JPH11118733A

JPH11118733A - 電波濃度計

Info

Publication number: JPH11118733A
Application number: JP9285711A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Wada; 一郎和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】アプリケータを限りなく被測定対象に近づける
ことができ、また高温、高圧、耐腐食性や耐溶剤性に優
れた構造を達成でき、さらに温度補償或いは導電率によ
って変化する要素の影響を補償でき、またアプリケータ
の内面のメンテナンスをフリー化するかアプリケータを
取外す必要がない電波濃度計を得る。【解決手段】測定管１の内周面に、少なくとも被測定流
体１５が付着しにくい材料からなるライニング２を配設
し、該ライニング２に誘電体５２を密接配置あるいは近
接配置され、かつ電波によって発生する電場を遮断しな
いようにケース５１を測定管１に固定した電波濃度計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業プラント、上
下水道処理施設、浚渫汚泥改質プラント等の流路を用い
てプロセス流体等を輸送する設備等の含水率を測定する
技術分野等に利用され、代表的な被測定流体としては、
水、アルコール、ベンゼンの様な液状純粋物質の密度、
または溶剤に溶解した高分子物質の濃度や、日本酒やウ
イスキー中のアルコール濃度あるいはパルプ液や汚泥の
様な懸濁物質の濃度、各種酪農品、加工食品等の製造工
程品、電気伝導度を大きく補償した生コンクリート、石
膏ボード原料等の電気伝導度の大の物質の広義の濃度を
測定する電波濃度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電波を用いて被測定流体の誘電率
を測定し密度、濃度または含水率の測定が行われてい
た。従来方式では測定管路内を流れる流体中に電波を入
射・透過させ、流体に応じた誘電率変化に起因して変化
する電波の速度が上記密度等に対応することを利用して
検出している。

【０００３】被測定流体中の電波の速度は電波が被測定
流体に入射・透過する前の信号を基準信号とし透過後の
信号を測定信号とした場合、両信号の時間差、位相差、
周波数差等を検出して被測定流体中の電波の速度を計測
し、その速度から上記濃度等を求めている。流体中への
電波の送信（送波）、流体からの測定信号の受信（受信
検出＝受波検出）は通称アプリケータと呼ばれている立
体的なアンテナを介して行われてきた。送受信共同一構
造のアプリケータが使用されその配置は電波の指向性が
強いため、図１９に示すごとく対向配置が採られてい
る。

【０００４】図１９（ａ）は、従来の電波濃度計の半断
面（図の右側を断面したもの）正面図であり、測定管１
の対向する側壁を開口し、この各開口部にそれぞれ耐圧
窓板６１を介して送信アプリケータ５Ｃおよび受信アプ
リケータ５Ｄを取付ネジ７により固定したものである。

【０００５】図１９（ｂ），（ｃ）は、例えばアプリケ
ータ５Ｃの構成を説明するための図であり、図１９
（ｂ）はアプリケータ５Ｃの側面図であり、図１９
（ｃ）はアプリケータ５Ｃの正断面図である。アプリケ
ータ５Ｃは、金属ケース５６、アンテナ素子５７、誘電
体５８、高周波プラグ５９から構成されている。金属ケ
ース５６は、有底角筒状でかつ開口部に、矩形状の窓５
６ａが形成され、かつ複数のネジ用穴５６ｂが形成され
た取付フランジ５６ｆが一体的に形成されている。

【０００６】金属ケース５６の壁面に高周波プラグ５９
が貫通するように着脱可能に取付けられ、高周波プラグ
５９の内部に誘電体５８が充填されると共に線状ダイポ
ールアンテナからなるアンテナ素子５７が貫通固定され
ている。

【０００７】金属ケース５６の中には誘電体５８が充填
されており、誘電率に対応した波長の圧縮を行いアプリ
ケータ５Ｃの大きさを小さくするごとく構成されてい
る。

【０００８】以上述べた構成は、送信アプリケータ５Ｃ
であるが、受信アプリケータ５Ｄも同一構成となってい
る。

【０００９】このように電波を利用して被測定流体の密
度、濃度または含水率の測定には、国際的な電波法を展
望し許可になる周波数を選ぶとすれば、ＩＳＭバンド
（Industrial Scientific and Medical Use、電子レン
ジ等パーソナルユースの周波数）バンドに属する２４５
０MHz がよく、地域によっては９１５MHz も許されてい
る。

【００１０】ここでは２４５０MHz に着目し、アプリケ
ータ５Ｃの金属ケース５６内に用いる「線状ダイポール
アンテナ」について説明し、アプリケータの問題点につ
いて指摘する。

【００１１】＜アプリケータの説明＞アプリケータ５Ｃ
の内、線状ダイポールアンテナの長さＬｄは次の式で決
まる。金属ケース５６内の誘電体５８の誘電率をεｒと
し、εｒ中を伝播する電波の波長をλｇ、周波数をｆ、
光速をＣとすると線状ダイポールアンテナの長さＬｄ
は、λｇ／４のものが一般的に用いられており、次の
（１），（２）式の関係が成り立つ。

【００１２】Ｌｄ＝λｇ／４ …（１） λｇ＝Ｃ／［（εｒ）^1/2×ｆ］ …（２）（１）式に（２）式と次の１例の値を代入しＬｄを求め
る。

【００１３】（１例の値）Ｃ＝３×１０¹⁰ ｃｍ、εｒ＝３６、ｆ＝２．４５×１
０⁹Ｈｚ（１例の計算結果） ∴Ｌｄ＝０．４２ｃｍ、何故ならばλｇ≒１．６７ｃｍ従って、図１９（ｃ）の線状ダイポールアンテナの長さ
Ｌｄは０．４２ｃｍ（４．２ｍｍ）でよいことになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】

（アプリケータの問題点）アプリケータ５Ｃ，５Ｄは構
造が簡単で電波の指向性が強いため、２点間通信に適し
ているが、産業プラント、上下水道処理施設、浚渫泥改
質プラント等の「プロセスオートメーション（以降ＰＡ
と呼ぶ」）用プラントの流路に据え付ける場合には次の
様な問題がある。

【００１５】（１）アプリケータ５Ｃ，５Ｄと測定管１
の内壁との絡みで、アプリケータ５Ｃ，５Ｄを限りな
く、測定管１内の被測定流体に近づけることが困難であ
る。

【００１６】被測定流体とアプリケータ５Ｃ，５Ｄの距
離は近い程よいが、気密シールのために用いる耐圧窓板
６１の厚みｔが問題になり、電波が被測定流体中に入射
し難くなっており、又、耐圧窓板６１の厚み部のギャッ
プｇからの電波の漏れ、耐圧窓板のギヤップｇからの反
射波等が問題になっている。

【００１７】図２０（ａ），（ｂ）は電波の漏れを説明
するための図であり、図２０（ａ）は電場Ｅと磁場Ｈの
関係を説明するための図であり、図２０（ｂ）は図１９
（ａ）の一部を示す図である。図２０（ａ）に示すよう
に、アプリケータ５Ｃ，５Ｄの導波管を構成する誘電体
５８に、電波が通過すると、プラス（＋），マイナス
（−）の電場が、アプリケータ５Ｃ，５Ｄの金属ケース
５６内及び表面にできる。電場Ｅは、Ｘ成分しかなく、
それが天床と床につきあたったところに、正負の電荷が
表れている。そして、時間がたつにつれてすべてが＋Ｚ
方向に進んでいくので、図で目を−Ｚ方向にずらしてい
くと、電場Ｅが下向きから上向きに変わる。この場合、
磁場Ｈは変位電流の最大のところをかこんでリング状に
なっている。

【００１８】図２０（ｂ）に示したギヤップｇでは、電
波によって発生する電場Ｅが電気的に遮断されるため、
測定管１に形成されているフランジ（導体Ａ）１ｈと金
属ケース５６のフランジ（導体Ｂ、図示せず）５６間に
おいて、例えば５６ｆにプラス（＋）の電場が発生する
と、１ｈにマイナス（−）の電場が発生し、逆に５６ｆ
にマイナス（−）の電場が発生すると、１ｈにプラス
（＋）の電場が発生する。このため、ギャップｇからス
ロットアンテナのような勢いで電波が漏れる。電波はア
プリケータ５Ｃ，５Ｄのギャップｇ部の＋−が発生した
隙間からはどんなに幅が狭くても漏れる。導波管に発生
したひび割れを半田付けし、例えば、毛の直径（１００
μ）程もない隙間からの漏れを防止しようとするのもそ
のためである。この電波の漏れが発生する系になってい
ると被測定流体中の状況、例えば気泡等の影響で測定用
電波が著しく減少し測定不能になることがある。

【００１９】電波の漏れが発生する系とは、電波によっ
て発生する電場Ｅに起因してアプリケータ５のケース５
１や測定管１を構成する導電性物質（金属や金属メッキ
等）内に電場が誘起する。この金属内の電場の電流を遮
断する条件下では、どんなに遮断する隙間が狭くても漏
れが発生する。

【００２０】ここで、電波の漏れが発生しない系につい
て説明する。前記金属内の電場中の電流を遮断しない金
属中の隙間からは電波の漏れが発生しない。すなわち、
電波中の電流に平行な隙間からは上記（＋）（−）が発
生しないため、電波は漏れない。測定管１とアプリケー
タ５との接続部は、隙間があれば上記電流を切るため、
電波の漏洩が発生する。

【００２１】（２）測定管１とアプリケータ５Ｃ，５Ｄ
の間の気密は、図示しないがパッキン構造となっている
ため、高温、高圧、耐腐食性や耐溶剤性に優れた構造を
作ることが難しい。

【００２２】〔内容１〕ＰＡ分野のプラントでは温度・
圧力が高く、腐食性や溶剤性の強い流体の測定を行うこ
とが多いため、これらの環境条件を満足するアプリケー
タの配管へ気密取付する構造の具体化が難しい。この様
なことから従来の技術では、最高使用温度：５０℃、最
高使用圧力：１ＭＰａ、腐食性や溶剤性に対しては塩化
ビニール程度であつた。

