(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を二相流中に入力し、流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向沿いにその入力地点に対して所定の距離だけ離れた地点でこの電気信号を受信し、この入力された信号に対するこの受信した電気信号の変化を算出し、そしてこの変化に基づき、かつ固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の所定量を伴わない校正測定によるか、又はこれらの固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の所定量を伴った校正測定によってその二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定する方法ステップから成る、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定する方法において、
Ａ．この電気信号は、伝播可能な電磁波でない交番電界であり、
Ｂ．最初に、この交番電界の周波数を遮断周波数より低い範囲で変化させることによって、測定区間に沿ったこの交番電界の減衰が、周波数の関数として算出され、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数に対応する下方減衰閾値との間の１本のほぼ線形な領域が、その減衰特性曲線の最も急峻な上がり勾配の範囲内で規定されて基準範囲として記録され、そして、
Ｃ．この二相流中の固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量が、校正測定に関するこのほぼ線形な領域の周波数偏移Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））の測定に基づいて測定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
周波数値Δｆが、或る適用態様で発生した最大の可溶性物質の負荷又は固体の負荷のときのほぼ線形な範囲に対応し、かつfoが無負荷の管系又は導管系の遮断周波数，μrがガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質から成る混合物の比透磁率，εrがその混合物の比誘電率であるときに、Δｆが関係式Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））にしたがって算出され、かつ、請求の範囲の第1項に記載のステップＢで算出された下方の周波数よりこの周波数値Δｆだけ小さい周波数の交番電界が発生される場合、この交番電界がこの請求の範囲の第１項に記載のステップＣにしたがって二相流中の固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定するため、この交番電界の減衰が、受信アンテナによって測定され、この減衰は、このステップＢで算出された上方と下方の減衰閾値の間に存在する基準として選択された減衰と比較され、越えたときに、この測定された減衰値がこの基準として選択された減衰値と一致するまで、この交番電界の周波数が上げられ、そして、無負荷状態時の基準範囲内で選択された減衰に対応する周波数と負荷のかかった時のこの減衰値に対応する周波数との間の周波数の差から、この含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量が測定されることを特徴とする請求の範囲の第１項に記載の方法。
【請求項３】
請求の範囲の第１項に記載のステップＢにしたがって測定個所のパラメータを算出するため、変曲点がほぼ線形な範囲内で算出されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第２項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
請求の範囲の第２項にしたがって周波数の差を算出するため、変曲点が基準として選択されることを特徴とする請求の範囲の第２項に記載の方法。
【請求項５】
二相流中の固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定するため、
Ｄ．或る周波数の交番電界が発生され、この交番電界の減衰が受信アンテナによって測定され、そして、この減衰が基準範囲と比較され、この場合、周波数値Δｆが、最大の可溶性物質の負荷又は固体の負荷のときのほぼ線形な範囲の周波数偏移に相当し、この或る周波数は、請求の範囲の第１項に記載のステップＢで算出された基準範囲の下方の周波数より低く、
