JPH08271469A - 混相密度計 - Google Patents

混相密度計

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JPH08271469A
JPH08271469A JP7120895A JP7120895A JPH08271469A JP H08271469 A JPH08271469 A JP H08271469A JP 7120895 A JP7120895 A JP 7120895A JP 7120895 A JP7120895 A JP 7120895A JP H08271469 A JPH08271469 A JP H08271469A
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JP
Japan
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phase
electrodes
multiphase
densitometer
frequency
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Pending
Application number
JP7120895A
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English (en)
Inventor
Kenta Mikuriya
健太 御厨
Daisuke Yamazaki
大輔 山崎
Hitoaki Tanaka
仁章 田中
Manabu Fueki
学 笛木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別
の密度を測定することの出来る混相密度計を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 周波数が可変の電圧を電極間に印加すること
により多相の混相流体の比誘電率に応じて可変する前記
電極間の静電容量の変化を計測するインピーダンス測定
回路、及びこのインピーダンス測定回路の出力を受けて
各相の比率より前記混相流体の平均密度を演算により求
める演算回路で構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多相の混相流体の密度
を各相別に計測する混相密度計に関するのである。
【0002】
【従来の技術】管路の中を例えば水,油或いは気体等多
相の流体が混相して流れる場合、その多相流体の密度を
各相別に計測する混相密度計は既に知られている。しか
し、この混相密度計は、例えばγ線密度計及び静電容量
式水分計等よりなる大がかりな装置の組合せで構成され
ていた。しかも、この従来装置にあっては、各相の比率
によっては精度的に不十分なものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来装置が
有する上記のような問題点を解決する為になされたもの
で、構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別の密度
を測定することの出来る混相密度計を提供することを目
的としたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、周波数が可変
の電圧を電極間に印加することにより多相の混相流体の
比誘電率に応じて可変する前記電極間の静電容量の変化
を計測するインピーダンス測定回路、及びこのインピー
ダンス測定回路の出力を受けて各相の比率より前記混相
流体の平均密度を演算により求める演算回路で構成した
ものである。
【0005】
【作用】このような本発明では、周波数に応じた混相流
体の比誘電率より各相の比率を求めることにより、各相
別の流体の密度が求められる。以下図面を用いて本発明
を説明する。
【0006】
【実施例】図1は本発明に係わる密度計の一実施例の構
成説明図である。図において、10は配管で、この中を
例えば水,油,或いは気体(空気)等の混相された多相
の被測定流体が矢印Y方向に流れている。20は混相密
度計である。混相密度計20において、21aと21b
は管路10の外壁に互いに対向して取り付けられた電
極、22は周波数可変機能を持ったインピーダンス計測
回路で、電極21a,21bにそれぞれ接続されてい
る。23は被測定流体の各相の比率を演算により求める
演算回路で、その入力端はインピーダンス計測回路22
に接続され、出力端は出力端子24に接続されている。
このような構成の本発明に係わる密度計の動作を以下に
説明する。
【0007】水,油或いは気体が混相された被測定流体
は管路10内を矢印Y方向に流れ、混相密度計20の電
極21a,21b部分を通る。混相密度計20において
は、インピーダンス計測回路22により管路10に取付
けられた電極21aと21bに周波数可変の高周波正弦
波電圧が印加される。このインピーダンス計測回路は、
電極21a,21b間に高周波電圧を印加することによ
り、この電極間の静電容量に伴って生じるZ=1/jω
Cで表さられるインピーダンスを計測する。Cは電極2
1a,21b間の静電容量を示すもので、 C=Kε …(1) で表される。(1)式において、Kは電極21aと21
bの形状,大きさ等で定まる定数、εは被測定の混相流
体が直列で、静電容量Cが並列接続で表される場合の平