【００２３】〔内容２〕ＰＡ市場の要求として、温度：
２００℃、圧力：２ＭＰａ、耐腐食性や耐溶剤性はアル
ミナセラミックス或いは４弗化エチレン樹脂相当が必
要。

【００２４】（３）電波を用いて被測定流体の誘電率を
測定し密度、濃度または含水率の測定が行われている
が、温度、導電率の影響補正が必要である。しかし、従
来の技術では被測定流体に温度計を挿入し温度補償を行
うのみである。導電率、ｔａｎδ等の周波数によつて変
化する要素の影響は何等補償が行われていない。

【００２５】（４）アプリケータ内面のメンテナンスを
フリー化するか、アプリケータ５Ｃ，５Ｄを取外さず行
えないか。

【００２６】本発明は、以上のような問題点を除去する
ためなされたもので、アプリケータを限りなく被測定対
象に近づけることができ、また高温、高圧、耐腐食性や
耐溶剤性に優れた構造を達成でき、さらに温度補償或い
は導電率によって変化する要素の影響を補償でき、また
アプリケータの内面のメンテナンスをフリー化するかア
プリケータを取外す必要がない電波濃度計を提供するこ
とを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、内部に被測定流体が流
れ、かつ電波によって発生する電場が電気的に遮断され
ない材料からなる測定管に密接するか、あるいは該測定
管壁に近接するように、ケースと誘電体とアンテナから
なるアプリケータが配設され、前記ケースは電波によっ
て発生する電場に起因して前記誘電体を包囲する導電部
材に流れる電流を遮断しない構造、材料等からなるもの
であり、前記アンテナは前記ケース内に収納され前記被
測定流体に電波を送信すると共に、該被測定流体からの
該電波を受信するためのものであり、前記誘電体は前記
ケース内に収納され導波路を構成するものであり、前記
電波の送信と、前記電波の受信の位相差等に基づき、該
被測定流体の密度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃
度を測定する電波濃度計において、前記測定管の内周面
に、前記被測定流体を安全に測定するための耐環境性の
材料からなる電気絶縁性ライニングを配置し、該ライニ
ングに前記誘電体を密接配置あるいは近接配置され、か
つ電波によって発生する電場を電気的に遮断しないよう
に前記ケースを前記測定管に固定したことを特徴とする
電波濃度計である。

【００２８】請求項１に対応する発明によれば、アプリ
ケータを限りなく被測定対象に近づけることができ、ア
プリケータの内面のメンテナンスをフリー化するかアプ
リケータを取外す必要がない。

【００２９】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、前記アプリケータのケース内に収納される
誘電体は、前記ライニングに近接する部分の誘電率が、
前記ライニングに近接しない部分及び前記被測定流体の
誘電率の中間の値となるように構成したことを特徴とす
る請求項１記載の電波濃度計である。

【００３０】請求項２に対応する発明によれば、請求項
１の作用に加えてアンテナの形状をシンプル化でき、ア
ンテナの長さの縮小化が図れる。

【００３１】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、前記ケースと前記ライニングの接合部とは
反対側の前記測定管に反射体を設け、前記アンテナへの
送信信号及び前記アンテナからの受信信号を分離するた
めのサ一キュレータを備えたことを特徴とする請求項１
または２記載の電波濃度計である。

【００３２】請求項３に対応する発明によれば、請求項
１の作用に加えてＳ／Ｎが向上する。

【００３３】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、前記アプリケータとして、送信専用アプリ
ケータ及び受信専用アプリケータを準備し、該各専用ア
プリケータを前記被測定流体を挟んで互いに対向するよ
うに配置し、同一周波数の電波により測定するようにし
たことを特徴とする請求項１または２記載の電波濃度計
である。

【００３４】請求項４に対応する発明によれば、請求項
１の作用に加えてクロストークが著しく改善される。

【００３５】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、周波数の異なる少なくとも２種類の電波
を、それぞれ前記アンテナに送信すると共に、前記アン
テナに受信させて電波濃度を測定し、該測定結果の差Δ
Ｅをキ−として、導電率、ｔａｎδ等の周波数によって
変化する要素の含有量を想定・実測値の割付を行い、補
償量或いは加工して補償量とする補償手段を具備したこ
とを特徴とする請求項１または２記載の電波濃度計であ
る。

【００３６】請求項５に対応する発明によれば、請求項
１の作用に加えて被測定流体に塩分、導電性成分が含ま
れても濃度の測定ができる。

【００３７】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、前記アンテナとして送信専用アンテナ及び
受信専用アンテナを片側に配設し、複数の周波数の電波
の切り換え方式で各周波数の電波毎に測定を行い、これ
を記憶し、前記測定結果から導電率、ｔａｎδ等の周波
数によって変化する要素の影響を補償する補償手段を具
備したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
電波濃度計である。

【００３８】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、前記アンテナとして、送信専用アンテナお
よび受信専用アンテナを片側に配設し、周波数をｆｌ〜
ｆ２まで変化させる方式の場合、他の周波数と見なせる
区間「ｆm 〜ｆn ，ｆm ≦ｆn 」或いは、固定周波数を
用いて測定を行い切り換え方式で１区間（固定周波数も
１区間として数える）づつ測定を行い測定結果から導電
率、ｔａｎδ等の周波数によって変化する要素の影響を
補償する補償手段を具備した請求項１または２記載の電
波濃度計である。

【００３９】請求項７に対応する発明によれば、温度の
影響を受けずに、精度よく測定できる。

【００４０】前記目的を達成するため、請求項８に対応
する発明は、内部に被測定流体が流れ、かつ電波によっ
て発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる測
定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよう
に、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータが
配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に起
因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を遮
断しない構造、材料等からなるものであり、前記アンテ
ナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を送
信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信するた
めのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納され
導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前記
電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密度、
濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定する電波濃
度計において、前記測定管の内周面に、前記被測定流体
を安全に測定するための耐環境性の材料からなる電気絶
縁性ライニングを配置し、該ライニングに前記誘電体を
密接配置あるいは近接配置され、かつ電波によって発生
する電場を電気的に遮断しないように前記ケースを前記
ライニングに密着あるいは近接配置したことを特徴とす
る電波濃度計である。

【００４１】前記目的を達成するため、請求項９に対応
する発明は、前記アンテナとして少なくとも送信用アプ
リケータ（送受信兼用アプリケータを含む）のケースの
中心軸が、電波の反射面である測定管の対向側内面と直
交しないようにしたことを特徴とする請求項８記載の電
波濃度計である。

【００４２】請求項８または請求項９に対応する発明に
よれば、アプリケータを限りなく被測定対象に近づける
ことができ、またアプリケータの内面のメンテナンスを
フリー化するかアプリケータを取外す必要がない。

【００４３】前記目的を達成するため、請求項１０に対
応する発明は、内部に被測定流体が流れ、かつ電波によ
って発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる
測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよ
うに、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータ
が配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に
起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を
遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記アン
テナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を
送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信する
ためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納さ
れ導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前
記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管を挟んで対向的に配置する透過方式
の電波濃度計において、前記測定管の内周面に、前記被
測定流体を安全に測定するための耐環境性の材料からな
る電気絶縁性ライニングを配置し、該ライニングに前記
誘電体を密接配置あるいは近接配置するようにしたこと
を特徴とする電波濃度計である。

【００４４】請求項１０に対応する発明によれば、アプ
リケータを限りなく被測定対象に近づけることができ、
またアプリケータの内面のメンテナンスをフリー化する
かアプリケータを取外す必要がない前記目的を達成する
ため、請求項１１に対応する発明は、内部に被測定流体
が流れ、かつ電波によって発生する電場が電気的に遮断
されない材料からなる測定管に密接するか、あるいは該
測定管壁に近接するように、ケースと誘電体とアンテナ
からなるアプリケータが配設され、前記ケースは電波に
よって発生する電場に起因して前記誘電体を包囲する導
電部材に流れる電流を遮断しない構造、材料等からなる
ものであり、前記アンテナは前記ケース内に収納され前
記被測定流体に電波を送信すると共に、該被測定流体か
らの該電波を受信するためのものであり、前記誘電体は
前記ケース内に収納され導波路を構成するものであり、
前記電波の送信と、前記電波の受信の位相差等に基づ
き、該被測定流体の密度、濃度、含水率、含油率等の広
義の濃度を測定するものであって、前記アプリケータと
して送信専用アプリケータと受信専用アプリケータを準
備し、該各専用アプリケータを前記測定管に反射対向的
に配置する透過方式の電波濃度計において、前記測定管
の内周面に、前記被測定流体を安全に測定するための耐
環境性の材料からなる電気絶縁性ライニングを配置し、
該ライニングに前記誘電体を密接配置あるいは近接配置
するようにしたことを特徴とする電波濃度計である。

【００４５】前記目的を達成するため、請求項１２に対
応する発明は、内部に被測定流体が流れ、かつ電波によ
って発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる
測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよ
うに、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータ
が配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に
起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を
遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記アン
テナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を
送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信する
ためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納さ
れ導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前
記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管に反射対向的に配置する透過方式の
電波濃度計において、前記アプリケータとして少なくて
も送信用アプリケータ（送受信兼用アプリケータを含
む）のケースの中心軸が電波の反射面である、前記測定
管の対向測内面と直交しない様にしたことを特徴とする
電波濃度計である。

【００４６】前記目的を達成するため、請求項１３に対
応する発明は、内部に被測定流体が流れ、かつ電波によ
って発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる
測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよ
うに、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータ
が配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に
起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を
遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記アン
テナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を
送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信する
ためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納さ
れ導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前
記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記各アプリケータとして送信専用アプリ
ケータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプ
リケータを前記測定管を挟んで対向的に配置する透過方
式の電波濃度計において、前記各アプリケータの内部の
導波路を構成する誘電体を前記被測定流体に接触させる
ことを特徴とする電波濃度計である。

【００４７】前記目的を達成するため、請求項１４対応
する発明は、内部に被測定流体が流れ、かつ電波によっ
て発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる測
定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよう
に、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータが
配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に起
因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を遮
断しない構造、材料等からなるものであり、前記アンテ
ナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を送
信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信するた
めのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納され
導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前記
電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密度、
濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するもので
あって、前記アプリケータとして送信専用アプリケータ
と受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリケー
タを前記測定管に反射対向的に配置する透過方式の電波
濃度計において、前記アプリケータの内部の導波路を構
成する誘電体を前記被測定流体に接触させることを特徴
とする電波濃度計である。