Ｅ．上方の減衰閾値を越えたとき、交番電界の周波数が最大でこの基準範囲の上方と下方の周波数との間の周波数の差だけ上げられ、この交番電界の減衰が、この受信アンテナによって新たに測定され、測定された減衰が下方の減衰閾値と上方の減衰閾値との間に入るまで、このステップが繰り返され、そして、
Ｆ．この測定された減衰に対応する周波数と無負荷状態時のこの基準範囲内のこの減衰値に対応する周波数との間の周波数の差から、その含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量が測定されることを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の方法。
【請求項６】
２つの交番電界が、二相流を輸送する１本の電気伝導性の管系の一部の内部で90°だけ回転した方位で対向して時間的に交互に発生され、この二相流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互いに90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離だけ離れた地点で、これらの交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ回転した方位で軸線に沿った２本の受信アンテナによって、これらの交番電界の漏話が記録され、これらの受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられていること、及び、その含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質が、請求の範囲の第１項に記載のステップＢ，Ｃ、又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってその都度測定され、そして、平均値がこれらの個々の測定結果から求められることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
求められた平均値が予め決めた許容限界をもはや超えないか又は下回らないまで、測定が継続されることを特徴とする請求の範囲の第６項に記載の方法。
【請求項８】
同一位相で同一周波数の２つの交番電界が、二相流を輸送するほぼ円形の１本の電気伝導性の管系の一部の内部で90°だけ回転した方位で対向して同時に発生され、この二相流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に沿って互いに90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の発生地点から特定の距離だけ離れた地点で、これらの交番電界の発生地点に対して同様に互いに90°だけ回転した方位で軸線に沿った２本の受信アンテナによって、両交番電界の漏話が測定され、これらの受信アンテナは、それぞれ１つの発生地点に割当てられていて、そして、１つの交番電界が、90°だけ回転した方位で対向する両交番電界に重ねることによって発生され、この交番電界は、90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の振幅を変化させて、発生した１つの交番電界を位相反転させることによって、最大で180°の方角に回転され得ること、及び、その含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量が、請求の範囲の第１項に記載のステップＢ，Ｃ又は請求の範囲の第２項〜第５項にしたがってこの発生した交番電界に基づいてその都度測定され、この場合、その含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の最大量と最小量が測定されるまで、この発生した交番電界が方角的に回転され、そして、この物質及びこれらの物質の空間的な配置から、その含まれている固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の総量が算出され、かつ存在する１本の流跡線の位置と濃度が近似的に測定され、この場合、この流跡線の方位位置が、180°の角度範囲内だけで明確に測定可能であることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
