JP2015161609A - 粉体流量測定装置および粉体流量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準コンデンサを不要とすることにより部品点数を低減するとともに、基準値の誤差による測定精度の低下を抑制することができる粉体流量測定装置および粉体流量測定方法を提供すること。
【解決手段】粉体が流される管路内の静電容量の変化を測定することにより粉体流量を測定する静電容量式の粉体流量測定装置であって、管路内の静電容量に応じた信号を測定する密度判定用静電容量測定手段４３と、測定した信号から粉体密度を演算する粉体密度演算手段６１と、管路内の静電容量に応じた信号から管路の固有静電容量分をオフセットして粉体の静電容量のみの変化分を増幅して測定する第１および第２の流速判定用静電容量測定手段４５、４６と、測定した各変化分の相関に基づいて粉体流速を演算する粉体流速演算手段と、粉体密度と粉体流速とから粉体流量を演算する粉体流量演算手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、粉体流量測定装置および粉体流量測定方法に関し、より詳細には、粉体の静電容量の変化を測定することにより粉体の流量を測定する静電容量式の粉体流量測定装置および粉体流量測定方法に関する。

従来、例えば、ガス化炉に吹き込まれる微粉炭等の粉体を測定する手段として、粉体流量測定装置が用いられている。粉体流量測定装置を用いて粉体流量を測定する方法には、例えば、粉体の密度(ｔ／ｍ^３)と流速(ｍ／ｓ)を測定し、これらと粉体を吹き込む管の断面積(ｍ^２)を乗算して粉体の流量(ｔ／ｓ)を求める方法がある。ここで、粉体の密度または流速を測定する方式には、静電容量の変化を測定することにより粉体の流量を測定する静電容量式や、マイクロ波の透過あるいは反射信号より管内の粉体の密度を求めるマイクロ波式等が知られている。

しかしながら、マイクロ波式は、センサーパイプ（管路）にマイクロ波を通すため、そこだけ肉薄にしなければならず、搬送ガスの圧力を上げることができない。また、マイクロ波の出力を上げると、被測定物が熱を持つ可能性がある。そのため、マイクロ波式は、石炭ガス化炉のように管路内の圧力が高圧の場合には使用に適さない。そこで、石炭ガス化炉などの管路内の圧力が高圧の場合に、粉体の密度または流速を測定する方式には、静電容量式が用いられている。

図１は、従来の静電容量式の粉体流量測定装置内の静電容量測定手段１を表す構成図である。静電容量測定手段１は、交流信号発振器２と、アナログ式の測定用センサ３と、アナログ式の基準用センサ４と、アンプ６および７と、差動増幅器８を備えている。交流信号発振器２は、測定用センサ３、基準用センサ４および抵抗５ａないし５ｃから構成されるブリッジ回路と並列に接続されている。測定用センサ３および基準用センサ４は、それぞれアンプ６および７に接続され、アンプ６および７は差動増幅器８に接続されている。また、静電容量測定手段１は、差動増幅器８に接続された粉体データ検出増幅器９と、粉体データ検出増幅器９に接続されたＬＰＦ１０を備えている。

従来の静電容量式の粉体流量測定装置は、例えば、静電容量測定手段１を管路の上流と下流の２箇所に備える２センサ方式を用いて静電容量を精密に測定している。具体的には、２箇所の静電容量測定手段１の一方又は両方で測定した静電容量の平均値を粉体の密度として用い、上流と下流で測定した静電容量の変化分の相関から粉体の流速を求めている。この場合、静電容量測定手段１では、静電容量を測定する際に管路等の固有静電容量をキャンセルするため、基準コンデンサ等の基準用センサ４を用いている。

しかしながら、従来の静電容量式の粉体流量測定装置では、基準用センサ４を測定用センサ３とは別に設置し、別途配管して粉体および空気等の搬送気体を流すため、部品点数が多くなりコストも必要となる問題がある。さらに、基準用センサ４の設置場所の余裕がないこともあり、装置のコンパクト化が実現し難いという問題がある。

