(57)【要約】【課題】気体の担体媒体を有する二相流の、小さな又は非常に小さな、固体粒子及び／又は液体粒子による負荷を決定するマイクロ波測定装置を設ける管又はチャネル系の区間長さを抑える。【解決手段】本発明は、好ましくは導波管基本波の周波数の０．９５から１．０５倍の周波数を有するマイクロ波が、管又はチャネル系（１）の導電性区間に結合される。導電性区間はフィールドロッド（４、４’）によって区切られている。それによって、共振器として作用し、担体媒体の固体及び／又は液体粒子による負荷による共振器の共振周波数のシフトが決定される。管又はチャネル系（１）内で反射、回折及び／又は重畳されるマイクロ波から生じる干渉を抑制するために、各フィールドロッドに割り当てられた２つの補助フィールドロッド（それぞれ６、７及び６’、７’）が提供される。補助フィールドロッド（それぞれ６、７及び６’、７’）は、対応するフィールドロッド（４、４’）から導波管基本波の波長と比べて短距離に配置される。それぞれフィールドロッド（４、４’）に対して、正の４５°±１０°と、負の４５°±１０°と、正の１３５°±１０°と、負の１３５°±１０°との少なくとも１つである角度αで配置される２つの補助フィールドロッド（６、７及び６‘、７’）は、互いに９０°±２０°の角度をなす。本発明による解決策の特別な利点は、複雑な空間条件の場合であっても測定装置を既存の管又はチャネル系に統合することを可能にする簡単で省スペースな構造にある。
2020504312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管又はチャネル系（１）内の、気体の担体媒体の二相流の、小さい又は非常に小さい固体粒子と、小さい又は非常に小さい液体粒子との少なくとも一方による負荷を決定するマイクロ波測定装置であって、
直線偏向マイクロ波を結合する送信アンテナ（２）と、受信アンテナ（３）とを備えるマイクロ波測定装置であって、
送信アンテナ（２）及び受信アンテナ（３）は、二相流を導く、一定の断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の長手方向において互いに距離を置いて、計測区間（Ｓ）を作るように配置されてあって、
一定断面形状を持つ、管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の長手方向に計測区間（Ｓ）の前後に計測区間（Ｓ）と一列に並ぶようにして、
一定断面形状を持つ、管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の各断面領域（５、５’）内に延在するようにして、
一定断面形状を持つ、管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の内部に突出するようにして、
フィールドロッド（４、４’）と呼ばれる導電性フィールドロッド（４、４’）が、フィールドロッド（４、４’）と、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）とが、フィールドロッド（４、４’）間で、結合された直線状偏向マイクロ波の共振器として作用するように配置された、
マイクロ波測定装置において、
各フィールドロッド（４、４’）に対して設けられるようにして、
一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の、フィールドロッドが延在する断面領域（５、５’）のそれぞれに対して、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の導波管基本波の基本波と比較して小さな距離（Ｇ）で隣接する断面領域に、
フィールドロッド（４、４’）に対する角度αが、正の４５°±１０°と、負の４５°±１０°と、正の１３５°±１０°と、負の１３５°±１０°との少なくとも１つで、
補助フィールドロッド（６、７又は６’、７’）と呼ばれる２つの導電性ロッドが、
管又はチャネル系（１）の直線状導電区間（Ｆ）の内壁から半径方向に延在して断面領域の少なくとも中心まで突出するようにして、
管又はチャネル系（１）の直線状導電区間（Ｆ）の長手方向において互いに整列するようにして配置され、
フィールドロッド（４、４’）に対して設けられた二つの補助フィールドロッド（６、７と６’、７’）は９０°±２０°の角度をなし、
補助フィールドロッド（６、７と６’、７’）が管又はチャネル系（１）の直線状導電区間（Ｆ）に導電性を持って接続された
ことを特徴とする、マイクロ波測定装置。
【請求項２】
計測区間（Ｓ）の前後のフィールドロッド（４、４’）は、
送信アンテナ（２）及び受信アンテナ（３）に対して、導波管基本波の波長の少なくとも１０分の１の距離を開けて、そして
一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の基本波の約波長と、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）基本波の波長の約２倍との間の距離で、互いに間を開けて、
ほぼ、結合されたマイクロ波の偏向面と、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の長手方向とにおいて、送信アンテナ（２）及び受信アンテナ（３）に対して、一列に並ぶようにして、
管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の壁面内側から半径方向に、少なくとも断面領域（５、５’）の中心まで突出するようにして、
管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）に導電性を持って結合するようにして
