KR20010014397A - 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체 및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 사용 영역은 석탄 연료 화력 발전소의 버너 파이프에서 공기식으로 이송되는 석탄 분진량을 결정하고 유맥선을 검출하는 것이다. 본 발명에 따라, 2-상 흐름에 고체 및/또는 액체 재료가 로딩되었는지는 전자기파의 확장을 결정하는 한계 주파수 아래의 댐핑 곡선의 직선 영역의 주파수 변환을 토대로 결정된다. 계단 함수(step function)와 유사한 직선 영역은 그것의 형태에 있어서 안정적이지만 재료 로딩이 증가함에 따라 낮은 주파수로 점차 이동된다. 본 발명에 따라, 교번 전기장에 의해 이러한 주파수 변환이 검출되며 이것으로부터 로딩이 계산된다. 유맥선의 존재는 여기된 교번 전기장의 방위각 방향의 차이에서 로딩을 결정함으로써 검출된다.

Description

가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체 및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING QUANTITY OF SOLID AND/OR LIQUID MATERIAL CONTAINED IN A TWO-PHASE CURRENT WITH A GASEOUS CARRIER MEDIUM}
가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에서 작은 입자 형태인 고체 및/또는 액체 재료의 이송은, 고체 및/또는 액체 재료의 충분한 이송 속도 및 충분한 이송량을 얻기 위해, 자주 난류 흐름(turbulent current)에서 이루어진다. 특히 미세한 고체 및/또는 액체 재료의 이송시 실제 이송 장치에서는, 이송 채널에 소위 높은 밀도의 유맥선(streak)이 형성되는 것을 피할 수 없다. 이러한 유맥선은 한편으로 기하학적으로 매우 안정적이고 위치 고정적이지만 상이한 위치에서 불규칙하게 발생하고 그것의 폭 및 밀도가 변경되거나 이송 채널내에서 이동할 수도 있다. 특히 분기점에서는 유맥선 형성으로 인해 매우 불균일한 고체 재료 분배가 이루어지며, 이에 따라 개별 이송 채널내에서 이송 재료의 현저한 양의 차이가 발생할 수 있다.
따라서, 공기식 이송 장치에서 이송되는 재료의 양, 특히 분기되는 장치에서 개별 분기 채널로 이송되는 재료의 양을 결정하는 것이 큰 문제이다.
예를 들어 다양한 측정점에서 동력학적으로 흡입하는 파이프와 같은 공지된 방법은 자주 매우 잘못된 측정값을 제공한다. 왜냐 하면, 유맥선이 거의 검출되지 않거나 우연적으로만 검출되기 때문이다. 따라서, 비로소 몇시간 후에나 측정 결과를 제공하는 이러한 방식의 측정의 지연이 생기며 이에 따라 제어 장치에서의 사용이 배제된다.
분기되는 장치에서 공기식 이송 프로세스 및 이송 재료의 양을 조절하기 위해서는 빠른 측정 장치가 필요하다. 따라서 오래전부터, 이러한 측정 목적을 위해 극초단파를 사용하는 것이 시도되었다. 이 경우 특정 주파수의 극초단파가 측정 구간으로 준비된 채널 섹션에 커플링되고 측정 구간의 단부에서는 극초단파의 진폭 및 위상 변동이 기록된다. 이러한 측정 원리의 물리학적 토대는, 캐리어 가스에 고체 및/또는 액체 재료를 로딩하는 것이 이송 채널내에서 복합 유전 상수의 변동을 가져오고, 극초단파가 상기 복합 유전 상수에 따라 댐핑되고 위상 이동된다는 사실이다. 이에 상응하는 측정 방법은 EP 0717269, EP 669522 또는 US 5177444에 설명된다. 극초단파를 사용하는 공지된 측정 방법의 정확도는, 공기식 이송 장치용으로, 특히 개별 채널 또는 채널 섹션으로 분기되는 이송 채널로 인해 상이한 재료량이 이송되거나 전술한 유맥선 형성으로 인해 파이프 장치 또는 채널 장치내에서 공간적으로 나누어져 m3의 캐리어 가스 당 고체 및/또는 액체 재료의 현저한 농도차가 발생할 경우, 충분하지 않다. 따라서, 예를 들어 발전소 보일러의 버너 장치로의 석탄 분진 공급을 충분히 정확하게 조절하기 위해서는 m3의 캐리어 가스 당 1g의 석탄 분진을 측정할 수 있는 측정 정확도가 요구된다. 이러한 경미한 로딩 차이는 복합 유전 상수의 지극히 경미한 변동에 작용하며 따라서 극초단파의 댐핑 및 위상에 매우 적게 영향을 끼친다.