１本の流跡線の位置を360°の角度範囲内で明確に測定するため、最初に、180°の角度範囲内にある１本の流跡線の位置が、請求の範囲の第８項にしたがって測定され、減衰曲線のほぼ線形な範囲内にある周波数を呈する１つの交番電界が、次の方法ステップで発生され、そして、この交番電界は、送信アンテナに対して方位的に90°だけ回転した１本の受信アンテナによって検出されて、この流跡線の位置が、この受信アンテナに誘導された交流電圧の位相の位置に基づいて割当てられ、この場合、この送信アンテナの位置において0°の方角から出発して、この流跡線は、同位相のときには90°より大きくてかつ270°より小さい範囲内に存在し、逆位相のときには270°より大きいか又は90°より小さい範囲内に存在することを特徴とする請求の範囲の第８項に記載の方法。
【請求項１０】
交番電界の発生、及びこの交番電界の漏話の受信は、短いヘルツ式のアンテナによって実行されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第９項のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定する方法に関する。この物質は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に含有されている。本発明の好ましい適用分野は、石炭による発電所の燃焼装置の導管内で空気式に輸送される粉炭（炭塵）量の測定である。
固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の十分な輸送速度及び十分な輸送量を実現するため、微細な形態で存在する固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流の状態で多くの場合において乱流になって輸送される。特に、微細な固体粒子を輸送する場合は、高濃度のいわゆる流跡線
0004181643.tif 000002
が輸送管内に形成されることを実際の輸送系統で防ぐことはできない。このような流跡線は、一つには幾何学的に非常に安定でかつ一定の位置にとどまりうる。しかし、これらの流跡線は、いろいろな場所に推計学的にも発生し得、かつその大きさと濃度を変化させうるか又は輸送管内部を移動できる。特に分岐地点では、流跡線が形成されるために、固体物質が非常に不均一に分散して、ひいては輸送される物質の量が、個々の輸送管内で著しく異なることになる。それ故に、このことは、空気式の輸送系統内で輸送された物質の量、特に輸送系統が分岐している場合に個々の分岐管内へ輸送された物質の量を測定する点で大きな問題である。例えば、等速的に吸引する管のいろいろな測定地点に関するように、公知の方法は、大抵非常に不正確な測定値を算出する。何故なら、流跡線がほとんど又は偶然にしか検出されないからである。しかも、このような測定は長時間を要する。多くの場合、このような測定は、何時間か後に初めて測定結果を出力する。そのため、このような測定をフィードバック制御系で使用することは不可能である。
空気式の輸送工程を監視して、輸送される物質の量を分岐している系統内で制御するため、測定速度の速い測定システムが必要である。それ故に、マイクロ波をこのような測定の課題に対して使用することがかなり前から試みられている。この場合、特定の周波数のマイクロ波が、測定個所として用意された管の一部分に入力され、その測定個所の一端部で振幅と位相の変化を記録する。この測定原理の物理的な根拠は、固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質を伴うキャリアガスの負荷（輸送重量；Beladung）が輸送管内部の包括的な誘電率を変化させ、そしてマイクロ波がこれらの誘電率に依存して減衰しかつ位相がずれるという事実である。対応する測定方法が、例えば、欧州特許第0717269号明細書，欧州特許第669522号明細書又は米国特許第5177444号明細書中に説明されている。しかし、マイクロ波を使用した公知の測定方法の感度の高さは、空気式の輸送系統に対しては不十分である。特に、輸送管が分岐しているために、相違する物質の量が個々の管又は管の一部内に輸送される。つまり、１ｍ3のキャリアガス当たりの気体，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量の濃度が、既に述べた流跡線の形成によって管系統つまり導管系統内部で空間的に分散して相違する。したがって、例えば、石炭による発電所のボイラーの燃焼装置への粉炭の供給を十分正確に制御するためには、1ｍ3のキャリアガス当たり1ｇの粉炭の測定分解能が必要である。このように僅かな負荷の相違は、この包括的な誘電率を極めて僅かしか変化させず、その結果、マイクロ波の減衰と位相にほんの僅かしか影響を与えない。