また、静電容量式の測定用センサの静電容量（固有静電容量）はpF程度であるのに対し、粉体による静電容量は数fF程度から数百fF程度である。したがって、粉体の静電容量を精度良く測定するために交流アンプのゲインを上げようとするとアンプが飽和してしまうという問題がある。

これらの問題を解決する手段としては、粉体が管路を流れる前の搬送気体が示す静電容量により基準値を設定する基準値設定演算部を設け、基準用センサを不要とする技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第４７６２２２４号公報

しかしながら、アナログ素子を使用する特許文献１の技術では、基準用センサ４の代わりに基準値設定演算部を設けているため、未だ装置の部品点数の低減が実現されていないという問題がある。さらに、特許文献１の技術では、静電容量の測定値と設定した基準値との差分を取っているため、基準値に誤差を含むとその後の差動増幅器等の倍率が通常１０００倍以上であるため許容誤差を超える誤差となってしまうという課題がある。

また、静電容量測定用デジタルデバイスを使用するとサンプリング時間の制約から流速を正確に測定することが困難となり、流速が遅いシステムにしか使用できないという課題がある。

本発明は、上記した点に鑑みて行われたものであり、基準コンデンサ（基準値）を不要とすることにより部品点数を低減するとともに、基準値の誤差による測定精度の低下を抑制することができる粉体流量測定装置および粉体流量測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、以下の構成を備えることを特徴とする。

本発明の粉体流量測定装置は、粉体が流される管路内の静電容量の変化を測定することにより粉体流量を測定する静電容量式の粉体流量測定装置であって、管路内の静電容量に応じた信号を測定する密度判定用静電容量測定手段と、測定した信号から粉体密度を演算する粉体密度演算手段と、管路内の静電容量に応じた信号から管路の固有静電容量分をオフセットして粉体の静電容量のみの変化分を増幅して測定する第１および第２の流速判定用静電容量測定手段と、測定した各変化分の相関に基づいて粉体流速を演算する手段と、粉体密度と粉体流速とから粉体流量を演算する粉体流量演算手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の粉体流量測定方法は、粉体が流される管路内の静電容量の変化を測定することにより粉体流量を測定する静電容量式の粉体流量測定方法であって、管路内の静電容量を測定するステップと、測定した信号から粉体密度を演算するステップと、管路内の静電容量に応じた信号から管路の固有静電容量分をオフセットして粉体の静電容量のみの変化分を増幅して測定するステップと、測定した各変化分の相関に基づいて粉体流速を演算するステップと、粉体密度と粉体流速から粉体流量を演算するステップを有することを特徴とする。

なお、ここでオフセットする量は厳密に固有静電容量と等しい値とする必要はない。

以上説明したように、本発明の粉体流量測定装置および粉体流量測定方法によれば、基準コンデンサ（基準値）を不要とすることにより部品点数を低減するとともに、基準値の誤差による測定精度の低下を抑制することができる。

従来の粉体流量測定装置内の静電容量測定手段を表す構成図である。 本発明の実施形態１に係る粉体流量計を用いた微粉炭供給システムを表す構成図である。 本発明の実施形態１に係る粉体流量測定装置を設置した様子を表す構成図である。 本発明の実施形態１に係る粉体流量測定装置の詳細を表す構成図である。 従来の粉体の流速を測定する方法を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る粉体の流速を測定する方法を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

［実施形態１］
図２は、本発明の実施形態１に係る粉体流量測定装置を用いた微粉炭供給システム２１を表す構成図である。本実施形態の微粉炭供給システム２１は、微粉炭ビン２２と、ロックホッパ２３と、ロードセル２４と、本管の粉体流量計２５と、支管の粉体流量計２６と、ガス化炉２７を備えている。

