JPS6156925B2 - - Google Patents

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JPS6156925B2
JPS6156925B2 JP55042536A JP4253680A JPS6156925B2 JP S6156925 B2 JPS6156925 B2 JP S6156925B2 JP 55042536 A JP55042536 A JP 55042536A JP 4253680 A JP4253680 A JP 4253680A JP S6156925 B2 JPS6156925 B2 JP S6156925B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe
flow rate
microwave
doppler radar
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55042536A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56138216A (en
Inventor
Sumio Kobayashi
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP4253680A priority Critical patent/JPS56138216A/ja
Publication of JPS56138216A publication Critical patent/JPS56138216A/ja
Publication of JPS6156925B2 publication Critical patent/JPS6156925B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/663Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体を搬送媒体として管内を輸送され
る固体の流量を計測する装置に関し、更に詳述す
ればマイクロ波技術を利用した精度、応答性及び
耐久性に優れた流量計測装置を提案したものであ
る。
石炭、穀物等の粉粒体を空気輸送(管内に空気
を通流させ、これにより粉粒体を圧送する輸送)
するシステムにおいてその流量を計測することは
極めて困難であつた。従来の方法としては輸送対
象の粉粒体を貯留しておくホツパにおけるレベル
変動、貯留物の重量変動を測定して流量を求める
方法があるが応答が遅く、高応答性を要求される
制御系に組込むことは不可能であり、また輸送管
が中途で分岐されている場合、分岐管夫々での流
量を検知することはできない。これに対して輸送
管中途での流量計測を行う装置としては、流量変
化に応じて静電容量が変化することを利用したも
の、或は管内に粉粒体にて回転駆動されるプロペ
ラを配置する構成としたものが知られているが、
前者は定量性に難点があり、後者は粉粒体の詰り
を招来し易く、また摩耗のために損傷し易い等、
保守と耐久性の点で問題があつた。
一方、超音波、或いはマイクロ波のドツプラ効
果を利用した流量計も提案されているが(実開昭
50―69576号、IEEE IECI―22No.2P224〜228)解
決されねばならない問題点を残している。
即ち超音波方式は液体中の固体分(汚泥)の流
量計として提案されたものであるが、固体管とは
音響インピーダンスが非常に異なる管内の気体中
に超音波を導入するのは、文献の構成では不可能
であり、導入法の実現自体が困難である。
マイクロ波方式は穀物の気中輸送における流量
計測を前提にしたものであるが、マイクロ波を管
内に導入するためプラスチツクの管を用いてい
る。工業的には、プラスチツクの管を用いること
は強度面で困難な場合が多い。
以上のように従来のドツプラ方式は粉粒体の気
体輸送に直ちに適用することは困難である上、さ
らに精度上の問題がある。即ち両方式とも管軸に
対して斜めの方向(管軸と平行でない方向)から
超音波、マイクロ波といつた媒体を入射伝播させ
ているため、本来流量計測に必要な管軸方向の速
度成分のもを検出することが困難であり、高精度
を期待できない。即ち、一般に管内の粉粒体は一
方向に移動するだけでなく、ランダムな動きをす
るので、管半径方向の速度成分を持つているが、
この速度成分が検出されて誤差要因となる。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
つて、マイクロ波技術を利用し、精度、応答性及
び耐久性の何れにも優れた流量計測装置を提供す
ることを目的とし、以下に本発明をその実施例を
示す図面に基いて詳述する。
第1図は本発明装置の一実施例の全体を示す構
造図である。図においてPは断面円形の粉粒体輸