또한, 공기식 이송 장치에서의 로딩 측정을 위해 극초단파를 사용하는 것은 반사되는 극초단파에 의한 장애 작용으로 인해 많은 문제가 있다. 특히 경미한 로딩시 극초단파의 댐핑이 매우 경미하여, 상기 극초단파가 중공 파이프와 같은 채널 장치에서 긴 구간에 걸쳐 유도되고, 좁아지는 부분, 분기 영역 또는 단부에서는 반사된다. 이것은 앞뒤로 이동하는 파동의 중첩을 야기하여 측정 결과의 심각한 오류를 야기할 수 있다.
또한, 극초단파를 사용하는 공지된 방법은 많은 장치 비용을 필요로 하는데에 단점이 있다. 일반적으로, 높은 기하학적 정확성 및 매칭된 송수신 안테나를 갖는, 측정 구간으로 준비되는 채널 섹션을 채널 장치에 내장하는 것이 필요하다. 송수신 장치로서 슬릿 커플러(slit coupler)를 기존의 채널 섹션에 비용을 들여 장착하는 것도 공지되어 있으며, 이 경우 상기 슬릿 커플러는 주어진 기하학적 형태에 상응해야 한다.
본 발명은 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체 및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 사용 영역은 석탄 연료 화력 발전소의 버너 파이프에서 공기식으로 이송되는 석탄 분진량을 결정하는 것이다.
도 1은 석탄 연료 발전소의 버너 공급 파이프의 파이프 장치의 일부이고,
도 2는 높은 댐핑에서 낮은 댐핑으로의 경사가 급한 변환 영역에서의 주파수 함수로서 댐핑 곡선을 도시하며,
도 3은 버너 공급 파이프내에 유맥선이 존재할 경우 산출되는 교번 전기장(방위각 0°)을 도시하고,
도 4는 버너 공급 파이프내에 유맥선이 존재할 경우 산출되는 교번 전기장(방위각 90°)을 도시한다.
본 발명의 목적은, 적은 로딩 또는 적은 로딩 차이에서도 사용될 수 있고 기존의 채널 장치에 많은 수정을 가할 필요가 없는, 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해, m3의 캐리어 매체 당 1g의 재료를 측정할 수 있는 최소 측정 정확도를 특징으로 하며 측정 구간의 기하학적 형태에 대한 요구 사항이 많지 않은 방법을 개발하는 과제가 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항에 따른 방법에 의해 달성되며, 종속항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명은, 교번 전기장 댐핑의 주파수 종속성이 일정한 경로를 따라 전파 확장에 대한 특성 한계 주파수 아래에서 높은 댐핑값에서 낮은 댐핑값으로의 점핑 함수와 유사한 상대적으로 경사가 급한, 직선 변환(chage over)을 갖는다는 공지된 물리적 특성을 충분히 이용한다. 이러한 변환은 그것의 형태(점핑 함수)적 측면에서 볼때, 언로딩 상태에서 출발하여, 즉 고체 및/또는 액체 재료의 로딩이 없는 캐리어 가스로부터 상대적으로 큰 로딩까지 지속적으로 변동하지 않는다. 그러나, 로딩에 따라 변환이 이루어지는 주파수 범위가 낮은 주파수쪽으로 이동하며, 상기 주파수 이동값은 고체 및/또는 액체 재료를 캐리어 가스에 로딩하는데 기준이 된다.
본 발명에 따른 방법의 본질은, 교번 전기장을 파이프 섹션 또는 채널 섹션내에서 여기하고, 로딩된 가스 흐름의 흐름 방향 또는 흐름 반대 방향에 있는 고정 경로를 따라 상기 교번 자장의 오버 스피킹(over speaking)을 검출하는 것이며, 이 경우 우선 언로딩 상태에서 전술한 댐핑 변환의 형태 및 주파수 범위가 검출된 다음, 로딩으로 인해 상기 변환의 주파수 이동이 낮은 주파수쪽으로 결정되어, 이것으로부터 공지된 관계에 따라 고체 및/또는 액체 재료가 캐리어 가스에 로딩된다. 바람직하게 또한, 변환내에서 직선 영역이 결정되며, 상기 직선 영역은 해당 하부 주파수를 갖는 상부 댐핑 임계값 및 해당 상부 주파수를 갖는 하부 댐핑 임계값에 의해 제한되며, 상기 직선 영역내의 한정된 정확도를 갖는 실제 수신기를 사용할 경우 수학적 및 기술적으로 쉽게 검출되는 댐핑 곡선의 반곡점(inflection point)이 주파수 위에 존재한다. 상기 직선 영역내에서는 경미한 주파수 변동이 큰 댐핑 변동과 관련된다. 따라서, 상기 직선 영역내의 점들 또는 영역들은 높은 정확성으로 검출되거나 결정된다.