配置されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波測定装置。
【請求項３】
フィールドロッド（４、４’）に対して設けられた両方の補助ロッド（６、７又は６’、７’）の、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の長手方向における距離（Ｇ）は、最長で、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の導波管基本波の波長の１０分の１である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ波測定装置。
【請求項４】
補助ロッド（６、７又は６’、７’）は、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の断面領域の少なくとも半分まで、かつその際に断面領域の中心を横切るように延設する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ波測定装置。
【請求項５】
補助ロッド（６、７又は６’、７’）は、一定断面形状を持つ管又はチャネル系（１）の直線状導電性区間（Ｆ）の断面領域の３分の２以上まで、かつその際に断面領域の中心を横切るように延設する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ波測定装置。
【請求項６】
補助ロッド（６、７又は６’、７’）の長さは、フィールドロッド（４、４’）の長さに相当する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロ波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管又はチャネル系内の、小さい又は非常に小さい固体粒子と、小さい又は非常に小さい液体粒子との少なくとも一方を含む気体の担体媒体における二相流の負荷（含有量）を測定するマイクロ波測定装置に関する。本発明の好ましい適用分野は、大容量空気式固体輸送システムにおける固体粒子を含む気流の負荷の決定、例えば、石炭火力発電所の管又はチャネル系における微粉炭を含む空気流の負荷である。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を用いて、管又はチャネル系内の気体の担体媒体を含む二相流の粒子負荷を測定することが知られている。この目的のために、かなりの既知の解決法において、所定の周波数又は所定の周波数範囲のマイクロ波が、計測区間として準備された管又はチャネル系の導電性区間に連結され、マイクロ波の変数の変化で評価される。例えば周波数は、計測区間の最後で評価される。好ましくは、この場合に、評価を不必要に複雑化せずに、あるいは、干渉を最小にするために、導波管基本波の周波数又は導波管基本波の周りの周波数範囲が使用される。したがって、結合マイクロ波の所定の周波数又は所定の周波数範囲は、計測区間の幾何学的寸法に依存する。
【０００３】
測定原理の物理的背景は、固体粒子を積載した気体の担体媒体の誘電率が気体の担体媒体中に取り込まれた固体粒子の量に依存し、マイクロ波が伝搬する媒体の誘電率に応じて、変数、例えば、共振周波数、その振幅、その位相の変化を受けるという事象である。
【０００４】
例えば、特許文献１は、固体を含む気流の含有量（負荷）を決定するための、特に石炭火力発電所における微粉炭によるボイラーの燃焼を制御する方法を開示する。その開示において、気流の固体含有量は、気流を運ぶ計測区間に沿った電磁波の吸収から推定される。
【０００５】
特許文献２は、試料粒子の定量測定方法を開示する。その開示において、試料粒子はマイクロ波発生器によって発生された電磁界に導入され、少なくとも電磁界の変数の変化が測定され、試料粒子は測定された変化から推定される。
【０００６】
前述の解決策は、低い測定精度に組み合わさった干渉に非常に影響を受けるため、実用的用途はわずかであった。干渉に対する高い感受性及び低い測定精度は、管又はチャネル系内で反射されて計測区間に侵入するマイクロ波から生じる干渉によって引き起こされる。特に少ない負荷では、結合されたマイクロ波は導波路のように管又はチャネル系内を長距離にわたって伝えられ、狭窄部、分岐部、屈曲部又は端部で反射及び／又は回折される。それにより、前後に走る波が重畳され、その結果、測定信号を評価することが困難になるか、又は測定結果の著しい歪みが生じる。
【０００７】
そのような干渉を回避するために、特定の形状を有するマイクロ波共振器を使用する解決策が開発された。例えば、特許文献３には、粉末−気体混合物中の粉末質量流量を測定する装置及び方法が記載されている。空洞共振器が外側から供給ラインに取り付けられているとき、測定は粉末−気体混合物の部分的な流れにおいてのみ行われる。大容量供給ラインの場合に通常そうであるように、粉末−気体混合物の異なる粒子含有量が供給ラインの横断面にわたって生じ、そして増加した粒子濃度のストランドがある程度予想される場合に、粉末−気体混合物の部分的な流れにおいてのみ行われた測定は、重大な欠陥があり得る。そのような測定誤差は、輸送ラインを囲む空洞によって防止される。しかしながら、対応する共振器はかなりの構造上の複雑さと関連し、輸送ライン自体への介入も必要とするかもしれない。そのためスペースが限られているために大容量供給ラインでは現実的に実現不可能である。従って、当該文献に記載された解決策は、粉体塗布装置におけるような、比較的低い流速のみを有する用途に限られる。
【０００８】
