のほぼ線形な範囲の最大と最 小の周波数偏移が算出される。最大と最小の周波数偏移は、１つの流跡線の近く で方位的に90°だけ回転する。そして、１つの流跡線の位置が、この回転方向か ら算出され得る。この場合、その結果は両義的である。何故なら、この交番電界 は軸対称だからである。このことは、最大周波数偏移でのこの交番電界の方位が 、次のように、流跡線の方位の位置に一致することを意味する：α_St＝α_F＋ｎ1 80°，この場合、α_Stはその流跡線の方位角であり、α_Fは交番電界の方位角で あり、そして、ｎは自然数の要素である。したがって、こうして検出された１本 の流跡線は、互いに点対称的に位置する２象限内に常に存在しうる。 この流跡線を通過する最大電界強度に対する最小電界強度の比が、最大周波数 偏移に対する最小周波数偏移の比から直接に算出され得る。管内の交番電界の既 知の量的な電界強度の分布に基づいて、１本の流跡線の半径方向の位置を測定す ることができる。 流跡線の方位を一義的に特定することを可能にするため、その流跡線が存在す る管の断面の半分が、別の方法ステップ中に算出される必要がある。この算出は 、本発明により、送信アンテナに対して90°だけ方位的に離れた位置にある受信 アンテナ中に誘導された交流電圧を評価することによって実行される。測定者が この送信アンテナの位置を0°の方位に固定して設置した場合、180°の位置にお いて交番電界の強度は等しいものの、極性が逆に固定される。90°の位置では、 負荷が均一な場合に、電界強度及びこの電界強度によってこの受信アンテナ中に 誘導された交流電圧が、等しく零である。１本の流跡線がこの送信アンテナのあ る管の半分内で発生した場合は、逆極性の電界強度が90°だけ離れた位置にある この受信アンテナに発生するように、交番電界がひずむ。この電界強度は、この 送信アンテナに供給される交流電圧に対して逆位相の交流電圧を誘導する。流跡 線がこの送信アンテナから離れた管の半分内に存在する場合は、同位相の電圧が 送信アンテナと受信アンテナで測定される。送信アンテナ又は受信アンテナのす ぐ近くに存在する流跡線も十分確実に検出するため、この測定は、送信アンテナ と受信アンテナを入れ替えて繰り返される。 さらに、本発明の方法は、輸送される物質の輸送速度の測定を可能にする。こ の目的のために、交番電界が発生する場所に対して同軸線方向にある２つの地点 、特に、輸送される物質の流れ方向とその逆方向の地点で、乱流によって常に発 生する負荷の濃度の時間的な変動が記録される。そして、両地点で経過した時間 の時間差が１つの相関フィルタを用いて求められる，。輸送される物質の輸送速 度が、この時間差とこれらの測定地点の軸線方向の距離とから算出され得る。物 質の輸送量が、物質の濃度の平均値と輸送速度から算出される。 以下に、本発明の方法を実施の形態に基づいて詳しく説明する。 第１図は、石炭による発電所の燃焼装置の導管の管系統の一部を示す。 第２図は、減衰変化を、高い減衰部分から低い減衰部分まで急峻に推移する範 囲内にある周波数の関数として示す。 第３図は、１つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した 交番電界を示す（方位0°）。 第４図は、１つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した 交番電界を示す（方位90°）。 本発明の課題は、直径500mmの円形断面を有する石炭による発電所の燃焼装置 の導管１内で気流で輸送される微粒状の石炭の量を測定すること、及び、場合に よっては、流跡線を検出することにある。この燃焼装置の導管１の温度は、時間 的に一定であるとみなされる。 まず、2個の孔が、導管１の直線部分の範囲内で1000mmの間隔をあけてその軸 線方向に沿って形成される。1個のヘルツ式のアンテナ（長さ５cm）が、ぞれ ぞれこれらの孔に取付けられる。この目的のために、例えば、一般的な同軸ソケ ットが使用され得る。 不整台にされた短いアンテナを使用するのが好ましい。何故なら、一方で、こ れらのアンテナがほとんど機械的に劣化せず、他方で、発生した機械的な劣化が 電気系統の感度にほとんど影響を与えないからである。空気と石炭の混合物の流 れ方向に沿ってある第１のアンテナ２が送信アンテナとして機能し、第２のアン テナ３が受信アンテナとして機能する。管内で伝播しうる高調波を抑えるため、 急峻なエッジのフィルタがこれらのアンテナに１つずつ直列に接続される。この フィルタの遮断周波数は、導管１の遮断周波数のわずかに上方に存在する。 測定個所のパラメータを測定するため、まず、交番電界の減衰が、無負荷状態 で測定個所に沿って周波数の関数として記録される。この目的のために、交番電 界が、燃焼装置の導管１内部の送信アンテナ２によって発生され、そして、受信 アンテナ３へ向かうこの交番電界の漏話が、周波数の関数として規格化されて記 録される。第２図中に示された代表的な曲線が得られる。この曲線では、減衰部 分が、約1.3MHzの周波数の範囲内でほぼ線形に比較的急峻に傾斜する。ほぼ線形 な基準範囲が、高い減衰部分から低い減衰部分までのこの遷移領域内で特定され る。この基準範囲は、下方の周波数約348.5MHzに対する上方の減衰閾値約45dBと 上方の周波数349.8MHzに対する下方の減衰閾値約20dBとの間に存在する。この基 準範囲内では、減衰特性曲線の編曲点が周波数約349.3MHzで減衰約32dBのとこと に形成される。 減衰曲線の傾きがこのほぼ線形な範囲内で最も急峻である。すなわち、一定の 周波数に対する僅かな負荷の変化が、大きな減衰の変化を引き起こす。 上方の閾値と下方の閾値との絶対値は、発生された交番電界の強さと受信機の 感度に依存する。その下方では波動が起こらない約350MHzの値を遮断周波数ｆ₀ として第２図から定めることができる。 存在する使用態様では、最大で１ｍ³の空気当たり1500ｇの微細な石炭の負荷 が算出できる。このとき、比誘電率は、この空気と石炭の混合物に対してε_r=1. 003になる。比透磁率μ_rは１である。周波数値Δｆは、関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√ μ_rε_r))に基づいて523kHzと算出される。 空気流中に含まれる微細な石炭の量を測定するため、開始周波数約347.9MHz（ 無負荷状態の上方の減衰閾値に対応する周波数値Δｆを差し引いた下方の周波） の交番電界が、送信アンテナ２によって発生され、そして、測定個所によって得 られた減衰部分が、受信アンテナ３によって測定される。この減衰部分は、最初 はほぼ線形な基準範囲の上側に存在する。次いで、この減衰部分がこのほぼ線形 な基準範囲内に入るまで、この交番電界の周波数が段階的に高められる。相違す る周波数のときに負荷のかかった状態で算出された複数の減衰値が、第２図中に 点線の曲線として示されている。交番電界周波数が348.2MHzであるときは、減衰 部分が負荷のかかった状態で44dBである。この減衰部分は、このほぼ線形な基準 範囲内に存在する。無負荷状態では、この減衰部分は348.6MHzである。したがっ て、負荷のかかった状態の減衰特性曲線のほぼ線形な範囲は、無負荷状態に比べ て0.4MHzだけずれている。