微粉炭ビン２２には、本管の給炭管２８を介してロックホッパ２３が連結され、ロックホッパ２３には、ロードセル２４が設置されている。また、ロックホッパ２３は、本管の給炭管２８および本管の給炭管２８から並列に分岐した複数の支管の給炭管２９を介してガス化炉２７に連結されている。ロックホッパ２３から支管の給炭管２９までの間にある本管の給炭管２８には、本管の粉体流量計２５が連結されている。複数の支管の給炭管２９の各々には、支管の粉体流量計２６が連結されている。

給炭管２８および２９内には高圧の窒素ガス３０が供給され、ガス化炉２７に向けて流通しており、給炭管２８および２９内の微粉炭はこの高圧の窒素ガスによりガス化炉に向けて搬送される。

微粉炭ビン２２は、微粉炭を保管するものである。ロックホッパ２３は、微粉炭を一時的に貯留し、所定の量に切り出すものである。ロードセル２４は、ロックホッパ２３の重量とその内部の微粉炭の重量を合わせて測定するものである。本管の粉体流量計２５および支管の粉体流量計２６は、粉体流量測定装置の一例であり、本管または支管を流れる粉体の流量を測定するものである。ガス化炉２７は、ガス化炉内に供給された微粉炭をガス化するものである。

次に、本実施形態の微粉炭供給システム２１の微粉炭を吹き込む動作について説明する。

まず、微粉炭ビン２２内の微粉炭は、本管の給炭管２８を通ってロックホッパ２３に一時的に貯留され、そこから所定の量に切り出されて、さらに本管の給炭管２８を通って支管の各給炭管２９に分配される。分配された微粉炭は、支管の各給炭管２６を通ってガス化炉２７内に吹き込まれる。また、ロードセル２４による測定値と本管の粉体流量計２５または支管の粉体流量計２６による測定値とを比較して、本管または支管の管路内の粉対流量を調節する。

図３は、本発明の実施形態１に係る本管の粉体流量計２５を設置した様子を表す構成図である。なお、支管の粉体流量計２６も同様の構成とすることができる。本管の粉体流量計２５は、センサパイプ（管路）３１に連結された、密度測定用センサ電極３３と、２つの流速測定用センサ電極３５および３６を備えている。密度測定用センサ電極３３は、２つの流速測定用センサ電極３５および３６の間に備えられている。センサパイプ３１に連結された密度測定用センサ電極３３と、２つの流速測定用センサ電極３５および３６は、鋳鉄製シールド３７で覆われており、鋳鉄製シールド３７には、密度測定用センサ電極３３と、２つの流速測定用センサ電極３５および３６を制御する制御ＢＯＸ３９が接続されている。制御ＢＯＸ３９と各センサとは、２本のリード線で接続されている。

本実施形態において、センサパイプ３１は、材質がガラスエポキシ等の強化樹脂であり、内径はφ１３．０ｍｍで、外径はφ１６．５ｍｍとする。また、密度測定用センサ電極３３と２つの流速測定用センサ電極３５および３６とは、材質が銅箔等の良導体であり、電極に取り付ける各リード線は、ジュンフロン単線の径はφ０．６〜０．８ｍｍとする。

本実施形態の本管の粉体流量計２５において、被測定物である微粉炭はセンサパイプ（管路）３１の内部を通過する。密度測定用センサ電極３３と流速測定用センサ電極３５および３６はセンサパイプ３１を挟んで対向し、センサパイプ３１に発振器により生成したキャリア信号電圧を各リード線を介して印加する。各リード線にはキャリア信号電圧により生じる交流電流が流れ、この交流電流は微粉炭の流量変化による静電容量の変化に応じて振幅変調される。この静電容量に応じて振幅変調された交流電流は、各リード線を通じて制御ＢＯＸ３９に取り込まれる。制御ＢＯＸ３９の内部には、図４で詳細に説明するが、密度判定用静電容量測定手段、２つの流速判定用静電容量測定手段、および制御手段が実装されている。本実施形態の本管の粉体流量計２５の動作については、図４で詳細に説明する。

