JP3044379B2 - マイクロ波含水率監視装置 - Google Patents

マイクロ波含水率監視装置

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JP3044379B2
JP3044379B2 JP2041353A JP4135390A JP3044379B2 JP 3044379 B2 JP3044379 B2 JP 3044379B2 JP 2041353 A JP2041353 A JP 2041353A JP 4135390 A JP4135390 A JP 4135390A JP 3044379 B2 JP3044379 B2 JP 3044379B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石油の流れにおける水の割合を測定するため
の装置（以後簡単にマイクロ波含水率監視装置と呼ぶ）
に関する。
本発明によると、石油流マイクロ波含水率監視装置
（モニター）は試験セル手段を含んでいる。該手段は基
準石油多相流体試料を含むとともに、含水率を測定しよ
うとする石油流の試料流をそこに通すようになつてい
る。マイクロ波エネルギー源がマイクロ波を第１の対の
アンテナの一方に供給し、該アンテナは、テストセルを
流れる石油流、あるいは、テストセル内の基準試料をマ
イクロ波エネルギーで照射する。第２対のアンテナの一
方は、石油流又は基準試料を通過した後のマイクロ波エ
ネルギーを受け取る。検知器は受け取つたマイクロ波エ
ネルギーを検知して、それを表す信号を発生させる。指
示器（インジケーター）は受け取つた信号パワー、すな
わち強さと、伝達されたマイクロ波エネルギーと受け取
つたマイクロ波エネルギーとの間の位相差とに応じて石
油流の含水率を示す。
本発明の実施例を、以下に、図面を参照して説明す
る。
第１図に示す含水率監視装置は、あるマイクロ波周波
数で電磁エネルギー（以後、マイクロ波エネルギーと呼
ぶ）を発生させるマイクロ波トランスミツター３を含ん
でいる。トランスミツター３は低パワーであり、マイク
ロ波ガン（銃）源を使用できる。トランスミツター３は
方向性結合器４にマイクロ波エネルギーを与える。方向
性結合器４は電圧制御位相シフター５と試験装置８とに
マイクロ波エネルギーを与える。マイクロ波エネルギー
のあらゆる伝導又は伝達は、導波管及び同軸ケーブルを
使用して行われる。
試験装置８はライン10を有し、ライン10が多相石油流
の試料流を運んで装置８へ送り込む。試料流は装置８か
らライン11へ流出する。装置８はより詳細に後述する。
ここでは、ライン11において試験装置８から出るマイク
ロ波エネルギー（以後、試験マイクロ波エネルギーと呼
ぶ）は、試料流又は基準試料のいずれかを通過した後の
マイクロ波エネルギーであるとだけ説明しておく。試験
マイクロ波エネルギーは方向性結合器18に伝えられる。
方向性結合器18は試験マイクロ波エネルギーを検知器22
及びミキサー28へ送る。検知器22は、試験装置８からの
試験マイクロ波エネルギーのパワー（すなわち強さ）に
対応する信号E1を発生させる。
電圧制御位相シフター５はマイクロ波エネルギー（以
後、基準マイクロ波エネルギーと呼ぶ）をミキサー28へ
送り、ミキサー28が基準マイクロ波エネルギーと試験マ
イクロ波エネルギーとを混合して、基準マイクロ波エネ
ルギーと試験マイクロ波エネルギーの位相をそれぞれ表
す２個の電気信号E2,E3を発生させる。
差動増幅器30は、信号E2,E3の間の差に応じて出力信
号E0を発生させる。信号E0は、基準マイクロ波エネルギ
ーと試験マイクロ波エネルギーとの間の位相差の関数で
あり、フイードバツクネツトワーク34へ送られる。フイ
ードバツクネツトワーク34により信号Ｃは電圧制御位相
シフター５に送られ、基準マイクロ波エネルギーの位相
が制御されて、ミニコンピユータ手段40へ送られる。信
号E0及び（従つて）信号Ｃは、基準マイクロ波エネルギ
ーと試験マイクロ波エネルギーとの間の位相差が概ね90
度となるまで、振幅が減少する。電圧制御位相シフター
５は、位相差を排除するのに必要な位相シフト量を指示
する。
信号E1,C,T（後述する試験セルの温度）はミニコンピ