送管であつて、内部を通流する空気によつて粉粒
体が圧送されている。本発明装置は輸送管Pの直
管部を選択して取付けられている。
本発明装置は図示しない電源にて給電されるマ
イクロ波帯のガンダイオード発振器11、サーキ
ユレータ12及びマイクロ波デイテクタ13にて
構成されるマイクロ波ドツプラレーダ1と、接続
導波管2と、輸送管Pに結合されて、輸送管Pと
共に方向性結合器形モードフイルタとして機能す
る結合器3と、マイクロ波デイテクタ13に連な
る信号処理部4とからなる。ガンダイオード発振
器11としては中心周波数約10GHzのものを用い
ており、これにて発せられたマイクロ波は対称Y
型回路を用いたサーキユレータ12を経てツイス
ト型の接続導波管2に到り、更に結合器3を経て
輸送管P内に放射される。結合器3は輸送管Pと
結合して方向性結合器形モードフイルタを構成
し、輸送管P内に円形TE11モードを励振するよ
うにしてある。即ち第1図にて一部破砕して示す
ように輸送管Pの周面の一部を切欠いてこの部分
を平板31で閉塞し、四周には側面視でL型をな
すように一端部が屈曲された底無しの直方体形の
結合器3を嵌め合せるフランジ部32を形成して
あり、平板31には幅方向の中心に位置するよう
に多数の円孔が形成してあり、円孔にガラス板3
3を詰めて塞いでいる。円孔は平板31の幅方向
中心線上に20個が等ピツチ(管内マイクロ波波長
の1/4)で開設されており、中央の12個は等径で
あるのに対し両側の端部の4個は順次縮径されて
いる。
このような結合器3にて輸送管Pに導かれたマ
イクロ波は輸送管P内を円形TE11モードで管軸
方向に伝送される。管内に導かれたマイクロ波は
管内の粉粒体で散乱され、後方散乱波は結合器
3、接続導波管2及びサーキユレータ12を経て
マイクロ波デイテクタ13に達する。このデイテ
クタ13としてはクリスタルダイオードが使用さ
れるが、該デイテクタ13が捉えるのは輸送管P
からサーキユレータ12へ戻つてきた散乱波とサ
ーキユレータ12の洩れとが合成されたドツプラ
信号となつている。マイクロ波デイテクタ13が
捉えたドツプラ信号は後述する信号処理部4へ入
力され粉粒体の流量が求められる。以下ドツプラ
信号が有する情報から流量を求める原理について
説明する。
まずドツプラ信号の平均周波数と粉粒体の平
均流速Vとの間には下記(1)式の関係がある。
=V/2λ …(1) 但し、λ:輸送管内のマイクロ波波長 従つてを計測することによりVを検知すること
が可能である。
一方、反射電力Pr(ドツプラ信号の振幅に相
当)は粉粒体を半径ajの球体で近似すると と表わされる。但しj=1,2…Nであり、Nは
計測領域における粉粒体個数を示し、またεは粉
粒体の比誘電率を示す。然るところ下記(3)式で表
わされる粉粒体の平均半径を用いると(2)式は(4)
式のように表わされる。
Pr=N(4π・ε−1/ε+2) …(4) 従つて粉粒体の粒度分布が略々一定しているも
のとすると、換言すればサンプリング測定により
求めた平均半径を粉粒体の母集団の平均半径と
看做せる場合は、反射電力PrはNで表される粉
粒体の濃度(管内の占有密度)に比例することと
なり、前者の計測により後者を検知することが可
能である。従つてドツプラ信号からPr×を導出
することによつて粉粒体の流量を検出することが
できる。第2図に詳しく示す信号処理部4はPr
×をその出力端子Voutから得るように構成さ
れている。即ちマイクロ波デイテクタ13が出力
するドツプラ信号は前置増幅器41にて増幅され
る。
第3図aは前置増幅器41にて増幅されたドツ
プラ信号波形を示している。この信号は振幅デイ
スクミネータ42へ入力され、適当に設定された
しきい値レベルを用いて2値化され、第3図bに
示す如き出力信号を得る。振幅デイスクリミネー
タ42の出力は周波数カウンタ43を構成する2
進カウンタ431へ入力される。この2進カウン
タ431の計数内容はラツチ回路432へ出力さ
れるようにしてあり、定周期で与えられるクロツ
ク信号CLKがラツチ回路432に与えられる
と、その時点での2進カウンタ431の計数内容
がラツチ回路432に保持されるようにしてあ
り、一方同じクロツク信号CLKが遅延回路43
3を介して2進カウンタ431へリセツト信号と
して与えられ、その計数内容がクリヤされるよう
にしてある。デイスクリミネータ出力はドツプラ
信号の周波数を略々忠実に表す信号であり、その
パルス数をクロツク信号CLKの周期毎に計数し
て得られるラツチ回路432の内容はクロツク信
号CLKの内容を適当に選択しておくことにより
を表す内容となる。
一方、前置増幅器41の出力は2乗回路44へ
入力され、ここで第3図cに示す如き出力波形が
得られ、次いでこの出力は平均回路45へ入力さ
れる。第3図dに示す平均回路出力はPrを表す
内容になつていることは言うまでもない。