【００４８】請求項１１〜請求項１４のいずれかに記載
の発明によれば、アプリケータを限りなく被測定対象に
近づけることができ、また高温、高圧、耐腐食性や耐溶
剤性に優れた構造を達成でき、さらに温度補償或いは導
電率によって変化する要素の影響を補償でき、またアプ
リケータの内面のメンテナンスをフリー化するかアプリ
ケータを取外す必要がない。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明するが、本発明は、前述した（１）
〜（４）項目を解決できる電波濃度計を得ることが目的
であり、これは以下に述べる検出手段０１と変換手段０
２から構成されている。

【００５０】＜第１の実施形態（請求項１に対応）＞図
１は本発明の電波濃度計であって反射形測定方式の電波
濃度計で、第１の実施形態の検出部の一部を断面して示
す正面図であり、図２（ａ）は図１の側断面図であり、
図２（ｂ）は図２（ａ）の一部を示す側面図である。図
１、図２に示すように、円筒状の測定管１、ライニング
２、パッキン３ａ，３ｂ、プラント配管４ａ，４ｂ、送
受信兼用のアプリケータ５を備えている。

【００５１】測定管１は電波によって発生する電場が電
気的に遮断されない材料から円筒状に形成され、両端部
にプラント配管４ａ，４ｂにそれぞれ連結されるフラン
ジ１ａ，１ｂが形成され、内部に被測定流体１５が流れ
るようになっている。

【００５２】ライニング２は、測定管１の内周面に、被
測定流体１５を安全に測定するための耐環境性の材料か
らなり、これが測定管１の内周面に配設例えば固着され
ている。ここで、耐環境性とは耐熱性、耐寒性、耐腐食
性、耐付着性、耐油性等のありとあらゆるものの少なく
とも一つを指している。

【００５３】パッキン３ａ，３ｂは、測定管１のフラン
ジ１ａ，１ｂとプラント配管４ａ，４ｂの相互間に介在
され、図示しないボルト、ナット等により測定管１の両
端部にプラント配管４ａ，４ｂが連結される。

【００５４】アプリケータ５は、ケース５１と、誘電体
５２と、アンテナ素子５３から構成され、ケース５１内
に導波路を構成する誘電体５２が収納され、誘電体５２
の内部にはアンテナ素子５３が埋設されたものであり、
アプリケータ５は、次のように電波によって発生する電
場を電気的に遮断しないように、ケース５１が測定管１
に取付ネジ７により取り付けられている。

【００５５】ケース５１は、電波によって発生する電場
に起因して誘電体５２を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、ケース
５１内を導波管化するためのものであるから、ケース５
１は導電性物質例えば銅や銀のような良導電性物質で作
ることが望ましい。もちろん、プラスチックスのケース
を用い、該ケースの内側あるいは誘電体５２の外側に
銅、銀、ニッケル等の還元メッキ等を施したものでもよ
い。

【００５６】すなわち、測定管１の軸方向中央部に例え
ば円形のアプリケータ取付用開口部１ｃが形成され、こ
の開口部１ｃの周縁部に矩形状のアプリケータ取付用フ
ランジ１ｆが測定管１に一体に形成されている。このよ
うな開口部１ｃが形成されても、測定管１の内周面に固
着されているライニング２は、そのそままで、該開口部
１ｃを塞いだ状態にしておく。

【００５７】一方、アプリケータ５のケース５１は、ほ
ぼ有底円筒状であって開口端部に矩形状のフランジ５１
ｆが一体に形成され、ケース５１の円筒面の一部に、中
心部が円筒状に開口され外周面にネジ部６ａが形成され
た取付ネジ６が貫通固定されている。取付ネジ６のネジ
部６ａには、中央部分にアンテナ素子素子５３が取り付
けられる高周波プラグ８が取外し可能に取り付けられて
いる。

【００５８】そして、誘電体５２はケース５１のフラン
ジ５１ｆより外部に突出し、かつ先端がライニング２の
外周面に当接するように断面円弧状の溝が形成され、ケ
ース５１のフランジ５１ｆを測定管１のフランジ１ｆに
取付ネジ７により取付けた場合、ライニング２が変形す
ることなく、ライニング２に当接するようになってい
る。実際には、誘電体５２の先端の突出部の端面は、測
定管１の内周面から歯付き鑢（やすり）やインナグラン
イダを挿入し、かつ平滑化加工し、測定管１の内周面と
誘電体５３の先端端面の形状を一致させ、その後ライニ
ング２を測定管１の内周面に取り付けた電波濃度計であ
る。

【００５９】なお、誘電体５２の先端の突出部の端面
は、上記の方法以外にアプリケータ５を測定管１に取り
付けた後、測定管１の内周面ならびに突出した誘電体５
２の先端の突出部が軟質の場合は旋盤で削り、セラミッ
クスのように硬質の場合には研研削盤で研削してもよ
い。

【００６０】測定管１の一部に、この管壁を貫通するよ
うに温度補償用温度計１６を設け、この貫通部と温度計
１６の隙間にロー付け部分１８が形成されている。

【００６１】このように構成された電波濃度計によれ
ば、アンテナ素子５３からの電波の送信と、測定管１内
の被測定流体１５から反射されてくる電波をアンテナ素
子５３により受信し、該送信と該受信の位相差等に基づ
き、該被測定流体の密度、濃度、含水率、含油率等の広
義の濃度を測定することが可能である。

【００６２】このことは、以下に述べる数式から明らか
である。

【００６３】本発明は被測定対象の誘電率を測定し、密
度、濃度または含水率、含脂肪率の測定を行うもので、
被測定対象を電気的特性面から見ると被測定対象は大気
中より電波の減衰が大きく、密度・濃度・含水率等に対
応して位相も変化する。さらに、電波の減衰の大きさと
位相の変化が周波数で変化するいわゆる分散性の性質を
持っている。被測定対象の電気的特性は誘電率ε、導電
率σ、透磁率μで特徴づけられ、被測定対象での電波が
伝搬する方向をｚとすれば、直線偏波で平面波のとき、

【数１】

【００６４】ここで、誘電体５２には測定目的に応じて
プラスチックス単体、或いは、プラスチックスに誘電率
の高い物質を充填した改善プラスチックス、セラミック
ス等を用いる。

【００６５】以上述べた実施形態によれば、以下のよう
な作用効果が得られる。

【００６６】（１）従来の電波濃度計で用いた被測定流
体の流体圧を受ける耐圧窓板６１は用いず、直接流体圧
を誘電体５２で受ける構造を採用した。アプリケータ５
が受ける力は、誘電体５２の受圧面積ｓ×流体圧ｐであ
るので、受圧面積ｓが小さければ従来の技術で用いてい
るアプリケータのケース、取付ネジ程度の大きさでよ
く、構造がシンプル化でき、しかも電波の被測定流体外
への漏洩を無くしアプリケータの送信・受信効率を著し
く向上できる。

【００６７】（２）誘電体５２の先端部すなわちライニ
ング２と接する部分５２ａの受圧面積ｓを減らし流体圧
ｐで座屈しないアプリケータ５のケース５１内部に配設
する誘電体５２として誘電性プラスチックス（誘電性プ
ラスチックス、高誘電性充填材充填プラスチックス）を
用いると、誘電率の高い物質を充填した場合はアンテナ
素子５３の大きさを１／ε^1/2に小形化できる。

【００６８】この場合、充填材としてチタン酸カリウム
｛：Potassium titanate）のウイスカ（：Whisker ）、
ジルコン酸鉛（：Lead niobate ）、ニオブ酸リチュウ
ム（：Lithium niobate ）等の高誘電性物質を充填し、
本来の誘電性プラスチックの誘電率ε≒３〜４を３６前
後に容易に変えることができるため、アンテナ素子の大
きさは１／ε^1/2になる。ここで、仮にε＝３６とすれ
ば、アンテナ素子５３の大きさは空気中の１／６にな
る。

【００６９】（３）アプリケータ５のケース５１の内部
の誘電体を、ライニング２に密着或いは近接して配設す
る場合に用いる誘電性プラスチックスとしては、エポキ
シ樹脂、ポリエステル樹脂等の機械的強度に優れた材料
を用いることができる。これらの材料の誘電率を更に高
めるため、前述のウイスカや、粉末を充填した改善プラ
スチックスは機械的特性に優れた熱変形の少ない強化プ
ラスチックスとして使用できる場合が多い。

【００７０】本実施形態の電波濃度計を水系の被測定流
体に用いる場合は、被測定流体の比誘電率が８０程度で
あるため、アプリケータ５のケース５１内の誘電体も８
０程度に合わせることが望ましいため、更に誘電性充填
材の量を多くし、ε＝８０程度（容易に可能）にすれ
ば、アンテナ素子の大きさは１／（８０）^1/2≒１／９
程度になる。

【００７１】（４）ライニング２として、アプリケータ
５のメンテナンスをフリー化するかあるいはアプリケー
タ５を取外さず行えないかを考慮した場合には、フッ素
系のプラスチックスライニングを使用することが望まし
い。

【００７２】この理由は、被測定流体の種類や温度等に
左右されることなく、非付着性の性質を有しているから
である。測定管１の内面（アプリケータ５の誘電体５２
の端面も含む）全面にライニング２を配設することによ
り、本電波濃度計を取付けるプラント配管４ａ，４ｂの
内面より付着性が少なくなる。このため、プラント配管
４ａ，４ｂの内面を清掃する時に一緒に清掃すればよい
ことになる。

【００７３】電波濃度計は、測定管１内の電波行路長に
対して十分短い付着物の影響は受け難いため、フッ素系
プラスチックスをライニング２として測定管１内面全面
に施工することによってメンテナンスフリー化が図れ
る。

【００７４】（５）しかも、フッ素系プラスチックスは
値は小さいが誘電体でもあるため、電波行路材とのマッ
チングがよい。

【００７５】ここで、フッ素系プラスチックスの非付着
性以外の優れた特徴について述べる。耐薬品性（耐腐食
性、耐溶剤性）、食品安全性（無毒性）、表面平滑性
（洗浄性が良くばい菌の繁殖につながる食品の製造工程
流体の測定に適する）、清潔美感性、耐熱性、耐寒性、
高周波特性、耐電気絶縁性等に優れている。

【００７６】なお、フッ素系プラスチックスの欠点とし
ては、溶接性、接着性、応力復元性等が劣るが、前述し
た実施形態では、ライニング２の接液部には全く穴を明
けない使い方をしているので、安全上優れた効果が得ら
れる。

