JPS63317797A

JPS63317797A - 気泡検出装置

Info

Publication number: JPS63317797A
Application number: JP62154165A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tojo; 健司東條; Toshiyuki Kuwabara; 桑原　敏幸
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-12-26

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　
ｌ　＋　　Ｆ　２を例えば流動層ベッセル中に仮想した
鉛直軸Ｚ方向に所定比ｇｌＫ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Ｆ１で検
出されてから検出器Ｆ２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＝に／Ｔ。

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１Ｏ図に示すように実際には気泡Ｂは鉛直
軸２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ｆｉＢの直径とし
て得られることとなり、誤った測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Ｆｌ、Ｆ、を設置し、これら検出器Ｆ
、、Ｆ２で直径りの気泡Ｂが検知される確率Ｐ、を考え
ると、ｐ−＝Ｄ２　　／Ｗ２となり、気泡Ｂの直径りに依存するので、大きな直径Ｄ
１を持つ気泡Ｂ、は検知されやすく、小さな直径Ｄ２を
持つ気泡Ｂ２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。

ｃ問題点を解消するための手段〕本発明の気泡検出装置は、上昇する気泡が所定の検出点
を通過する通過時間を測定するための検出器を２個各々
の検出点が水平方向の近傍の異なる位置となるように配
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再検出点
間の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ｆａ）〜ｔｄｌ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（ａｌ〜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！ａ）〜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２．３．４と、
アンプ１２．１３．１４と、マイクロコンピュータ１５
とを具備してなっている。

検出器２は、所定高さく例えば約１０ｏ）、所定長さく
例えば約２０ｍ＋ｍ）の導体板２１．２＋、を所定間隔
（例えば約１ｏｎ）離して平行に配設したものである。

検出器３は、所定高さく例えば約１０ｔｍ）、所定長さ
く例えば約２０ｍ）の導体Ｗ３ａ−３ｂを所定間隔（例
えば約１０ｍｍ）離して平行に配設したものである。

検出器４は、所定高さく例えば約１０−一）、所定長さ
く例えば約Ｌｏｓｍ）の導体板４Ｍ、４ｋを所定間隔（
例えば約ｌｏｓｍ）Ｍして平行に配設したものである。

各導体板２３．・・・、４Ｉ、には、外部の影習を排除
するための背面シールド５，６．８．９が各々絶縁層を
介して設けられている。

検出器２と検出器３とは同じ高さに隣接して設置され、
一方、検出器４は検出器２．３の下方に距離をあけて設
置されている。検出器２．３の間の中央と検出器４の検
出領域の中央には鉛直軸Ｚが通っている。

アンプ１２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１５
へ出力するものである。

アンプ１３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１５
へ出力するものである。

アンプ１４は、検出器４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１５
へ出力するものである。

従って、検出器２，３．４は、区間測定型の検出器であ
る。

マイクロコンピュータ１５は、アンプ１２．１３．１４
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
上ア速度Ｖ及び気泡直径りを算出し、出力する。

次にこの気／！！！検出装ｒ１１１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。

まず、鉛直軸Ｚに沿って上昇する気泡を考えると、第２
図＋ａ）〜ｆｄｌのようになる。！Ｉ］ち、気泡Ｂは、
第３図１ａｌの状態からＦＣ＋の状態に至るまで検出器
４で検知される。また、第２図世）の状態から（ｄｌの
状態に至るまで検出器２．３で検知される。そこで、ア
ンプ１２，１３．１４の出力信号は、第４図に各々実線
と長短破線で示すようになる。第２図ｆａ）の状態は、
第４図における時刻ｔ、であり、気泡Ｂが検出器４に入
り始めたため、アンプ１４の出力信号が低下し始める。

