JPH0247521A - マイクロ波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波流量計に係り、特に粉・粒体の濃度
計測の精度を向上させるのに好適なマイクロ波流量計に
関する。

〔従来の技術〕

粉体、粒体等を移送するパイプ内の粉体または粒体の流
量を計測する流量計は各種提案されている。マイクロ波
を利用した従来の流量計を第３図に示す（特開昭５９−
１９８１４号）。第３図において、３１は移送パイプ、
３２と３３はマイクロ波導波管、３４および３５は方向
性結合器、３６はマイクロ波発生器、３７はサーキュレ
ータ、３８はミキサ、３９は速度演算器、４０は検波器
、４１は流量演算器である。マイクロ波発生器３６から
送出されたマイクロ波は導波管３２、方向性結合器３４
を経て、移送パイプ内の粉粒体に送られ、粉粒体からの
反射波と３６からのマイクロ波の一部がミキサに送られ
、マイクロ波周波数のドップラー・シフト量が求められ
、それに基づき速度演算器３９より粉粒体の速度が算出
される。−方、検波器４０には粉粒体を透過したマイク
ロ波が検出され、そのパワーより粉粒体濃度が求められ
、流量演算器４１で両者の積より流量を求める。

このマイクロ波流量計の計測原理は、粉体または粒体の
速度をマイクロ波周波数のドップラー・シフト量より算
出し、濃度を透過マイクロ波パワーより算出し、両者の
積より流量を算出するものである。

このマイクロ波流量計の特徴は粉体または粒体の移送方
向とマイクロ波の反射方向が平行であるためマイクロ波
周波数のドップラー・シフト量を大きくとれ、速度演算
器３９の演算精度が向上する点にある。しかし方向性結
合器３４．３５と、移送パイプ３１との間のマイクロ波
結合度は、移送パイプ３１内が空である場合と、粉体ま
たは粒体が流れている場合とで異なるため（媒質のイン
ピーダンスが異なるため）、方向性結合器３４から移送
パイプ３１に伝送されるマイクロ波パワーが粉体または
粒体の流量変化で変化し、検波器４０で受信されるマイ
クロ波パワーは移送バイブ３１内での粉体または粒体に
よるマイクロ波パワーの減衰量を正確に反映しておらず
、濃度の正確な演算が困難である問題点があった。なお
、方向性結合器は導波管３２．３３の管壁の一部に複数
の結合用の孔を設けたものが一般的である。

同様の問題点は第４図に示すように、移送バイブ３１内
に電磁ホーン４２を介して、マイクロ波を入射させ、ｔ
ｍホーン４３を介して受信する装置でも影響は少ないが
生じている。すなわち電磁ホー７４２．４３はテーパー
状構造となっていて移送パイプ内の媒質とインピーダン
ス整合が取りやすくはなっているが、移送バイブ３１内
が空の場合と、そうでない場合とでは媒質のインピーダ
ンスが異なり、入射マイクロ波パワーが変化する。

従って導波管３３で受信したマイクロ波パワーの大小で
、移送バイブ３１内の粉・粒体濃度を算出することは困
難となる。なお、４４は粉粒体流入防止用ガラス板であ
る。

従ってマイクロ波流量計においては、移送パイプ内へ入
射されるマイクロ波パワーを一定にするか、または入射
マイクロ波パワーの変化をフィードバックして濃度信号
を得る方法が必要になっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では移送パイプ内へ入射されるマイクロ波
パワーが、粉・粒体の濃度（または流量）によって変化
し、透過マイクロ波パワー（従って受信マイクロ波パワ
ー）に影響を及ぼすことについて配慮がされておらず、
粉・粒体の濃度を正しく計測できないという問題点があ
った。

本発明の目的は、粉・粒体の濃度によって、入射マイク
ロ波パワーが変化しないようにし、粉・粒体の濃度によ
って変化する透過マイクロ波パワーを精度よく検出でき
るマイクロ波流量計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１は、マイクロ波発信器と、粉粒体移送管と
、同移送管の管壁に送信端を接続され、マイクロ波発信
器からのマイクロ波を移送管内に送信するマイクロ波送
信器と、前記移送管の管壁に受信端を接続され、移送管
内を通過したマイクロ波を受信するマイクロ波受信器と
、該受信器で受信したマイクロ波のパワーより粉粒体移
送管内の粉粒体濃度を算出する装置と、マイクロ波受信
器で受信したマイクロ波のドップラー・シフト量より粉
粒体の速度を算出する装置と、前記算出された粉粒体の
濃度と速度より粉粒体流量を算出する流量演算器とを備
えたマイクロ波流量計において、前記粉粒体移送管とマ
イクロ波送信端および受信端との接続部に送信端および
受信端断面を塞ぐ金属膜を設けたことを特徴とする。