空気と石炭の混合物の比誘電率ε_rの変化に対するこ のほぼ線形な範囲のこの周波数偏移Δｆからこの関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r ))に基づいて、微細な石炭を含む空気流の負荷が算出され得る。このとき、比透 磁率μ_rは１である。これによれば、1ｍ³の空気当たり0.16ｇの負荷が算出され 得る。この方法の精度を高めるため、このほぼ線形な範囲内で変曲点を基準点と して選び出し、そして、この空気中に含まれる微細な石炭の量を測定するときに 、対応する減衰部分がこの変曲点の減衰部分に一致するまで、交番電界の周波数 を変化させることが目的に合っている。それ故、この減衰部分は有益である。何 故なら、大きな傾きが、このほぼ線形な範囲のこの変曲点に形成され、その結果 、高い感度が実現され得る。 測定処理を速めるため、最大負荷に対して算出した開始周波数から出発して、 この開始周波数を第２の測定点に対してほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の 差だけ、この例では1.3MHzだけ高くすると目的に合う。これによって、減衰した １つの測定点が、最小限の測定回数でこのほぼ線形な範囲内で見つけ出される。 このとき、このほぼ線形な範囲の周波数偏移が直接測定され得るか、又は、最初 に、負荷がかかっているときの変曲点が、このほぼ線形な範囲の一次方程式によ って算出され、次いで、無負荷状態に対する負荷状態のこのほぼ線形な範囲の周 波数偏移が、両変曲点に基づいて算出される。 測定結果から流跡線を検出するためには、さらなる送信アンテナ３と受信アン テナ４を燃焼装置の導管１内に挿入することが必要である。これらのアンテナ３ ，４は、送信アンテナ２と受信アンテナ３に対して方位的に90°だけ回転されて いるが、これらのアンテナ３，４のように同一の高さで軸線方向にある（軸線に 沿っている）。 流跡線を考慮に入れて平均した負荷を算出するため、冒頭で説明したように送 信アンテナ２と受信アンテナ３を入れ替えるか、又は送信アンテナ４と受信アン テナ５を入れ替えたときの交番電界によって、微細な石炭を含む空気流の負荷が 算出され、その平均値が両測定から得られる。このとき、この平均値は、存在す る１本の流跡線を考慮に入れている。平均値を求めるこのサイクルを何回も繰り 返すことによって、測定結果の精度が向上され得る。求められた全ての平均値が 全く又はほとんど変わらなくなるまで、このサイクルを繰り返すことが目的に合 う。 流跡線を検出するため、同一周波数で同一位相の２つの交番電界が、送信アン テナ２，４によって発生される。これらの交番電界は、燃焼装置の導管内部で重 なって１つの交番電界になる。同一周波数で同一位相の両交番電界の漏話は、受 信アンテナ３，５によって記録され、ここから発生したこの交番電界の減衰が、 測定個所に沿って算出される。同一周波数で同一位相の（位相固定式に結合され た）これらの交番電界の振幅を変化させることによって、90°だけ回転して対向 した両交番電界の漏話発生したこの交番電界の方向が、最大で90°だけ方位的に 回転され得る。１つの交番電界をさらに位相反転させることによって、この発生 した交番電界の回転範囲が、180°に拡張され得る。直径が500mmである燃焼装置 の導管１のこの例では、1つの交番電界が、（約100mWに相当する）+20dBm減衰す るアンテナ２，４によってこの燃焼装置の導管内で発生される。90°だけ方位的 に回転して発生された個々の電界から発生したこの交番電界の方位を22.5°のス テップで回転させるため、これらのアンテナのダウンリードの発振が、表に示さ れた値で制御される(bedaempft)。 方角 アンテナ２ アンテナ２ 0° 0dB -50dB 22.5° -1dB -9dB 45° -3dB -3dB 67.5° -9dB -1dB 90° -50dB 0dB 112.5° -9dB（180°だけの位相反転） -1dB 135° -3dB（180°だけの位相反転） -3dB 157.5° -1dB（180°だけの位相反転） -9dB 線形な範囲の周波数偏移が、発生したこの交番電界の個々に示されたこれらの 方角で算出される。そして、微細な石炭を含む空気流の負荷が、冒頭で説明した ように算出される。検出された周波数偏移を以下に列挙する： 方角 周波数偏移 0° 125kNz 22.5° 177kHz 45° 200kHz 67.5° 266kHz 90° 376kHz 12.5° 260kHz 135° 192kHz 157.5° 160kHz 周波数偏移の最大値と、ひいては90°のときの負荷をはっきりと確認すること ができる。このことは、1本の流跡線が90°の方角に存在することを示している 。第3，4図は、燃焼装置の導管1内で発生したこの交番電界を0°の方角（第３図 ）と90°の方角（第４図）の場合で具体的に示す。 最小周波数偏移（最小負荷）に対する最大周波数偏移（最大負荷）の比から、 流跡線の半径方向の位置が推測され得る。この場合、すなわち、比が１：３の場 合は、この流跡線が管壁の近くに存在する。この比が１に向かってさらに移動す ればするほど、この流跡線は、管の断面の中心点に近づく。管の断面の中心点に 直接存在する流跡線は、検出できない。 当然、流跡線の検出は、流跡線がほぼ一定の位置に常に存在するときだけ、す なわち、流跡線が測定時間中にほとんど動かないときだけに有効である。実際の 測定時間が数ミリ秒である場合は、この流跡線の検出は事実上あらゆる制御のと きに可能である。いずれにしても、この例における流跡線を検出する目的は、流 跡線を除去するための解決手段を提供することにある。それ故、ほとんど一定の 位置に常に存在する流跡線が重要である。

【手続補正書】 【提出日】平成１２年３月１３日（２０００．３．１３） 【補正内容】 明細書 ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれら 双方の物質の量を測定する方法 本発明は、固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量を測定する方法に関する 。この物質は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に含有されている。本発明 の好ましい適用分野は、石炭による発電所の燃焼装置の導管内で空気式に輸送さ れる粉炭（炭塵）量の測定である。 固体，可溶体又はこれらの双方の物質の十分な輸送速度及び十分な輸送量を実 現するため、微細な形態で存在する固体，可溶体又はこれらの双方の物質は、ガ ス状のキャリア媒体を含む二相流の状態で多くの場合において乱流になって輸送 される。特に、微細な固体粒子を輸送する場合は、高濃度のいわゆる流跡線(ス トリーク；Straehnen)が輸送管内に形成されることを実際の輸送系統で防ぐこと はできない。このような流跡線は、一つには幾何学的に非常に安定でかつ一定の 位置にとどまりうる。しかし、これらの流跡線は、いろいろな場所に推計学的に も発生し得、かつその大きさと濃度を変化させうるか又は輸送管内部を移動でき る。特に分岐地点では、流跡線が形成されるために、固体が非常に不均一に分散 して、ひいては輸送される物質の量が、個々の輸送管内で著しく異なることにな る。