第２図（ｂ）の状態は時刻ｔｅｌ＋　　ｔｃ２であり、
気泡Ｂが検出器２．３に入り始めたため、アンプ１２．
１３の出力信号が低下し始める。第２図（Ｃ１の状態は
時刻ｔ６であり、気泡Ｂが検出器４より脱するため、ア
ンプ１４の出力信号が復旧する。第２図ｔｄｌの状態は
第４図における時刻ｔｌｌ＋ＬＪ２であり、気泡Ｂが検
出器２，３より脱するため、アンプ１２．１３の出力信
号が復旧する。

第２図及び第４図から理解されるように、時刻ｔ８から
時刻ｔｅｌ＋　　ｔｃ２に至る時間Ｔ０は、検出器４と
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ｔ１．に至る時間
Ｔ、は、気泡Ｂが検出器４を通過する時間である０時刻
Ｌｃｌから時刻ｔｅｌに至る時間Ｔ２は、気泡Ｂが検出
器２を通過する時間である。また、時刻ｊｃ２から時刻
ｔＪ２に至る時間Ｔ３は、気泡Ｂが検出器３を通過する
時間である。これらの時間Ｔ１　＋　Ｔ２１　Ｔ３は、
気泡Ｂの上昇速度Ｖと気泡直径りに依存して決まる。

気泡Ｂが鉛直軸Ｚに沿って上昇するときは、Ｔ２とＴ３
は等しくなる。

一方、気泡Ｂが鉛直軸Ｚから離れた鉛直軸Ｚ′に沿って
上昇するときの状態は、第３図ｆａｔ〜＋ｄｌのように
なるｏｆ！ｌ］ち、検出器４では第３図１ａｌの状態か
らｆｃｌの状態に至るまで気泡Ｂが検知される。検出器
２では、第３図（ｂｌの状態から＋ｄ＋の状態に至るま
で検知される。検出器３では、気泡Ｂの一部しか通らな
いので、第３図（ｂｌの状態から少し遅れた時刻より第
３図＋ｄ）の状態の少し前の時刻まで検知される。アン
プ１２，１３．１４の出力信号の変　　　　　′化は、
第５図に実線及び長短破線で各々示すようになる。

気泡Ｂは、時刻ｔ１に検出器４で検知され始め、時刻ｔ
ｅｌに検出器２で検出され始め、時刻ｔｃｚに検出器３
で検出され始める。また、時刻ｔ６に検出器４で検知さ
れ終わり、時刻ｔＪ２に検出器３で検知され終わり、時
刻ｔｊｌに検出器２で検知され終わる。

従って、検出器２における通過時間Ｔ２（＝ｔａ＋Ｌｃ
　ｌ）と検出器３における通過時間Ｔ、（＝Ｌａ　２　
　　ｔｃ　２　）に差を生じる。

すなわち、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Ｔ２と検出器３で気泡
Ｂが検知される時間Ｔ３の差は、気泡Ｂが所定の鉛直軸
Ｚに沿うて上昇する時は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Ｔ２とＴ、の差に着目す
れば、気泡Ｂが上昇する鉛直軸Ｚ′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２，３．４を通過することによっ
て得られる時刻ｔｌ＋　　ｔｂ＋　　ｔＣＩ＋　　ｔＣ
２、ｔｄｌ＋　　ｔｊ２を読み込む（Ｓｌ）、ここで、
ｔ、は気泡Ｂが検出器４で検知され始める時の時刻、　
　ｔＩ、は検知されなくなる時刻、ｔｅｌ＋　　ｔＣ２
は気泡Ｂが検出器２．３で各々検知され始める時刻、Ｌ
ＪＩ＋　　ｔｊ２は検出器２．３で各々検知されなくな
る時刻にそれぞれ対応する。なお、アンプ１２．１３．
１４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ｔａ＋　・・・、ｔＪ２　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ｔＪｌ　・・・、ｔ−２
を示している。