【００７７】次に、代表的なフッ素系プラスチックスの
名称について説明する。

【００７８】慣用名略号化学式１）４弗化エチレン樹脂 PTFE (-ＣＦ2-ＣＦ2-)n ２）４弗化エチレン・パ−フロロアルコキシ（フルオライド）エチレン共重合樹脂 PFA (-ＣＦ2-ＣＦ2-)m(-CFORf-CF2-)n ３）４弗化エチレン・エチレン共重合樹脂 ETFE (-ＣＦ2-ＣＦ2-)m(-CH2-CH2-)n ４）ビニルフルオライド樹脂 PVF (-CH2-CHF-)n ５）クロロトリフロロエチレン樹脂 PCTFE (-CF2-CFC1-)n 次に、アプリケータ５について説明する。アプリケータ
５のケース５１内のアンテナ素子５３は、前述したがダ
イポールアンテナまたは平板アンテナのいずれでもよ
い。

【００７９】アンテナ素子の本数は、多周波を用いる場
合は、図３に示すように周波数毎にアンテナ素子５３
ａ，５３ｂの如く、アプリケータ５の周囲に取り付ける
ことが望ましい。２周波の場合、アンテナ素子５３ａに
印加する周波数と、アンテナ素子５３ｂに印加する周波
数が５３ｂの方が２倍高いとすれば、アンテナ素子５３
ｂの長さは５３ａの１／２の長さでよいことになる。

【００８０】しかし、本発明の電波濃度計の原理は、被
測定流体１５中の電波のスピードを送信（発射波）と受
信との位相差等から計測し濃度に換算する方式等である
ので、受信ゲインが変化しても精度に影響を与えない。
従って、周波数ごとの専用アンテナ素子を用いずに周波
数の異なるアンテナ素子を流用してもよい。

【００８１】例えば、１６００MHz と３２００MHz を１
本のアンテナ素子で時分割で送受信する場合、両周波数
の中間の２４００MHz 程度の周波数にマッチングするア
ンテナ素子を用いるか、または補助アンテナ部を付加し
て両方の周波数にマッチングするアンテナ素子を用いれ
ばよい。

【００８２】複数本のアンテナ素子を用いる場合は、お
互いに電気的に結合や接触をしない様に配置することが
肝心である。アンテナ素子が狭いアプリケータの中に入
らない長さになる時にはアンテナ素子をスパイラル状に
巻とか変形して長さを畳み込む必要がある。アンテナ素
子の形状をシンプル化して長さを縮小化するには、アン
テナ素子の縮小率に合った高誘電体の中にアンテナ素子
を充填し階層的に重ねわ合わせてもよい。

【００８３】この場合、電波の出射端では被測定流体１
５の比誘電率に近寄せることが望ましい。図１０及び図
１１参照。

【００８４】図１０（請求項２に対応する実施形態を示
す図）において、被測定流体１５の比誘電率をε１＝
４、誘電率マッチングゾーンの誘電率をε２、アンテナ
素子が挿入される挿入される穴ｌ７ｄ１のあるゾーンの
比誘電率をε３、アンテナ素子が挿入される挿入される
穴ｌ７ｄ２のあるゾーンの比誘電率をε４、として次の
例を説明する。本例で使用する周波数は１６００MHz と
３２００MHz の２周波数。使用するダイポールアンテナ
素子の長さは同一で、それぞれのアンテナ素子は高効率
に電波を送受信できる構造の設計を行う。

【００８５】設計結果：ε１＝４、ε２＝９、ε３＝１
６、ε４＝６４と決定し、このうちε２＝９は、ε１＝
４とε３＝１６のマッチング効果あり、使用周波数３２００MHz １６００MHz 同一比誘電率下でのアンテナ素子の大きさ１２誘電率εによるアンテナ素子の縮小化１／ｆ^1/2 ｌ／４１／８この結果、同一のアンテナ素子長、１×( ｌ／４) ＝２
×( ｌ／８) ここで、図９〜図１１を参照して、アプリケータ５内の
誘電体５２の成型、組み立てについて説明する。図中か
ら誘電体５２の先端部に示されている２点鎖線は、誘電
体５２の加工位置を示している。加工は、次のいずれか
の方法で行う。すなわち、図９（アプリケータの側断面
図）において、１１）アプリケータ５を測定管１に取り付けた後、誘電
体５２が測定管１の内面から突出した部分（ライニング
２に接する部分）５２ａを歯付き鐘（ヤスリ）やインナ
ーグラインダ等で削り、測定管１の内面（誘電体部を含
む）を平滑化し、その内面にライニング２を接着、挿
着、注型等によって取り付ける方法。勿論、アプリケー
タ５を測定管１に取り付け後、測定管１の内面（突出し
た誘電体部分を含む）を旋盤で削ってもよい。

【００８６】１２）アプリケータ５を測定管１に取り付
ける前に、誘電体５２の先端部を測定管１の内面にぴっ
たり一致する様に事前に加工し、それから取付けてもよ
い。１３）アプリケータ５のケース５１内に誘電性プラスチ
ックス（誘電性プラスチックス単体、誘電体充填プラス
チックス）をケース５１に注型する前に測定管１の内径
の半径Ｒに合わせた補助型（図示せず）を、ケース５１
に配置した後、注型しＲ付き誘電体５２の突出部を有す
るアプリケータ５としてもよい。

【００８７】また、図１０（ａ）［アプリケータの側断
面図］，（ｂ）［アプリケータの正断面図］において、
アプリケータ５のケース５１内の成形品を製造し、組立
によって図９と同様にアプリケータ５を製作する例を示
している。アプリケータ５のケース５１と誘電体５２の
部成形品のガタ付きを防止するために、ケース５１と誘
電体５２の両者間に接着剤を介在させると共に、固化し
てもよく、また例えばグリースの様なガタ付き防止効果
のある部材を介在してもよい。

【００８８】ガタ付きを防止する意義は、誘電体５２と
アプリケータ５の間の隙間に起因するガタ付き（動き）
により、被測定流体１５に照射される量が著しく変わる
場合が想定できるからである。光を水上から水中に入れ
るときの入射角と反射角の微妙な条件は電波でも同様で
あるためである。

【００８９】図１０中のケース５１は、アプリケータ５
を構成する場合のアプリケータケース、或いは誘電体５
２の外周面にＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ等の還元メッキを行いア
プリケータケース５１を代行させる場合の位置を示して
いる。

【００９０】さらに、図１１（アプリケータの側断面
図）において、図９の形状を変形した例で、アプリケー
タ５のケース５１の底部に誘電性のある硬化性プラスチ
ックス注型剤を、誘電体製充填剤（充填予定容量部分）
５２ｃに匹敵する量注入してから、誘電体製充填剤５２
ｃを硬化させガタ付き防止及び被測定流体からの流体圧
力に耐える構造の組立を行う方法である。なお、１７ｅ
はアンテナ素子が挿入される穴である。

【００９１】次に、図５（ａ）のブロック図を用いて反
射形の電波濃度計を、また図５（ｂ）のブロック図を用
いて透過形の電波濃度計について説明する。図５（ａ）
は反射形の電波濃度計を示すもので、実線で示すアプリ
ケータ５Ａだけの場合と、２点鎖線で示すアプリケータ
５Ｂと実線のアプリケータ５Ａの両方を備えた構成があ
る。初めに、送受信兼用アプリケータ５Ａを用いる場合
を説明する。この場合、検出手段０１は、図２（ａ），
（ｂ）に相当する。

【００９２】本反射形測定系では電波をアプリケータ５
Ａから測定管１内へ（電気絶縁性）ライニング２を介し
て発射し測定管１内の被測定流体１５で、「誘電率ε、
導電率σ、透磁率μ（ここでは省略）」に作用して電波
のスピード変化を起こしながら対向側のライニング２を
透過しアプリケータ５Ａの対向面の測定管１の導体で反
射し再び、ライニング２→被測定流体１５→ライニング
２の経路を辿り、被測定流体１５からの作用は、２倍
（往復とも被測定流体１５を通過し行路長が２倍になる
ため）になってアプリケータ５Ａ内の送受信兼用アンテ
ナ素子で受信される。

【００９３】そして、送受信兼用のアプリケータ５Ａ内
のアンテナ素子５３にはシグナルジェネレータ１１から
の送信信号をサーキュレータ９ａを介して送り込む。反
射波は、前述の如く被測定流体１５の誘電率ε、電気伝
導度σ等に対応して電波の速度に遅れを発生しながらア
プリケータ５Ａ内のケース５１内のアンテナ素子５３へ
到達しこれを受信する。

【００９４】受信した信号はサーキュレータ９ａで送信
信号と分離され受信信号のみが測定部１０に入り、シグ
ナルジェネレータ１１とサーキュレータ９ａの間から測
定部１０へ取込んだ送信信号を基準信号として送信信号
の遅れを測定する。この遅れが被測定量即ちプロセス量
になる。測定部１０から被測定量を演算部１２に送り目
的に合った信号に変換して測定結果信号１４を得る。

【００９５】演算部１２からシグナルジェネレータ１１
への信号はクロック、測定開始等の命令信号である。本
測定系において、２周波数（一般では複数周波数）の測
定を行う場合、アプリケータ５Ａ内の送受信兼用アンテ
ナ素子５３（２周波の中間の周波数程度にマッチングす
るアンテナ素子か２周波にマッチングする補助アンテナ
素子を付加したアンテナ素子等）から時分割で発射し測
定部１０、シグナルジェネレータ１１、演算部１２を２
周波に対応できる機能（測定結果の記憶等も含む）化し
たものを用いて２周波の測定を行いそれぞれの測定値を
演算部１２に記憶する。

【００９６】以上述べた例は、図５（ａ）のアプリケー
タ５Ａのみが存在する場合であるが、次に図４（請求項
４に対応する実施形態を示す正断面図）にアプリケータ
５Ｂと５Ａを両方備えた反射形の電波濃度計について説
明する。この場合のアプリケータ５Ｂと５Ａは、図３に
示すようにケース５１内にアンテナ素子素子５３ａ，５
３ｂの如く２個持ったもので、これにより２周波の電波
の濃度測定を行い、それぞれの測定値を演算部１２に記
憶する。このように２周波測定を行えるように構成する
ことにより、後述する導電率補償用等に有効である。

