JP4028284B2 - Substance measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波の伝播時間、または位相遅れの差を測定することによって被測定対象の濃度等の物理量を測定するマイクロ波による物質量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液体中の懸濁物質の濃度測定を行なう計器として、超音波の減衰率を測定して濃度を求める超音波式濃度計や、光を用いて透過光減衰率や散乱光増加率等を測定して濃度を求める光学式濃度計等が多く用いられている。
【0003】
ところが、超音波式濃度計では、液体中に気泡が混入している場合に、その影響を大きく受けて測定誤差が増大するという問題があった。また、後者の光学式濃度計では、光を入射或いは受光する光学窓に汚れが付着すると、その影響を大きく受けて、やはり、測定誤差が増大していた。
【0004】
そこで、最近では、気泡や汚れの影響を受け難い濃度計として、マイクロ波式濃度計が開発され、実用化されるようになってきている。
【0005】
図4は、このマイクロ波式濃度計の制御構成を示すブロック図である。同図において、流体の流通する配管1に、マイクロ波送信アンテナ2とマイクロ波受信アンテナ3とを、直径方向に互いに対向した状態で配置している。
【0006】
マイクロ波送信アンテナ2には、パワースプリッター4を介してマイクロ波発信器5が接続されており、このマイクロ波発信機5からマイクロ波が供給される。また、マイクロ波受信アンテナ3は、伝播時間測定回路6を介して濃度演算回路7に接続されている。さらに、パワースプリッター4の出力側は伝播時間測定回路6の入力側に接続されている。
【0007】
したがって、マイクロ波の通過経路は、パワースプリッター4を経てマイクロ波送信アンテナ2から送信され、配管1内の流体を伝播してマイクロ波受信アンテナ3に受信され、伝播時間測定回路6に導入される第1の経路と、パワースプリッター4から伝播時間測定回路6に導入される第2の経路との2系統となる。
【0008】
伝播時間測定回路6からの出力を受けた濃度演算回路7は、第1経路からのマイクロ波の伝搬時間または位相遅れと、第2経路からのマイクロ波に対する伝播時間または位相遅れとから、その伝搬時間の差または位相差を求める。
【0009】
このマイクロ波式濃度計では、マイクロ波発信器5からパワースプリッター4を経由して直接受信するマイクロ波に対する、配管1内の測定物質中を伝搬してくるマイクロ波の位相遅れθ2と、配管1内に基準流体、例えば、濃度ゼロとみなせる水道水を充填して測定対象液と同じ条件で測定した時のマイクロ波の位相遅れθ1とを比較する。そして、その位相差Δθ=(θ2-θ1)から、図5に示す検量線8を用いて測定対象液の濃度を求める。
【0010】
具体的には、その測定対象液の濃度Xは下記式(1)による演算を行なうことによって求められる。
【0011】
X=aΔθ+b・・・・・・・・・(1)
なお、aは検量線の傾き、bは検量線の切片で、通常はb=0である。
【0012】
また、実際には、マイクロ波式濃度計による濃度測定にあたっては、基準となる純水を先に通して予め位相を測っておき、その後、被測定物質を通して前記の基準位相と比較することによって測定される。
【0013】
このような従来のマイクロ波式濃度計は、マイクロ波の減衰率を測定する方式ではなく、位相差を測定する方式であり、また、マイクロ波を入射或いは受波する窓部が透明である必要はない。このため、気泡や汚れの影響を受け難く、しかも連続的に濃度を測定できるという利点を持っている。
【0014】
このようなマイクロ波式濃度計において、濃度演算を行なうための伝播時間は、マイクロ波発振部5からの送信用ケーブル9および受信用ケーブル10の長さや、ケーブルを構成する部材のサイズおよび材質等によっても変化する。しかし、これらについては機器ごとに初期調整することによって測定への影響を排除することができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このマイクロ波式濃度計では、濃度測定の際に、上記以外の要因により位相の指示が変化したり、測定が不安定となる場合がある。
【0016】
その原因の一つは、配管1内を流れる被測定物質内のガス、すなわち、気泡等が配管1の特定の箇所に溜り、この箇所を伝搬するマイクロ波により測定されるマイクロ波が干渉されて測定誤差を生ずるという問題が起きている。
【0017】
また、配管1の底部における被測定物質の堆積、例えば、汚泥の沈降等や、配管1の内壁部への付着等によっても同様の問題が生じていた。
【0018】
さらに、昨今は配管1の大口径化が進んでおり、従来のように配管壁面に送信用および受信用のアンテナを固定している場合、配管の口径が300mm以上と大きくなると、マイクロ波の伝播距離が長くなり減衰する。特に、配管内部の流体が導電性を有する場合には、マイクロ波の減衰が著しく、感度が低下してしまう。
【0019】