본 발명의 본질을 전환할 수 있는 다양한 변형예가 기술적으로 고려될 수 있다.
따라서, 예를 들어 직선 영역내에서 언로딩 상태의 해당 주파수를 갖는 특성 댐핑값이 선택되고 로딩을 검출하기 위해 커플링된 교번 전기장의 주파수가 스타트 주파수로부터 출발하여, 도입부에서 선택된 것 처럼 언로딩 상태에서 측정 댐핑이 동일한 값을 가질 때 까지, 변동(상승)된다. 스타트 주파수로는 바람직하게 각각의 사용예에서 최대로 발생하는 로딩시 직선 영역의 하부 주파수보다 작거나 동일한 주파수가 선택된다. 상기 스타트 주파수는, 언로딩 상태에서 직선 영역의 하부 주파수로부터 최대, 즉 최대 로딩으로 인해 발생하는 주파수 이동(△f)이 도출됨으로써 결정될 수 있다. 상기 주파수 이동(△f)은의 관계에 따라 쉽게 얻어지며, 여기서 f0은 언로딩된 파이프 장치 또는 채널 장치의 한계 주파수이고, μr은 상대적 투과율이며, εr은 가스 형태의 캐리어 매체 및 포함된 고체 및/또는 액체 재료로 이루어진 혼합물의 상대적 유전 상수이다.
언로딩 상태와 로딩 상태에서 선택된 특성 댐핑값에 상응하는 주파수 사이의 주파수 차이는 로딩의 기준이 된다.
본 방법의 최대 정확도를 얻기 위해 선택된 댐핑이 경사가 급한, 즉 직선 영역내에 위치해야 하며, 이 경우 기술적 이유로 인해 댐핑 곡선의 반곡점이 상기 위치로서 바람직할 수 있다는 것을 쉽게 알아볼 수 있다.
측정 과정을 신속하게 하기 위해서는, 전술한 사타트 주파수로부터 출발하여, 측정 댐핑이 직선 영역내에 위치할 때 까지, 직선 영역의 상부 주파수 및 하부 주파수의 차이로부터 계산될 수 있는 단계로 상승시키는 것이 바람직하다. 언로딩 상태의 측정 댐핑에 상응하는 주파수와 측정 주파수 사이의 주파수 차이는 전술한 바와 같이 로딩의 기준이 된다.
물론, 직선 영역내에 위치하는 측정 댐핑 및 상기 직선 영역을 나타내는 직선 방정식에 따른 해당 주파수를 선택된 다른 특성 댐핑값으로 전환한 다음, 언로딩 상태로부터 로딩 상태로의 상기 특성 댐핑값의 주파수 이동을 결정하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 중요한 장점은 전체적으로, 교번 전기장의 댐핑이 검출되는 측정 구간에 파이프의 둥글기에 대한 극단적인 요구사항이 제기되지 않는다는 것이다. 측정은 예를 들어 통상적으로 DIN에 상응하는 파이프에서 실행된다. 본 측정 방법의 정확도는 상기 방식의 파이프에서 매우 우수하며 본 방법으로 m3의 캐리어 가스 당 1g 이하의 재료를 측정할 수 있다.
본 발명의 추가 장점은, 교번 전기장의 여기가 부정합(mismatching)된 짧은 헤르츠의 복사체에 의해 이루어진다는 것이다. 수신 안테나도 동일한 방식으로 구현된다. 이에 따라, 침식이 상기 측정 방법의 정확도에 거의 영향을 주지 않으며, 침식으로 인한 안테나의 교체가 긴 시간 간격에서만 필요하다. 이 외에도, 짧은 헤르츠의 복사체가 많은 비용 없이 기존의 파이프 장치 또는 채널 장치에 내장된다.
본 발명은 바람직하게, 파이프 장치내에 유맥선이 형성될 때에도 사용될 수 있다. 측정 결과에 유맥선을 검출하고 고려하기 위해 90°의 방위각만큼 서로 회전된 2개의 교번 전기장을 여기하고 전술한 바와 같이 주어진 측정 구간을 따라 상기 교번 전기장의 댐핑 곡선의 직선 영역의 주파수 이동을 검출하는 것이 요구된다.
본 방법의 변형예에서는, 90°의 방위각만큼 서로 회전된 2개의 교번 전기장을 시간적으로 교대로 여기하고 동일한 방식으로 90°의 방위각만큼 서로 회전되고 송신 안테나에 대해 축방향으로 주어진 경로만큼 변위된 수신 안테나에 의해 설명한 방식으로 댐핑 곡선의 직선 영역의 주파수 이동을 검출한다. 유맥선의 발생으로 90°의 방위각만큼 서로 회전된 교번 전기장의 댐핑 곡선의 상이한 주파수 이동이 야기된다. 바람직하게, 추가 측정으로 더이상 결과의 많은 변동이 일어나지 않을 때 까지 이루어지는 평균값 형성에 의해 유맥선을 포함하는 평균 로딩 밀도에 상응하는 주파수 이동이 산출된다.
