JPS63317796A - 気泡検出装置 - 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、気泡検出装置に関し、更に詳しくは、例えば
流動層ベッセル中に生じた気泡の直径を正確に測定する
ことを可能とする気泡検出装置に関する０反応塔、ボイ
ラー、セメントプレヒータ、ストレージタンク（粉体輸
送）等における流動状況のモニターとして有用であり、
制御用の検出装置としても有用である。

〔従来の技術〕

従来のこの種の気泡検出装置の一例を第９図に示す。

この気泡検出装置５１は、光フアイバープローブやホッ
トワイヤープローブの如きポイント測定型の検出器Ｆ、
、Ｆ２を例えば流動層ベッセル中に仮想した鉛直軸Ｚ方
向に所定距ｍＫだけ離して設置したものである。

気泡Ｂが鉛直軸Ｚに沿って上昇すると、検出器Ｆ重で検
出されてから検出器Ｆ、で検出されるまでの時間差Ｔ０
が得られるので、次式により気泡Ｂの上昇速度■が分か
る。

Ｖ　＝　Ｋ／Ｔ０ また、気泡Ｂが例えば検出器Ｆ２で検知され始めてから
検知され終わるまでの経過時間Ｔ２が得られるので、次
式により気泡Ｂの直径りが算出される。

Ｄ＝Ｖ−Ｔ。

上記の如き従来の気泡検出装置は、例えば特開昭５８−
５８４０６号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の気泡検出装置ｉ！５１においては、気泡Ｂが
鉛直軸Ｚに沿って上昇することを前提としている。

ところが、第１０図に示すように実際には気泡Ｂは鉛直
軸Ｚに沿って上昇するとは限らず、鉛直軸Ｚから離れた
鉛直軸Ｚ′に沿って上昇する場合がある。そうすると、
鉛直軸Ｚを通る周辺部分の長さｄが気泡Ｂの直径として
得られることとなり、誤った判定結果を得る問題点があ
る。

また、第１１図に示すように、直径Ｗの流動層ベッセル
Ｕの中央に検出器Ｆ、、Ｆ、を設置し、これら検出器Ｆ
、、Ｆ、で直径りの気泡Ｂが検知される確率ＰＪを考え
ると、 ｐ、、、＝０２　／Ｗ２ となり、気泡Ｂの直径りに依存するので、大きな直径Ｄ
Ｉを持つ気泡Ｂ、は検知されやすく、小さな直径り、を
持つ気泡Ｂ　２は検知されにくいという問題点がある。

さらに、上記のような問題点を有するために、従来の気
泡検出装置５１によって例えば気泡径分布を測定しても
、真の気泡径分布を得られないという問題点がある。

従って、本発明の目的とするところは、上記問題点を解
消し、気泡の直径を正確に測定できるようにした気泡検
出装置を提供することにある。

〔問題点を解消するための手段〕

本発明の気泡検出装置は、水平方向の検出区間を横切っ
て上昇する気泡の通過時間を測定するための検出器を２
個異なる高さに各々の検出区間の中央を一致させ且つ区
間長を相違させて配設すると共に、雨検出器にて得た通
過時間を比較してその差が所定の許容値以下の場合には
気泡が前記中央近傍を通過したと判定し、所定の許容値
を超える場合には気泡が前記中央近傍を通過しなかった
と判定する判定手段を設けてなることを構成上の特徴と
するものである。

〔実施例〕

以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに、第１図は本発明の一実施例の気泡検出
装置の構成概念図、第２図（ａｌ〜（ｄｌは気泡Ｂが所
定の鉛直軸Ｚに沿って上昇する場合の各状態説明図、第
３図ｔａ＋〜ｆｄ）は気泡Ｂが鉛直軸Ｚから離れた鉛直
軸Ｚ′に沿って上昇する場合の第２図＋ａｌ〜ｆｄｉ相
当図、第４図は第２図の状態における検出信号の波形図
、第５図は第３図に示す状態における検出信号の波形図
、第６図はマイクロコンピュータにおける処理手順のフ
ローチャート、第７図は本発明の他の実施例の検出器部
分の斜視図、第８図は更に他の実施例の検出器部分の斜
視図である。なお、図に示す実施例により、本発明が限
定されるものではない。

第１図に示す気泡検出装置１は、検出器２．３と、アン
プ４．５と、マイクロコンピュータ６とを具備してなっ
ている。

検出器２は、所定直径（例えば約２ｕ）、所定長さく例
えば約２０龍）の導線２ａ、２ｔ、を所定間隔（例えば
約７ｍ）ｇｌｌＬで平行に配設したものである。

検出器３は、所定直径（例えば約２ｍ）、所定長さく例
えば約４０１８）の導線３ａ、３ｂを所定間隔（例えば
約１４ｍ）！して平行に配設したものである。

検出器２と検出器３とは、検出器２．３がそれぞれ作る
検出領域の中央を所定の鉛直軸Ｚが通るような位置関係
で且つ検出器２における導１ａ２゜、２トの間隔よりも
検出器３における導線３．。