本発明の目的は、配管が大口径化してもマイクロ波が減衰せず、配管内の気泡や沈殿物および付着物による影響を受け難い物質量測定装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明による物質量測定装置は、送信アンテナからマイクロ波を送信し、受信アンテナとの間に位置する被測定物質を伝播したマイクロ波の伝播時間または位相遅れから被測定物質の物理量を測定する物質量測定装置であって、被測定物質を流すための配管と、この配管内に設置された支持部材に支持され、かつ前記被測定物質中に設置されたマイクロ波送信アンテナと、この送信アンテナと対向し、前記支持部材の、配管内に生じる気泡及び堆積物による影響を受け難い位置に設置された第1の受信アンテナと、前記送信アンテナと対向し、配管内壁の、前記気泡又は堆積物による影響を比較的受け易い位置に設置された第2の受信アンテナとを備え、前記支持部材は、前記送信アンテナから前記第1の受信アンテナまでの距離と第2の受信アンテナまでの距離とが互いに等しくなる位置関係で、送信アンテナと第1の受信アンテナとを支持したことを特徴とする。
【0025】
これらの発明では、マイクロ波伝播経路を構成する送信アンテナ及び受信アンテナのうち、少なくとも送信アンテナを支持部材によって配管内の被測定物質による流体中に設置しているので、受信アンテナとの距離を短くすることができ、正確に物理量を測定することができると共に、配管内壁部分に生じやすい気泡や堆積物など発生を検出することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による物質量測定装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【0027】
図1は本実施の形態における配管内部の断面構成を示した模式図である。この物質量測定装置は、汚泥や紙パルプなどの繊維質、コーヒ、澱粉質等の懸濁物が混入している被測定物質の物理量、例えば懸濁物濃度などを測定するものである。
【0028】
図では、被測定物質が流れる配管11内において、送信アンテナ12及び受信アンテナ(以下、第1の受信アンテナと呼ぶ)13を、支持部材14に取り付け、被検出物質中で対向配置させ、マイクロ波伝播経路(以下、第1のマイクロ波伝播経路と呼ぶ)を形成している。この支持部材14は、被測定物質の流れ方向と交差して設けられており、金属または強度の高い合成樹脂やセラミックにより、棒状或いは板状に形成されている。各アンテナ12、13は、通常の構成のものを用いているがモノポールアンテナを用いてもよい。これらアンテナ12、13はそれぞれ保護部材15で覆い、被測定物質から保護している。
【0029】
この保護部材15には、被測定物質によって性質変化の影響を受け難い合成樹脂部材を用いる。この性質変化の影響を受け難い合成樹脂部材とは、被測定物質の温度範囲で熱変形しない耐熱性の材質からなる部材であり、また、被測定物質が酸性もしくはアルカリ性である場合には、強い耐酸性ないし耐アルカリ性の材質からなる部材である。
【0030】
これら送信アンテナ12及び第1の受信アンテナ13による第1のマイクロ波伝播経路には、図4で示した回路が接続されている。すなわち、送信アンテナ12に対しては、パワースプリッター4を介してマイクロ波発信器5が接続され、このマイクロ波発信器5からマイクロ波が供給される。また、受信アンテナ13は、伝播時間測定回路6を介して濃度演算回路7に接続されている。さらに、パワースプリッター4の出力側は伝播時間測定回路6の入力側に接続されている。
【0031】
そして、マイクロ波発信器5からパワースプリッター4を経由して直接伝播時間測定回路7に入力されるマイクロ波に対する、配管1内の被測定物質中を伝搬してくるマイクロ波の位相遅れθ2と、配管1内に基準流体を充填して同じ条件で測定した時のマイクロ波の位相遅れθ1とを比較し、その位相差Δθ=(θ2-θ1)から、図5に示す検量線8を用いて測定対象液の濃度を求める。
【0032】
このように、第1のマイクロ波伝播経路を構成する送信アンテナ12と第1の受信アンテナ13を支持部材14に取り付け、配管11内を流れる被測定物質中に設置しているので、送信アンテナ12と受信アンテナ13との対向距離を、配管1の管径に影響されることなく最適な値に任意に設定できる。
【0033】
すなわち、図4で示した、従来の配管1の内壁に送信アンテナ2と受信アンテナ3を取り付ける構造では、これらアンテナ2、3間の対向距離は配管の直径によって決まるため、直径が300mm以上に大きくなると、アンテナ2、3間の対向距離が長くなり、マイクロ波が減衰して感度が低下してしまう。
【0034】
これに対し、上記実施の形態では、送信アンテナ12と第1の受信アンテナ13とを支持部材14に取り付けたことにより、アンテナ12、13間の対向距離を、配管の直径に影響されることなく、最適な値に任意に設定できる。このため、充分な測定感度を維持し、高い測定精度が得られる。
【0035】
また、被測物質によっては配管内に気泡溜りが生じたり、長期間の使用等によって配管11の内壁に物質が堆積したり付着したりして、測定性能に影響を与えることが考えられる。しかし、配管11内におけるこれらの発生部位は予め想定できるため、支持部材14に取り付けた送信アンテナ12と第1の受信アンテナ13とを、想定される発生部位を避けた任意の位置に設置することにより、これらの影響を排除することができる。