均比誘電率で、 ε=Hw・εw+HO・εO+Ha・εa …(2) で示される。(2)式において、各Hは混相流体の体積
比率を表し、サフイックスWは水,Oは油,aは気体(空
気)をそれぞれ表す。
【0008】ここで、一般に誘電体の周波数特性は図2
で示される。図2は誘電体として水とアルコール(油)
の周波数に対する比誘電率εを示すもので、横軸に周波
数〔GHz〕を,縦軸にεを取ってある。図2から明ら
かなように、水の比誘電率εは低い周波数では80程度
で一定あるが、10GHz前後で吸収特性を示す。又、
アルコールの比誘電率εは低い周波数では35程度で一
定であるが、1GHz前後で吸収特性を示す。なお、気
体(空気)の比誘電率は周波数に関係無く一定で、ほぼ
1程度であることが知られている。このように、図2に
示す周波数f1〜f2の範囲においては水は比誘電率ε
が大きく変化するが、アルコール及び気体はこの周波数
範囲では共にεは変化しない。
【0009】従って、被測定の混相流体は管路10内に
おいて混相密度計20の電極21a,21b部分を流れ
るが、そのときインピーダンス計測回路22で2つの周
波数f1,f2を電極21aと21bに加えて静電容量
Cに伴うインピーダンスZを計測する。この場合、両電
極間に生じる静電容量Cの変化量ΔC(インピーダンス
の変化量)と周波数f1,f2との間の関係は下式
(3)で示される。 ΔC=K{ε(f1)−ε(f2)} …(3) 周波数をf1からf2に変化させた場合、(2)式にお
けるHO・εO及びHa・εaは変化せず、唯一Hw・εwの
み変化する。よって、f1からf2に変化させた場合、
(2)式のεの変化量は水の比誘電率の変化に伴って生
じることになる。比誘電率εと電極21a,21b間の
静電容量Cとの間には(1)式の関係があるので(3)
式は下式で示される。 ΔC=K{εw(f1)−εw(f2)}Hw …(4) よって、周波数をf1からf2に変化させた場合のイン
ピーダンスZの変化量を演算回路23で計測することに
より、管路10を流れる混相流体の内の水の体積比率H
wを求めることができる。
【0010】同様に、電極21aと21bに加える周波
数をf3とf4に変化させることによる静電容量C,即
ちインピーダンスZの変化量よりアルコールの体積比率
Oを求めることができる。管路10を流れる全体の混
相流体の体積比率は下式で示される。 1=Hw+Ho+Ha …(5) 上記のように、周波数により水とアルコールの体積比率
wとHoが求められるので、(5)式より空気の体積比
率Haを演算回路23により求めることができる。ここ
で、混相流体の平均密度をρとすると、 ρ=Hw・ρw+Ho・ρo+Ha・ρa …(6) で表さられる。水,油及び気体の密度ρw,ρo,ρa
値はそれぞれ既知であるので、演算回路23は(6)式
で示される各相の密度ρを含んだ比率Hw・ρw,Ho
ρO及びHa・ρaを演算回路23により求め、その出力
信号,即ち各相の比率信号は出力端子24より取り出さ
られる。即ち、演算回路23より混相流体の平均密度
ρ,及び各相の密度ρを含んだ比率Hw・ρw,Ho・ρO
及びHa・ρaをそれぞれ得ることができる。
【0011】なお、上述した実施例においては、インピ
ーダンスの計測に比誘電率の実数部εを用い、このεの
変化量を計測したが、比誘電率の虚数部の変化量を用い
るようにしても良い。比誘電率の虚数部の周波数特性を
図2のε’で示す。又電極は夫々一対設けた場合を説明
したが一対に限るものではなく、図3で示す如く複数対
の電極21a,21b、21a’,21b’であっても
よい。このように複数の電極対とすることで、各相の分
布が計測でき、またより高精度に相別の流速を計測する
ことが可能となる。
【0012】
【発明の効果】本発明においては、周波数に応じた混相
流体の比誘電率より各相の比率を求めるように構成した
ので、従来装置の如くγ線密度計のような大がかりな装
置を用いる必要が無く、構成が比較的簡単で、しかも高
精度で各相別の密度を測定することの出来る混相密度計
が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図2】誘電体の比誘電率の周波数特性を示す図であ
る。
【図3】本発明に用いられる電極の他の実施例を示した
構成図である。
【符号の説明】
10 配管 20 混相密度計 21a,21b 電極 22 インピーダンス計測回路 23 演算回路 24 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周波数が可変の電圧を電極間に印加するこ
    とにより多相の混相流体の比誘電率に応じて可変する前
    記電極間の静電容量の変化を計測するインピーダンス測
    定回路、及びこのインピーダンス測定回路の出力を受け
    て各相の比率より前記混相流体の平均密度を演算により
    求める演算回路よりなる混相密度計。
  2. 【請求項2】前記インピーダンスの測定に混相流体の比
    誘電率の実数部又は虚数部を用いてなる請求項1又は2
    記載の多相流流量計。
  3. 【請求項3】前記各電極に一対又は複数対の電極をそれ
    ぞれ用いたことを特徴とする請求項1又は2記載の多相
    流流量計。
JP7120895A 1995-03-29 1995-03-29 混相密度計 Pending JPH08271469A (ja)

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