特許文献４には、油に含まれる気体と水の割合を決定する装置が記載されている。この目的のために、互いに移行する連続的に段階的に減少する直径を有する複数の管区間が、油−気体−水混合物を運ぶ輸送管の内側に配置されている。測定電極は管区間内に配置され、それは管区間の減少する直径に従って異なる限界周波数、しかして、注入されるマイクロ波の異なる周波数範囲に従って測定及び評価するために使用可能である。管区間は、各管部分の外壁から送達管の内壁まで半径方向に延在する導電性ロッドによって保持されている。この配置は、結合されたマイクロ波の輸送管の内壁と管区間の外壁との間の空間通過の防止を目的とする。記載された測定装置は、比較的広い測定範囲によって特徴付けられる。不都合なことに、送達管への管区間の設置は複雑であり、輸送管内の流動状態は著しく影響を受ける。
【０００９】
最後に、特許文献５は、小さい及び非常に小さい固体粒子と、小さい及び非常に小さい液体粒子との少なくとも一方を含む気体の担体媒体による二相流の負荷を決定するためのマイクロ波測定装置を開示する。このマイクロ波測定装置では、フィールドロッドとして参照される導電性ロッドが、測定区間の前後で導電性材料からなる管又はチャネル系の部分に長手方向に導入され、それは既知の方法で管又はチャネル系内のマイクロ波を結合するための送信アンテナによって形成される。共鳴周波数、振幅及び／又は位相のような、計測区間に沿って変化するパラメータを有するマイクロ波を受信するための受信アンテナは、フィールドロッドによって範囲を定められた管又はチャネル系の区間が、フィールドロッドと連動して作用する。フィールドロッド間の距離、したがってフィールドロッドによって範囲が定められた管又はチャネル系の部分は、共振器の共振周波数を決定する。この距離は、導電性材料からなる管又はチャネル系の部分の基本導波路波長の波長に対応するように選択される。
【００１０】
フィールドロッドは、結合されたマイクロ波の偏波面内に、かつ管又はチャネル系の導電性区間のそれぞれの断面積内に配置され、その断面積の少なくとも中心まで半径方向に突出する。フィールドロッドの配置は、反射、回折及び／又は重畳によって管又はチャネル系内の計測区間の外側で変化するマイクロ波を短くすることを意図し、それによって測定結果が歪み、それによってマイクロ波が計測区間に入るのを防ぐ。
【００１１】
マイクロ波測定装置の好ましい実施形態では、補助フィールドロッドは、共振周波数の波長の約８分の１の距離で、フィールドロッドの方向又は反対方向にフィールドロッドと平行に共振器の外側に配置される。共振器は、フィールドロッドと、フィールドロッドによって画定された管又はチャネル系の部分とによって形成される。補助フィールドロッドの配置は、偏波面及び／又は位相位置が反射、回折及び／又は重畳によって変化し、その位置での電界強度が管又はチャネル系内でマイクロ波による測定結果の変化を防ぐためのものである。マイクロ波を共振器の外側で短絡させ、それによってそれらが計測区間に入るのを防止することによって、フィールドロッドの位置での電界強度はゼロである。
【００１２】
微粉炭を含む空気流の負荷を決定して十分に良好な測定を達成するための、石炭火力発電所の大容量の管又はチャネル系における、特許文献５に記載されたマイクロ波測定装置の実際的応用において、一方、フィールドロッドの距離は、導電性材料部分から構成される管又はチャネル系の導波管基本波の波長の約２倍になるように選択されるべきである。他方、ほとんどの場合、補助フィールドロッドの配置が必要である。しかしながら、これは、一定断面形状を有する比較的長い直線状導電性管又はチャネル区間が、既存の大容量管又はチャネル系にそのようなマイクロ波測定装置を設置するために必要とされるという欠点を有する。一定断面形状を有するこのような比較的長い直線状導電性管又はチャネル区間は、既存の管又はチャネル系では利用できないことが多い。
【００１３】
記載された先行技術から出発して、本発明の目的は、管系又はチャネル系内の、小さい及び非常に小さい固体粒子と、小さい及び非常に小さい液体粒子との少なくとも一方を有する気体の担体媒体を含む二相流の負荷を測定するためのマイクロ波測定装置を提供することである。既存の管又はチャネル系への非常に正確な設置のため、本発明において、必要な、一定断面形状を有する直線状導電性管又はチャネル区間は、比較的短いものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】独国特許出願公開第４４２６２８０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第３３１７２１５号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０６６９５２２号明細書
【特許文献４】米国特許第５３５１５２１号明細書
【特許文献５】独国特許発明第１０１６４１０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、請求項１の特徴を有するマイクロ波測定装置によって達成される。本発明の有利な実施形態は請求項２から６に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による、管又はチャネル系内の、気体の担体媒体を持つ二相流の、小さい又は非常に小さな固体粒子と、小さい又は非常に小さな液体粒子との少なくとも一方による負荷を決定するためのマイクロ波測定装置は、二相流を運び、既知の方法で計測区間を形成する管又はチャネル系の、直線状導電性区間の長手方向に互いに距離を置いて配置された、一定断面形状を持つ送信アンテナ及び受信アンテナを備える。送信アンテナを介して直線偏向マイクロ波が結合される。マイクロ波測定装置はさらに、計測区間の前後に一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電部の長手方向に配置された、２本の導電性ロッド（以後フィールドロッドという）を備える。フィールドロッドは、計測区間に、管又はチャネル系の直線状導電性区間の特定の断面積の内側で、一定断面形状の管又はチャネル系の直線状導電性区間の内部に、延在する。これにより、フィールドロッドと、フィールドロッド間に一定断面形状を持つ管又はチャネル系の直線状導電性区間とが、送信アンテナを介して結合された直線偏向マイクロ波の共振器として作用する。