さらに、空気式の輸送系統内で負荷を測定するためにマイクロ波を使用すると、反射したマイクロ波自体による寄生誘導に基づいて重大な問題を引き起こす。特に負荷が僅かな場合は、マイクロ波の減衰が非常に小さい。その結果、これらのマイクロ波は、導管系統内で１本の中空導体内のように広い区間にわたって伝導されて、閉鎖部分，分岐部分又は端部で反射される。往復伝搬する複数の波動が重なり、ひいては測定結果が著しく不正確になる。
さらに、これらの方法は装置に関して著しく高い経費を必要とするという欠点が、マイクロ波を使用するこれらの公知の方法にはある。一般に、測定個所として用意すべき幾何学的に高精度で適合した送受信アンテナを有する管の一部を導管系統内に嵌め込むことが必要である。複数のスロット結合部を存在する管の複数の部分内に送受信装置として経費をかけて取り付けることも公知である。この場合、これらの部分は、予め決めた幾何図形的配列に一致している必要がある。
本発明の課題は、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれら双方の物質の量を測定する方法を提供することにある。この方法は、相違が僅かであるときでも、つまり負荷の相違が僅かであるときでも使用可能であり、かつ存在する管系統内の主要な干渉を必要としない。さらに、本発明の課題は、1ｍ3のキャリア媒体当たり1ｇの量の最低限の測定分解能でも優れていて、かつ測定個所の幾何図形的配列に関して多大な要求を課すことのないように、方法を発展させることにある。
この課題は、本発明により、電気信号を二相流中に入力し、流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向沿いにその入力地点に対して所定の距離だけ離れた地点でこの電気信号を受信し、この入力された信号に対するこの受信した電気信号の変化を算出し、そしてこの変化に基づき、かつ固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の所定量を伴わない校正測定によるか、又はこれらの固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の所定量を伴った校正測定によってその二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定する方法ステップから成る、ガス状のキャリア媒体を含む二相流中に有する固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量を測定する方法において、Ａ．この電気信号は、伝播可能な電磁波でない交番電界であり、Ｂ．最初に、この交番電界の周波数を遮断周波数より低い範囲で変化させることによって、測定区間に沿ったこの交番電界の減衰が、周波数の関数として算出され、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数に対応する下方減衰閾値との間の１本のほぼ線形な領域が、その減衰特性曲線の最も急峻な上がり勾配の範囲内で規定されて基準範囲として記録され、そして、Ｃ．この二相流中の固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質の量が、校正測定に関するこのほぼ線形な領域の周波数偏移Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））の測定に基づいて測定される、請求の範囲の第１項に記載の方法によって解決される。この場合、本発明の好適な構成が、後続する複数の請求の範囲に記載されている。
本発明は、一定の距離に沿った交番電界の減衰の周波数特性が、波動を特徴づける遮断周波数より低いところで高い減衰値から低い減衰値までの階段関数に似た比較的急峻でほぼ線形な推移を呈するという物理的な関係を利用する。この推移は、その波形（階段関数）に関して無負荷状態から、すなわち、固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の負荷のないキャリアガスから比較的大きな負荷までの広範囲にわたって変化しない。しかし、この遷移が起きる周波数の範囲が、負荷に依存して低い周波数へ偏移する。この場合、この周波数偏移率は、固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質を伴うキャリアガスの負荷に関する目安である。
本発明の本質は、交番電界を管の一部又は導管の一部の内部で発生させること、及び負荷のかかったガス流の流れ方向又はその流れ方向に対して反対方向に位置する一定の距離に沿ってこの交番電界の漏話