本発明の第２は、マイクロ波発信器と、粉粒体移送管と
、同移送管の管壁に送信端を接続され、マイクロ波発信
器からのマイクロ波を移送管内に送信するマイクロ波送
信器と、前記移送管の管壁に受信端を接続され、移送管
内を通過したマイクロ波を受信するマイクロ波受信器と
、該受信器で受信したマイクロ波のパワーより粉粒体移
送管内の粉粒体濃度を算出する装置と、マイクロ波受信
器で受信したマイクロ波のドップラー・シフト量より粉
粒体の速度を算出する装置と、前記算出された粉粒体の
濃度と速度より粉粒体流量を算出する流量演算器とを備
えたマイクロ波流量計において、マイクロ波送信端の入
力側で送信端およびその近傍部からのマイクロ波反射波
パワーを検出する装置と、該装置からの検出信号により
マイクロ波受信器の受信マイクロ波パワー信号を補正す
る演算装置を設けたことを特徴とする。

本発明においては、前記マイクロ波送信端および受信端
断面を塞ぐ金属膜が、磁性体膜と導電膜とからなること
が好ましい。

［作用］ 数１０μｍ厚さめ金属膜はマイクロ波に対して透過性が
あるので、接続部に金属膜を設けてもマイクロ波を移送
パイプに入射させることができる（但しパワー減衰は発
生する）。一方接続部のマイクロ波結合インピーダンス
は、この金属膜の導電性によって大半支配されるように
なり、移送パイプ側の粉・粒体の濃度によって（例えか
なり導波性のある粉・粒体に対しても）結合インピーダ
ンスが変化する率は非常に小さくなり、マイクロ波入射
パワーをほぼ一定に保つことができるようになる。

（実施例〕 以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図に本発明になるマイクロ波粉体流量計の一実施例
の構成図を示す。粉体移送パイプ１の側壁に取り付けら
れた座にそれぞれマイクロ波送信器２１、受信器２２を
設置する。マイクロ波発生器２から送出されたマイクロ
波（ｆ＝５０ＧＨｚ、パワーζ５０ｍＷ）は、可変減衰
器３によって適正パワーレベルに調整し、導波管４、送
信用電磁ホーン５を介して移送パイプ１に出射される。

送信用電磁ホーン５の出口には、導波管４への粉体流人
を防止する石英ガラス板６（厚さ３ｍｍ）を取り付け、
石英ガラス板６の表面に電磁ホーン５の出口断面積を全
てカバーできる広さ（３０［１１＋１Ｘ２３鵬）の電磁
波シールド用金属膜７（厚さ６０μｍで、アモルファス
磁性膜の上に銅メツキされていて、アモルファス側に粘
着剤付き）を貼りつける。

このようにして出射されたマイクロ波は移送パイプ内を
伝播し、金属膜８、ガラス板９を設けて同様の構造とし
た受信用電磁ホーン１０を介し、導波管１１、方向性結
合器１２を経てミキサ１３に導かれる。ミキサ１３には
局部発振器１４がら別にマイクロ波（ｆ＝４９ＧＨｚ）
を導き、両者の差周波数に相当する中間周波（ＩＦ）成
分を検出する（粉体の流れがない場合には中間周波はＩ
ＧＨｚとなる）。この中間周波数のずれ（シフト）量を
演算器１６で演算し、出力信号を流量演算器１７に入力
する。一方ミキサ１３の前に挿入した方向性結合器１２
により受信マイクロ波パワーの一部を分岐し、検波器１
５で受信マイクロ波パワーに比例した信号を得、検波器
１５の出力信号を流量演算器１７に入力する。流量演算
器１７では周波数シフｌ−１と受信マイクロ波パワー比
例信号と予め設定した比例係数を乗算演算し、流量出力
信号を出す。

前記実施例では局部発振器１４の発振パワーレヘルの安
定性は特に必要としないが、周波数、パワーレベルとも
安定した局部発振器１４を採用すれば、方向性結合器１
２、検波器１５がなくても、ミキサ１３の中間周波出力
のパワーレベル、中間周波シフト量を用いることにより
、同様の流量検出が可能になる。

また電磁ホーン５．１０への金属膜７．８の取り付は方
としては直接金属膜を電磁ホーン出口部に貼り付けその
後石英ガラス仮６．９で支持してもよい。

本実施例特有の効果としては、金属膜として電磁波シー
ルド用の磁性体膜と導電体膜を重ねたものを用いている
ので、マイクロ波送信端、受信端と移送パイプ接続部の
結合インピーダンスを一定に保つ効果が大きい。また通
常はマイクロ波発生器２と可変減衰器３の間に挿入され
るアイソレータ（負荷インピーダンスの変化によりマイ
クロ波発生器２側に戻ってくる反射波を絶縁するもの）
も、金属膜を貼りつけることにより不要となる利点があ
る。

金属膜の厚さとマイクロ波透過率には関係がある（複雑
で数式化できる状態に現在はない）が、本実施例では送
信マイクロ波パワーは金属膜貼りつけにより約３０ｄＢ
低下した。

粉体の性状が磁性的性質をもっている場合には（例えば
鉄粉等）、本実施例の様に金属膜として磁性膜と導電膜
を両方取りつけることが有効である。磁性的性質を持た
ない粉体に対しては銅膜のような導電膜だけでも、送信
マイクロ波パワーレベルを一定にする効果がある。