ユータ手段40へ送られる。手段40はそこに内蔵したメモ
リーが、製品流が有する可能性のある種々の含水率につ
いての位相及びパワーに関するデータを含んでいる。
又、位相シフター５は、イネーブル信号をコンピユータ
手段40に送つて、コンピユータ手段40が信号T,C,E1を利
用して正しい含水率値を選択できるようにする。コンピ
ユータ手段40は、選択された含水率値に対応する信号を
読み出し手段44へ送る。手段44は、表示手段又は記録手
段あるいはそれらの組み合せで構成できる。
第１図及び第２図において、試験装置８は試験セル53
を含んでいる。試験セル53はより詳細に後述する。方向
性結合器４からのマイクロ波エネルギーはスイツチ手段
58に入り、該手段58がマイクロ波を試験セル53へライン
62又はライン64のいずれかを通して送る。ライン62はマ
イクロ波をアンテン63へ送り、アンテナ63はマイクロ波
エネルギーを試料流に照射する。同様に、マイクロ波エ
ネルギーがライン64から送られると、そのマイクロ波は
アンテナ65へ送られる。アンテナ65はマイクロ波エネル
ギーを基準試料に照射する。ライン66は、試料流を通過
した後にアンテナ67で受け取られた試験マイクロ波エネ
ルギーを伝達する。同様に、ライン66は、基準試料を通
過した後にアンテナ70で受け取られたマイクロ波エネル
ギーを運ぶ。スイツチ手段72は試験マイクロ波エネルギ
ーをライン66又はライン69のいずれか一方から受け取
り、それを方向性結合器18へ送る。
基準試料源77は基準試料流体を、バルブ84を有するラ
イン80を介して試験セル53へ送る。試験セル53のチヤン
ネルはライン80は、バルブ90を有する別のライン88に接
続している。作動時には、源77が基準流体を送り出して
試験セル53に通す。測定は、流体が流動している間に行
うことができ、又、試験セル53内のチヤンネルに完全に
充満するまでバルブ90を閉鎖することにより、試験セル
53内に試料流体を静的状態で含ませた状態で行うことも
できる。試験セル53から基準試料流体を排出する場合、
バルブ84を閉鎖するとともに、バルブ90を開く。
第３図には、マイクロ波入口ポート95,98を有する試
験セル53が示されている。試験セル53の反対側には、破
線で示す如く、マイクロ波出口ポート105,108が設けて
ある。マイクロ波入口ポート95とマイクロ波出口ポート
105とはマイクロ波チヤンネル110で接続されている。同
様に、マイクロ波入口ポート98はマイクロ波チヤンネル
112によりマイクロ波出口ポート108に接続されている。
更に第３図には、流体チヤンネル116,120が示されて
いる。流体チヤンネル116,120は、試験セル53のこの図
では同一線上にあるので、一組の破線でそれらが表され
ている。それらは、試験セル53の矢印４−４方向の切り
欠き図である第４図に明瞭に示されている。第４図に示
す実施例のボデイ125は金属製で、流体チヤンネル116,1
20がその縦方向に貫通しており、マイクロ波エネルギー
用のマイクロ波チヤンネル110,112がその横方向に切り
欠いてある。チヤンネル110,112は互いにずれた状態で
示されている。但し、このずれは本発明を実施する上で
必ずしも必要ではない。
更に、流体チヤンネル116,120は断面が矩形であり、
従つて、流体を通過するマイクロ波エネルギーは常に同
じ距離を通過することになる。
第５図には、試験セル53が、第３図の５−５方向の線
に沿う断面で示されている。チヤンネル110は、高密度
ポリテトラフルオロエチレンなどの固体材料130を充満
させた状態にあり、従つて、流体チヤンネル116の断面
を形状するチヤンネル110の部分を除いて、マイクロ波
エネルギーに対して導通性がある。ボデイ125にはマイ
クロ波入口ポート95が切り欠かれている。更に別の室13
4が設けてあり、該室134はマイクロ波入口ポート95に接
続するとともに、チヤンネル110内の材料130に入り込ん
でいる。これはマイクロ波アンテナ63を挿入するためで
ある。該アンテナ63は、Omni Spectra製の部品番号2057
−5134−02の市販品を、本発明で使用するために僅かに
改造して構成できる。同様に、アンテナ67用のマイクロ