【0036】
例えば、気泡溜りは配管11内部の頂部に集中するし、堆積物は配管11の底部に生じる。すなわち、多くは配管11の上下内壁面に接する部分に生じるので、支持部材14に取り付けた送信アンテナ12及び第1の受信アンテナ13を、配管11内の断面中央部に近い被測定物質中に設置すれば、配管11内に発生する気泡や堆積物、付着物の影響を殆ど受けずに良好な測定結果を得ることができる。
【0037】
さらに、送信アンテナ12および受信アンテナ13は、被測定物質による性質変化の影響を受け難い保護部材15で覆われているため、被測定物質中に設置されていても、この被測定物質から確実に保護され、各アンテナ12、13の寿命は大幅に長くなる。
【0038】
この実施の形態では、送信アンテナ12に対して、もう一つの受信アンテナ17(以下、第2の受信アンテナと呼ぶ)を設け、第2のマイクロ波伝播経路を形成する。これら送信アンテナ12及び第2の受信アンテナ17による第2のマイクロ波伝播経路にも図4で示した回路が接続されており、被測定物質の物理量を測定することができる。
【0039】
また、送信アンテナ12に対する第2の受信アンテナ17との距離は、第1の受信アンテナ13との距離に等しく設定しておく。このようにすると濃度測定のための演算が容易となる。
【0040】
但し、この第2のマイクロ波伝播経路は、前述した第1のマイクロ波伝播経路とは異なり、配管11内に生じる気泡や堆積物などによる影響を比較的受けやすい位置に形成する。
【0041】
すなわち、第1の受信アンテナ13は、送信アンテナ12と共に、支持部材14によって、気泡や堆積物の影響を殆ど受けない被検出物質中に設置されているが、第2の受信アンテナ17は、例えば、配管11内に生じる気泡が集まる頂部内壁に設置する。したがって、配管11内に気泡が発生した場合、第2のマイクロ波伝播経路による測定結果は、気泡溜りによる干渉を受け大きく変動する。
【0042】
このように、構成した本実施の形態において、まず、送信アンテナ12から配管11内を流れる被測定物質(流体)を経て受信アンテナ13に至る第1の伝播経路でのマイクロ波の伝播時間を測定する。また、同じく、送信アンテナ12から配管11内の被測定物質を経て受信アンテナ17に至る第2の伝播経路でのマイクロ波の伝播時間を測定する。
【0043】
この2つの伝播経路におけるマイクロ波の伝播時間から被測定物質の物理量、例えば、濃度がそれぞれ算出される。このとき、配管11内に気泡溜りがない場合は、算出された濃度の値はほぼ等しい。
【0044】
しかし、配管11内に気泡が生じると、配管11内の頂部、すなわち、第2のアンテナ17が設置された内壁直下に気泡溜りが生じ、第2の受信アンテナ17は気泡溜りによる影響を受ける。すなわち、第2の受信アンテナ17に受信されるマイクロ波は気泡溜りに邪魔されて、その伝播時間が遅くなる。
【0045】
一方、第1の受信アンテナ13は、配管11内の断面中心近くに配置されており、配管11内に気泡が生じても、その周囲に気泡溜りは殆ど生じない。したがって、第1の受信アンテナ13で受信されるマイクロ波の伝播時間は正常である。
【0046】
これらの結果、第2のマイクロ波伝播経路による伝播時間は、気泡溜まりの影響を受けない第1のマイクロ波伝播経路による伝播時間と比較して大幅に変動する。この伝播時間の変動により、気泡溜りが配管11内に発生したことを直ちに検出することができる。
【0047】
なお、このとき、被測定物質の濃度は、気泡溜りの影響がない第1の受信アンテナ13によって正確に測定することができる。
【0048】
上記実施の形態では、第2の受信アンテナ17を配管11の頂部内壁に設けたが、送信側アンテナ12および第1の受信アンテナ13と共に、同一の支持部材14に取り付けてもよい。
【0049】
また、上記実施の形態では、配管11の内部に生じた気泡溜りを検出するため、第2のアンテナ17を配管11内の頂部内壁に設けたが、堆積物の発生を検出する場合は、第2のアンテナ17を配管11内の底部内壁に設ければよい。
【0050】
このように構成すると、配管11内に堆積物が生じた場合、第2のマイクロ波伝播経路による測定結果は大きく変動するため、堆積物の発生を直ちに検出することができる。
【0051】
次に、図2及び図3で示す実施の形態について説明する。なお、図1と対応する部分には同一符号を付している。
【0052】
この実施の形態においても、マイクロ波の送信アンテナ12は、配管11内において支持部材14に取り付けられており、配管11内の被測定物質中に設置される。この実施の形態では、送信アンテナ12は配管11の断面中心部に設置している。
【0053】
なお、支持部材14は金属または強度の高い合成樹脂やセラミックにより、棒状或いは板状に形成されており、また、送信アンテナ12は、保護部材15で覆われ、被測定物質から保護されている。
【0054】
この送信アンテナ12に対し、第1のマイクロ波伝播経路を形成する第1の受信アンテナ13と、第2のマイクロ波伝播経路を形成する第2の受信アンテナ17を、配管11内壁の互いに異なる位置に設けている。