それ故に、このことは、空気式の輸送系統内で輸送された物質の量、特に輸 送系統が分岐している場合に個々の分岐管内へ輸送された物質の量を測定する点 で大きな問題である。例えば、等速的に吸引する管のいろいろな測定地点に関す るように、公知の方法は、大抵非常に不正確な測定値を算出する。何故なら、流 跡線がほとんど又は偶然にしか検出されないからである。しかも、このような測 定は長時間を要する。多くの場合、このような測定は、何時間か後に初めて測定 結果を出力する。そのため、このような測定をフィードバック制御系で使用する ことは不可能である。 空気式の輸送工程を監視して、輸送される物質の量を分岐している系統内で制 御するため、測定速度の速い測定システムが必要である。それ故に、マイクロ波 をこのような測定の課題に対して使用することがかなり前から試みられている。 この場合、特定の周波数のマイクロ波が、測定個所どして用意された管の一部分 に入力され、その測定個所の一端部で振幅と位相の変化を記録する。この測定原 理の物理的な根拠は、固体，可溶体又はこれらの双方の物質を伴うキャリアガス の負荷（重量；Beladung）が輸送管内部の包括的な誘電率を変化させ、そしてマ イクロ波がこれらの誘電率に依存して減衰しかつ位相がずれるという事実である 。対応する測定方法が、例えば、欧州特許第0717269号明細書，欧州特許第66952 2号明細書又は米国特許第5177444号明細書中に説明されている。しかし、マイク ロ波を使用した公知の測定方法の感度の高さは、空気式の輸送系統に対しては不 十分である。特に、輸送管が分岐しているために、相違する物質の量が個々の管 又は管の一部内に輸送される。つまり、1ｍ³のキャリアガス当たりの気体，可溶 体又はこれらの双方の物質の量の濃度が、既に述べた流跡線の形成によって管系 統つまり導管系統内部で空間的に分散して相違する。したがって、例えば、石炭 による発電所のボイラーの燃焼装置への粉炭の供給を十分正確に制御するために は、1ｍ³のキャリアガス当たり１ｇの粉炭の測定分解能が必要である。このよう に僅かな負荷の相違は、この包括的な誘電率を極めて僅かしか変化させず、その 結果、マイクロ波の減衰と位相にほんの僅かしか影響を与えない。 さらに、空気式の輸送系統内で負荷を測定するためにマイクロ波を使用すると 、反射したマイクロ波自体による寄生誘導に基づいて重大な問題を引き起こす。 特に負荷が僅かな場合は、マイクロ波の減衰が非常に小さい。その結果、これら のマイクロ波は、導管系統内で１本の中空導体内のように広い区間にわたって伝 導されて、閉鎖部分，分岐部分又は端部で反射される。往復伝搬する複数の波動 が重なり、ひいては測定結果が著しく不正確になる。 さらに、これらの方法は装置に関して著しく高い経費を必要とするという欠点 が、マイクロ波を使用するこれらの公知の方法にはある。一般に、測定個所とし て用意すべき幾何学的に高精度で適合した送受信アンテナを有する管の一部を導 管系統内に嵌め込むことが必要である。複数のスロット結合部を存在する管の複 数の部分内に送受信装置として経費をかけて取り付けることも公知である。この 場合、これらの部分は、予め決めた幾何図形的配列に一致している必要がある。 本発明の課題は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体，可溶体 又はこれら双方の物質の量を測定する方法を提供することにある。この方法は、 相違が僅かであるときでも、つまり負荷の相違が僅かであるときでも使用可能で あり、かつ存在する管系統内の主要な干渉を必要としない。さらに、本発明の課 題は、1ｍ³のキャリア媒体当たり1ｇの量の最低限の測定分解能でも優れていて 、かつ測定個所の幾何図形的配列に関して多大な要求を課すことのないように、 方法を発展させることにある。 この課題は、本発明により、請求の範囲の第１項に記載の方法によって解決さ れる。この場合、本発明の好適な構成が、後続する複数の請求の範囲に記載され ている。 本発明は、一定の距離に沿った交番電界の減衰の周波数特性が、波動を特徴づ ける遮断周波数より低いところで高い減衰値から低い減衰値までの階段関数に似 た比較的急峻でほぼ線形な推移を呈するという物理的な関係を利用する。この推 移は、その波形（階段関数）に関して無負荷状態から、すなわち、固体，可溶体 又はこれらの双方の負荷のないキャリアガスから比較的大きな負荷までの広範囲 にわたって変化しない。しかし、この遷移が起きる周波数の範囲が、負荷に依存 して低い周波数へ偏移する。この場合、この周波数偏移率は、固体，可溶体又は これらの双方の物質を伴うキャリアガスの負荷に関する目安である。 本発明の本質は、交番電界を管の一部又は導管の一部の内部で発生させること 、及び負荷のかかったガス流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に位 置する一定の距離に沿ってこの交番電界の漏話(誘導妨害；Uebersprechen)を検 出することにある。この場合、まず、上述した減衰の推移の形態と周波数帯域が 、無負荷状態で算出され、次いで、負荷によるこの推移の周波数偏移が、低い周 波数に対して測定される。そして、このことから、固体，可溶体又はこれらの双 方の物質を伴うキャリアガスの負荷が、既知の関係に基づいて求まる。これらの ことを実現するために、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数に 対応する下方減衰閾値とによって限定されるほぼ線形な範囲が、遷移範囲内で合 目的的に特定される。この場合、このほぼ線形の範囲内で有限な感度を呈する実 際の受信機を使用したときに、変曲点が周波数に対する減衰特性曲線に存在する 。この変曲点は、数学的にかつ技術的に容易に算出することができる。このほぼ 線 形な範囲内では、僅かな周波数変化がその減衰の大きな変化につながる。それ故 に、このほぼ線形な範囲内の複数の地点又は範囲を高い精度で検出つまり測定す ることができる。 本発明の本質が変更され得るように、いろいろな変形が技術的に可能である。 したがって、例えば、１つの特徴のある減衰値が、ほぼ線形な範囲内で無負荷 状態時に対応する周波数で選び出される。そして、負荷を算出するため、負荷の かかった状態で測定された減衰が最初に選び出したその減衰値と一致するまで、 加えられた交番電界の周波数が開始周波数から出発して可変される（上げられる ）。測定者は、開始周波数として１つの周波数を選択する。この周波数は、その 都度の使用状況で発生する最大負荷時でこのほぼ線形な範囲の下方の周波数より 低いか又はその周波数に等しい。最大周波数偏移Δｆ、すなわち、最大負荷によ って発生する周波数偏移Δｆが、無負荷状態におけるこのほぼ線形な範囲の下方 の周波数によってさし引かれることによって、この開始周波数は決定され得る。 この周波数偏移Δｆは、関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r))にしたがって容易に求 めることができる。