次に、検出器２及び３における気泡Ｂの通過時間Ｔ２及
びＴ３を算出する（Ｓ２）。

Ｔ！ｌ”ｔＪｌ　　　ｔｅｌＴ３＝ｔ、１２−ｔＣ。

である。

次に、時刻Ｌｃｌ　と時刻Ｌｃ２とを比較する（Ｓ３）
、これは気泡Ｂが検出器２．３のいずれの方に偏ってい
るかを判定するためである。

ｔｅｌ　くｔｌ：２ならば、気泡Ｂが検出器２の方を主
として通っていると判定できるから、検出器４から検出
器２に至る時間Ｔ０を、 ”ｒ、＝ｔｅ、　　　ｔ。

により算出し、上昇速度Ｖを、Ｖ＝に／Ｔ。

により算出し、気泡直径りを、Ｄ＝７２　・■ により算出する（Ｓ４）。

一方、ｔｅｌ＜ｔＣ２でなければ、気泡Ｂが検出器３の
方を主として通っていると判定できるから、Ｔ、＝ｔｅ２’−ｔ。

によりＴｏを算出し、上昇速度Ｖを、Ｖ　＝　Ｋ　／Ｔ。

により算出し、気泡直径りを、Ｄ＝７３　　・Ｖにより算出する（３５）。

次に、気泡Ｂが上昇する現実め鉛直軸Ｚ′が理想の鉛直
軸Ｚ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（Ｓ６）。

Ｅ＝２　（Ｄ−ＣＤ’　−ａ’　／４）’）／Ｖ次に、
再通過時間Ｔ２とＴ、の差を取り、その大きさが所定の
許容限界Ｅより小さいか否かをチェックする（Ｓ７）。

所定の許容限界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、ステップＳ８に移行する。一方、所定の許容限ＷＥ
より大きければ、実際の気泡Ｂの上昇する鉛直軸２′が
無視できない程所定の鉛直軸Ｚより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。

ステップＳ８では、上昇速度Ｖと気泡直径りを出力する
。出力光としては、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
１５内に設置しても良く、別個に設置しても良い。

さて、上記気泡検出袋Ｗ１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
泡はを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、１ｑ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２，３．４で検知される確率
ＰＪ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　、　　＝　
ａ　２　／　［）　２なので、有効なデータとなる確率Ｐは、Ｐ”Ｐａ　　−
Ｐｉ　＝ａ’　／Ｗ２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１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、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側
定型検出器を用いたものが挙げられる０図において、所
定の鉛直軸Ｚに沿って異なる高さにポイント測定型検出
器１４．１６を配設し、検出器１６の左右に同様のポイ
ント測定型検出器１２．１３を配設する。検出器１２と
１３で検出した通過時間の差が許容累算以下の場合のみ
データを有効とし、検出器１４と１６で検出したデータ
に基づいて上昇速度Ｖと気泡直径りを求める。

第８図は更に実施例を示すもので、６個のポイントよ１
１定型検出器２２．２３，２４，２６．２２’、２３′
をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に配設して３次元的な検知を行う
ものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上昇する気泡が所定の検出点を通過す
る通過時間を測定するための検出器を２個各々の検出点
が水平方向の近傍の異なる位置となるように配設すると
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両検出点間の中央
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、これにより気泡が適正な検出位置を通過したか否
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＋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ｆａｌ〜ｆｄ
ｌは気泡Ｂが鉛直軸Ｚから離れた鉛直軸２′に沿って上
昇する場合の第２図（８）〜（ｄｌ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、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〕ｌ・・・気泡検出装置　　　２・・・検出器２ａ、２ｂ
・・・電極　　　３・・・検出器３ａ、３ｂ・・・電極４・・・検出器４に、４ｂ　・・・電極１２．１３．１４・・・アンプ１５・・・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、、Ｔ２．Ｔ、・・・気泡の通過時間。

Claims

【特許請求の範囲】１、上昇する気泡が所定の検出点を通過する通過時間を
測定するための検出器を２個各々の検出点が水平方向の
近傍の異なる位置となるように配設すると共に、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両検出点間の中央近傍を通過し
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、ホットワイヤープローブ式検出器である
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
。