【００９７】次に、図５（ｂ）により、透過形の電波濃
度計について説明する。図５（ａ）の反射形の電波濃度
計では送受信兼用のアプリケータ５Ａ、またはアプリケ
ータ５Ａ，５Ｂを使用した測定であった。ところが、図
５（ｂ）を用いた透過形では、送信専用のアプリケータ
５Ｃ、受信専用のアプリケータ５Ｄをそれぞれ用いる点
と、送受信を分離する必要がないのでサーキュレータ９
ａ，９ｂは不要となる点が、図５（ａ）とは異なる。な
お、２点鎖線の送信専用のアプリケータ５Ｅ、受信専用
のアプリケータ５Ｆは、前述の送信専用のアプリケータ
５Ｃ、受信専用のアプリケータ５Ｄに加えることで、異
なる周波数の電波により濃度を測定することができる。

【００９８】図６は、前述した反射形の電波濃度計の測
定原理を説明するための図で、（ａ）の概略構成を示す
図であり、掃引発振器４０と、マイクロ波発振器４１、
ミキシング回路４２、前述のアプリケータ５Ａ，５Ｂを
備え、掃引発振器４０は連続発振させたマイクロ波の周
波数ｆを、（ｂ）に示すごとく繰り返し周期（変調周
期）ｆk 、掃引幅（最大偏移）ΔＦとなるような三角波
で掃引して送信する。発振器４１は、周波数変調波（Ｆ
Ｍ波）を発振し、このＦＭをアプリケータ５Ａを介して
距離Ｌのところの測定対象である被測定流体１５にあて
る。

【００９９】そして、被測定流体１５を反射した電波を
アプリケータ５Ｂを介して受信すると、受信波は送信波
より、時間２Ｌ／Ｃだけ遅れることになる。この送信波
と受信波をミキシング回路４２でミキシングすると、両
波の周波数の差がビート周波数ｆｂとして得られる。こ
のビート周波数波形を（ｃ）に示し、その正弦波を
（ｄ）に示している。

【０１００】ここで、図６（ｂ）から次の（６）式が成
立する。なお、Ｃは光の伝搬速度である。

【０１０１】ｆｂ＝（ΔＦ／ｆｋ）×（２Ｌ／Ｃ）（６）（６）式より、距離Ｌ（ｍ）はＬ＝（Ｃｆｋ／２ΔＦ）×ｆｂ（７）この（７）式より、距離Ｌは周波数ｆｂに比例する。従
って、周波数ｆｂをカウントすれば、距離Ｌがでるが、
変調の折り返し部分でビート波形が折れるので、誤差を
生じる。そのため、ビート波形の周期を測定し、その逆
数を演算して距離を求める。これにより、上記誤差もな
く、応答時間も速くなる。

【０１０２】いま、ビート周期Ｔｂとすると、Ｔｂ≒１
／ｆｂなので、（７）にいれると、（８）式となる。

【０１０３】Ｌ＝（Ｃｆｋ／２ΔＦ）×（１／Ｔｂ）（８）実際には、（８）の距離Ｌにはアンテナ素子からミキシ
ングポイントまでの導波管長さによる固定距離ＬＬが含
まれているので、アンテナ素子から被測定流体までの距
離Ｌ´（ｍ）はＬ´＝（Ｃｆｋ／２ΔＦ）×（１／Ｔｂ）−ＬＬ（９）となる。なお、固定距離ＬＬは導波管内で電波の伝搬速
度が遅くなるので、実際の導波管長さに係数を掛けたも
のとなる。

【０１０４】以上述べた反射形の電波濃度計の最少口径
は、「透過形測定方式」の１／２まで原埋的に適用でき
るので、小口径にも適した方式といえる。又、「反射形
測定方式」では、１回反射を積極的に用い、３回以上の
奇数反射を急速に減衰させる（反射条件活用）技術を駆
使できるので、高精度測定が容易に行える。

【０１０５】「透過形測定方式」では１回反射が送信ア
ンテナ素子系へ与える影響１送信アンテナ素子から基準
信号系に逆進混入する）を防ぐ為送信アンテナ素子に単
行管、サーキュレータ等のアイソレータを入れる等して
１回反射波の基準信号系への逆進混入を避ける必要があ
る。又「透過形測定方式」の２回反射が受信アンテナ素
子系に与える影響は同相であるので誤差の要因となる。

【０１０６】図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電波濃
度計の特性に殆ど影響を与えないアプリケータの変形例
を示す図であり、図１２（ａ）はアプリケータ５のケー
ス５１内に注型した誘電体５２のガタ付き防止テーパを
有する例である。実際にはこの段差からの反射波の影響
がでない様に回路またはソフ卜処理が必要になる場合が
ある。

【０１０７】図１２（ｂ）はケース５１外で加工成形し
た誘電体５２をケース５１に密着させ、被測定流体１５
から流体圧をケース５１で受け止める様にした例であ
る。

【０１０８】図１２（ｃ）はアプリケータ５のケース５
１内に注型した誘電体５２の抜け防止テーパを有する例
である。

【０１０９】図１２（ｄ）［請求項８に対応する実施形
態を示す側断面図］である。アプリケータ５のケース５
１のフランジ（導体）５１ｇはライニング２に接する部
分まで延ばしてため、測定管１の材質が導体で「有る」
「無し」に係わらず電波は測定管１内に放射される。

【０１１０】これまで述べてきた図１２（ａ）〜（ｃ）
に関しては、測定管１が非金属である場合、或いは従来
例の図１９で示した「ギヤップｇ」を有する場合はアプ
リケータ５内の送信アンテナ素子５７から送信した電波
は被測定流体１５方向に向かうが、その一部がアプリケ
ータ５の外方向に漏洩し、その「漏洩量や漏洩部からの
反射波の量・波形等」は「被測定流体や環境の温度変
化」「機械的な歪変化」「被測定流休の誘電率、導電
率、透磁率等の変化」等によって変化し、測定演算部や
ノイズサプレッション回路に作用して測定誤差を発生さ
せる可能性があった。このため、本実施形態では本質的
に電波の漏洩を無くした構造にしたものである。

【０１１１】図１５は送受信兼用のアプリケータ５Ａを
用いた実施形態（請求項９に対応する実施形態）を示す
ものであり、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図
１の測定管１の両端部に有するフランジ１ａ，１ｂを省
略した形での正面図、底面図および側面図である。図１
５（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ図１５（ｂ）を詳細に説明
するための拡大底面図であり、拡大側面図である。

【０１１２】本実施形態はアプリケータ５Ａの内部の導
波路を構成する誘電体５２をライニング２に密着或いは
近接配置すると共に測定管１の管軸と少なくても「送信
用アプリケータ５Ａ（含送受信兼用アプリケータ）のケ
ース５１の中心軸」が電波の反射面である「測定管１の
対向側内面」と直交しない様に構成したものである。以
下この実施形態の全般について説明する。

【０１１３】２１）送受信兼用アプリケータ５を用いる
いわゆる反射法の場合図１５（ｄ）に示すように、「送
受信兼用アプリケータ５Ａの中心軸」が電波の反射面で
ある「測定管の対向側内面」と直交しない様にした実施
形態である。図中「送受信兼用アプリケータ５Ａ」から
発射した電波が対向面（測定管の内面）に当たつて反射
し「送受信兼用アプリケータ５Ａ」で受信できる余裕を
持った角度α（但しα≠９０゜）になる様「送受信兼用
アプリ−ケータ５Ａ」を配置する。

【０１１４】アプリ−ケータ５Ａが受信できる角度は電
波のメインローブの中心から外れていても電波のビーム
には太さがあるため受信できる。このため、αはかなり
小さくできる（α＜９０゜）。

【０１１５】この様にして、電波は１回目の反射がアプ
リ−ケータ５Ａで受信され被検出信号となり、１部が連
続的に（２回→３回→４回→・・・・・・→１０回・・
・・と）反射を繰り返しながら検出手段０１の端部方向
に進み減衰して行く。その上、アプリケータ５Ａのケー
ス底部５１ｔ面の反射は測定管１の管軸と平行ではない
ので、測定管１の端部の方へ反射を繰り返しながら減衰
して行き反射波の送受信アンテナ素子への影響を最小限
に抑さえることができる。

【０１１６】ここで、被測定流体１５が水系（水溶液、
汚泥のような懸濁液、生コンクリート等）の場合は、誘
電率εが８０程度であるため、流体中の減衰や反射時の
損失が大きいため、多重反射を考える前に数回の反射で
減衰消滅してしまう。有機溶剤等の液体例えば、ｎ（ノ
ルマル）ーヘキサンはε＝２．６２１；ベンゼンはε＝
２．２８２５；Ｏ（オルト）ーキシレンはε＝２．５６
２；ｍ（メタ）ーキシレンはε＝２．３５９等を測定す
る場合は、空気中での反射や透過と同様に減衰が少な
く、本項の多重反射による減衰を考える必要がある。有
機物の液体には、メチルアルコールはε＝３３．０；エ
チルアルコールはε＝２５．３のような大きさのもので
あり、有機物としては１０万種類のうち、液状のものを
評価していけば、ε＝５０〜２位のものが沢山あり、こ
れらを測定するには本項の考え方が必要になる。

【０１１７】図１５（ｆ），（ｇ）はそれぞれ異なる図
１５（ｅ）の変形例を示す側面図である。図１５（ｆ）
は、測定管１の管軸と下方側で直交する垂線に対して角
度βだけ傾斜して取付けられたものである。

【０１１８】図１５（ｇ）は、測定管１の管軸を通る上
下方向の垂線に対して距離ｍだけ水平方向（右側）に平
行移動した状態でアプリケータ５Ａを測定管１に取付け
たものである。

【０１１９】２２）送信用（送信用）アプリケータ５Ｃ
と受信用（受信用）アプリケータ５Ｄを対向的に配置す
る透過形の実施形態について、図１６（請求項１０また
は請求項１３に対応する実施形態を説明するための図）
および図１７（請求項１０または請求項１２に対応する
実施形態を説明するための図）を参照して説明する。図
１６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図１の測
定管１の両端部のフランジ１ａ，１ｂを省略した正面
図、底面図および側面図である。図１６（ｄ）は図１６
（ｂ）を詳細に説明するための拡大底面図である。