【0055】
第1のマイクロ波伝播経路は、配管11内に生じる気泡や堆積物の影響を受け難い位置に形成されている。すなわち、第1の受信アンテナ13は、気泡溜りの生じない配管11内の下部で、堆積物が堆積し難い図示斜め右下に設置する。
【0056】
これに対し、第2のマイクロ波伝播経路は、配管11内に生じる気泡や堆積物の影響を比較的受け易い位置に形成する。すなわち、第2の受信アンテナ17は、図3で示すように、気泡溜りの生じ易い配管11内の頂部内壁に設置する。
【0057】
これら送信アンテナ12と第1の受信アンテナ13とによる第1のマイクロ波伝播経路及び、第2の受信アンテナ17とによる第2のマイクロ波伝播経路には、それぞれ図4で示した回路が接続されており、被測定物質の物理量をそれぞれ測定することができる。また、送信アンテナ12に対する両受信アンテナ13、17との距離は、送信アンテナ12が配管11の断面中心部に配置されていることから、互いに等しく設定されている。
【0058】
上記構成において、被測定物質の濃度測定に当っては、まず、送信アンテナ12から配管11内を流れる被測定物質を経て受信アンテナ13に至る第1の伝播経路でのマイクロ波の伝播時間を測定する。同じく、送信アンテナ12から配管11内の被測定物質を経て受信アンテナ17に至る第2の伝播経路でのマイクロ波の伝播時間を測定する。
【0059】
この2つの伝播経路におけるマイクロ波の伝播時間から被測定物質の濃度がそれぞれ算出される。このとき、配管11内に気泡溜まりがない場合は、算出された濃度の値はほぼ等しい。
【0060】
しかし、配管11内に気泡が生じると、図3で示すように、配管11内の、第2のアンテナ17が設置された内壁直下に気泡溜まりが生じる。このため、第2の受信アンテナ17に受信されるマイクロ波は気泡溜りに邪魔されて、その伝播時間が遅くなる。
【0061】
一方、第1の受信アンテナ13は、配管11の斜め下部の内壁面に設置されているため、その周囲に気泡溜りは殆ど生じない。また、堆積が生じても堆積物によって覆われることもない。したがって、第1の受信アンテナ13で受信されるマイクロ波の伝播時間は正常である。
【0062】
これらの結果、第2のマイクロ波伝播経路による伝播時間は、第1のマイクロ波伝播経路による伝播時間に比べ大幅に変動する。この伝播時間の変動により、気泡溜まりが配管11内に発生したことが直ちに検出される。
【0063】
もちろん、被測定物質の濃度は、気泡溜まりや堆積物による影響がない第1の受信アンテナ13によって正確に測定することができる。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、配管が大口径化してもマイクロ波の伝播距離を適正な範囲に保つことができ、また、配管内に気泡や沈殿物および付着物が生じた場合、直ちにこれらを検出して対処でき、これらによる影響を受け難く、正確で安定な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による物質量測定装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す模式図である。
【図3】図2の実施の形態の動作を説明する模式図である。
【図4】従来のマイクロ波式濃度計の制御構成を示すブロック図である。
【図5】検量線を示したグラフ図である。
【符号の説明】
11 配管
12 マイクロ波送信アンテナ
13、17 マイクロ波受信アンテナ
14 支持部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substance measurement apparatus using a microwave that measures a physical quantity such as a concentration of an object to be measured by measuring a difference in propagation time or phase delay of the microwave.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an instrument for measuring the concentration of suspended solids in a liquid, an ultrasonic concentration meter that measures the attenuation rate of ultrasonic waves to obtain the concentration, a transmitted light attenuation rate using light, an increase rate of scattered light, etc. An optical densitometer or the like that obtains a concentration by measurement is often used.