図４は、本発明の実施形態１に係る粉体流量計２５の詳細を表す構成図である。なお、支管の粉体流量計２６も同様の構成とすることができる。本発明の実施形態１に係る粉体流量計２５は、センサパイプ（管路）４１に密度判定用静電容量測定手段４３が接続され、さらに管路４１に密度判定用静電容量測定手段４３を挟んで２つの流速判定用静電容量測定手段４５および４６が接続されている。各測定手段のセンサが接続されている管路４１の部分は、電磁シールド４７で覆うことにより各センサを外気から電磁的に遮蔽し、外気の湿度等による静電容量への影響を少なくしている。密度判定用静電容量測定手段４３と、２つの流速判定用静電容量測定手段４５および４６の各々には、制御手段４９が接続されている。

密度判定用静電容量測定手段４３には、密度測定用センサ（電極）５１と静電容量測定器５２が接続されて備えられている。密度測定用センサ（電極）５１は、管路４１の外表面に対向して設置した一対の電極からなり、本実施形態では、帯状の形状を用いている。静電容量測定器５２は、例えば、デジタル式のアナログデバイセズ社製の２４bitタイプの静電容量計測デバイスを使用する。

流速判定用静電容量測定手段４５には、流速測定用センサ（電極）５３と、交流増幅器である交流アンプ（ＡＣアンプ）５４と、整流器５５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５６と、直流増幅器である直流アンプ（ＤＣアンプ）５７と、アナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）５８が直列に接続されて備えられている。さらに、流速判定用静電容量測定手段４５は、発振器５９を備えている。図では省略しているが発振器５９の出力は電極５３に接続されている。流速判定用静電容量測定手段４６も、流速判定用静電容量測定手段４５と同様の構成部品を備えている。流速判定用静電容量測定手段４５および４６の各流速測定用センサ（電極）５３は、管路４１の粉体が流れる上流および下流の外表面に対向して設置した各一対の電極からなり、本実施形態では、帯状の形状を用いている。なお、各電極５１および５３の形状は、例えば、スパイラル形状や、櫛の歯状にすることができる。電極の形状を櫛の歯状にする場合、電極の先端を尖らせているのは、キャリア周波数を上げると表皮効果により電極の有効面積が減少するので、表皮効果を生じにくくするためである。

ここで、各センサに同一の周波数の発振源で交流電圧をかけると、各センサが相互に干渉を受けるため、静電容量を測定する際に誤差が生じるおそれがある。そのため、従来は、密度測定用センサ（電極）５１と各流速測定用センサ（電極）５３とを分離して管路４１に設置しなければならず、結果として粉体流量計２５の全長が長くなっていた。しかしながら、本実施形態では、密度測定用センサ５１と各流速測定用センサ５３とで、交流電圧の発振源の周波数が異なるので、密度測定用センサ５１と各流速測定用センサ５３とはほとんど干渉を受けずに済む。

したがって、管路４１の上流および下流に密度測定用センサ５１を挟んで各流速測定用センサ５３を設置することができ、これにより各流速測定用センサ５３間の距離を確保しつつ、粉体流量計２５をコンパクトにすることができる。

交流アンプ５４は、ゲイン値を所定の範囲で任意に設定する。整流器５５は、振幅変調されたキャリア信号を整流し、ＬＰＦ５６は、所定のカットオフ周波数を有している。直流アンプ５７は、オフセット値およびゲイン値を所定の範囲で任意に設定する。ＡＤ変換器５８は、直流アンプ５７の出力値をデジタル値に変換し制御手段４９に送信する。