このとき、f₀は、管系統又は導管系統の遮断周波数であり、 μ_rは、ガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体，可溶体又はこれらの双 方の物質から成る混合物の比透磁率であり、そして、ε_rは、その混合物の比誘 電率である。 この場合、無負荷状態で選択した特徴のある減衰値に対応する周波数と負荷の かかった状態で選択した特徴のある減衰値に対応する周波数との間の周波数の差 が、負荷に関する目安である。 方法の感度を最大にするため、選択された減衰部分が急峻な範囲内、すなわち 、ほぼ線形な範囲内で発生させるべきであることが容易に分かる。この場合、減 衰特性曲線の変曲点が技術的な理由から優先的に使用される。 測定工程を速めるため、測定された減衰がほぼ線形な範囲内に入るまで、上述 した開始周波数から出発してこのほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の差から 得られるステップで周波数を上げることが目的に合う。既に述べたように、無負 荷状態で測定した減衰に対応する周波数とその測定した周波数との間の周波数の 差は、負荷に関する目安である。 このほぼ線形な範囲を表す一次方程式に基づいてほぼ線形な範囲内にある測定 された減衰部分とそれに対応する周波数を、もう１つの別に選択された特徴のあ る減衰値に変換し、次いで、この特徴のある減衰値の周波数偏移を無負荷状態か ら負荷のかかった状態まで測定することも当然に可能である。 本発明の方法の重要な利点は、総括すると、交番電界の減衰が測定個所に沿っ てその測定個所で算出され、管の真円性に関して過度な要求を課さない点にある 。この測定は、例えば、一般にドイツ工業規格に対応している管内で実施される 。この測定の感度は、このような管でも著しく良好であり、かつ１ｍ³のキャリ アガス当たり１ｇより小さい物質を感知する。 本発明のその他の利点は、交番電界が不整合にされた短いヘルツ式のアンテナ によって発生される点にある。受信アンテナも同様に構成されている。その結果 、摩耗が測定方法の感度にほとんど影響を与えず、かつ、劣化によるこれらのア ンテナの交換が、相当長い期間経過した後に必要なだけである。しかも、短いヘ ルツ式のアンテナが、多大な経費をかけることなしに存在する管系統又は導管系 統内に取付けることができる。 流跡線が管系統内部に発生したとしても、本発明の方法は有効に使用され得る 。測定結果から流跡線を検出して分析するため、90°だけ回転した方位で対向す る２つの交番電界を発生させて、この交番電界の減衰曲線のほぼ線形な範囲周波 数偏移を既に説明したように予め決めた測定個所に沿って算出することが必要で ある。 この場合、この方法の一変形例では、90°だけ回転した方位で対向する両交番 電界を時間的に交互に発生させ、そして、送信アンテナに対してその軸線を揃え て予め定めた距離だけあけて同様に90°だけ回転した方位で対向する受信アンテ ナを用いて、説明したように減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移を算出して いる。これらの90°だけ回転して対向する交番電界の減衰曲線の周波数偏移は、 発生する流跡線によって互いに相違する。次いで、さらなる測定がもはや結果を ほとんど変えないようになるまで合目的的に平均を求めることによって、これら の流跡線を有する負荷密度の平均に相当する１つの周波数偏移が得られる。 他方で、１本の流跡線の空間的な位置と強度を１本の管の内部で測定すること も可能である。これを実現するため、90°だけ回転した方位で対向する同一周波 数で同一位相の２つの交番電界が、同様に管の内部で発生されて、この交番電界 の減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移が、予め決めた測定個所に沿って算出 される。この場合、この周波数偏移の発生と算出は同時に実行される。両交番電 界は、重なって１つの交番電界になる。同様に、減衰曲線のほぼ線形な範囲の１ つの周波数偏移が、この交番電界の方向に発生した負荷の目安として検出される 。90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の振幅が変化することによ って、この発生した交番電界が方位的に回転される。この場合、この発生した交 番電界の振幅が、有効に一定に保持される必要がある。次いで、この発生した交 番電界が方位的に回転することによって、減衰曲線のほぼ線形な範囲の最大と最 小の周波数偏移が算出される。最大と最小の周波数偏移は、１つの流跡線の近く で方位的に90°だけ回転する。そして、１つの流跡線の位置が、この回転方向か ら算出され得る。この場合、その結果は両義的である。何故なら、この交番電界 は軸対称だからである。このことは、最大周波数偏移でのこの交番電界の方位が 、次のように、流跡線の方位の位置に一致することを意味する：α_St＝α_F＋ｎ1 80°，この場合、α_Stはその流跡線の方位角であり、α_Fは交番電界の方位角で あり、そして、ｎは自然数の要素である。したがって、こうして検出された１本 の流跡線は、互いに点対称的に位置する２象限内に常に存在しうる。 この流跡線を通過する最大電界強度に対する最小電界強度の比が、最大周波数 偏移に対する最小周波数偏移の比から直接に算出され得る。管内の交番電界の既 知の量的な電界強度の分布に基づいて、１本の流跡線の半径方向の位置を測定す ることができる。 流跡線の方位を一義的に特定することを可能にするため、その流跡線が存在す る管の断面の半分が、別の方法ステップ中に算出される必要がある。この算出は 、本発明により、送信アンテナに対して90°だけ方位的に離れた位置にある受信 アンテナ中に誘導された交流電圧を評価することによって実行される。測定者が この送信アンテナの位置を0°の方位に固定して設置した場合、180°の位置にお いて交番電界の強度は等しいものの、極性が逆に固定される。90°の位置では、 負荷が均一な場合に、電界強度及びこの電界強度によってこの受信アンテナ中に 誘導された交流電圧が、等しく零である。1本の流跡線がこの送信アンテナのあ る管の半分内で発生した場合は、逆極性の電界強度が90°だけ離れた位置にある この受信アンテナに発生するように、交番電界がひずむ。この電界強度は、この 送信アンテナに供給される交流電圧に対して逆位相の交流電圧を誘導する。流跡 線がこの送信アンテナから離れた管の半分内に存在する場合は、同位相の電圧が 送信アンテナと受信アンテナで測定される。送信アンテナ又は受信アンテナのす ぐ近くに存在する流跡線も十分確実に検出するため、この測定は、送信アンテナ と受信アンテナを入れ替えて繰り返される。 さらに、本発明の方法は、輸送される物質の輸送速度の測定を可能にする。こ の目的のために、交番電界が発生する場所に対して同軸線方向にある２つの地点 、特に、輸送される物質の流れ方向とその逆方向の地点で、乱流によって常に発 生する負荷の濃度の時間的な変動が記録される。そして、両地点で経過した時間 の時間差が１つの相関フィルタを用いて求められる。輸送される物質の輸送速度 が、この時間差とこれらの測定地点の軸線方向の距離とから算出され得る。物質 の輸送量が、物質の濃度の平均値と輸送速度から算出される。 以下に、本発明の方法を実施の形態に基づいて詳しく説明する。 