本実施例は電磁ホーンに金属膜を取りつけた場合につい
て述べたが、第３図の方向性結合器３４．３５の結合孔
の部分を金属膜で塞ぐようにしても、移送パイプｌへ送
信するマイクロ波パワーレベルを一定にする効果がある
。

第１図の実施例では、移送パイプとの接続部での結合イ
ンピーダンスを一定にするようにして、粉体濃度に比例
した受信マイクロ波パワーを検出できるようにしたが、
送信側で反射波パワーを検出し、反射波パワーの大小に
より、移送パイプ内に送信されたマイクロ波パワーレベ
ルを算出し、濃度演算部で補正演算を行うことができる
。

第２図にこの考えを導入した他の実施例を示す。

マイクロ波発生器２より送出したマイクロ波をアイソレ
ータ１８、可変減衰器３、電磁ホーン５を介して移送パ
イプ（省略）へ導く。移送パイプへ送出されたマイクロ
波パワーと相関をもつ反射波パワーを方向性結合器１２
を介して検波器１５で検出する。一方移送バイブに送出
されたマイクロ波は粉体による減衰およびドップラー・
シフトによる周波数シフトを受けて電磁ホーン６で受信
され、ミキサ１３で中間周波成分に変換し、周波数シフ
トＩと中間周波（ＩＦ）パワーレベルの２種の信号を演
算器１９で演算し、流量演算器１７に出力する。流量演
算器１７では検波器１５の出力により、ＩＦパワーレベ
ルの補正を行ない、周波数シフト量と補正ＩＦパワーレ
ベルと予め設定された比例係数を乗算して、流量比例信
号を出力する。なお、検波器１５で検出する反射波はマ
イクロ波送信端のみでなく、その近傍部からの反射波を
使用することができる。

本実施例の効果は結合インピーダンスを一定にするため
に前記金属膜を用いていないので、金属膜によるマイク
ロ波の減衰が生じないので、マイクロ波発生器２のパワ
ーレベルが小さくてよい。

すなわち低コスト化の利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、粉体濃度が大幅に変化しても粉体濃度
の計測精度が低下することがないので、全体として粉体
流量の計測精度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のマイクロ波粉体流量計の
構成図、第２図は、本発明の他の実施例のマイクロ波粉
体流量計の構成図、第３図および第４図は、従来技術の
マイクロ波流量計の構成図である。 １・・・粉体移送パイプ、２・・・マイクロ波発生器、
３・・・可変減衰器、４・・・導波管、５・・・電磁ホ
ーン、６・・・ガラス板、７．８・・・金属膜、９・・
・ガラス板、１０・・・電磁ホーン、１１・・・導波管
、１２・・・方向性結合器、１３・・・ミキサ、１４・
・・局部発振器、１５・・・検波器、１６・・・周波数
シフｌ演算器、１７・・・流量演算器、２１・・・マイ
クロ波送信器、２２・・・マイクロ波受信器。 代理人　弁理士　川　北　武　長

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発信器と、粉粒体移送管と、同移送管
   の管壁に送信端を接続され、マイクロ波発信器からのマ
   イクロ波を移送管内に送信するマイクロ波送信器と、前
   記移送管の管壁に受信端を接続され、移送管内を通過し
   たマイクロ波を受信するマイクロ波受信器と、該受信器
   で受信したマイクロ波のパワーより粉粒体移送管内の粉
   粒体濃度を算出する装置と、マイクロ波受信器で受信し
   たマイクロ波のドップラー・シフト量より粉粒体の速度
   を算出する装置と、前記算出された粉粒体の濃度と速度
   より粉粒体流量を算出する流量演算器とを備えたマイク
   ロ波流量計において、前記粉粒体移送管とマイクロ波送
   信端および受信端との接続部に送信端および受信端断面
   を塞ぐ金属膜を設けたことを特徴とするマイクロ波流量
   計。
2. （２）マイクロ波送信端および受信端断面を塞ぐ金属膜
   が、磁性体膜と導電膜とからなることを特徴とする請求
   項（１）記載のマイクロ波流量計。
3. （３）マイクロ波発信器と、粉粒体移送管と、同移送管
   の管壁に送信端を接続され、マイクロ波発信器からのマ
   イクロ波を移送管内に送信するマイクロ波送信器と、前
   記移送管の管壁に受信端を接続され、移送管内を通過し
   たマイクロ波を受信するマイクロ波受信器と、該受信器
   で受信したマイクロ波のパワーより粉粒体移送管内の粉
   粒体濃度を算出する装置と、マイクロ波受信器で受信し
   たマイクロ波のドップラー・シフト量より粉粒体の速度
   を算出する装置と、前記算出された粉粒体の濃度と速度
   より粉粒体流量を算出する流量演算器とを備えたマイク
   ロ波流量計において、マイクロ波送信端の入力側で送信
   端およびその近傍部からのマイクロ波反射波パワーを検
   出する装置と、該装置からの検出信号によりマイクロ波
   受信器の受信マイクロ波パワー信号を補正する演算装置
   を設けたことを特徴とするマイクロ波流量計。