而して前述のラツチ回路432に保持された内
容及び上述の平均回路45の出力は掛算型D/A
変換器46へ入力され、ここでPr×に相当する
演算が行われ、その出力端子Voutからは第3図
eに示す如きアナログの信号が流量計測値として
得られるようにしてある。なお(1)式、(4)式に現れ
ているλ、、εS等は掛算型D/A変換器4
6内の回路定数として適宜設定すればよい。
叙上の如く構成された本発明装置はその使用に
先立つて測定対象となる粉粒体の及びεSをサ
ンプリングにより測定しておき、これを信号処理
部4に設定しておけば爾後はマイクロ波ドツプラ
レーダ1及び信号処理部4を駆動するだけで極め
て簡単に粉粒体流量を計測することができる。な
お計測に際しては端子Voutに適当な表示装置、
記録計等を接続してその出力を視認データに変化
させることは勿論である。また輸送量の制御を行
う場合にはその出力信号を制御系に与えるように
すればよい。
第4図は本発明装置による測定精度が高いこと
を実証するグラフである。即ち呼び径50Aの管を
用いて粒径3mm以下の粉炭を空気輸送し、本発明
装置の掛算型D/A変換器46の出力電圧を測定
する一方、粉炭を貯留しているホツパーのレベル
変化から流量を算出した。なお使用マイクロ波
は、10.525GHz,5mWである。第4図から理解さ
れるように古典的方法で求められた流量と本発明
装置の出力信号との対応関係は極めて優れてお
り、±2%程度のずれが存在するにすぎない。
以上のように本発明装置はマイクロ波ドツプラ
レーダと、該マイクロ波ドツプラレーダが発した
マイクロ波を管内に導き、且つ管内の散乱波をマ
イクロ波ドツプラレーダに導く方向性結合器形モ
ードフイルタと、マイクロ波ドツプラレーダが捉
えたドツプラ信号の周波数及び振幅夫々に関連す
るデータを検出する手段とを具備し、この検出デ
ータに基いて流量を求めるように構成したもので
あるから、応答性が高く、瞬時的な流量増減も確
実に検知し得、また摩耗、損傷の虞れは皆無であ
る。そして従来公知のドツプラ方式と異なり管軸
方向へマイクロ波が伝送されていくので、この方
向以外の速度成分による誤差要因が排除されて前
述した如き高精度の測定が可能となる。このよう
に本発明装置は応答性、耐久性に優れている外、
前述の如く精度も高く、しかも取付位置について
はある程度の長さを有する直管部でありさえすれ
ばよく、その計測対象も粒度分布が略一定である
限り制約がないので極めて広汎な用途に使用でき
る等、本発明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
1図は本発明装置の一部破砕斜視図、第2図は信
号処理部の略示回路図、第3図a〜eはその動作
説明のための信号波形図、第4図は本発明装置に
よる実測結果の一例を示すグラフである。 1…マイクロ波ドツプラレーダ、2…接続導波
管、3…結合器、11…ガンダイオード発振器、
12…サーキユレータ、13…マイクロ波デイテ
クタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 気体を搬送媒体として管内を輸送される固体
    の流量を計測する装置において、マイクロ波ドツ
    プラレーダと、該マイクロ波ドツプラレーダが発
    したマイクロ波を管内に導き、且つ管内の散乱波
    をマイクロ波ドツプラレーダに導く方向性結合器
    形モードフイルタと、マイクロ波ドツプラレーダ
    が捉えたドツプラ信号の周波数及び振幅夫々に関
    連するデータを検出する手段とを具備し、この検
    出データに基いて流量を求めるように構成したこ
    とを特徴とする流量計測装置。
JP4253680A 1980-03-31 1980-03-31 Flow rate measuring instrument Granted JPS56138216A (en)

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JP4253680A JPS56138216A (en) 1980-03-31 1980-03-31 Flow rate measuring instrument

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JPS56138216A JPS56138216A (en) 1981-10-28
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0316519A (ja) * 1989-06-14 1991-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd ジャー炊飯器

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