0004181643.tif 000003
を検出することにある。この場合、まず、上述した減衰の推移の形態と周波数帯域が、無負荷状態で算出され、次いで、負荷によるこの推移の周波数偏移が、低い周波数に対して測定される。そして、このことから、固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質を伴うキャリアガスの負荷が、既知の関係に基づいて求まる。これらのことを実現するために、下方の周波数に対応する上方減衰閾値と上方の周波数に対応する下方減衰閾値とによって限定されるほぼ線形な範囲が、遷移範囲内で合目的的に特定される。この場合、このほぼ線形の範囲内で有限な感度を呈する実際の受信機を使用したときに、変曲点が周波数に対する減衰特性曲線に存在する。この変曲点は、数学的にかつ技術的に容易に算出することができる。このほぼ線形な範囲内では、僅かな周波数変化がその減衰の大きな変化につながる。それ故に、このほぼ線形な範囲内の複数の地点又は範囲を高い精度で検出つまり測定することができる。
本発明の本質が変更され得るように、いろいろな変形が技術的に可能である。
したがって、例えば、１つの特徴のある減衰値が、ほぼ線形な範囲内で無負荷状態時に対応する周波数で選び出される。そして、負荷を算出するため、負荷のかかった状態で測定された減衰が最初に選び出したその減衰値と一致するまで、加えられた交番電界の周波数が開始周波数から出発して可変される（上げられる）。測定者は、開始周波数として１つの周波数を選択する。この周波数は、その都度の使用状況で発生する最大負荷時でこのほぼ線形な範囲の下方の周波数より低いか又はその周波数に等しい。最大周波数偏移Δｆ、すなわち、最大負荷によって発生する周波数偏移Δｆが、無負荷状態におけるこのほぼ線形な範囲の下方の周波数によってさし引かれることによって、この開始周波数は決定され得る。この周波数偏移Δｆは、関係式Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））にしたがって容易に求めることができる。このとき、foは、管系統又は導管系統の遮断周波数であり、μrは、ガス状のキャリア媒体とそれに含有された固体物質，可溶性物質又はこれらの双方の物質から成る混合物の比透磁率であり、そして、εrは、その混合物の比誘電率である。
この場合、無負荷状態で選択した特徴のある減衰値に対応する周波数と負荷のかかった状態で選択した特徴のあるこの減衰値に対応する周波数との間の周波数の差が、負荷に関する目安である。
方法の感度を最大にするため、選択された減衰が急峻な範囲内、すなわち、ほぼ線形な範囲内で発生させるべきであることが容易に分かる。この場合、減衰特性曲線の変曲点が技術的な理由から優先的に使用される。
測定工程を速めるため、測定された減衰がほぼ線形な範囲内に入るまで、上述した開始周波数から出発してこのほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の差から得られるステップで周波数を上げることが目的に合う。既に述べたように、無負荷状態で測定した減衰に対応する周波数とその測定した周波数との間の周波数の差は、負荷に関する目安である。
このほぼ線形な範囲を表す一次方程式に基づいてほぼ線形な範囲内にある測定された減衰とそれに対応する周波数を、もう１つの別に選択された特徴のある減衰値に変換し、次いで、この特徴のある減衰値の周波数偏移を無負荷状態から負荷のかかった状態まで測定することも当然に可能である。
本発明の方法の重要な利点は、総括すると、交番電界の減衰が測定個所に沿ってその測定個所で算出され、管の真円性に関して過度な要求を課さない点にある。この測定は、例えば、一般にドイツ工業規格に対応している管内で実施される。この測定の感度は、このような管でも著しく良好であり、かつ１ｍ3のキャリアガス当たり１ｇより小さい物質を感知する。
本発明のその他の利点は、交番電界が不整合にされた短いヘルツ式のアンテナによって発生される点にある。受信アンテナも同様に構成されている。その結果、摩耗が測定方法の感度にほとんど影響を与えず、かつ、劣化によるこれらのアンテナの交換が、相当長い期間経過した後に必要なだけである。しかも、短いヘルツ式のアンテナが、多大な経費をかけることなしに存在する管系統又は導管系統内に取付けることができる。
流跡線が管系統内部に発生したとしても、本発明の方法は有効に使用され得る。測定結果から流跡線を検出して分析するため、90°だけ回転した方位で対向する２つの交番電界を発生させて、この交番電界の減衰曲線のほぼ線形な範囲周波数偏移を既に説明したように予め決めた測定個所に沿って算出することが必要である。