본 발명에 따른 방법에 의해 파이프내에 유맥선의 공간적 위치 및 세기를 결정하는 것도 가능하다. 이를 위해 동일한 방식으로, 파이프내에서 90°의 방위각만큼 서로 회전된, 동일 주파수 및 동일 위상의 2개의 교번 전기장을 여기하고, 상기 교번 전기장의 댐핑 곡선의 직선 영역의 주파수 이동이 주어진 측정 구간을 따라 검출된다. 이 경우, 주파수 이동의 여기 및 검출은 동시에 이루어진다. 2개의 교번 전기장은 산출되는 교번 전기장에 중첩된다. 이와 유사하게, 산출되는 교번 전기장의 방위각 방향으로 로딩의 기준으로서 댐핑 곡선의 직선 영역의 주파수 이동이 산출된다. 90°의 방위각만큼 서로 회전된 교번 전기장의 진폭 변동에 의해 산출되는 교번 전기장이 방위각으로 회전될 수 있으며, 이 경우 산출되는 교번 전기장의 진폭이 바람직하게 일정하게 고정되어야 한다. 이제, 산출되는 교번 전기장의 방위각 회전에 의해 댐핑 곡선의 직선 영역의 최대 및 최소 주파수 이동이 검출된다. 최대 및 최소 주파수 이동은 유맥선이 있을 경우 90°의 방위각만큼 회전된다. 해당 방위각으로부터 유맥선의 위치가 계산될 수 있으며, 이 경우 그 결과는 2가지 값을 갖는다. 왜냐 하면, 교번 전기장이 축대칭이기 때문이다. 이것은, 교번 전기장의 방위각 정렬이 유맥선의 방위각적 위치의 최대 주파수 이동시 하기와 같다는 것을 의미한다: αSt- αF+ n 180°, 여기서 αSt은 유맥선의 방위각이며,αF은 교번 전기장의 방위각이고, n은 자연수이다. 이렇게 검출된 유맥선은 항상 서로 점대칭으로 위치하는 2개의 4분면에 존재한다.
최소 주파수 이동 대 최대 주파수 이동의 비율로부터 직접 유맥선을 통과하는 최소 전기장 세기 대 최대 전기장 세기의 비율이 검출될 수 있다. 파이프에서 교번 전기장의 공지된 양적 전기장 세기 배분에 따라 유맥선의 방사 방향 위치가 결정된다.
유맥선의 방위각으로의 분명한 위치 선정을 가능하게 하기 위해, 추가 공정 단계에서 유맥선이 존재하는 파이프 횡단면 절반이 검출된다. 이것은 본 발명에 따라, 송신 안테나에 대해 90°의 방위각만큼 서로 회전된 수신 안테에 유도된 교류 전압의 평가에 의해 이루어진다. 송신 안테나의 위치를 방위각 0°로 고정하면, 전기장 세기는 동일하지만 서로 반대 방향의 극을 갖는 교번 전기장이 180°에서 결정될 수 있다. 90°위치에서 동일한 로딩시 전기장 세기 및 수신 안테나에 유도된 교류 전압이 똑같이 0이다. 송신 안테나의 파이프 절반에 유맥선이 발생할 경우에는 교번 전기장이 변형되어, 90°만큼 변위된 수신 안테나에 극성이 반대인 전기장이 발생한다. 상기 전기장은, 송신 안테나에 제공되는 교류 전압에 대해 반대 위상인 교류 전압을 유도한다. 유맥선이 송신 안테나와 반대 방향인 파이프 절반에 존재할 경우에는, 송수신 안테나에 동일한 위상의 전압이 세팅된다. 송수신 안테나로부터 매우 가까운 거리에 있는 유맥선을 매우 확실히 검출하기 위해, 송신 안테나와 수신 안테나의 교환에 의한 이러한 측정이 바람직하게 반복된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 이송 재료의 이송 속도 측정도 가능하게 한다. 이를 위해, 교번 전기장의 여기 위치에 대해 축방향으로 변위된 2개의 위치에 바람직하게 이송 재료의 흐름 방향으로 그리고 흐름 반대 방향으로 난류 흐름으로 인해 발생하는 로딩 밀도의 시간적 변동을 표시하며, 2개의 시간 곡선의 시간적 변위가 보정 필터에 의해 평가된다. 측정 위치의 시간적 변위 및 축방향 간격으로부터 이송 재료의 이송 속도가 검출될 수 있다. 평균 재료 밀도 및 이송 속도로부터 재료의 유동률이 계산될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 자세히 살펴보면 하기와 같다.