３しの間隔が大きいことを原則とし、その上で、検出器
２．３の各静電容量を略一致させるべく間隔を調節して
設置されている。静電容量を略一致させれば、雨検出器
２．３の出力信号の基準レベルが略一致するので、信号
処理の観点で好ましいからである。

アンプ４は、検出器２における静電容量の変化を例えば
電圧信号の変化に変換してマイクロコンピュータ６へ出
力するものである。

アンプ５は、検出器３における静電容量の変化を例えば
電圧信号の変化に変換してマイクロコンピュータ６へ出
力するものである。

従って、検出器２．３は区間測定型の検出器である。

マイクロコンピュータ６は、アンプ４，５から入力され
た信号に基づいて、第６図に示す如き処理を行い、鉛直
軸Ｚの近傍を通る気泡のみを選別し、その上昇速度Ｖ及
び気泡直径りを算出し、出力する。

次にこの気泡検出装置１の作動を詳細に説明する。なお
、実際には第１図に示す如く３次元的であるが、本発明
は２次元的にも成立するので、説明の都合上、２次元的
に考えて説明する。従って、第２図ｆｄｌに示すように
検出区間長ＣＬだけを考えて、奥行きは考えないものと
する。

まず、鉛直軸Ｚに沿って上昇する気泡を考えると、第２
　′ｒＩ！Ｊｔａ＋　〜（ｄ）のようになる、即ち、気
泡Ｂは、第２図（ａｌの状態から（Ｃ１の状態に至るま
で検出器２で検知される。また、第２図ｔｂ＋の状態か
らｆｄｌの状態に至るまで検出器３で検知される。そこ
で、アンプ４の出力信号及びアンプ５の出力信号は、第
４図に各々実線と破線で示すようになる。第２図ｔａｌ
の状態は、第４図における時刻１ａであり、気泡Ｂが検
出器２に入り始めたため、アンプ４の出力信号が低下し
始める。第２図（ｂｌの状態は時刻ｔｃであり、気泡Ｂ
が検出器３に入り始めたため、アンプ５の出力信号が低
下し始める。第２図（Ｃ１の状態は時刻ｔトであり、気
泡Ｂが検出器２より脱するため、アンプ４の出力信号が
復旧する。第２図（ｄ）の状態は第４図における時刻ｔ
Ｊであり、気泡Ｂが検出器３より脱するため、アンプ５
の出力信号が復旧する。

第２ＷＪ及び第４図から理解されるように、時刻ｔ１か
ら時刻１ｃに至る時間Ｔ０は、雨検出器２．３の間の距
離にと気泡Ｂの上昇速度Ｖによって決まる。また、時刻
ｔ、から時刻ｔＩ、に至る時間ＴＩ及び時刻ｔｃから時
刻ＴＪに至る時間Ｔ２は、気泡Ｂの上昇速度Ｖと気泡直
径りに依存して決まり、気泡Ｂが鉛直軸Ｚに沿って上昇
するときは両者は等しくなる。

一方、気泡Ｂが鉛直軸Ｚから離れた鉛直軸２′に沿って
上昇するときの状態は、第３図（ａｌ〜Ｔｄｌのように
なる。即ち、検出器２では第３図ｆａｔの状態から（Ｃ
１の状態に至るまで気泡Ｂが検知されるが、気ｍＢの周
辺部分が検出器２を通るため、気泡Ｂが鉛直軸Ｚに沿っ
て上昇する場合に比べて、検出時間が短（なる、検出４
３では、第３図（ｂｌの状態からｆｄｌの状態に至るま
で検知されるが、やはり気泡Ｂが鉛直軸Ｚに沿って上昇
する場合よりも短い検知時間となる。アンプ４及びアン
プ５の出力信号の変化を、第５図に実線及び破線で各々
示している０時刻ｔ、から時刻１ｅに至る時間Ｔ０は、
第３図におけるｔａｌの状態から（ｂ）の状態に至る時
間であり、検出器２．３の間の距ＭＫと気＠Ｂの上昇速
度Ｖに依存している０時刻ｔ１からｔトに至る時間Ｔ、
は、検出器２を通過する気泡Ｂの部分の鉛直方向の長さ
を表している０時刻１ｃから時刻ｔΔに至るまでの時間
Ｔ２は、検出器３を通過する気泡Ｂの部分の鉛直方向の
長さを表している。