波出口ポート105が、材料130内へ入り込む別の室135と
ともに設けてある。これも試料流を監視するためのもの
である。基本的には、その形式は入口ポート95に入るア
ンテナの形式と同じであるが、このアンテナも本発明で
使用するために改造されている。アンテナ63へ送られた
マイクロ波エネルギーは材料130に入り、横チヤンネル1
16へ送られて、出口ポート105に挿入されたアンテナ67
に到達する。
第２図において、ライン10,11は一般的な方法でチヤ
ンネル116に接続されており、それにより、ライン10内
の試料流は試験セル53を通過してライン11へ流れること
になる。同様に、ライン80,88は流体チヤンネル120に接
続しており、ライン80の試料流体が流体チヤンネル120
に入り、ライン88を通つて試験セル53から出る。同様
に、入口ポート98のアンテナ65はライン64に接続してお
り、出口ポート108のアンテナ70はライン69に接続して
いる。
第３図から明らかなように、熱電対である温度センサ
ー140が、ブロツク125を切り欠いて形成した室に挿入さ
れており、基準流試料又は製品流試料の温度としてブロ
ツク125の温度を読み取るようになつている。
基本的には、基準試料のパワー及び位相シフトが、ミ
ニコンピユータ手段40での基礎ラインデータとして使用
される。石油試料流から得た試験データと基礎ラインデ
ータは、ミニコンピユータ手段40で修正した温度であ
る。ミニコンピユータ手段40は、修正後の基準ラインデ
ータと、修正後の試験データと、そのメモリーに記憶し
た索引表とに従つて含水率を測定する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明により構成したマイクロ波含水率監視装
置の一部分の単純化したブロツク線図と部分的略図、第
２図は第１図に示す試験装置の単純化したブロツク線
図、第３図は第２図の試験セルを示す図、第４図及び第
５図は第３図に示す試験セルの４−４及び５−５断面図
である。 ３……マイクロ波エネルギー供給源、５……電圧制御位
相シフター、22……検知器、34……フイードバツクネツ
トワーク、40……ミニコンピユータ手段、44……読み出
し手段、53……試験セル、63,65……アンテナ、67,70…
…アンテナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・グレゴリ・ダレツト アメリカ合衆国・77080 テキサス州・ ヒユーストン・レイルトン・9010 (72)発明者 アール・レオナード・ドウテイ アメリカ合衆国・77450 テキサス州・ ケイテイ・ホヴデン ドライブ・1618 (72)発明者 ジヨン・デビッド・マレリ アメリカ合衆国・77009 テキサス州・ ヒユーストン・レーガン ストリート・ 3709 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 22/00 - 22/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】石油流を通す試験セル（53）を備え、 マイクロ波源（３）を備え、 このマイクロ波源（３）に結合されていて、石油流にマ
    イクロ波を送出する第１アンテナ手段を備え、 石油流を通過したマイクロ波を受けて、受信マイクロ波
    として出力する第２アンテナ手段を備え、 送出したマイクロ波と受信マイクロ波との間の位相差を
    示す信号（E0）を出力する位相差手段（30）を備え、 石油流の温度を検知して温度信号（Ｔ）を生じる温度検
    知手段（140）を備え、 石油流の含水率を示すコンピュータ手段（5,34,40,44）
    を備え、 前記試験セル（53）は、石油試料流または基準試料流を
    選択的に受け入れられるよう構成されており、 前記第１アンテナ手段（63,65）は、石油試料流または
    基準試料流の選択された一方に対してマイクロ波エネル
    ギーを送出でき、 前記第２アンテナ手段（67,70）は、石油試料流または
    基準試料流を通過したマイクロ波を受信し、 前記第２のアンテナ手段（67,70）に接続され、前記受
    信マイクロ波のエネルギーのパワーを検知して、当該パ