この場合、この方法の一変形例では、90°だけ回転した方位で対向する両交番電界を時間的に交互に発生させ、そして、送信アンテナに対してその軸線を揃えて予め定めた距離だけあけて同様に90°だけ回転した方位で対向する受信アンテナを用いて、説明したように減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移を算出している。これらの90°だけ回転して対向する交番電界の減衰曲線の周波数偏移は、発生する流跡線によって互いに相違する。次いで、さらなる測定がもはや結果をほとんど変えないようになるまで合目的的に平均を求めることによって、これらの流跡線を有する負荷密度の平均に相当する１つの周波数偏移が得られる。
他方で、１本の流跡線の空間的な位置と強度を１本の管の内部で測定することも可能である。これを実現するため、90°だけ回転した方位で対向する同一周波数で同一位相の２つの交番電界が、同様に管の内部で発生されて、この交番電界の減衰曲線のほぼ線形な範囲の周波数偏移が、予め決めた測定個所に沿って算出される。この場合、この周波数偏移の発生と算出は同時に実行される。両交番電界は、重なって１つの交番電界になる。同様に、減衰曲線のほぼ線形な範囲の１つの周波数偏移が、この交番電界の方向に発生した負荷の目安として検出される。90°だけ回転した方位で対向するこれらの交番電界の振幅が変化することによって、この発生した交番電界が方位的に回転される。この場合、この発生した交番電界の振幅が、有効に一定に保持される必要がある。次いで、この発生した交番電界が方位的に回転することによって、減衰曲線のほぼ線形な範囲の最大と最小の周波数偏移が算出される。最大と最小の周波数偏移は、１つの流跡線の近くで方位的に90°だけ回転する。そして、１つの流跡線の位置が、この回転方向から算出され得る。この場合、その結果は両義的である。何故なら、この交番電界は軸対称だからである。このことは、最大周波数偏移でのこの交番電界の方位が、次のように、流跡線の方位の位置に一致することを意味する：αSt＝αF＋ｎ180°，この場合、αStはその流跡線の方位角であり、αFは交番電界の方位角であり、そして、ｎは自然数の要素である。したがって、こうして検出された１本の流跡線は、互いに点対称的に位置する２象限内に常に存在しうる。
この流跡線を通過する最大電界強度に対する最小電界強度の比が、最大周波数偏移に対する最小周波数偏移の比から直接に算出され得る。管内の交番電界の既知の量的な電界強度の分布に基づいて、１本の流跡線の半径方向の位置を測定することができる。
流跡線の方位を一義的に特定することを可能にするため、その流跡線が存在する管の断面の半分が、別の方法ステップ中に算出される必要がある。この算出は、本発明により、送信アンテナに対して90°だけ方位的に離れた位置にある受信アンテナ中に誘導された交流電圧を評価することによって実行される。測定者がこの送信アンテナの位置を0°の方位に固定して設置した場合、180°の位置において交番電界の強度は等しいものの、極性が逆に固定される。90°の位置では、負荷が均一な場合に、電界強度及びこの電界強度によってこの受信アンテナ中に誘導された交流電圧が、等しく零である。1本の流跡線がこの送信アンテナのある管の半分内で発生した場合は、逆極性の電界強度が90°だけ離れた位置にあるこの受信アンテナに発生するように、交番電界がひずむ。この電界強度は、この送信アンテナに供給される交流電圧に対して逆位相の交流電圧を誘導する。流跡線がこの送信アンテナから離れた管の半分内に存在する場合は、同位相の電圧が送信アンテナと受信アンテナで測定される。送信アンテナ又は受信アンテナのすぐ近くに存在する流跡線も十分確実に検出するため、この測定は、送信アンテナと受信アンテナを入れ替えて繰り返される。
さらに、本発明の方法は、輸送される物質の輸送速度の測定を可能にする。この目的のために、交番電界が発生する場所に対して同軸線方向にある２つの地点、特に、輸送される物質の流れ方向とその逆方向の地点で、乱流によって常に発生する負荷の濃度の時間的な変動が記録される。そして、両地点で経過した時間の時間差が１つの相関フィルタを用いて求められる。輸送される物質の輸送速度が、この時間差とこれらの測定地点の軸線方向の距離とから算出され得る。物質の輸送量が、物質の濃度の平均値と輸送速度から算出される。
以下に、本発明の方法を実施の形態に基づいて詳しく説明する。
第１図は、石炭による発電所の燃焼装置の導管の管系統の一部を示す。
第２図は、減衰変化を、高い減衰から低い減衰まで急峻に推移する範囲内にある周波数の関数として示す。