【０１２０】本実施形態は、次に述べる、その１と、そ
の２の２種類ある。

【０１２１】［その１］図中「送信用アプリケータ５
Ｃ」と「受信用アプリケータ５Ｄ」の配置に係る特性に
ついての説明である。送信用アプリケータ５Ｃと受信用
アプリケータ５Ｄを図の様な位置に配置しており、ケー
ス底面５１T1と５１T2とは平行で無いためアプリケータ
５Ｃからアプリケータ５Ｄに向かう電波はアプリケータ
５Ｄで検出し、ケース底面５１T2では反射する。この反
射波はケース底面５１T1がケース底面５１T2に平行でな
いため、フアブリペローの干渉計を思わせる様な構成に
はならない。

【０１２２】従って、送信用アプリケータ５Ｃ、受信用
アプリケータ５Ｄともにケース底面５１T1、５１T2から
の反射の影響は受けない。

【０１２３】又、送信用アプリケータ５Ｃから受信用ア
プリケータ５Ｄに向かう電波の一部はアプリケータ５Ｄ
の端部で１回目の反射を起こし対向面で２回目の反射を
起こす、同様に３回目、４回目・・・・・・と言う具合
いに連続的に反射を繰り返しながら、検出手段０１の端
部に向かって進み減衰していく。

【０１２４】従って、この反射波（図中の鋸歯の様な形
状の反射波）の影響も受けないことになる。

【０１２５】［その２］図中「送信用アプリケータ５
Ｃ」と「受信用アプリケータ５Ｄ１」の配置に係る特性
についての説明する。送信用アプリケータ５Ｃと受信用
アプリケータ５Ｄｌを図の様な位置に配置しており、ケ
ース底面５１T1と５１T2とは平行になっているため、従
来の図１９のケース５６と同様にファブリベローの干渉
計を思わせる様な構成となる。従って、アプリケータ５
Ｃから発射した電波は５１T1と、５１T2の間で無数回の
反射を起し反射の都度毎に一部が受信用アプリケータ５
Ｄ１で検出されてしまうため、測定結果に大きな誤差が
発生することがある。誤差が発生する要因はファブリペ
ローの干渉計を思わせる構成の為「温度変化や機械的な
歪変化、被測定流体の成分変化等」に敏感で測定結果に
大きな誤差が発生することがある。

【０１２６】しかし、従来例の図１９とは異なり次の点
が改善されている。即ち、送信用アプリケータ５Ｃから
受信用アプリケータ５Ｄｌに向かう電波の一部がアプリ
ケータ５Ｄの端部で１回目の反射を起こし対向面で２回
目の反射を起こし、同様に３回目、４回目・・・・・・
と言う具合いに連続的に反射を繰り返しながら検出手段
０１の端部に向かって進み減衰していく。従つて、この
反射波（図中の鋸歯の様な形状の反射波）の影響は受な
いことになる。

【０１２７】この場合、アプリケータ５Ｃのケース５１
の軸の延長線と測定管（：均一太さ管）の管軸とがなす
角：α（＝アプリケータ５Ｃの軸の延長線が測定管の対
向内面の１線となす角：α）がα＜９０゜であることが
重要である。

【０１２８】測定管１がテーパ管の場合もアプリケータ
５Ｃの軸の延長線が測定管の対向内面の１線となす角が
α≠９０゜であること、が重要である。アプリケータ５
Ｃ内のアンテナ素子素子５３の数には左右されず「角：
α」論は成り立つ。何れにせよアプリケータ５Ａ（送受
信兼用）、アプリケータ５Ｃ｛送信用）をα≠９０゜と
することが重要であって、受信専用アプリケータ５Ｄは
図１６（ｄ）で示す様に測定管１の管軸に対して垂直取
付しても、図１７（ａ）の変形例で示す様に角度αを取
付してもよく、又図１７（ｂ）で示す変形例に示す様
に、送受信とも垂直取付する場合は受信測のアプリケー
タの底部を傾斜底γ≠０にすると、アプリケータ５Ｄの
底部からの反射波の影響を軽減することができる。

【０１２９】次に、送信用アプリケータ５Ｃと受信用ア
プリケータ５Ｄを反射対向的に配置する「反射を介在し
た透過方式」の実施形態について、図１７（ｃ）を参照
して説明する。本実施形態もその１と、その２の２種類
ある。

【０１３０】［その１］図中「送信用アプリケータ５
Ｃ」と「受信用アプリケータ５Ｄ」の配置に係る特性に
ついての説明であり、送信用アプリケータ５Ｃと受信用
アプリケータ５Ｄを図の様な位置に配置して、アプリケ
ータ５Ｃの位置がアプリケータ５Ｄと鏡面対象にならな
い様改善した実施形態である。送信用アプリケータ５Ｃ
と受信用アプリケータ５Ｄを１回反射を介した図の様な
位置に配置しており、５１T1と５１T2とは電波の中心軸
に５１T1のみが直角配置してあり、５１T2は直角配置し
てないため、フアブリペロー干渉計を思わせる様な構成
にはなっていない。

【０１３１】このため、アプリケータ５Ｃから１回反射
を介してアプリケータ５Ｄに向かう電波はアプリケータ
５Ｄで検出し、５１T2では反射するものの５１T1と５１
T2間の連続的な反射条件から外れる。従って、送信用ア
プリケータ５Ｃ、受信用アプリケータ５Ｄともに５１T1
と５１T2からの反射の影響は受けない。

【０１３２】又、送信用アプリケータ５Ｃから１回反射
を介して受信用アプリケータ５Ｄに向かう電波の一部は
アプリケータ５Ｄの端部で２回反射を起こし対向面で３
回反射・・・・・・を起こすと言う具合に連続的に反射
を繰り返しながら、検出手段０１の端部に向かって進み
減衰していく。従って、この反射波（図中の鋸歯の様な
形状の反射波）の影響も受けないことになる。

【０１３３】［その２］図１７（請求項１１または請求
項１４に対応する実施形態を説明するための図）で、
「送信用アプリケータ５Ｃ」と「受信用アプリケータ５
Ｄ１」の配置に係る特性についての説明である。送信用
アプリケータ５Ｃと受信用アプリケータ５Ｄ１を図の様
な位置に配置しており、５１T1と５１T2は電波の中心軸
に対して５１T1、５１T2共に直角配置してあり、従来例
の図１９と同様に、ファブリペローの干渉計を思わせる
様な構成になっている。従つて、アプリケータ５Ｃから
発射した電波は５１T1と５１T2で無数回の反射を起し反
射の都度毎に一部が受信用アプリケータ５Ｄ１で検出さ
れてしまうため、測定結果に大きな誤差が発生すること
がある。誤差が発生する要因はフアブリペローの干渉計
を思わせる構成のため環境変化・測定条件に敏感で測定
結果に大きな誤差が発生することがある。

【０１３４】しかし、従来例の図１９とは異なり次の点
が改善されている。即ち、送信用アプリケータ５Ｃから
受信用アプリケータ５Ｄ１に向かう電波の一部がアプリ
ケータ５Ｄ１の端部で１回目の反射を起こし、対向面で
２回目の反射を起こし、同様に３回目、４回目・・・・
・・と言う具合いに連続的に反射を繰り返しながら検出
手段０１の端部に向かって進み減衰していく。従って、
この反射波（図中の鋸歯の様な形状の反射波）の影響も
受けないことになる。

【０１３５】図１７（ｃ）は図１７（ａ）で示した［そ
の２］の効果を発揮させる方法として有効で、特に電波
の行路長を長く確保したい小口径に有効である。

【０１３６】図１８は図１６の送信用アプリケータ及び
受信用アプリケータを反射対向配置に場合の変形例を説
明するための図であり、（ａ）送信用アプリケータ５Ｃ
と受信用アプリケータ５Ｄを反射対向的に配置する「反
射を介在した透過方式」の例を示す部分断面正面図であ
り、（ｂ）は（ａ）の側面図である。この場合も、図１
７と同様に［その２］の効果を発揮させる方法として有
効で、特に電波の行路長を長く確保したい小口径に有効
である。

【０１３７】図１８（ｃ），（ｄ）はそれぞれ図１８
（ａ），（ｂ）の変形例を示す側面図であり、図１８
（ｃ）はアプリケータ５Ｃ，５Ｄの先端部を互いに所定
の角度を持たせて測定管１を取り付けたものであり、ま
た図１８（ｄ）はアプリケータ５Ｃ，５Ｄを測定管１に
対して互いに所定間隔を存して平行に取り付けたもので
ある。この場合も、図１８（ａ），（ｂ）と同様な効果
が得られる。

【０１３８】次に、反射形の電波濃度計の測定手段は図
５（ａ）、検出手段は図２（ａ），（ｂ）を代表例とし
て温度補償、導電率σの補償等を行う例に付いて説明す
る。図５（ａ）［請求項３に対応する実施形態を示す
図］は単周波数を用いる場合、２周波数を用いる場合、
電波の周波数をｆｌ〜ｆ２まで変化させる場合等に適用
するための実施形態である。

【０１３９】２周波数（一般的には複数周波数）を用い
て典型的な流体である純粋な水（成分不変…周波数が数
倍変化しても誘電率εはほぼ一定）を例として温度計を
用いずに温度補償を行った実施形態を説明する。温度変
化に対する水の誘電率は、図７（ｂ）に示す如く誘電率
（ε）は０．２６〜０．３８／１℃で変化する。

【０１４０】ニーズが多い「水に乾燥状態で比誘電率ε
が２程度の紙・澱粉・砂糖・汚泥等の有機物」が５％程
度分散した液の濃度を計測する場合、温度の影響は精度
に重大な影響を与える。

【０１４１】本実施形態では次に述べる『測定流体の周
波数をパラメータとする「導電率σ、ｔａｎδ等」と
「周波数」の関係から温度を算出し温度補償を行う方
式』である。補償法に付いては図７（ａ）［請求項５，
６に対応する実施形態を説明するための図］を参照して
説明する。すなわち、「周波数に関連して変化する要素
（例えば導電率・ｔａｍδ等）」を補償する方法を２周
波数（一般的に番よ複数周波数）を用いて補償する方法
の第１の実施形態を説明する。本実施形態では２周波と
して「１６００MHz 」と「３２００MHz 」を用い導電率
の補償を行った。「１６００MHz 」で測定する比誘電率
を「ε１６００」、電導率を「σ１６００」。「３２０
０MHz 」で測定する場合を同様に「ε３２００」、電導
率を「σ３２００」とする。