[0003]
However, in the ultrasonic densitometer, there is a problem that when air bubbles are mixed in the liquid, the measurement error increases due to the large influence. Further, in the latter optical densitometer, if dirt is attached to the optical window through which light is incident or received, the influence is greatly affected, and the measurement error also increases.
[0004]
Therefore, recently, a microwave densitometer has been developed and put into practical use as a densitometer that is hardly affected by bubbles and dirt.
[0005]
FIG. 4 is a block diagram showing a control configuration of the microwave densitometer. In the figure, a microwave transmitting antenna 2 and a microwave receiving antenna 3 are disposed in a pipe 1 through which a fluid flows so as to face each other in the diameter direction.
[0006]
A microwave transmitter 5 is connected to the microwave transmission antenna 2 via a power splitter 4, and microwaves are supplied from the microwave transmitter 5. The microwave receiving antenna 3 is connected to the concentration calculation circuit 7 via the propagation time measurement circuit 6. Further, the output side of the power splitter 4 is connected to the input side of the propagation time measuring circuit 6.
[0007]
Therefore, the microwave passing path is transmitted from the microwave transmitting antenna 2 via the power splitter 4, propagates the fluid in the pipe 1, is received by the microwave receiving antenna 3, and is introduced into the propagation time measuring circuit 6. There are two systems: a first path and a second path introduced from the power splitter 4 to the propagation time measurement circuit 6.
[0008]
The concentration calculation circuit 7 that has received the output from the propagation time measurement circuit 6 determines the propagation from the propagation time or phase delay of the microwave from the first path and the propagation time or phase delay of the microwave from the second path. Find the time difference or phase difference.
[0009]
In this microwave densitometer, the phase delay θ2 of the microwave propagating in the measurement substance in the pipe 1 with respect to the microwave directly received from the microwave transmitter 5 via the power splitter 4, and the pipe 1 A reference fluid, for example, tap water that can be regarded as having a zero concentration, is filled in and a microwave phase delay θ1 when measured under the same conditions as the measurement target liquid is compared. Then, from the phase difference Δθ = (θ2−θ1), the concentration of the liquid to be measured is obtained using the calibration curve 8 shown in FIG.
[0010]
Specifically, the concentration X of the liquid to be measured is obtained by performing calculation according to the following equation (1).
[0011]
X = aΔθ + b (1)
Note that a is the slope of the calibration curve, b is the intercept of the calibration curve, and normally b = 0.
[0012]
Actually, when measuring the concentration with a microwave densitometer, the phase is measured in advance by passing pure water as a reference first, and then measured by comparing with the reference phase through the substance to be measured. Is done.
[0013]
Such a conventional microwave densitometer is not a method of measuring the attenuation rate of the microwave, but a method of measuring the phase difference, and the window part for receiving or receiving the microwave needs to be transparent. There is no. For this reason, it has the advantage that it is hardly affected by bubbles and dirt and the concentration can be measured continuously.
[0014]
In such a microwave densitometer, the propagation time for concentration calculation is the length of the transmission cable 9 and the reception cable 10 from the microwave oscillating unit 5, the size and material of the members constituting the cable, and the like. It also changes depending on. However, these effects can be eliminated by making initial adjustments for each device.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this microwave densitometer, the phase indication may change or the measurement may become unstable due to factors other than those described above during concentration measurement.
[0016]
One of the causes is that gas in the substance to be measured flowing in the pipe 1, that is, bubbles or the like are accumulated in a specific part of the pipe 1, and the microwave measured by the microwave propagating through this part interferes. There is a problem that a measurement error occurs.
[0017]
In addition, similar problems occur due to accumulation of a substance to be measured at the bottom of the pipe 1, for example, sedimentation of sludge, adhesion to the inner wall of the pipe 1, and the like.
[0018]
Furthermore, the diameter of the pipe 1 has been increased recently, and when the transmitting and receiving antennas are fixed to the pipe wall as in the past, the propagation of the microwave is increased when the diameter of the pipe is increased to 300 mm or more. The distance increases and decays. In particular, when the fluid inside the pipe has conductivity, the attenuation of the microwave is significant and the sensitivity is lowered.
[0019]
An object of the present invention is to provide a substance amount measuring apparatus that does not attenuate microwaves even when the pipe diameter is increased and is not easily affected by bubbles, precipitates, and deposits in the pipe.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
A substance amount measuring apparatus according to the present invention is a substance that measures a physical quantity of a substance to be measured from a propagation time or a phase delay of the microwave transmitted through the substance to be measured that is transmitted between the transmitting antenna and the receiving antenna. A quantity measuring device, a pipe for flowing a substance to be measured, a microwave transmission antenna supported by a support member installed in the pipe and installed in the substance to be measured, and the transmission antenna Opposite, the first receiving antenna of the support member installed at a position not easily affected by bubbles and deposits generated in the pipe, and the transmitting antenna, and the bubbles or deposits on the inner wall of the pipe A second receiving antenna installed at a position relatively susceptible to influence, and the support member has a distance from the transmitting antenna to the first receiving antenna and a second receiving antenna. In a positional relationship in which the distance to the antenna are equal to each other, characterized in that supporting the transmission antenna and the first receive antenna.