第３図は、１つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した交番電界を示す（方位0°）。
第４図は、１つの流跡線が燃焼装置の導管内部に存在しているときに発生した交番電界を示す（方位90°）。
本発明の課題は、直径500mmの円形断面を有する石炭による発電所の燃焼装置の導管１内で気流によって輸送される微粒状の石炭の量を測定すること、及び、場合によっては、流跡線を検出することにある。この燃焼装置の導管１の温度は、時間的に一定であるとみなされる。
まず、２個の孔が、導管１の直線部分の範囲内で1000mmの間隔をあけてその軸線方向に沿って形成される。１個のヘルツ式のアンテナ（長さ５cm）がそれぞれ、これらの孔に取付けられる。この目的のために、例えば、一般的な同軸ソケットが使用され得る。
不整合にされた短いアンテナを使用するのが好ましい。何故なら、一方で、これらのアンテナがほとんど機械的に劣化せず、他方で、発生した機械的な劣化が電気系統の感度にほとんど影響を与えないからである。空気と石炭の混合物の流れ方向に沿ってある第１のアンテナ２が送信アンテナとして機能し、第２のアンテナ３が受信アンテナとして機能する。管内で伝播しうる高調波を抑えるため、急峻なエッジのフィルタがこれらのアンテナに１つずつ直列に接続される。このフィルタの遮断周波数は、導管１の遮断周波数のわずかに上方に存在する。
測定個所のパラメータを測定するため、まず、交番電界の減衰が、無負荷状態で測定個所に沿って周波数の関数として記録される。この目的のために、交番電界が、燃焼装置の導管１内部の送信アンテナ２によって発生され、そして、受信アンテナ３へ向かうこの交番電界の漏話が、周波数の関数として規格化されて記録される。第２図中に示された代表的な曲線が得られる。この曲線では、減衰が、約1.3MHzの周波数の範囲内でほぼ線形に比較的急峻に傾斜する。ほぼ線形な基準範囲が、高い減衰から低い減衰までのこの遷移領域内で特定される。この基準範囲は、下方の周波数約348.5MHzに対する上方の減衰閾値約45dBと上方の周波数349.8MHzに対する下方の減衰閾値約20dBとの間に存在する。この基準範囲内では、減衰特性曲線の変曲点が周波数約349.3MHzで減衰約32dBのとことに形成される。
減衰曲線の傾きがこのほぼ線形な範囲内で最も急峻である。すなわち、一定の測定周波数に対する僅かな負荷の変化が、大きな減衰の変化を引き起こす。
上方の閾値と下方の閾値との絶対値は、発生された交番電界の強さと受信機の感度に依存する。その下方では波動が起こらない約350MHzの値を遮断周波数foとして第２図から定めることができる。
存在する使用態様では、最大で１ｍ3の空気当たり1500ｇの微細な石炭の負荷が算出できる。このとき、比誘電率は、この空気と石炭の混合物に対してεr＝1.003になる。比透磁率μrは１である。周波数値Δｆは、関係式Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））に基づいて523kHzと算出される。
空気流中に含まれる微細な石炭の量を測定するため、開始周波数約347.9MHz（無負荷状態の上方の減衰閾値に対応する周波数値Δｆを差し引いた下方の周波数）の交番電界が、送信アンテナ２によって発生され、そして、測定個所によって得られた減衰が、受信アンテナ３によって測定される。この減衰は、最初はほぼ線形な基準範囲の上側に存在する。次いで、この減衰このほぼ線形な基準範囲内に入るまで、この交番電界の周波数が段階的に高められる。相違する周波数のときに負荷のかかった状態で算出された複数の減衰値が、第２図中に点線の曲線として示されている。交番電界周波数が348.2MHzであるときは、減衰が負荷のかかった状態で44dBである。この減衰は、このほぼ線形な基準範囲内に存在する。無負荷状態では、この減衰は348.6MHzである。したがって、負荷のかかった状態の減衰特性曲線のほぼ線形な範囲は、無負荷状態に比べて0.4MHzだけずれている。空気と石炭の混合物の比誘電率εrの変化に対するこのほぼ線形な範囲のこの周波数偏移Δｆからこの関係式Δｆ＝fo（1-1/（√μrεr））に基づいて、微細な石炭を含む空気流の負荷が算出され得る。このとき、比透磁率μrは１である。これによれば、1ｍ3の空気当たり1.172kgの石炭の負荷（輸送重量）が算出され得る。この方法の精度を高めるため、このほぼ線形な範囲内で変曲点を基準点として選び出し、そして、この空気中に含まれる微細な石炭の量を測定するときに、対応する減衰がこの変曲点の減衰に一致するまで、交番電界の周波数を変化させることが目的に合っている。それ故、この減衰は有益である。何故なら、大きな傾きが、このほぼ線形な範囲のこの変曲点に形成され、その結果、高い感度が実現され得る。