【０１４２】後述する図８内で電導率の補償方法を用い
て補償を行い、図７（ａ）の、水の測定を行った。補償
演算を行うために、被測定流体のε１６００、ε３２０
０、、σ１６００、σ３２００の測定を行ないこのデー
タを用いた。

【０１４３】 ε１６００＝７３．２２ ε３２００＝７３．１９ σ１６００＝０．０２２Ｓ／ｍ σ３２００＝０．０６９Ｓ／ｍ補償結果は±１以内に入った。補償を行うためのベース
となる測定は誘電率εを測定する測定器にσ＝０．００
０１Ｓ／ｍの純水を入れ測定器の出力Ｅ１６００を読
み、この純粋に炭酸ガスＣＯ2 を吹き込みながら導電率
を上げ（別の電導率計で確認しながら実験を行った）誘
電率測定器が単位違いの導電度にどの様な感度を示すか
等目盛り合わせから始め、上記の結果を得た。

【０１４４】本実験は２周波を用いたが多周波を用いれ
ば、更に確度の高いデターが得られる。図８内で説明し
たΔｅは導電率近似直線の勾配（ｔａｎ）でもあるた
め、多周波を用いれば近似直線による図７（ａ）の導電
率曲線が書けることになり、広い周波数帯域のなかで比
誘電率を評価算出ができる。

【０１４５】実験結果では２周波の利点は事前データ採
取の数が少なくて済み、精度的にも十分満足できること
が確認できた。図８の方法で比誘電率が求まれば、（１
０）式から導電率を求めることができるので、導電率計
としても使える。勿論比誘電率導電率の双方を同時に求
めることもできる。

【０１４６】ここで、図８を参照して多周波を用いれば
更に確度の高いデターが得られる。このことについて、
説明する。いま、２周波数ｆ１，ｆ２を用いて、被測定
流体１５を計測する。周波数ｆ１で計測した出力信号ｅ
ｆ１は、ｅｆ１＝εｆ１＋σｆ１（１０）
となる。

【０１４７】また、周波数ｆ２で計測した出力信号ｅｆ
２は、ｅｆ２＝εｆ２＋σｆ２＝εｆ１＋σｆ２（１１）何故ならば、εｆ１≒εｆ２となる。

【０１４８】 Δｅ＝ｅｆ２−ｅｆ１＝σｆ２−σｆ１ …（１２）（１０）式からσｆ１に匹敵する補償量σｆ１相当を引
き算すれば、目的のεｆ１を得ることができる。補償量
σｆ１は、Δｅをキー（ｋｅｙ）として、被測定流体の
電導度をいろいろ変えてデータを取り、Δｅに対するσ
ｆ１のテーブルを作り、未知の被測定流体１５であって
も、Δｅから類推することができる。

【０１４９】本実施形態では、Δｅからσｆ１を事前に
実験的に求める方法を取ったが、導電率σt 線（直線近
似）、比誘電率εt 線（直線近似）の２線の関係方程式
に条件を加えて算出することもできる。

【０１５０】図７（ａ）では、ｆ1 ＝１６００MHz 、ｆ
2 ＝３２００Hzを用い、測定器の出力は、Ｅ1600＝ｍｅ1600、Ｅ3200＝ｎｅ3200 となる。ただし、ｍ，ｎは測定器の増幅度である。

【０１５１】＜単周波数を用いる場合＞「反射形測定系
（［図５（ａ）は請求項２に対応する実施形態を示す
図］）、検出器は［図２（ａ），（ｂ）」において、シ
グナルジェネレータ１１から測定信号（実施形態では、
Ｓｉｎ波形のＥｎｖｅｌｏｐｅを有する高周波波形）を
発信し、サーキュレータ９ａを介して送受信アプリケー
タ５Ａから送信し、被測定流体１５を透過し（この際被
測定流体のプロセス量に作用しながら伝幡）測定管１の
内周面（導体）で反射し、再び被測定流体１５を透過し
送受信アンテナ素子５３で受信し、サーキュレータ９ａ
で受信成分だけを測定部１０に送り、測定部１０ではシ
グナルジェネレータ１１から直接測定部に取り込んだ基
準信号と受信成分とを比較測定し演算部１２に送り，温
度計１６からの信号と初期条件等とを参照・演算し誘電
率εを測定し、濃度換算し測定結果信号１４を出す如く
したものである。

【０１５２】＜２周波数を用いる場合＞２周波を切換方
式で順次『第１周波送信→受信」「第２周波送信→受
信）」測定を行い測定結果を用いて測定流体の周波数依
存性を抽出（・演算）し温度補償、導電率補償等を行
う。誘電率εは測定領域近傍の周波数の依存性は殆どな
く、誘電率εの温度依存性は高く、「被測定流体固有の
ｔａｎδや導電率』の周波数依存性も高いため、温度一
定の被測定流体については、２周波数を用いて「ｔａｎ
δや導電率」の補償を行い、「ｔａｎδや導電率」が一
定の場合は２周波を用いて温度補償を行い、「温度」と
「ｔａｎδや導電率」の双方が変化す場合は温度計を用
い温度補償を行い２周波を用いて「ｔａｎδや導電率」
の補償を行える様にした。

【０１５３】＜電波の周波数をｆｌ〜ｆ２まで変化させ
る場合＞電波の周波数を「ｆｌ〜ｆ２」まで変化させる
測定方式の場合（測定管内流体へ透過する前後の信号差
Δｆから流体の誘電率を検出する方法）において多周波
切り換え方式と同様に、区間「ｆｌ〜ｆ２」の測定結果
と他の周波数と見なせる区間「ｆm 〜ｆn ，ｆm ≦ｆn
」或いは、固定周波数を用いて測定を行い、測定結果
から被測定流体の周波数依存性を抽出（・演算）し温度
補償、導電率補償等を行うことができる。

【０１５４】次に、図１３を用いて校正用付加装置に温
度補償用の温度計を取付けた実施形態について説明す
る。図１３はプラント配管系では校正の基準液を流せな
い場合に便利な実施形態である。

【０１５５】（参考）プラント配管系から校正の基準液
を流せる例：食品製造プラント等では１日〜数日に１回
プラント配管内を洗浄しＣＩＰ洗浄（化学薬品による洗
浄、例えば、プラントを空にし→水洗→塩酸洗浄→空→
水洗→苛性ソーダ洗浄→空→水洗の工程で洗浄する）を
行った後最後の水洗時に校正を行えば本項で述べる校正
用付加装置は不要である。

【０１５６】校正液を測定管１内に充満するには、図１
３の上下流にバルブ（…図中省略）を取り付け全閉し、
校正液注入管２２ａ、校正液排出管２３ａに取付いてい
るバルブ（…図中省略）を開け校正液を充満する。この
場合、校正液を注入しながら濃度を測定し、濃度が一定
になるまで校正の測定を行い、この一定の値を校正値と
する。校正工程終了後校正液注入管２２ａ、校正液排出
管２３ａの管系を用いて校正液を抜取り水や溶剤で測定
管内を洗浄し、水や溶剤を抜取った後、校正液注入管２
２ａ、校正液排出管２３ａに付いているバルブを閉め、
次に、図１３の上下流のバルブを全開にし工程を終了す
る。校正液をプラント配管４ａ，４ｂ内に流しても害に
ならない場合は校正終了後、校正液注入管２２ａ、校正
液排出管２３ａのバルブを閉止し直接図１３の上下流の
バルブを開にして校正工程を終了する。

【０１５７】＜変形例＞本発明は以上述べた実施形態に
限定されず例えば、次のように変形して実施できる。

【０１５８】１）測定管１およびアプリケータのケース
は、共に材質が金属製のものをあげて説明してきたが、
金属の代わりに、シールドを行ったプラスチックスを構
造材として用いてもよい。また、パソコンのケースの様
に銅網をプラスチックスの強度強化材として用いシール
ドを兼ねたケースと同様なものを、本発明の測定管及び
アプリケータのケースとして作ってもよい。さらに、測
定管とライニングの間、アプリケータのケースの内面に
金網や還元Ｃｕ鍍金、還元Ａｇ鍍金、還元Ｎｉ鍍金等を
施したものでもよい。

【０１５９】２）アプリケータ５のケース５１を測定管
１に密接し該誘電体５２を包囲したのは、アプリケータ
の周囲、近傍の金属は電波によって発生する電場に起因
して金属部に流れる電流を遮断しないためである。もし
も、電場に起因して金属部に流れる電流の遮断部があり
遮断部金属の切れ目（隙間）に「片や＋」「片や−」が
発生すると「＋と−の隙間」から（どんなに隙間が狭く
ても）電波が外へ漏れることになる。この電波の漏れを
防ぐための構造、材料等として、電波に起因した電流が
遮断されない構造、材料等ならばなんでもよい。

【０１６０】３）アプリケータ５のケース５１は、製造
がしやすく、小形化が可能な円筒容器状のものに限ら
ず、角筒容器状のいずれの形状であってもよい。

【０１６１】４）前述の実施例では、ライニング２を測
定管１の内周面の全面に配設した例について説明した
が、必要な部分のみに配設する場合であってもよい。

【０１６２】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、アプリケー
タを限りなく被測定対象に近づけることができ、また高
温、高圧、耐腐食性や耐溶剤性に優れた構造を達成で
き、さらに温度補償或いは導電率によって変化する要素
の影響を補償でき、またアプリケータの接地部側のメン
テナンスをフリー化するかアプリケータを取外す必要が
ない電波濃度計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電波濃度計の第１の実施形態であって
反射形の検出手段の一部を断面して示す正面図。

【図２】図１の側断面図およびアプリケータの一部を断
面した側面図。

【図３】図１のアプリケータの変形例を示す部分側面
図。

【図４】本発明の電波濃度計の第２の実施形態であって
透過形の検出手段の側断面図。

【図５】本発明の反射形および透過形の電波濃度計をそ
れぞれ説明するための概略構成図。

【図６】図５の反射形の電波濃度計の動作を詳細に説明
するための図。

【図７】本発明の電波濃度計の動作を説明するためのも
ので、各周波数における下水処理済みの水の比誘電率と
導電率の測定結果を示す図ならびに各温度における水の
誘電率の測定結果を示す図。