このように、検出器２．３における検知時間ＴＩ＋７２
は共に短くなるが、検出器２における検出区間長！より
も検出器３における検出区間長しの方が大きいため、検
知時間が短くなる割合は検出器２における方が検出器３
におけるよりも大きくなる。

第２図〜第５図を参照してわかるように、検出器２で気
泡Ｂが検知される時間Ｔ、と検出器３で気泡Ｂが検知さ
れる時間Ｔ、の差は、気泡Ｂが所定の鉛直軸Ｚに沿って
上昇する時は０であるが、気泡Ｂが上昇する実際の鉛直
軸Ｚ′が前記所定の鉛直軸Ｚから離れるに従って大きく
なる。従って、時間ＴＩとＴ２の差に着目すれば、気泡
Ｂが上昇する鉛直軸２′が所定の鉛直軸Ｚからどれくら
い離れているかを判定する目安とすることができる。

マイクロコンピュータ６の具体的な処理手順は第６図に
示すようである。

まず、気泡Ｂが検出器２及び３を通過することによって
得られる時刻ｔａ、ｔｂ＋　　ｔｃ、’Ｊを読み込む（
ＳＬ）、ここで、ｔｌは気泡Ｂが検出器２で検知され始
める時の時刻、ｔｂは検知されなくなる時刻、ｔｃは気
泡Ｂが検出器３で検知され始める時刻、ｔａは検知され
なくなる時刻にそれぞれ対応する。なお、アンプ４，５
の出力信号を適当な閾値Ｈでスライスすることにより得
られる時刻を前記時刻ｔ、〜を−として用いるのが簡便
である。第４図及び第５図はこのようなｔ１〜を−を示
している。

次に、検出器２から検出器３に到達するまでの時間Ｔ０
を算出し、また検出器２及び３における気泡Ｂの通過時
間Ｔ１及びＴ２を算出する（３２）。

Ｔ、＝ｔｃ　−ｔ。

”ｒ、＝ｔ、、−ｔ。

Ｔ、＝ｊ、１　　　ｔｃ である。

次に、前記到達時間Ｔ０と雨検出器２．３の間の距離Ｋ
に基づいて上昇速度Ｖを算出し、検出区間長の大きい方
の検出器３で得られた通過時間Ｔ２と上昇速度■とに基
づいて気泡前ｐｉＤを算出する（３３）。

Ｖ　＝　Ｋ　／　Ｔ　。

Ｄ＝Ｖ−７２ である。

次に、気泡Ｂが上昇する現実の鉛直軸２′が理想の鉛直
軸２から離れる距離の許容最大値ａを、気泡Ｂの通過時
間の差に換算した許容限界Ｅを算出する（３４）。

Ｅ−２７゜ （４Ｔ２　　　（ａ−Ｔｏ　／　Ｋ）　’　）　’次に
、両通過時間Ｔ、とＴ２の差を取り、その大きさが前記
許容限界Ｅより小さいか否かをチェックする（３５）。

所定の許容値Ｅより大きければ、実際の気泡Ｂの上昇す
る鉛直軸２′が理想の鉛直軸２より許容最大値ａを越え
て離れていると判定できるから、その測定を無効とし、
前記ステップＳ１に戻る。

一方、許容限界Ｅより小さければ、気泡Ｂが鉛直軸Ｚに
沿って上昇しているものとして取り扱っても良いと判定
し、得られた上昇速度■と気泡直径りを出力する（３６
）、出力先としては、例えば気泡径分布を統計処理する
手段が挙げられ、そのような手段はマイクロコンピュー
タ６内に設置しても良く、別個に設置しても良い。

さて、上記気泡検出装置１によれば、所定の鉛直軸Ｚか
ら許容最大値ａ以下だけ離れて上昇する気泡のみ有効な
データとして取り扱い、許容最大値ａを超えて離れた気
泡は有効なデータとして取り扱わない。

従って、実際には直径が大きな気泡を直径が小さな気泡
と誤って測定することが防止され、得られたデータは真
の気泡の直径だけとなる。

また、気泡直径りが検出器２，３で検出される確率Ｐ−
は先述のようにｐ、！Ｄ２　／Ｗ２であるが、上記許容
最大値ａ以下となる確率Ｐ、は、ｐ　、　ｘ　ａ２　／
　Ｄ２ なので、有効なデータとなる確率Ｐは、Ｐ−Ｐａ　　・
Ｐａ　−ａ’　／Ｗ’ となり、結局のところ、最終的に得られるデータは気泡
の直径りの大きさに無関係であり、平等にサンプリング
されたものとなる。

従って、この気泡検出装置１に基づいて得られた気泡径
分布は極めて信頼性の高いデータとなり、°また、この
気泡検出装置ｌが出力するデータに基づいてフィードバ
ック制御を行えば極めて制御の精度が高くなる。