発振器５９は、所定の周波数（１ＭＨｚ以上）のキャリアを発生する。また、発振器５９は、粉体密度の変化による静電容量変化によってキャリア信号を振幅変調することができる。ここで、流速測定の精度向上のためには、キャリア信号の周波数を１ＭＨｚ程度に上げることが重要であるが、周波数を上げると表皮効果により電極面積当たりの検出効果が低下するという問題がある。そこで、本実施形態では、流速判定用には高い測定精度は必要なく大幅に増幅する必要がないため、この振幅変調波を増幅する交流アンプ５４のゲインを低い値としている。また、本実施形態では、電極形状を例えば櫛の歯状等にすることにより電極面積当たりの検出効果を最大に発揮させるようにしている。

制御手段４９は、粉体密度演算手段６１と、流速演算手段６２と、流量演算手段６３と、オフセット値設定手段６４と、ゲイン設定手段６５を備えている。粉体密度演算手段６１は、密度判定用静電容量測定手段４３の静電容量測定器５２から測定値を入力し、流量演算手段６３に演算した値を出力する。流速演算手段６２は、流速判定用静電容量測定手段４５および４６の各々のＡＤ変換器５８から測定値を入力し、流量演算手段６３に演算した値を出力する。具体的には、流速演算手段６２は、上流と下流の静電容量変化の相関から粉体が上流の流速測定用センサ（電極）５３から下流の流速測定用センサ（電極）５３に到達するまでの時間を算出する。流量演算手段６３は、密度および流速の測定結果を乗算して流量を算出する。オフセット値設定手段６４は、流速判定用静電容量測定手段４５および４６の各々の直流アンプ５７に接続され、オフセット値を適正に設定する。本実施形態では、オフセット値を概ね管路４１の固有静電容量程度の値に設定する。ゲイン設定手段６５は、流速判定用静電容量測定手段４５および４６の各々の交流アンプ５４および直流アンプ５７に接続され、ゲイン値を適正に設定する。オフセット値設定手段６４およびゲイン設定手段６５は、直流アンプ５７のオフセット値およびゲイン並びに交流アンプ５４のゲインを自動で設定することができる。

なお、本実施形態では、管路４１の２つの流速測定用センサ５３の間に、密度測定用センサ５１が設置されているが、各流速測定用センサ５３間の外側に、密度測定用センサ５１を設置することもできる。

次に、本実施形態の本管の粉体流量計２５の動作について説明する。

まず、密度判定用静電容量測定手段４３による粉体の密度に比例した静電容量の測定方法について説明する。微粉炭等の粉体が窒素ガス３０と共に管路４１内に吹き込まれると、密度測定用センサ５１は、管路４１および粉体を電極間物質として、管路４１の固有静電容量および粉体の静電容量の合計値を検出する。静電容量測定器５２は、検出した管路４１の固有静電容量および粉体の静電容量の合計値を直接測定し、制御手段４９の粉体密度演算手段６１に出力する。上記合計値を直接測定することにより、比較用の基準コンデンサの設置を不要にすることができる。これにより部品点数を大幅に減らすことができる。

次に、流速判定用静電容量測定手段４５および４６による流速の測定方法について説明する。流速判定用静電容量測定手段４５および４６は、密度測定用センサ５１の上流および下流に設置した流速測定用センサ（電極）５３により粉体の静電容量を測定し、その相関により両電極間の粉体の通過時間を測定する。

初めに、発振器５９は、静電容量の変化を検出するためのキャリア信号を発生させる。流速測定用センサ５３の電極間に発生させたキャリア信号の電圧を印加すると流速測定用センサ５３に交流電流が流れる。電圧印加後に、微粉炭等の粉体が窒素ガス３０と共に管路４１内に吹き込まれると、流速測定用センサ５３は、その粉体の密度の変化に応じて流速測定用センサ５３の電極間の誘電率が変化して粉体の静電容量が変化する。その結果、流速測定用センサ５３に流れる交流電流の振幅が、この粉体の静電容量の変化に応じて変化する。このように、粉体密度の変化による粉体の静電容量の変化によってキャリア信号を振幅変調することにより、粉体の密度に応じた信号を計測することができる。