원형 횡단면 및 500 mm의 직경을 갖는 석탄 연료 발전소의 버너 공급 파이프(1)내에서 공기 흐름으로 이송되는 미세한 석탄의 양을 결정하고 실제의 유맥선을 검출하기 위한 과제가 있다. 버너 공급 파이프(1)의 온도는 시간적으로 일정하게 세팅된다. 우선, 공급 파이프(1)의 직선 섹션내에 2개의 보어가 1000 mm의 간격으로 축방향으로 정렬되고, 상기 보어에 낮은 헤르츠의 각각 하나의 복사체(길이 5cm)가 조립된다. 여기에 예를 들어 보통의 동축 관통구가 사용될 수 있다. 부정합된 이러한 짧은 헤르츠의 안테나를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐 하면, 상기 안테나가 한편으로 기계적으로 약하게 침식되고, 다른 한편으로 발생하는 기계적 침식시 경미한 정도로만 전기 장치의 정확도가 영향을 받기 때문이다. 공기-석탄 혼합물의 흐름 방향에 있는 제 1 복사체(2)는 송신 안테나로 작용하고, 제 2 복사체(3)는 수신 안테로 작용한다. 파이프에서 표면의 확장을 억제하기 위해, 안테나에는 각각 하나의 경사가 급한 에지를 갖는 필터가 접속되며, 상기 필터의 한계 주파수는 대략적으로 공급 파이프(1)의 한계 주파수 위에 위치한다.
측정 구간의 패러미터를 결정하기 위해 우선 언로딩 상태에서 교번 전기장의 댐핑이 측정 구간을 따라 주파수 함수로 표시된다. 여기서 교번 전기장이 버너 공급 파이프(1)내의 송신 안테나(2)에 의해 여기되고 수신 안테나(3)상으로의 상기 교번 전기장의 오버 스피킹이 주파수 함수로 일률적으로 표시된다. 도 2에 도시된 전형적인 곡선이 산출되며, 여기서 약 1.3 MHz의 주파수 범위내에서 댐핑이 상대적으로 경사가 급하며, 거의 직선으로 하강한다. 이제, 높은 댐핑에서 낮은 댐핑으로의 이러한 변환 영역내에 거의 직선인 기준 영역이 결정되며, 상기 기준 영역은 약 348.5 MHz의 하부 주파수에서의 약 45 dB의 상부 댐핑 임계값과 약 349.8 MHz의 상부 주파수에서의 약 20 dB의 하부 댐핑 임계값 사이에 위치한다. 상기 기준 영역내에서는 약 349.3 MHz의 주파수 및 약 32 dB의 댐핑시 댐핑 곡선의 반곡점이 생성된다.
상기 직선 영역내에서는 댐핑 곡선의 하강 경사가 가장 급하다. 즉, 일정한 측정 주파수에서 경미한 로딩 변동이 큰 댐핑 변동을 야기한다.
상부 및 하부 댐핑 임계값의 절대값은 여기된 교번 전기장의 세기 및 수신 민감도에 따라 달라진다. 도 2에는 한계 주파수(f0)로서 약 350 MHz의 값이 결정되며, 상기 한계 주파수(f0) 아래에서는 전파 확장이 이루어지지 않는다.
이러한 사용예에서는 최대 m3의 공기 당 1500g의 미세 석탄의 로딩이 고려될 수 있다. 이로부터 공기-석탄 혼합물에 대한 상대적 유전 상수(εr- 1.003)가 산출된다. 상대적 투과율(μr)은 1이다.의 관계에 따라 523 kHz의 주파수값(f△)이 계산된다. 공기 흐름에 포함된 미세 석탄의 양을 결정하기 위해서는, 로딩 상태에서 약 347.9 MHz의 스타트 주파수(주파수값(f△)를 빼고, 언로딩 상태에서 상부 댐핑 임계값에 상응하는 하부 주파수)를 갖는 교번 전기장이 송신 안테나(2)에 의해 여기되고, 측정 구간에 걸쳐 이루어지는 댐핑이 수신 안테나(3)에 의해 결정된다. 상기 댐핑은 우선 거의 직선인 기준 영역 위에 존재한다. 그러면, 교번 전기장의 주파수는, 해당 댐핑이 거의 직선인 기준 영역내에 위치할 때 까지, 단계적으로 상승된다. 로딩 상태에서 다양한 주파수로 검출된 댐핑값이 도 2에 점선 곡선으로 도시된다. 교번 전기장의 348.6 MHz의 주파수에서는 로딩 상태에서 44 dB의 댐핑이 산출된다. 이러한 댐핑은 거의 직선인 기준 영역내에 위치한다. 언로딩 상태에서는 이러한 댐핑이 348.6 MHz로 얻어진다. 따라서, 로딩 상태에서 댐핑 곡선의 직선 영역이 언로딩 상태에 비해 0.4 MHz만큼 이동된다.의 관계에 따라 직선 영역의 이러한 주파수 이동(f△)으로부터 공기-석탄 혼합물의 상대적 유전 상수(εr)의 변동으로 인해 공기 흐름으로의 미세한 석탄의 로딩이 계산될 수 있다. 이 경우, 상대적 투과율(μr)은 1이다. 이에 따라, m3의 공기 당 0.16g의 석탄의 로딩이 계산될 수 있다. 본 방법의 정확도를 높이기 위해서는, 직선 영역내에서 기준점으로서 반곡점을 선택하고 공기 흐름에 포함된 미세 석탄의 양의 결정시, 해당 댐핑이 상기 반곡점의 댐핑에 상응할 때 까지, 교번 전기장의 주파수를 변경하는 것이 바람직하다. 따라서 이것은, 상기 반곡점에서 직선 영역이 가장 큰 경사를 가지며 이에 따라 가장 큰 정확도를 가지기 때문에, 바람직하다.