[0025]
In these inventions, at least the transmission antenna of the transmission antenna and the reception antenna constituting the microwave propagation path is installed in the fluid of the substance to be measured in the pipe by the support member, so the distance from the reception antenna is shortened. It is possible to measure the physical quantity accurately, and to detect the occurrence of bubbles, deposits, etc. that are likely to occur on the inner wall of the pipe.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a substance amount measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration inside a pipe in the present embodiment. This substance amount measuring apparatus measures a physical quantity of a substance to be measured in which a suspended matter such as sludge, paper pulp or the like, a coffee, a starch or the like is mixed, for example, a suspended substance concentration.
[0028]
In the figure, in a pipe 11 through which a substance to be measured flows, a transmitting antenna 12 and a receiving antenna (hereinafter referred to as a first receiving antenna) 13 are attached to a support member 14 and arranged opposite to each other in the substance to be detected. A propagation path (hereinafter referred to as a first microwave propagation path) is formed. The support member 14 is provided so as to intersect with the flow direction of the substance to be measured, and is formed in a bar shape or a plate shape from a metal or a high-strength synthetic resin or ceramic. Each antenna 12 and 13 has a normal configuration, but a monopole antenna may be used. These antennas 12 and 13 are each covered with a protective member 15 to protect them from the substance to be measured.
[0029]
As the protective member 15, a synthetic resin member that is not easily affected by property changes by the substance to be measured is used. A synthetic resin member that is not easily affected by this property change is a member made of a heat-resistant material that does not thermally deform within the temperature range of the substance to be measured, and is strong when the substance to be measured is acidic or alkaline. It is a member made of an acid resistant or alkaline resistant material.
[0030]
The circuit shown in FIG. 4 is connected to the first microwave propagation path by the transmitting antenna 12 and the first receiving antenna 13. That is, a microwave transmitter 5 is connected to the transmission antenna 12 via the power splitter 4, and a microwave is supplied from the microwave transmitter 5. The reception antenna 13 is connected to the concentration calculation circuit 7 via the propagation time measurement circuit 6. Further, the output side of the power splitter 4 is connected to the input side of the propagation time measuring circuit 6.
[0031]
Then, the phase delay θ2 of the microwave propagating in the substance to be measured in the pipe 1 with respect to the microwave input directly from the microwave transmitter 5 to the propagation time measuring circuit 7 via the power splitter 4; Compared with the phase delay θ1 of the microwave when the pipe 1 is filled with the reference fluid and measured under the same conditions, the calibration curve 8 shown in FIG. 5 is used from the phase difference Δθ = (θ2−θ1). Obtain the concentration of the solution to be measured.
[0032]
As described above, the transmitting antenna 12 and the first receiving antenna 13 constituting the first microwave propagation path are attached to the support member 14 and installed in the substance to be measured flowing in the pipe 11. And the receiving antenna 13 can be arbitrarily set to an optimum value without being affected by the pipe diameter of the pipe 1.
[0033]
That is, in the structure in which the transmitting antenna 2 and the receiving antenna 3 are attached to the inner wall of the conventional pipe 1 shown in FIG. 4, since the facing distance between the antennas 2 and 3 is determined by the diameter of the pipe, the diameter is larger than 300 mm. Then, the facing distance between the antennas 2 and 3 becomes long, and the microwave is attenuated and the sensitivity is lowered.
[0034]
On the other hand, in the above embodiment, the transmitting antenna 12 and the first receiving antenna 13 are attached to the support member 14, so that the facing distance between the antennas 12 and 13 is not affected by the diameter of the pipe. , Can be set arbitrarily to the optimum value. For this reason, sufficient measurement sensitivity is maintained and high measurement accuracy is obtained.
[0035]
In addition, depending on the substance to be measured, it is conceivable that bubble accumulation occurs in the pipe, or substances accumulate or adhere to the inner wall of the pipe 11 due to long-term use or the like, thereby affecting the measurement performance. However, since these generation sites in the pipe 11 can be assumed in advance, the transmission antenna 12 and the first reception antenna 13 attached to the support member 14 should be installed at arbitrary positions avoiding the assumed generation site. Thus, these effects can be eliminated.
[0036]
For example, the bubble pool is concentrated on the top of the inside of the pipe 11, and the deposit is generated at the bottom of the pipe 11. That is, most of them occur at the portion of the pipe 11 that is in contact with the upper and lower inner wall surfaces, so the transmitting antenna 12 and the first receiving antenna 13 attached to the support member 14 are installed in the substance to be measured near the center of the cross section in the pipe 11. By doing so, it is possible to obtain a good measurement result without being substantially affected by bubbles, deposits, and deposits generated in the pipe 11.