第１図は、石炭による発電所の燃焼装置の導管の管系統の一部を示す。 第２図は、減衰変化を、高い減衰部分から低い減衰部分まで急峻に推移する範 囲内にある周波数の関数として示す。 第３図は、１つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した 交番電界を示す（方位0°）。 第４図は、1つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した 交番電界を示す（方位90°）。 本発明の課題は、直径500mmの円形断面を有する石炭による発電所の燃焼装置 の導管１内で気流で輸送される微粒状の石炭の量を測定すること、及び、場合に よっては、流跡線を検出することにある。この燃焼装置の導管１の温度は、時間 的に一定であるとみなされる。 まず、2個の孔が、導管１の直線部分の範囲内で1000mmの間隔をあけてその軸 線方向に沿って形成される。１個のヘルツ式のアンテナ（長さ５cm）が、ぞれ ぞれこれらの孔に取付けられる。この目的のために、例えば、一般的な同軸ソケ ットが使用され得る。 不整合にされた短いアンテナを使用するのが好ましい。何故なら、一方で、こ れらのアンテナがほとんど機械的に劣化せず、他方で、発生した機械的な劣化が 電気系統の感度にほとんど影響を与えないからである。空気と石炭の混合物の流 れ方向に沿ってある第１のアンテナ２が送信アンテナとして機能し、第２のアン テナ３が受信アンテナとして機能する。管内で伝播しうる高調波を抑えるため、 急峻なエッジのフィルタがこれらのアンテナに１つずつ直列に接続される。この フィルタの遮断周波数は、導管１の遮断周波数のわずかに上方に存在する。 測定個所のパラメータを測定するため、まず、交番電界の減衰が、無負荷状態 で測定個所に沿って周波数の関数として記録される。この目的のために、交番電 界が、燃焼装置の導管１内部の送信アンテナ２によって発生され、そして、受信 アンテナ３へ向かうこの交番電界の漏話が、周波数の関数として規格化されて記 録される。第２図中に示された代表的な曲線が得られる。この曲線では、減衰部 分が、約1.3MHzの周波数の範囲内でほぼ線形に比較的急峻に傾斜する。ほぼ線形 な基準範囲が、高い減衰部分から低い減衰部分までのこの遷移領域内で特定され る。この基準範囲は、下方の周波数約348.5MHzに対する上方の減衰閾値約45dBと 上方の周波数349.8MHzに対する下方の減衰閾値約20dBとの間に存在する。この基 準範囲内では、減衰特性曲線の変曲点が周波数約349.3MHzで減衰約32dBのとこと に形成される。 減衰曲線の傾きがこのほぼ線形な範囲内で最も急峻である。すなわち、一定の 測定周波数に対する僅かな負荷の変化が、大きな減衰の変化を引き起こす。 上方の閾値と下方の閾値との絶対値は、発生された交番電界の強さと受信機の 感度に依存する。その下方では波動が起こらない約350MHzの値を遮断周波数f₀と して第２図から定めることができる。 存在する使用態様では、最大で１ｍ³の空気当たり1500ｇの微細な石炭の負荷 が算出できる。このとき、比誘電率は、この空気ど石炭の混合物に対してε_r=1. 003になる。比透磁率μ_rは１である。周波数値Δｆは、関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√ μ_rε_r))に基づいて523kHzと算出される。 空気流中に含まれる微細な石炭の量を測定するため、開始周波数約347.9MHz（ 無負荷状態の上方の減衰閾値に対応する周波数値Δｆを差し引いた下方の周波） の交番電界が、送信アンテナ２によって発生され、そして、測定個所によって得 られた減衰部分が、受信アンテナ３によって測定される。この減衰部分は、最初 はほぼ線形な基準範囲の上側に存在する。次いで、この減衰部分がこのほぼ線形 な基準範囲内に入るまで、この交番電界の周波数が段階的に高められる。相違す る周波数のときに負荷のかかった状態で算出された複数の減衰値が、第２図中に 点線の曲線として示されている。交番電界周波数が348.2MHzであるときは、減衰 部分が負荷のかかった状態で44dBである。この減衰部分は、このほぼ線形な基準 範囲内に存在する。無負荷状態では、この減衰部分は348.6MHzである。したがっ て、負荷のかかった状態の減衰特性曲線のほぼ線形な範囲は、無負荷状態に比べ てO.4MHzだけずれている。空気と石炭の混合物の比誘電率ε_rの変化に対するこ のほぼ線形な範囲のこの周波数偏移Δｆからこの関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r ))に基づいて、微細な石炭を含む空気流の負荷が算出され得る。このとき、比透 磁率μ_rは１である。これによれば、1ｍ³の空気当たり0.16ｇの負荷が算出され 得る。この方法の精度を高めるため、このほぼ線形な範囲内で変曲点を基準点と して選び出し、そして、この空気中に含まれる微細な石炭の量を測定するときに 、対応する減衰部分がこの変曲点の減衰部分に一致するまで、交番電界の周波数 を変化させることが目的に合っている。それ故、この減衰部分は有益である。何 故なら、大きな傾きが、このほぼ線形な範囲のこの変曲点に形成され、その結果 、高い感度が実現され得る。 測定処理を速めるため、最大負荷に対して算出した開始周波数から出発して、 この開始周波数を第２の測定点に対してほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の 差だけ、この例では1.3MHzだけ高くすると目的に合う。これによって、減衰した １つの測定点が、最小限の測定回数でこのほぼ線形な範囲内で見つけ出される。 このとき、このほぼ線形な範囲の周波数偏移が直接測定され得るか、又は、最初 に、負荷がかかっているときの変曲点が、このほぼ線形な範囲の一次方程式によ って算出され、次いで、無負荷状態に対する負荷状態のこのほぼ線形な範囲の周 波数偏移が、両変曲点に基づいて算出される。 測定結果から流跡線を検出するためには、さらなる送信アンテナ３と受信アン テナ４を燃焼装置の導管１内に挿入することが必要である。これらのアンテナ３ ，４は、送信アンテナ２と受信アンテナ３に対して方位的に90°だけ回転されて いるが、これらのアンテナ３，４のように同一の高さで軸線方向にある（軸線に 沿っている）。 流跡線を考慮に入れて平均した負荷を算出するため、冒頭で説明したように送 信アンテナ２と受信アンテナ３を入れ替えるか、又は送信アンテナ４と受信アン テナ５を入れ替えたときの交番電界によって、微細な石炭を含む空気流の負荷が 算出され、その平均値が両測定から得られる。このとき、この平均値は、存在す る１本の流跡線を考慮に入れている。平均値を求めるこのサイクルを何回も繰り 返すことによって、測定結果の精度が向上され得る。求められた全ての平均値が 全く又はほとんど変わらなくなるまで、このサイクルを繰り返すことが目的に合 う。 流跡線を検出するため、同一周波数で同一位相の２つの交番電界が、送信アン テナ２，４によって発生される。これらの交番電界は、燃焼装置の導管内部で重 なって１つの交番電界になる。同一周波数で同一位相の両交番電界の漏話は、受 信アンテナ３，５によって記録され、ここから発生したこの交番電界の減衰が、 測定個所に沿って算出される。