交流アンプ５４は、検出精度を上げるために振幅変調されたキャリア信号を増幅する。このとき、計測精度を向上させて粉体密度を正確に測定するためには、粉体の静電容量の変化分が小さいので、変調された成分を大きく増幅する必要がある。しかし、粉体の静電容量分に比較して管路４１の固有静電容量分が大きいので、ゲインを大きくして変調された成分を増幅すると、すぐに交流アンプ５４が飽和してしまう。ところが、流速判定用では、静電容量の変化の相関がわかればよいので高い測定精度は必要ない。したがって、ゲインを大きくする必要がないため、ゲイン設定手段６５は、交流アンプ５４が飽和しない程度に増幅ゲインを低い値に設定している。

ここで、密度判定用として検出する場合、交流アンプ５４でゲインを大きくして、分解能（変化量）を上げないと、ＬＰＦ５６を通した後の直流アンプ５７でゲインを大きくしても、分解能は上がらずノイズ成分も増幅されてしまう。一方、流速を求めるために検出する場合上流、下流で検出される値（波形）の時間差が算出されれば良いだけなので、分解能をそれほど上げる必要は無い。したがって、本実施形態では、交流アンプ５４のゲインを上げる必要は無い。これにより、交流アンプ５４のゲインを低い値とすることで交流アンプ５４の飽和を防止することができる。これにより、比較用の基準コンデンサの設置を不要にすることができる。

整流器５５は、増幅後の信号を整流する。ＬＰＦ５６は、整流された信号からキャリア信号による高周波成分を除去し、粉体の密度に比例した静電容量の変化する成分のみを抽出する。

その後、オフセット値設定手段６４は、直流アンプ５７が飽和しない程度にオフセット値を概ね管路４１の固有静電容量程度の値に設定し、直流アンプ５７は、抽出した静電容量の変化分を適正なゲインにより増幅する。ＡＤ変換器５８は、直流アンプ５７のアナログ出力をデジタル値に変換し制御手段４９の流速演算手段６２に送信する。

本実施形態の流速の測定方法における粉体の静電容量の変化分の測定については、図６でさらに説明する。

次に、制御手段４９による粉体流量の測定方法について説明する。粉体密度演算手段６１は、測定した管路４１の固有静電容量および粉体の静電容量の合計値から管路４１部分の固有静電容量を除き、粉体の密度に比例した静電容量を求め、この静電容量を基に内部テーブルにより粉体密度を算出する。流速演算手段６２は、送信されたデジタル値に基づいて、上流と下流の静電容量変化の相関により粉体が上流の流速測定用センサ５３から下流の流速測定用センサ５３に到達するまでの時間を算出し、両センサ間の距離を除することにより粉体の流速を算出する。流量演算手段６３は、算出した粉体密度、算出した粉体の流速および管路４１の断面積を乗算して粉体の流量を算出する。

以上説明した本実施形態の流速の測定方法における粉体の静電容量の変化分の測定について、従来の測定と比較して説明する。

図５（ａ）ないし（ｄ）は、従来の粉体流速の静電容量の測定値を示すグラフである。従来は、図５（ａ）において、上流の流速測定用センサにより、流速測定用センサの電極の間にある粉体の密度が変化することによる管路および粉体の静電容量の合計値（測定値Ａ）から管路の固有静電容量に相当する基準値Ｂを差し引いた値をブリッジ回路により測定する。図５（ｂ）において、アンプにより、ゲインをできるだけ大きくして、測定値Ａから基準値Ｂを差し引いた値を増幅する。図５（ｃ）において、整流回路により、増幅した信号を整流する。図５（ｄ）において、整流した信号からＬＰＦによりキャリア信号による高周波成分を除去し、粉体の静電容量の変化分を抽出する。上記と同様に、下流の流速測定用センサにより粉体の静電容量の変化分を測定する。測定した上流および下流の粉体の静電容量の変化分の相関により両電極間の粉体の通過時間を算出し、両電極間の距離を算出した通過時間で除することにより粉体の流速を算出する。