[0037]
Furthermore, since the transmitting antenna 12 and the receiving antenna 13 are covered with the protective member 15 that is not easily affected by the property change caused by the substance to be measured, even if it is installed in the substance to be measured, The life of each antenna 12, 13 is significantly increased.
[0038]
In this embodiment, another receiving antenna 17 (hereinafter referred to as a second receiving antenna) is provided with respect to the transmitting antenna 12 to form a second microwave propagation path. The circuit shown in FIG. 4 is also connected to the second microwave propagation path by the transmitting antenna 12 and the second receiving antenna 17, and the physical quantity of the substance to be measured can be measured.
[0039]
Further, the distance from the transmission antenna 12 to the second reception antenna 17 is set equal to the distance from the first reception antenna 13. In this way, calculation for concentration measurement is facilitated.
[0040]
However, unlike the above-described first microwave propagation path, the second microwave propagation path is formed at a position that is relatively susceptible to the influence of bubbles, deposits, and the like generated in the pipe 11.
[0041]
That is, the first receiving antenna 13 and the transmitting antenna 12 are installed in the detected substance that is hardly affected by bubbles and deposits by the support member 14, but the second receiving antenna 17 is, for example, And installed on the inner wall of the top where air bubbles generated in the pipe 11 gather. Therefore, when bubbles are generated in the pipe 11, the measurement result by the second microwave propagation path varies greatly due to interference from the bubble accumulation.
[0042]
In the embodiment thus configured, first, the propagation time of the microwave in the first propagation path from the transmitting antenna 12 to the receiving antenna 13 through the substance to be measured (fluid) flowing in the pipe 11 is measured. To do. Similarly, the propagation time of the microwave in the second propagation path from the transmitting antenna 12 to the receiving antenna 17 through the substance to be measured in the pipe 11 is measured.
[0043]
The physical quantity, for example, the concentration of the substance to be measured is calculated from the propagation times of the microwaves in the two propagation paths. At this time, when there is no bubble accumulation in the pipe 11, the calculated concentration values are almost equal.
[0044]
However, when bubbles are generated in the pipe 11, a bubble pool is generated at the top of the pipe 11, that is, immediately below the inner wall where the second antenna 17 is installed, and the second receiving antenna 17 is affected by the bubble pool. That is, the microwave received by the second receiving antenna 17 is obstructed by the bubble accumulation, and the propagation time is delayed.
[0045]
On the other hand, the first receiving antenna 13 is disposed near the center of the cross section in the pipe 11, and even if bubbles are generated in the pipe 11, there is almost no bubble accumulation around them. Therefore, the propagation time of the microwave received by the first receiving antenna 13 is normal.
[0046]
As a result, the propagation time through the second microwave propagation path varies significantly compared to the propagation time through the first microwave propagation path that is not affected by the bubble accumulation. It is possible to immediately detect that bubble accumulation has occurred in the pipe 11 due to the fluctuation of the propagation time.
[0047]
At this time, the concentration of the substance to be measured can be accurately measured by the first receiving antenna 13 which is not affected by the bubble accumulation.
[0048]
In the above embodiment, the second receiving antenna 17 is provided on the top inner wall of the pipe 11, but it may be attached to the same support member 14 together with the transmitting antenna 12 and the first receiving antenna 13.
[0049]
In the above embodiment, the second antenna 17 is provided on the top inner wall in the pipe 11 in order to detect bubble accumulation generated in the pipe 11. Two antennas 17 may be provided on the bottom inner wall of the pipe 11.
[0050]
With this configuration, when a deposit is generated in the pipe 11, the measurement result by the second microwave propagation path varies greatly, so that the occurrence of the deposit can be detected immediately.
[0051]
Next, the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part corresponding to FIG.
[0052]
Also in this embodiment, the microwave transmission antenna 12 is attached to the support member 14 in the pipe 11 and is installed in the substance to be measured in the pipe 11. In this embodiment, the transmission antenna 12 is installed at the center of the cross section of the pipe 11.
[0053]
The support member 14 is formed of a metal or a high strength synthetic resin or ceramic into a rod shape or a plate shape, and the transmission antenna 12 is covered with a protection member 15 and protected from a substance to be measured.
[0054]
The first receiving antenna 13 that forms the first microwave propagation path and the second receiving antenna 17 that forms the second microwave propagation path with respect to the transmission antenna 12 are located at different positions on the inner wall of the pipe 11. Provided.