측정 경과를 신속하게 하기 위해서는, 최대 로딩에 대해 검출된 스타트 주파수로부터 출발하여 제 2 측정점에 대한 주파수를 직선 영역의 상부 주파수와 하부 주파수 사이의 차이값만큼, 본 예에서는 1.3 MHz만큼 상승시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 최소 수의 측정으로 측정점이 댐핑과 함께 직선 영역내에서 발견된다. 그러면, 이러한 측정점에 따라 직선 영역의 주파수 이동이 직접 결정되거나, 먼저 직선 영역의 직선 방정식에 의해 로딩 상태의 반곡점이 계산된 다음, 2개의 반곡점에 따른 언로딩 상태에 대한, 로딩 상태에서 직선 영역의 주파수 이동이 계산된다.
측정 결과로부터 유맥선을 검출하기 위해서는, 추가 송수신 안테나(3, 4)를 버너 공급 파이프(1) 섹션에 제공하는 것이 필수적이다. 상기 추가 송수신 안테나 (3, 4)는 송수신 안테나 (1, 2)에 비해 90°의 방위각만큼 회전되지만 축방향으로 상기 송수신 안테나 (1, 2)와 같은 높이로 정렬된다.
유맥선을 고려하는 평균 로딩을 검출하기 위해서는 교번 전기장에 의해 그리고 송수신 안테나(2, 3 또는 4, 5)에 의해 전술한 바와 같이 공기 흐름으로의 미세 석탄의 로딩이 검출되고, 2번의 측정으로부터 평균값이 형성된다. 그러면, 상기 평균값은 유맥선의 존재를 고려하게 된다. 평균값 형성을 포함한 이러한 사이클의 여러번의 반복에 의해 측정 결과의 정확성이 향상될 수 있다. 형성된 평균값이 더이상 변동하지 않을 때 까지 또는 거의 변동되지 않을 때 까지, 상기 사이클을 반복하는 것이 바람직하다.
유맥선을 검출하기 위해서, 송신 안테나(2, 4)에 의해 주파수 및 위상이 동일한 2개의 교번 전기장이 여기된다. 버너 공급 파이프(1)내에서 상기 교번 전기장은 산출되는 교번 전기장에 중첩된다. 수신 안테나(3, 5)에 의해 동일한 주파수 및 동일한 위상의 교번 전기장의 오버 스피킹이 기록되고, 이것으로부터 측정 구간에 따라 산출되는 교번 전기장의 댐핑이 검출된다. 동일한 주파수 및 동일한 위상(위상 고정 커플링된)의 교번 전기장의 진폭 변동에 의해 서로 90°만큼 서로 회전된 2개의 교전 전기장의 중첩으로부터 산출되는 교번 전기장의 방향이 90°의 방위각만큼 회전될 수 있다. 교번 전기장의 추가적인 위상 전환에 의해, 산출되는 교번 전기장의 회전 영역이 180°로 확장될 수 있다. 500 mm의 직경을 갖는 버너 공급 파이프(1)의 본 실시예에서 +20 dBm(약 100 mW의 송신 출력에 상응하게)의 댐핑을 갖는 안테나(2, 4)에 의해 교번 전기장이 버너 공급 파이프내에서 여기된다. 90°만큼 서로 회전되어 여기된 개별 전기장의 중첩으로부터 산출되는 교번 전기장의 방위각 회전을 22.5°의 단계로 실현하기 위해 하기의 표에 구현된 값을 갖는 안테나 공급 파이프가 댐핑된다.