同一周波数で同一位相の（位相固定式に結合され た）これらの交番電界の振幅を変化させることによって、90°だけ回転して対向 した両交番電界の重なったこの交番電界の方向が、最大で90°だけ方位的に回転 され得る。１つの交番電界をさらに位相反転させることによって、この発生した 交番電界の回転範囲が、180°に拡張され得る。直径が500mmである燃焼装置の導 管１のこの例では、1つの交番電界が、（約100mWの送信出力に相当する）+20dBm 減衰するアンテナ２，４によってこの燃焼装置の導管内で発生される。90°だけ 方位的に回転して発生された個々の電界の重なりから発生したこの交番電界の方 位を22.5°のステップで回転させるため、これらのアンテナのダウンリードの発 振が、表に示された値で制御される(bedaempft)。 方角 アンテナ２ アンテナ２ 0° 0dB -50dB 22.5° -1dB -9dB 45° -3dB -3dB 67.5° -9dB -1dB 90° -50dB 0dB 112.5° -9dB（180°だけの位相反転） -1dB 135° -3dB（180°だけの位相反転） -3dB 157.5° -1dB（180°だけの位相反転） -9dB 線形な範囲の周波数偏移が、発生したこの交番電界の個々に示されたこれらの 方角で算出される。そして、微細な石炭を含む空気流の負荷が、冒頭で説明した ように算出される。検出された周波数偏移を以下に列挙する： 方角 周波数偏移 0° 125kNz 22.5° 177kHz 45° 200kHz 67.5° 266kHz 90° 376kHz 112.5° 260kHz 135° 192kHz 157.5° 160kHz 周波数偏移の最大値と、ひいては90°のときの負荷をはっきりと確認すること ができる。このことは、1本の流跡線が90°の方角に存在することを示している 。第3，4図は、燃焼装置の導管1内で発生したこの交番電界を0°の方角（第３図 ）と90°の方角（第４図）の場合で具体的に示す。 最小周波数偏移（最小負荷）に対する最大周波数偏移（最大負荷）の比から、 流跡線の半径方向の位置が推測され得る。この場合、すなわち、比が１：３の場 合は、この流跡線が管壁の近くに存在する。この比が１に向かってさらに移動す ればするほど、この流跡線は、管の断面の中心点に近づく。管の断面の中心点に 直接存在する流跡線は、検出できない。 当然、流跡線の検出は、流跡線がほぼ一定の位置に常に存在するときだけ、す なわち、流跡線が測定時間中にほとんど動かないときだけに有効である。実際の 測定時間が数ミリ秒である場合は、この流跡線の検出は事実上あらゆる制御のと きに可能である。いずれにしても、この例における流跡線を検出する目的は、流 跡線を除去するための解決手段を提供することにある。それ故、ほとんど一定の 位置に常に存在する流跡線が重要である。 請求の範囲 1．電気信号を二層流中に入力し、流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向 沿いにその入力地点に対して所定の距離だけ離れた地点でこの電気信号を受信し 、この入力された信号に対するこの受信した電気信号の変化を算出し、そしてこ の変化に基づき、かつ固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の所定量を 考慮に入れない較正測定によるか、又はこれらの固体物質，可溶性物質又はこれ らの双方の物質の所定量を伴った校正測定によってその二層流中に有する固体， 可溶性体又はこれらの双方の物質の量を測定する方法ステップから成る、ガス状 のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体，可溶性体又はこれらの双方の物質 の量を測定する方法において、 Ａ．この電気信号は、電磁波として伝播不可能な交番電界であり、 Ｂ．最初に、この交番電界の周波数を遮断周波数より低い範囲で変化させること によって、測定区間に沿ったこの交番電界の減衰（量）が、周波数の関数とし て算出され、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数に対応する 下方減衰閾値との間の１本のほぼ線形な領域が、その減衰特性曲線の最も急峻 な上がり勾配の範囲内で規定されて基準範囲として記録され、そして、 Ｃ．この二相流中の固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量が、較正測定（値 ）に対するこのほぼ線形な領域の周波数偏移に基づいて測定されること を特 徴とする方法。 2．周波数値Δｆが、或る適用態様で発生した最大の可溶体負荷又は固体負荷の ときのほぼ線形な範囲に対応し、かつf₀が無負荷の管系又は導管系の遮断周波数 ，μ_rがガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体，可溶体又はこれらの双 方の物質から成る混合物の比透磁率，ε_rがその混合物の比誘電率であるときに 、Δｆが関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r))にしたがって算出され、かつ、請求の 範囲の第１項に記載のステップＢで算出された下方の周波数よりこの周波数値Δ ｆだけ小さい周波数の交番電界が発生される場合、この交番電界がこの請求の範 囲の第１項に記載のステップＣにしたがって二相流中の固体，可溶体又はこれら の双方の物質の量を測定するため、この交番電界の減衰が、 受信アンテナによって測定され、この減衰は、このステップＢで算出された上方 と下方の減衰閾値の間に存在する基準として選択された減衰と比較され、越えた ときに、この測定された減衰値がこの基準として選択された減衰値と一致するま で、この交番電界の周波数が上げられ、そして、無負荷状態時の基準範囲内で選 択された減衰に対応する周波数と負荷のかかった時のこの減衰値に対応する周波 数との間の周波数の差から、この含まれている固体，可溶体又はこれらの双方の 物質の量が測定されることを特徴とする請求の範囲の第１項に記載の方法。 3．請求の範囲の第１項に記載のステップＢにしたがって測定個所のパラメータ を算出するため、変曲点がほぼ線形な範囲内で算出されることを特徴とする請求 の範囲の第１項〜第２項のいずれか１項に記載の方法。 4．請求の範囲の第２項にしたがって周波数の差を算出するため、変曲点が基準 として選択されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第３項のいずれか１項 に記載の方法。 5．二相流中の固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量を測定するため、 Ｄ．或る周波数の交番電界が発生され、この交番電界の減衰が受信アンテナによ って測定され、そして、この減衰が基準範囲と比較され、この場合、周波数値 Δｆが、最大の可溶体負荷又は固体負荷のときのほぼ線形な範囲の周波数偏移 に相当し、この或る周波数は、請求の範囲の第１項に記載のステップＢで算出 された基準範囲の下方の周波数より低く、 Ｅ．