【図８】本発明の電波濃度計における導電率の補償方法
を説明するための図。

【図９】本発明の電波濃度計のアプリケータの製作方法
を説明するための図。

【図１０】本発明の電波濃度計のアプリケータの製作方
法を説明するための図。

【図１１】本発明の電波濃度計のアプリケータの製作方
法を説明するための図。

【図１２】本発明の電波濃度計の特性にほとんど影響を
与えないアプリケータの変形例を示す図。

【図１３】本発明の電波濃度計の第３の実施形態であっ
て反射形の検出手段の一部を断面して示す正面図。

【図１４】図１３の側断面図およびアプリケータの一部
を断面した側面図。

【図１５】本発明の電波濃度計に使用される送受信兼用
アプリケータを説明するための図。

【図１６】本発明の電波濃度計に使用される送信用アプ
リケータ及び受信用アプリケータを説明するための図。

【図１７】図１６の送信用アプリケータ及び受信用アプ
リケータの変形例を説明するための図。

【図１８】図１６の送信用アプリケータ及び受信用アプ
リケータを反射対向配置に場合の変形例を説明するため
の図。

【図１９】従来のアプリケータを使用した電波濃度計を
説明するための図。

【図２０】図１９の従来の電波濃度計の問題点を説明す
るための図。

【符号の説明】

０１…検出手段、０２…変換手段、１…測定管、ｌａ，
ｌｂ…測定管１に付いているフランジ、２…ライニン
グ、３ａ，３ｂ…パッキン、４ａ，４ｂ…プラント配
管、５…アプリケータ、５Ａ…送受信兼用アプリケー
タ、５Ａ，５Ｂ…アプリケータ（送受信兼用を２個内
蔵）、５Ｃ…アプリケータ（送信用）、５Ｄ…アプリケ
ータ（受信用）、５Ｃ，５Ｅ…アプリケータ（送信用２
個）、５Ｄ，５Ｆ…アプリケータ（受信用２個）、５１
…ケース、５２…誘電体、５３，５３ａ，５３ｂ…アン
テナ素子、６…取付ネジ、７…取付ネジ、８…高周波プ
ラグ、９ａ，９ｂ…サーキュレータ、１０…測定部、１
１…シグナルジェネレータ、１２…演算部、１３…演算
部、１４…測定結果信号、１５…被測定流体、１６…温
度計、１７…アンテナ素子（一般）、１７ｃ１，１７ｃ
２…アンテナ素子が挿入される穴、１８…ロー付け部
分、１９…取付ネジ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…導体、
２１…Ｏリングガスケット、２２…校正液注入リング、
１ｇ…導体、６ａ…取付ネジ６のネジ部、２２ａ…校正
液注入管、２３…校正液排出リング、２３ａ…校正液排
出管、２４ａ…取付耳フランジ、２４ｂ…取付フラン
ジ、６１…耐圧窓板、２８…抜け止めの段差、２９…抜
け止めのテーパ、３０…隙間無し合わせテーパ、３１…
逃げ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に被測定流体が流れ、かつ電波によ
って発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる
測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよ
うに、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータ
が配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に
起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を
遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記アン
テナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を
送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信する
ためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納さ
れ導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前
記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定する電
波濃度計において、前記測定管の内周面に、前記被測定流体を安全に測定す
るための耐環境性の材料からなる電気絶縁性ライニング
を配置し、該ライニングに前記誘電体を密接配置あるい
は近接配置され、かつ電波によって発生する電場を電気
的に遮断しないように前記ケースを前記測定管に固定し
たことを特徴とする電波濃度計。
【請求項２】前記アプリケータのケース内に収納され
る誘電体は、前記ライニングに近接する部分の誘電率
が、前記ライニングに近接しない部分及び前記被測定流
体の誘電率の中間の値となるように構成したことを特徴
とする請求項１記載の電波濃度計。
【請求項３】前記ケースと前記ライニングの接合部と
は反対側の前記測定管に反射体を設け、前記アンテナへ
の送信信号及び前記アンテナからの受信信号を分離する
ためのサ一キュレータを備えたことを特徴とする請求項
１または２記載の電波濃度計。
【請求項４】前記アプリケータとして、送信専用アプ
リケータ及び受信専用アプリケータを準備し、該各専用
アプリケータを前記被測定流体を挟んで互いに対向する
ように配置し、同一周波数の電波により測定するように
したことを特徴とする請求項１または２記載の電波濃度
計。
【請求項５】周波数の異なる少なくとも２種類の電波
を、それぞれ前記アンテナに送信すると共に、前記アン
テナに受信させて電波濃度を測定し、該測定結果の差Δ
Ｅをキ−として、導電率、ｔａｎδ等の周波数によって
変化する要素の含有量を想定・実測値の割付を行い、補
償量或いは加工して補償量とする補償手段を具備したこ
とを特徴とする請求項１または２記載の電波濃度計。
【請求項６】前記アンテナとして送信専用アンテナ及
び受信専用アンテナを片側に配設し、複数の周波数の電
波の切り換え方式で各周波数の電波毎に測定を行い、こ
れを記憶し、前記測定結果から導電率、ｔａｎδ等の周
波数によって変化する要素の影響を補償する補償手段を
具備したことを特徴とする請求項１または請求項２記載
の電波濃度計。
【請求項７】前記アンテナとして、送信専用アンテナ
および受信専用アンテナを片側に配設し、周波数をｆｌ
〜ｆ２まで変化させる方式の場合、他の周波数と見なせ
る区間「ｆm 〜ｆn ，ｆm ≦ｆn 」或いは、固定周波数
を用いて測定を行い切り換え方式で１区間（固定周波数
も１区間として数える）づつ測定を行い測定結果から導
電率、ｔａｎδ等の周波数によって変化する要素の影響
を補償する補償手段を具備した請求項１または２記載の
電波濃度計。
【請求項８】内部に被測定流体が流れ、かつ電波によ
って発生する電場が電気的に遮断されない材料からなる
測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接するよ
うに、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケータ
が配設され、前記ケースは電波によって発生する電場に
起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流を
遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記アン
テナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波を
送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信する
ためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納さ
れ導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、前
記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定する電
波濃度計において、前記測定管の内周面に、前記被測定流体を安全に測定す
るための耐環境性の材料からなる電気絶縁性ライニング
を配置し、該ライニングに前記誘電体を密接配置あるい
は近接配置され、かつ電波によって発生する電場を電気
的に遮断しないように前記ケースを前記ライニングに密
着あるいは近接配置したことを特徴とする電波濃度計。
【請求項９】前記アンテナとして少なくとも送信用ア
プリケータ（送受信兼用アプリケータを含む）のケース
の中心軸が、電波の反射面である測定管の対向側内面と
直交しないようにしたことを特徴とする請求項８記載の
電波濃度計。
【請求項１０】内部に被測定流体が流れ、かつ電波に
よって発生する電場が電気的に遮断されない材料からな
る測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接する
ように、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケー
タが配設され、前記ケースは電波によって発生する電場
に起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記ア
ンテナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波
を送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信す
るためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納
され導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、
前記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管を挟んで対向的に配置する透過方式
の電波濃度計において、前記測定管の内周面に、前記被測定流体を安全に測定す
るための耐環境性の材料からなる電気絶縁性ライニング
を配置し、該ライニングに前記誘電体を密接配置あるい
は近接配置するようにしたことを特徴とする電波濃度
計。
【請求項１１】内部に被測定流体が流れ、かつ電波に
よって発生する電場が電気的に遮断されない材料からな
る測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接する
ように、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケー
タが配設され、前記ケースは電波によって発生する電場
に起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記ア
ンテナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波
を送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信す
るためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納
され導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、
前記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管に反射対向的に配置する透過方式の
電波濃度計において、前記測定管の内周面に、前記被測定流体を安全に測定す
るための耐環境性の材料からなる電気絶縁性ライニング
を配置し、該ライニングに前記誘電体を密接配置あるい
は近接配置するようにしたことを特徴とする電波濃度
計。
【請求項１２】内部に被測定流体が流れ、かつ電波に
よって発生する電場が電気的に遮断されない材料からな
る測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接する
ように、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケー
タが配設され、前記ケースは電波によって発生する電場
に起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記ア
ンテナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波
を送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信す
るためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納
され導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、
前記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管に反射対向的に配置する透過方式の
電波濃度計において、前記アプリケータとして少なくても送信用アプリケータ
（送受信兼用アプリケータを含む）のケースの中心軸が
電波の反射面である、前記測定管の対向測内面と直交し
ない様にしたことを特徴とする電波濃度計。
【請求項１３】内部に被測定流体が流れ、かつ電波に
よって発生する電場が電気的に遮断されない材料からな
る測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接する
ように、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケー
タが配設され、前記ケースは電波によって発生する電場
に起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記ア
ンテナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波
を送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信す
るためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納
され導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、
前記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記各アプリケータとして送信専用アプリ
ケータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプ
リケータを前記測定管を挟んで対向的に配置する透過方
式の電波濃度計において、前記各アプリケータの内部の導波路を構成する誘電体を
前記被測定流体に接触させることを特徴とする電波濃度
計。
【請求項１４】内部に被測定流体が流れ、かつ電波に
よって発生する電場が電気的に遮断されない材料からな
る測定管に密接するか、あるいは該測定管壁に近接する
ように、ケースと誘電体とアンテナからなるアプリケー
タが配設され、前記ケースは電波によって発生する電場
に起因して前記誘電体を包囲する導電部材に流れる電流
を遮断しない構造、材料等からなるものであり、前記ア
ンテナは前記ケース内に収納され前記被測定流体に電波
を送信すると共に、該被測定流体からの該電波を受信す
るためのものであり、前記誘電体は前記ケース内に収納
され導波路を構成するものであり、前記電波の送信と、
前記電波の受信の位相差等に基づき、該被測定流体の密
度、濃度、含水率、含油率等の広義の濃度を測定するも
のであって、前記アプリケータとして送信専用アプリケ
ータと受信専用アプリケータを準備し、該各専用アプリ
ケータを前記測定管に反射対向的に配置する透過方式の
電波濃度計において、前記アプリケータの内部の導波路を構成する誘電体を前
記被測定流体に接触させることを特徴とする電波濃度
計。