산출되는 교번 전기장의 개별적으로 주어지는 방사각 방향에서 직선 영역의 주파수 이동이 검출된 다음, 전술한 바와 같이 공기 흐름으로의 미세 석탄의 로딩이 계산된다. 검출된 주파수 이동은 하기의 표에 나타난다.
주파수 이동의 최대값 및 이에 따른 로딩의 최대값이 90°로 분명히 결정될 수 있다. 이것은, 유맥선이 90°의 방위각 방향으로 존재해야 한다는 것을 의미한다. 도 3 및 도 4는 버너 공급 파이프(1)내에서 0°의 방위각(도 3) 및 90°의 방사각(도 4)으로 산출되는 교번 전기장을 도시한다.
최대 주파수 이동(최대 로딩) 대 최소 주파수 이동(최소 로딩)의 비율로부터 유맥선의 방사 방향 위치가 추론될 수 있다. 본 경우에서, 즉 1:3의 비율에서 유맥선은 파이프벽 가까이에 위치하며, 유맥선이 파이프 횡단면의 중간점에 더 가까이 가기 위해, 상기 비율이 1쪽으로 이동된다. 파이프 횡단면의 중간점의 중심에 직접 위치하는 유맥선은 검출될 수 없다.
물론 항상, 유맥선이 상대적으로 위치 고정되는 경우, 즉 상기 유맥선이 측정 시간과 관련하여 거의 고정되는 경우에만 유맥선 검출이 의미가 있다. 몇몇 천분의 1초의 실제 측정 시간에서 이것은 실제로 모든 경우에 주어진다. 본 실시예에서 유맥선 검출의 목적은 어쨌든 유맥선을 제거하기 위한 조치에 있다. 이점에 있어서, 여기서는 거의 위치 고정된 유맥선만이 의미가 있다.

Claims (10)

  1. 전기 신호를 2-상 흐름에 커플링하는 단계와, 흐름 방향 또는 흐름 반대 방향으로의 커플링 위치로부터 떨어진 위치에서 상기 전기 신호를 수신하는 단계와, 커플링된 전기 신호와 관련하여 수신된 전기 신호의 변환을 검출하는 단계와, 그리고 이러한 변환 및 고체 및/또는 액체 재료가 재료 또는 상기 재료의 규정된 양의 보정 측정에 따라 2-상 흐름에 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하는 단계를 구비하는 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 흐름에 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법에 있어서,
    A. 상기 전기 신호는 전자기파로서 확장될 수 있는 교번 전기장이며,
    B. 먼저 한계 주파수 아래에서의 교번 전기장의 주파수 변화에 의해 측정 구간의 댐핑을 주파수 함수로 검출하고, 댐핑 곡선의 경사가 급한 상승 영역에서 해당 하부 주파수를 갖는 상부 댐핑 임계값과 해당 상부 주파수를 갖는 하부 댐핑 임계값 사이의 직선 영역을 결정하며 기준 영역으로서 저장하고,
    C. 보정 측정과 관련된 상기 직선 영역의 주파수 이동의 결정에 의해 2-상 흐름내의 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하는 것을 특징으로 가스 형태의 캐리어 매체를 갖는 2-상 유체에 포함된 고체 및/액체 재료의 양을 결정하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1항의 C 단계에 따라 2-상 흐름내의 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하기 위해, 주어진 사용예에서 최대로 발생하는 고체 재료 또는 액체 재료의 로딩시 직선 영역의 주파수 이동에 상응하고의 관계(여기서 f0는 언로딩된 파이프 장치 또는 채널 장치의 한계 주파수이며, μr은 상대적 투과율이고, εr은 가스 형태의 캐리어 매체와 여기에 포함된 고체 및/또는 액체 재료로 이루어진 혼합물의 상대적 유전 상수이다)에 따른 값(△f)만큼 B 단계에서 검출되는 하부 주파수보다 더 작은 주파수를 갖는 교번 전기장을 여기하고, 수신 안테나에 의해 교번 전기장의 댐핑을 측정하며, 상기 댐핑을 B 단계에서 검출된 상부 댐핑 임계값과 하부 댐핑 임계값 사이에 있는, 기준으로 선택된 댐핑과 비교하고, 상기 기준 댐핑을 초과할 경우, 측정되는 댐핑값이 기준으로 선택된 댐핑값에 상응할 때 까지 그리고 언로딩 상태의 기준 영역내에서 선택된 댐핑에 해당하는 주파수와 로딩 상태의 상기 댐핑값에 해당하는 주파수 사이의 주파수 차이로부터 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1항의 B 단계에 따라 측정 구간의 패러미터를 검출하기 위해 반곡점의 주변의 직선 영역을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2항에 따라 주파수 차이를 검출하기 위해 반곡점을 기준으로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    2-상 흐름내의 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하기 위해,