他の実施例としては、第７図に示すように、平行平板型
の静電容量式検出器を用いたものが挙げられる０図にお
いて、検出器１２の電極板１２１．１２５には、絶Ｉｉ
層を介して背面シールドｔ２ｃ、１２ａが設けられてお
り、外部の影響を排除できるようになっている。検出器
１３も同様である。

検出器１２と検出器１３の各々において、電極板の間隔
は略等しくされており、長さが異なるようにされている
。この電橋板１２ｍ　、　　１２＋、　、　　１３゜、
１３ｂの長さによって各々の検出区間長が定まる。各検
出器１２．１３の検出領域の中央を鉛直軸Ｚが通ってい
る。

第８図は本発明の更に他の実施例を示すもので、検出器
２２は、発光側光ファイバー２２１と受光側光ファイバ
ー２２＆とを所定間隔あけて対向させており、対向方向
をＸ方向にとっている。一方、検出器２３は、発光側光
ファイバー２３．と受光側２３トとをＹ方向に所定間隔
あけて対向させている。検出器２２．３３における所定
間隔が検出区間長を定め、各々異なっている０雨検出器
２２．２３の中央には鉛直軸２が通っている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水平方向の検出区間を横切って上昇す
る気泡の通過時間を測定するための検出器を２個異なる
高さに各々の検出区間の中央を一致させ且つ区間長を相
違させて配設すると共に、雨検出器にて得た通過時間を
比較してその差が所定の許容値以下の場合には気泡が前
記中央近傍を通過したと判定し、所定の許容値を超える
場合には気泡が前記中央近傍を通過しなかったと判定す
る判定手段を設けてなることを特徴とする気泡検出装置
が提供され、これにより気泡が検出区間の中央近傍を通
過したか否かを正確に判定できるので、誤ったデータを
排除して上昇速度や直径等を正確に検出することができ
るようになる。

従って、反応塔、ボイラー、セメントブレヒータ、スト
レージタンク（粉体輸送）等において流動状態を信頼性
高くモニターできるようになると共に、制御に利用すれ
ば、精度の高い制御を行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の気泡検出装置の構成概念図
、第２図１８１〜ｆｄ）は気泡Ｂが所定の鉛直軸Ｚに沿
って上昇する場合の各状態説明図、第３図１ａ）〜ｌｄ
ｌは気泡Ｂが鉛直軸Ｚから離れた鉛直軸Ｚ′に沿って上
昇する場合の第２図（ａｌ〜ｆｄｌ相当図、第４図は第
２図の状態における検出信号の波形図、第５図は第３図
に示す状態における検出信号の波形図、第６図はマイク
ロコンピュータにおケル処理手順のフローチャート、第
７図は本発明の他の実施例の検出器部分の斜視図、第８
図は更に池の実施例の検出器部分の斜視図、第９図は従
来の気泡検出装置の概念図で、気泡が鉛直軸Ｚに沿って
上昇する場合を示している。第１０図は従来の気泡検出
装置で気泡が鉛直軸Ｚから離れて上昇している場合を示
している。第１１図は流動層ベッセル中において従来の
気泡検出装置で気泡を検出した模式的断面図である。 〔符号の説明〕 １・・・気泡検出装置 ２・・・検出器 ２ｍ、２ｋ・・・電極 ３・・・検出器 ３ａ、３ｈ・・・電極 ４．５・・・アンプ ６・・・マイクロコンピュータ Ｂ・・・気泡 ■・・・気泡の上昇速度　　。 Ｄ・・・気泡の直径 Ｚ・・・鉛直軸 Ｔｏ・・・気泡の上昇時間。 Ｔ　Ｉ　ｒ　７２・・・気泡の通過時間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水平方向の検出区間を横切って上昇する気泡の通過
   時間を測定するための検出器を２個異なる高さに各々の
   検出区間の中央を一致させ且つ区間長を相違させて配設
   すると共に、両検出器にて得た通過時間を比較してその
   差が所定の許容値以下の場合には気泡が前記中央近傍を
   通過したと判定し、所定の許容値を超える場合には気泡
   が前記中央近傍を通過しなかったと判定する判定手段を
   設けてなることを特徴とする気泡検出装置。 ２、検出器が、一対の電極間の静電容量の変化に基づい
   て気泡を検出するものである特許請求の範囲第１項記載
   の気泡検出装置。 ３、検出器が、発光器と受光器の間の光透過量の変化に
   基づいて気泡を検出するものである特許請求の範囲第１
   項記載の気泡検出装置。 ４、判定手段が、マイクロコンピュータを含んでなる特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項の気泡検出装置
   。