測定処理を速めるため、最大負荷に対して算出した開始周波数から出発して、この開始周波数を第２の測定点に対してほぼ線形な範囲の上方と下方の周波数の差だけ、この例では1.3MHzだけ高くすると目的に合う。これによって、減衰した１つの測定点が、最小限の測定回数でこのほぼ線形な範囲内で見つけ出される。このとき、このほぼ線形な範囲の周波数偏移が直接測定され得るか、又は、最初に、負荷がかかっているときの変曲点が、このほぼ線形な範囲の一次方程式によって算出され、次いで、無負荷状態に対する負荷状態のこのほぼ線形な範囲の周波数偏移が、両変曲点に基づいて算出される。
測定結果から流跡線を検出するためには、さらなる送信アンテナ３と受信アンテナ４を燃焼装置の導管１内に挿入することが必要である。これらのアンテナ３，４は、送信アンテナ２と受信アンテナ３に対して方位的に90°だけ回転されているが、これらのアンテナ３，４のように同一の高さで軸線方向にある（軸線に沿っている）。
流跡線を考慮に入れて平均した負荷を算出するため、冒頭で説明したように送信アンテナ２と受信アンテナ３を入れ替えるか、又は送信アンテナ４と受信アンテナ５を入れ替えたときの交番電界によって、微細な石炭を含む空気流の負荷が算出され、その平均値が両測定から得られる。このとき、この平均値は、存在する１本の流跡線を考慮に入れている。平均値を求めるこのサイクルを何回も繰り返すことによって、測定結果の精度が向上され得る。求められた全ての平均値が全く又はほとんど変わらなくなるまで、このサイクルを繰り返すことが目的に合う。
流跡線を検出するため、同一周波数で同一位相の２つの交番電界が、送信アンテナ２，４によって発生される。これらの交番電界は、燃焼装置の導管内部で重なって１つの交番電界になる。同一周波数で同一位相の両交番電界の漏話は、受信アンテナ３，５によって記録され、ここから発生したこの交番電界の減衰が、測定個所に沿って算出される。同一周波数で同一位相の（位相固定式に結合された）これらの交番電界の振幅を変化させることによって、90°だけ回転して対向した両交番電界の重なったこの交番電界の方向が、最大で90°だけ方位的に回転され得る。１つの交番電界をさらに位相反転させることによって、この発生した交番電界の回転範囲が、180°に拡張され得る。直径が500mmである燃焼装置の導管１のこの例では、１つの交番電界が、（約100mWの送信出力に相当する）+20dBm減衰するアンテナ２，４によってこの燃焼装置の導管内で発生される。90°だけ方位的に回転して発生された個々の電界の重なりから発生したこの交番電界の方位を22.5°のステップで回転させるため、これらのアンテナのダウンリードの発振が、表に示された値で制御される
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線形な範囲の周波数偏移が、発生したこの交番電界の個々に示されたこれらの方角で算出される。そして、微細な石炭を含む空気流の負荷が、冒頭で説明したように算出される。検出された周波数偏移を以下に列挙する：
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周波数偏移の最大値と、ひいては90°のときの負荷をはっきりと確認することができる。このことは、1本の流跡線が90°の方角に存在することを示している。第3，4図は、燃焼装置の導管1内で発生したこの交番電界を0°の方角（第３図）と90°の方角（第４図）の場合で具体的に示す。
最小周波数偏移（最小負荷）に対する最大周波数偏移（最大負荷）の比から、流跡線の半径方向の位置が推測され得る。この場合、すなわち、比が１：３の場合は、この流跡線が管壁の近くに存在する。この比が１に向かってさらに移動すればするほど、この流跡線は、管の断面の中心点に近づく。管の断面の中心点に直接存在する流跡線は、検出できない。
当然、流跡線の検出は、流跡線がほぼ一定の位置に常に存在するときだけ、すなわち、流跡線が測定時間中にほとんど動かないときだけに有効である。実際の測定時間が数ミリ秒である場合は、この流跡線の検出は事実上あらゆる制御のときに可能である。いずれにしても、この例における流跡線を検出する目的は、流跡線を除去するための解決手段を提供することにある。それ故、ほとんど一定の位置に常に存在する流跡線が重要である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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