    D. 먼저 고체 및 액체 재료의 최대 로딩시 직선 영역의 주파수 이동에 상응하는 값(△f)만큼 제 1항의 B 단계에서 검출된 기준 영역의 하부 주파수보다 작은 주파수를 갖는 교번 전기장을 여기하고, 수신 안테나에 의해 교번 전기장의 댐핑을 측정하며, 상기 댐핑을 기준 영역과 비교하고,
    E. 상부 댐핑 임계값의 초과시 교번 전기장의 주파수를 최대로 기준 영역의 상부 주파수와 하부 주파수 사이의 차이값만큼 상승시키며, 수신 안테나에 의해 교번 전기장의 댐핑을 새롭게 측정하고, 이러한 단계를, 측정되는 댐핑이 하부 댐핑 임계값과 상수 댐핑 임계값 사이에 위치할 때 까지, 반복하며,
    F. 측정되는 댐핑에 해당하는 주파수와 언로딩 상태에서 기준 영역내의 상기 댐핑값에 해당하는 주파수 사이의 주파수 차이로부터 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    전도성 파이프 장치의, 2-상 흐름을 유도하는 섹션내에서 2개의 교번 전기장을 90°의 방위각만큼 서로 회전시켜 시간적으로 교대로 여기하며, 90°의 방위각만큼 서로 회전된 여기 위치로부터 규정된 간격을 두고 2-상 흐름의 흐름 방향 또는 흐름 반대 방향으로 90°의 방위각만큼 서로 회전되고 교번 전기장의 여기 위치에 대해 축방향으로 정렬되는, 각각 하나의 여기 위치에 할당된 2개의 수신 안테나에 의해 교번 전기장의 오버 스피킹을 표시하며, 제 1항의 각각 B 단계 및 C 단계에 따라 또는 제 2항 내지 제 5항에 따라 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하고, 개별 측정 결과로부터 평균값을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    형성된 평균값이 주어진 허용 한계를 더이상 초과하지 않거나 상기 허용 한계에 미달되지 않을 때 까지 측정을 계속 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    2-상 흐름을 유도하는 전도성의 둥근 파이프 장이내에서 동시에 동일 위상, 동일 주파수의 교번 전기장을 90°의 방위각만큼 서로 회전시켜 여기하고, 90°의 방위각만큼 회전된 여기 위치로부터 규정된 간격을 두고 2-상 흐름의 흐름 방향 또는 흐름 반대 방향으로 역시 서로 90°의 방위각만큼 서로 회전되고 교번 전기장의 여기 위치에 대해 축방향으로 정렬된, 각각 하나의 여기 위치에 할당된 수신 안테나에 의해 교번 전기장의 오버 스피킹을 표시하며, 서로 90°의 방위각만큼 회전된 교번 전기장의 중첩에 의해 산출되는 교번 전기장을 형성하며, 산출되는 상기 교번 전기장을, 여기되고 90°의 방위각만큼 서로 회전된 교번 전기장의 변화에 의해 그리고 여기된 교번 전기장의 위상 변화에 의해 방위각 방향으로 최대 180°만큼 회전시킬 수 있으며, 산출되는 교번 전기장에 의해 제 1항의 각각 B 단계 및 C 단계에 따라 또는 제 2항 내지 제 5항에 따라 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하고, 그리고 각각 최대 및 최소의 고체 및/또는 액체 재료의 양을 결정하고 상기 재료량의 공간적 분포로부터 포함된 고체 및/또는 액체 재료의 양을 전체적으로 계산하며 존재하는 유맥선의 위치 및 밀도를 결정할 때 까지, 산출되는 교번 전기장을 방위각 방향으로 회전시키고, 유맥선의 방위각적 위치를 180°의 각도 범위내에서 분명히 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 360°의 각도 범위에서 유맥선의 위치를 분명히 결정하기 위해 우선 제 8항에 따라 180°의 각도 범위내에서 유맥선의 위치를 결정하고, 그 다음의 공정 단계에서 주파수의 교번 전기장을 댐핑의 직선 영역내에서 여기하며, 송신 안테나에 대해 90°의 방위각만큼 회전된 수신 안테나에 의해 상기 교번 전기장을 검출하고, 수신 안테나에 유도된 교류 전압의 위상 위치에 따라 유맥선 위치를 분명히 할당하며, 송신 안테나의 위치에서 0°의 방위각으로부터 출발하여 동일 위상일 경우 유맥선이 ＞ 90°내지 ＜270°의 범위에 위치하며, 반대 위상일 경우에는 ＞270°내지 ＜90°의 범위에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    부정합된 짧은 헤르츠의 복사체에 의해 교번 전기장을 여기하고 상기 교번 전기장의 오버 스피킹을 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
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