[0055]
The first microwave propagation path is formed at a position that is not easily affected by bubbles or deposits generated in the pipe 11. In other words, the first receiving antenna 13 is installed at the lower right in the figure in the lower part of the pipe 11 where no bubble accumulation occurs so that deposits are difficult to accumulate.
[0056]
On the other hand, the second microwave propagation path is formed at a position that is relatively easily affected by bubbles and deposits generated in the pipe 11. That is, as shown in FIG. 3, the second receiving antenna 17 is installed on the top inner wall of the pipe 11 in which bubbles are likely to accumulate.
[0057]
The circuit shown in FIG. 4 is connected to the first microwave propagation path formed by the transmission antenna 12 and the first reception antenna 13 and the second microwave propagation path formed by the second reception antenna 17, respectively. The physical quantity of the substance to be measured can be measured respectively. Further, the distance between the receiving antennas 13 and 17 with respect to the transmitting antenna 12 is set to be equal to each other because the transmitting antenna 12 is disposed at the center of the cross section of the pipe 11.
[0058]
In the above configuration, in measuring the concentration of the substance to be measured, first, the propagation time of the microwave in the first propagation path from the transmitting antenna 12 through the substance to be measured flowing in the pipe 11 to the receiving antenna 13 is measured. To do. Similarly, the propagation time of the microwave in the second propagation path from the transmitting antenna 12 to the receiving antenna 17 through the substance to be measured in the pipe 11 is measured.
[0059]
The concentration of the substance to be measured is calculated from the microwave propagation times in the two propagation paths. At this time, when there is no bubble accumulation in the pipe 11, the calculated concentration values are almost equal.
[0060]
However, if air bubbles are generated in the pipe 11, as shown in FIG. 3, a bubble pool is generated in the pipe 11 immediately below the inner wall where the second antenna 17 is installed. For this reason, the microwave received by the second receiving antenna 17 is obstructed by the bubble accumulation, and the propagation time is delayed.
[0061]
On the other hand, since the first receiving antenna 13 is installed on the inner wall surface of the pipe 11 at an oblique lower portion, there is almost no bubble accumulation around the first receiving antenna 13. Moreover, even if deposition occurs, it is not covered with deposits. Therefore, the propagation time of the microwave received by the first receiving antenna 13 is normal.
[0062]
As a result, the propagation time by the second microwave propagation path varies significantly compared to the propagation time by the first microwave propagation path. Due to this change in propagation time, it is immediately detected that bubble accumulation has occurred in the pipe 11.
[0063]
Needless to say, the concentration of the substance to be measured can be accurately measured by the first receiving antenna 13 which is not affected by bubble accumulation or deposits.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, the propagation distance of microwaves can be maintained in an appropriate range even when the pipe diameter is increased, and when bubbles, precipitates, and deposits are generated in the pipe, these are immediately detected. Therefore, accurate and stable measurement is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a substance amount measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing a control configuration of a conventional microwave densitometer.
FIG. 5 is a graph showing a calibration curve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Piping 12 Microwave transmission antenna 13, 17 Microwave reception antenna 14 Support member

Claims (1)

送信アンテナからマイクロ波を送信し、受信アンテナとの間に位置する被測定物質を伝播したマイクロ波の伝播時間または位相遅れから被測定物質の物理量を測定する物質量測定装置であって、
被測定物質を流すための配管と、
この配管内に設置された支持部材に支持され、かつ前記被測定物質中に設置されたマイクロ波送信アンテナと、
この送信アンテナと対向し、前記支持部材の、配管内に生じる気泡及び堆積物による影響を受け難い位置に設置された第1の受信アンテナと、
前記送信アンテナと対向し、配管内壁の、前記気泡又は堆積物による影響を比較的受け易い位置に設置された第2の受信アンテナとを備え、
前記支持部材は、前記送信アンテナから前記第1の受信アンテナまでの距離と第2の受信アンテナまでの距離とが互いに等しくなる位置関係で、送信アンテナと第1の受信アンテナとを支持した
ことを特徴とする物質量測定装置。
A substance amount measuring device for measuring a physical quantity of a substance to be measured from a propagation time or a phase delay of the microwave transmitted through the substance to be measured that is transmitted between the transmitting antenna and the receiving antenna,
Piping for flowing the substance to be measured;
A microwave transmission antenna supported by a support member installed in the pipe and installed in the substance to be measured;
A first receiving antenna that is opposed to the transmitting antenna and is installed at a position on the supporting member that is not easily affected by bubbles and deposits generated in the pipe;
A second receiving antenna that faces the transmitting antenna and is installed at a position on the inner wall of the pipe that is relatively susceptible to the influence of the bubbles or deposits;
The support member supports the transmission antenna and the first reception antenna in a positional relationship in which a distance from the transmission antenna to the first reception antenna and a distance from the second reception antenna are equal to each other. Characteristic substance amount measuring device.
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