図６（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の実施形態１に係る粉体の流速の測定値を示すグラフである。本実施形態に係る本管の粉体流量計２５は、図６（ａ）において、上流の流速測定用センサ５３により、流速測定用センサ５３の電極の間にある粉体の密度が変化することによる管路４１および粉体の静電容量の合計値を測定し、測定した合計値を交流アンプ５４が飽和しない程度の低いゲインで増幅する。図６（ｂ）において、整流器５５は、増幅後の信号を整流し、整流された信号からＬＰＦ５６によってキャリア信号による高周波成分を除去する。図６（ｃ）において、直流アンプ５７は、キャリア信号による高周波成分を除去した値に管路４１の固有静電容量分のオフセットをかけることにより、測定した合計値（測定値Ａ）から管路４１の固有静電容量分（基準値Ｂ）をキャンセルして粉体の静電容量の変化分だけを抽出する。図６（ｄ）において、直流アンプ５７は、抽出した静電容量の変化分を、測定しやすくするため適正なゲインにより増幅する。上記と同様に、下流の流速測定用センサ５３により粉体の静電容量の変化分を測定する。測定した上流および下流の粉体の静電容量の変化分の相関により両電極間の粉体の通過時間を算出し、両電極間の距離を算出した通過時間で除することにより粉体の流速を算出する。

ここで、従来の各センサがアナログ式の粉体密度測定方法では、粉体による静電容量がｆＦオーダーと小さく、かつ固有静電容量がｐＦオーダーと大きい場合がある。この場合には、粉体による静電容量を精度良く測定するために交流アンプのゲインを上げようとすると、交流アンプが飽和してしまい、サージが発生してしまうという問題がある。この問題を解決するために、従来は、図１に示すようにブリッジ回路や差動アンプにより固有静電容量分を差し引いてから粉体による静電容量分のみを増幅するための「基準コンデンサ」（基準値）を用いる必要があった。このため、装置の部品点数の増加や基準コンデンサによる測定誤差が問題となっている。

これに対し、本実施形態では、最新の静電容量測定用のデジタルデバイスを採用して固有静電容量を含めた管路内の静電容量を直接測定し、基準コンデンサを不要としている。これにより、装置の部品点数を低減でき、基準値の誤差による測定精度の低下を抑制することができる。

また、従来の静電容量方式では流速を測定する場合にも基準コンデンサを使用して固有静電容量を差し引いた静電容量を測定していたため、上記と同様の問題があった。しかし、流速を測定するだけであれば静電容量の変化分のみを測定すればよいので、交流アンプのゲインは小さくてもよく、基準コンデンサを使用して固有静電容量分を差し引く必要はない。

したがって、本実施形態では、交流アンプのゲインを小さくしてアンプの飽和を抑制することで基準コンデンサを使用せず、ＡＣ信号を整流しＬＰＦを通過した後に直流アンプで飽和しない程度にオフセットした後に増幅することにより、アンプの飽和を抑制しつつ静電容量の変化分だけを増幅する構成としている。

これらにより、本実施形態の粉体流量計２５の構成および動作によれば、基準コンデンサ（基準値）を不要とすることにより部品点数を低減するとともに、基準値の誤差による測定精度の低下を抑制することができる。