上方の減衰閾値を越えたとき、交番電界の周波数が最大でこの基準範囲の上 方と下方の周波数との間の周波数の差だけ上げられ、この交番電界の減衰が、 この受信アンテナによって新たに測定され、測定された減衰が下方の減衰閾値 と上方の減衰閾値との間に入るまで、このステップが繰り返され、そして、 Ｆ．この測定された減衰部分に対応する周波数と無負荷状態時のこの基準範囲内 のこの減衰値に対応する周波数との間の周波数の差から、その含まれている固 体，可溶体又はこれらの双方の物質の量が測定されることを特徴とする方法。 6．２つの交番電界が、二相流を輸送する１本の電気伝導性の管系の一部の内部 で90°だけ回転した方位で対向して時間的に交互に発生され、この二相流の流れ 方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互いに90°だけ回転した方位で 対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離だけ離れた地点で、これら の交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ回転した方位で軸線に沿っ た２本の受信アンテナによって、これらの交番電界の漏話が記録され、これらの 受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられていること、及び、その 含まれている固体，可溶体又はこれらの双方の物質が、請求の範囲の第１項に記 載のステップＢ，Ｃ、又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってその都度測 定され、そして、平均値がこれらの個々の測定結果から求められることを特徴と する請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。 7．求められた平均値が予め決めた許容限界をもはや超えないか又は下回らない まで、測定が継続されることを特徴とする請求の範囲の第６項に記載の方法。 8．同一位相で同一周波数の２つの交番電界が、二相流を輸送するほぼ円形の１ 本の電気伝導性の管系の一部の内部で90°だけ回転した方位で対向して同時に発 生され、この二相流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互い に90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離 だけ離れた地点で、これらの交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ 回転した方位で軸線に沿った２本の受信アンテナによって、両交番電界の漏話が 測定され、これらの受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられてい て、そして、１つの交番電界が、90°だけ回転した方位で対向する両交番電界に 重ねることによって発生され、この交番電界は、90°だけ回転した方位で対向す るこれらの交番電界の振幅を変化させて、発生した１つの交番電界を位相反転さ せることによって、最大で180°の方角に回転され得ること、及び、その含まれ ている固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量が、請求の範囲の第１項に記載 のステップＢ，Ｃ又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってこの発生した交 番電界に基づいてその都度測定され、この場合、その含まれている固体，可溶体 又はこれらの双方の物質の最大量と最小 量が測定されるまで、この発生した交番電界が方角的に回転され、そして、この 物質及びこれらの物質の空間的な配置から、その含まれている固体，可溶体又は これらの双方の物質の総量が算出され、かつ存在する１本の流跡線の位置と濃度 が近似的に測定され、この場合、この流跡線の方位位置が、180°の角度範囲内 だけで明確に測定可能であることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第５項のい ずれか１項に記載の方法。 9．１本の流跡線の位置を360°の角度範囲内で明確に測定するため、最初に、18 0°の角度範囲内にある１本の流跡線の位置が、請求の範囲の第８項にしたがっ て測定され、減衰曲線のほぼ線形な範囲内にある周波数を呈する１つの交番電界 が、次の方法ステップで発生され、そして、この交番電界は、送信アンテナに対 して方位的に90°だけ回転した１本の受信アンテナによって検出されて、この流 跡線の位置が、この受信アンテナに誘導された交流電圧の位相の位置に基づいて 割当てられ、この場合、この送信アンテナの位置において0°の方角から出発し て、この流跡線は、同位相のときには90°より大きくてかつ270°より小さい範 囲内に存在し、逆位相のときには270°より大きいか又は90°より小さい範囲内 に存在することを特徴とする請求の範囲の第８項に記載の方法。 10．交番電界の発生、及びこの交番電界の漏話の受信は、短いヘルツ式のアンテ ナによって実行されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第９項のいずれか １項に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体，可溶性体又はこれらの 双方の物質の量を測定する方法において、 Ａ．電磁波以外に伝播しうる交番電界が、二相流を輸送する電気伝導性の管系又 は導管系の一部内で発生され、この交番電界の漏話が、１本の受信アンテナに よってこの二相流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿ってその 交番電界の発生地点から特定の距離だけ離れた地点で記録され、 Ｂ．最初に、測定すべき固体，可溶体，若しくはこれらの双方の物質なしで、又 はこれらの固体，可溶体，若しくはこれらの双方の物質を伴ないつつその測定 個所のパラメータを算出するため、この交番電界の減衰が、その測定地点に沿 って周波数の関数として記録され、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上 方の周波数に対応する下方減衰閾値との間のほぼ線形な範囲が、算出された減 衰特性曲線の最も急峻な上がり勾配の範囲内で測定されて基準範囲として記録 され、 Ｃ．適切な測定工程によってこの二相流中の固体，可溶体又はこれらの双方の物 質の量を測定するため、このほぼ線形な範囲の周波数偏移が測定されて、その 含まれている固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量がこの周波数偏移から 測定されることを特徴とする方法。 2．