    ワーを示すパワー信号（E1）を出力する検知器（22）を
    備え、 前記コンピュータ手段（5,34,40,44）は、前記第２アン
    テナ手段（67,70），マイクロ波源（３），検知器（2
    2）および温度検知手段（140）に接続されて、基準試料
    流における既知の位相差信号（E0）およびパワー信号
    （E1）並びに温度（Ｔ）を基礎データとして参照し、石
    油試料流における位相差信号（E0）およびパワー信号
    （E1）並びに温度（Ｔ）から石油試料流の含水率を示す
    よう構成されている ことを特徴とするマイクロ波含水率監視装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のマイクロ波
    含水率監視装置において、前記試験セル（53）は、 流体が通過する２つの流体通路（116,120）とマイクロ
    波エネルギーが通過する２つのマイクロ波伝送路（110,
    112）とが設けられた本体（125）と、 基準試料流を前記流体通路の一方（120）に供給する流
    体源（77）と、 石油試料流を受け入れ、前記流体通路の他方（116）に
    当該石油試料流を供給する手段（10）とから構成され、 前記流体通路の一方（116）と前記マイクロ波伝送路の
    一方（110）とは互いに90度の角度をもって交差し、前
    記流体通路の他方（120）と前記マイクロ波伝送路の他
    方（112）も互いに90度の角度をもって交差しているこ
    とを特徴とするマイクロ波含水率監視装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載のマイクロ波
    含水率監視装置において、前記各マイクロ波伝送路（11
    0,112）は、前記流体通路と交差している部分を除い
    て、マイクロ波を伝達するが流体に対しては不浸透性の
    物質（130）でもって充填されていることを特徴とする
    マイクロ波含水率監視装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載のマイクロ波
    含水率監視装置において、前記マイクロ波伝送路に充填
    される物質は、ポリテトラフルオロエチレンであること
    を特徴とするマイクロ波含水率監視装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れか
    １項に記載のマイクロ波含水率監視装置において、 前記第１のアンテナ手段（63,65）は、 前記マイクロ波伝送路の一方（110）にマイクロ波を送
    出するために、このマイクロ波伝送路（110）に配置さ
    れた第１の送信アンテナ（63）と、 前記マイクロ波伝送路の他方（112）にマイクロ波を送
    出するために、このマイクロ波伝送路（112）に配置さ
    れた第２の送信アンテナ（65）と、 前記マイクロ波源（３）、前記第１および第２の送信ア
    ンテナ（63,65）に接続され、前記第１の送信アンテナ
    または前記第２の送信アンテナの何れかに前記マイクロ
    波源からのマイクロ波エネルギーを与える第１のスイッ
    チ手段（58）と から構成され； 前記第２のアンテナ手段（67,70）は、 前記マイクロ波伝送路の一方（110）に配置された第１
    の受信アンテナ（67）と、 前記マイクロ波伝送路の他方（112）に配置された第２
    の受信アンテナ（70）と、 前記第１および第２の受信アンテナ（67,70）に接続さ
    れ、前記第１スイッチ手段（58）と協同して、流体を通
    過し受信されたマイクロ波エネルギーを前記検知器（2
    2）に送出する第２のスイッチ手段（72）と から構成されている ことを特徴とするマイクロ波含水率監視装置。
JP2041353A 1989-02-23 1990-02-23 マイクロ波含水率監視装置 Expired - Lifetime JP3044379B2 (ja)

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