１ 静電容量測定手段
２ 発振器
３ 測定用センサ
４ 基準用センサ
５ａ〜５ｃ 抵抗
６、７ アンプ
８ 差動増幅器
９ 粉体データ検出増幅器
１０ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
２１ 微粉炭供給システム
２２ 微粉炭ビン
２３ ロックホッパ
２４ ロードセル
２５、２６ 粉体流量計
２７ ガス化炉
２８、２９ 給炭管
３０ 窒素ガス
３１ センサパイプ（管路）
３３ 密度測定用センサ電極
３５、３６ 流速測定用センサ電極
３７ 鋳鉄製シールド
３９ 制御ＢＯＸ
４１ センサパイプ（管路）
４３ 密度判定用静電容量測定手段
４５、４６ 流速判定用静電容量測定手段
４７ 電磁シールド
４９ 制御手段
５１ 密度測定用センサ（電極）
５２ 静電容量測定器
５３ 流速測定用センサ（電極）
５４ 交流アンプ
５５ 整流器
５６ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
５７ 直流アンプ
５８ ＡＤ変換器（アナログデジタル変換器）
５９ 発振器
６１ 粉体密度演算手段
６２ 流速演算手段
６３ 流量演算手段
６４ オフセット値設定手段
６５ ゲイン設定手段
６６ 粉体流量

Claims (7)

1. 粉体が流される管路内の静電容量の変化を測定することにより粉体流量を測定する静電容量式の粉体流量測定装置であって、
   前記管路内の静電容量に応じた信号を測定する密度判定用静電容量測定手段と、
   前記測定した信号から粉体密度を演算する粉体密度演算手段と、
   前記管路内の静電容量に応じた信号から前記管路の固有静電容量分をオフセットして前記粉体の静電容量のみの変化分を増幅して測定する第１および第２の流速判定用静電容量測定手段と、
   前記測定した各変化分の相関に基づいて粉体流速を演算する粉体流速演算手段と、
   前記粉体密度と前記粉体流速とから粉体流量を演算する粉体流量演算手段と
   を備えることを特徴とする粉体流量測定装置。
2. 前記流速判定用静電容量測定手段は、整流器とＬＰＦと直流増幅器を有し、
   前記管路内の静電容量に応じた信号は、整流されて高周波分を除去した後に直流増幅器に入力され、
   前記直流増幅器は、オフセット部と直流増幅部を有し、
   前記直流増幅器に入力された信号は、前記オフセット部により前記固有静電容量分を除去してから直流増幅されることを特徴とする請求項１に記載の粉体流量測定装置。
3. 前記密度判定用静電容量測定手段は、前記管路の外表面に設置される密度測定用の一対の電極を備え、前記密度測定用の一対の電極により前記管路内の静電容量を直接測定し、
   前記第１および第２の流速判定用静電容量測定手段の各々は、前記管路の外表面に設置される第１の流速測定用の一対の電極および第２の流速測定用の一対の電極を備え、
   前記密度測定用の一対の電極は、前記第１および前記第２の流速測定用の一対の電極の間に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体流量測定装置。
4. 前記第１および第２の流速判定用静電容量測定手段の各々は、前記粉体の静電容量の変化を増幅する直流増幅器を備え、
   前記直流増幅器は、オフセット値およびゲイン値をデジタル設定できる素子を有し、前記オフセット値および前記ゲイン値は制御手段により自動で設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粉体流量測定装置。
5. 前記第１および第２の流速判定用静電容量測定手段の各々は、所定の周波数のキャリア信号を発生する発振器を備え、前記キャリア信号の周波数は１ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体流量測定装置。
6. 前記密度測定用の一対の電極と前記第１および第２の流速測定用の一対の電極との形状は、櫛の歯状にすることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に粉体流量測定装置。
7. 粉体が流される管路内の静電容量の変化を測定することにより粉体流量を測定する静電容量式の粉体流量測定方法であって、
   前記管路内の静電容量に応じた信号を測定するステップと、
   前記測定した信号から粉体密度を演算するステップと、
   前記管路内の静電容量に応じた信号から前記管路の固有静電容量分をオフセットして前記粉体の静電容量のみの変化分を増幅して測定するステップと、
   前記測定した各変化分の相関に基づいて粉体流速を演算するステップと、
   前記粉体密度と前記粉体流量とから粉体流量を演算するステップと
   を有することを特徴とする粉体流量測定方法。

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