周波数値Δｆが、或る適用態様で発生した最大の可溶体負荷又は固体負荷の ときのほぼ線形な範囲に対応し、かつf₀が無負荷の管系又は導管系の遮断周波数 ，μ_rがガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体，可溶体又はこれらの双 方の物質から成る混合物の比透磁率，ε_rがその混合物の比誘電率であるときに 、Δｆが関係式Δｆ＝f₀(1-1/(√μ_rε_r))にしたがって算出され、かつ、請求の 範囲の第1項に記載のステップＢで算出された下方の周波数よりこの周波数値Δ ｆだけ小さい周波数の交番電界が発生される場合、この交番電界がこの請求の範 囲の第１項に記載のステップＣにしたがって二相流中の固体，可溶体又はこれら の双方の物質の量を測定するため、この交番電界の減衰が、受信アンテナによっ て測定され、この減衰は、このステップＢで算出された上方と下方の減衰閾値の 間に存在する基準として選択された減衰と比較され、越 えたときに、この測定された減衰がこの基準として選択された減衰値と一致する まで、この交番電界の周波数が上げられ、そして、無負荷状態時の基準範囲内で 選択された減衰に対応する周波数と負荷のかかった時のこの減衰値に対応する周 波数との間の周波数の差から、この含まれている固体，可溶体又はこれらの双方 の物質の量が測定されることを特徴とする請求の範囲の第１項に記載の方法。 3．請求の範囲の第１項に記載のステップＢにしたがって測定個所のパラメータ を算出するため、変曲点がほぼ線形な範囲内で算出されることを特徴とする請求 の範囲の第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。 4．請求の範囲の第２項にしたがって周波数の差を算出するため、変曲点が基準 として選択されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第３項のいずれか１項 に記載の方法。 5．二相流中の固体，可溶体又はこれらの双方の物質の量を測定するため、 Ｄ．或る周波数の交番電界が発生され、この交番電界の減衰が受信アンテナによ って測定され、そして、この減衰が基準範囲と比較され、この場合、周波数値 Δｆが、最大の可溶体負荷又は固体負荷のときのほぼ線形な範囲の周波数偏移 に相当し、この或る周波数は、請求の範囲の第１項に記載のステップＢで算出 された基準範囲の下方の周波数より低く、 Ｅ．上方の減衰閾値を越えたとき、交番電界の周波数が最大でこの基準範囲の上 方と下方の周波数との間の周波数の差だけ上げられ、この交番電界の減衰が、 この受信アンテナによって新たに測定され、測定された減衰が下方の減衰閾値 の上方の減衰閾値の間に入るまで、このステップが繰り返され、そして、 Ｆ．この測定された減衰部分に対応する周波数と無負荷状態時のこの基準範囲内 のこの減衰値に対応する周波数との間の周波数の差から、その含まれている固 体，可溶体又はこれらの双方の物質の量が測定されることを特徴とする方法。 6．２つの交番電界が、二相流を輸送する１本の電気伝導性の管系の一部の内部 で90°だけ回転した方位で対向して時間的に交互に発生され、この二相流の 流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互いに90°だけ回転した方 位で対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離だけ離れた地点で、こ れらの交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ回転した方位で軸線に 沿った２本の受信アンテナによって、これらの交番電界の漏話が記録され、これ らの受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられていること、及び、 その含まれている固体，可溶体又はこれらの双方の物質が、請求の範囲の第１項 に記載のステップＢ，Ｃ、又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってその都 度測定され、そして、平均値がこれらの個々の測定結果から求められることを特 徴とする請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。 7．求められた平均値が予め決めた許容限界をもはや超えないか又は下回らない まで、測定が継続されることを特徴とする請求の範囲の第６項に記載の方法。 8．同一位相で同一周波数の２つの交番電界が、二相流を輸送するほぼ円形の１ 本の電気伝導性の管系の一部の内部で90°だけ回転した方位で対向して同時に発 生され、この二相流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互い に90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離 だけ離れた地点で、これらの交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ 回転した方位で軸線に沿った２本の受信アンテナによって、両交番電界の漏話が 測定され、これらの受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられてい て、そして、１つの交番電界が、90°だけ回転した方位で対向する両交番電界に よって発生され、この交番電界は、90°だけ回転した方位で対向するこれらの交 番電界の振幅を変化させて、発生した１つの交番電界を位相反転させることによ って、最大で180°の方角に回転され得ること、及び、その含まれている固体， 可溶体又はこれらの双方の物質の量が、請求の範囲の第１項に記載のステップＢ ，Ｃ又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってこの発生した交番電界に基づ いてその都度測定され、この場合、その含まれている固体，可溶体又はこれらの 双方の物質の最大量と最小量が測定されるまで、この発生した交番電界が方角的 に回転され、そして、この物質及びこれらの物質の空間的な配置から、その含ま れている固体，可溶体又はこれらの 双方の物質の総量が算出され、かつ存在する１本の流跡線の位置と濃度が近似的 に測定され、この場合、この流跡線の方位位置が、180°の角度範囲内だけで明 確に測定可能であることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１ 項に記載の方法。 9．１本の流跡線の位置を360°の角度範囲内で明確に測定するため、最初に、18 0°の角度範囲内にある１本の流跡線の位置が、請求の範囲の第８項にしたがっ て測定され、減衰曲線のほぼ線形な範囲内にある周波数を呈する１つの交番電界 が、次の方法ステップで発生され、そして、この交番電界は、送信アンテナに対 して方位的に90°だけ回転した１本の受信アンテナによって検出されて、この流 跡線の位置が、この受信アンテナに誘導された交流電圧の位相の位置に基づいて 割当てられ、この場合、この送信アンテナの位置において0°の方角から出発し て、この流跡線は、同位相のときには90°より大きくてかつ270°より小さい範 囲内に存在し、逆位相のときには270°より大きいか又は90°より小さい範囲内 に存在することを特徴とする請求の範囲の第８項に記載の方法。 10．交番電界の発生、及びこの交番電界の漏話の受信は、短いヘルツ式のアンテ ナによって実行されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第９項のいずれか １項に記載の方法。