【００１７】
この目的のために、管又はチャネル系の直線状導電性区間の長手方向におけるフィールドロッドの相互間距離は、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の波長の約１倍から約２倍の範囲内の値である。
【００１８】
本発明の特徴として、２本の導電性ロッド（以後補助フィールドロッドという）は、フィールドロッドに対して、正の４５°±１０°と、負の４５°±１０°と、正の１３５°±１０°と、負の１３５°±１０°との少なくとも１つの角度をなす。そして、補助フィールドロッドは、フィールドロッドが延在する一定断面形状を持つ管又はチャネル系の直線状導電区間の断面領域で、あるいは一定断面形状を持つ管又はチャネル系の直線状導電区間の断面領域から、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の波長と比較して短い距離を置いた断面領域で、フィールドロッドに対して設けられる。フィールドロッドに対して設けられた補助フィールドロッドは互いに９０°±２０°の角度をなす。これらの補助フィールドロッドは、ここで、管又はチャネル系の直線状導電性区間に導電性を持って接続されている。管又はチャネル系の直線状導電性区間の内壁から少なくとも断面領域の中心まで半径方向に延在するように形成されている。また、補助フィールドロッドは、直線状導電性区間の長手方向に互いに整列されて配置されている。
【００１９】
フィールドロッドと、フィールドロッド間で一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間とが、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の周波数を有するマイクロ波の共振器として作用するために、フィールドロッドは、好ましくは、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電区間において、管又はチャネル系の直線状導電区間に導電性を持って接続される。フィールドロッドはさらに、おおむね、結合された直線偏向マイクロ波の偏向面内と、管又はチャネル系の直線状導電区間の長手方向とにおいて、送信又は受信アンテナに対して整列されて配置されている。そしてフィールドロッドは、管又はチャネル系の直線状導電区間の内壁から、断面領域の少なくとも中心まで半径方向に突出するように形成される。好ましくは、送信又は受信アンテナまでのフィールドロッドの距離は、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の波長の少なくとも１／１０、より好ましくは少なくとも半分に相当する値である。
【００２０】
フィールドロッドと関連して共振器として作用する一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間は、円形断面を有する必要はない。運搬ライン区間の断面積はまた、楕円形、正方形、長方形又は多角形であり得る。断面積の中心はそれぞれの幾何学的中心として理解されるべきである。平均直径は、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の２つの対向する壁面要素間の平均距離として、理解されるべきである。好ましくは、計測結果を明確にし、測定精度を達成可能とするためには、導波管基本波の周波数の０．９５倍から１．０５倍の周波数範囲のマイクロ波を結合すべきである。
【００２１】
本発明によるマイクロ波測定装置を用いて二相流の負荷を決定するために、好ましくは、導波管基本波の周波数の０．９５倍から１．０５倍の周波数範囲のマイクロ波がまず結合される。送信アンテナと受信アンテナとの間に配置された計測区間は、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の平均直径の０．８倍から３倍、好ましくは１．５倍の長さを有するべきである。フィールドロッドは、そして、管又はチャネル系の直線状導電性区間の平均直径の約３．５倍に相当する互いからの相互距離をもって、管又はチャネル系の直線状導電性区間の長手方向に配置される。送信アンテナ又は受信アンテナからのフィールドロッドの最小距離は、平均直径の約０．２倍に相当する。フィールドロッドと、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間とによって形成される電気システムは、導波管基本波の周波数を有するマイクロ波の共振器として作用する。
【００２２】
フィールドロッドの上述した配置は、一方では、送信アンテナを介して結合されたマイクロ波を短絡させるか又は少なくとも実質的に減衰させ、マイクロ波は管又はチャネル系内で、全く伝搬しないか、あるいはほとんど感知できない伝搬をする。他方、管又はチャネル系内に散乱されたマイクロ波と、計測結果の歪みを引き起こす可能性のある反射、回折及び重畳によって測定区間の外側で変化したマイクロ波との少なくとも１つは、短絡又は少なくとも著しく減衰される。マイクロ波が計測区間に入ることは、かようにして防がれる。
【００２３】
しかしながら、十分良好又は十分正確な計測結果を得るには、フィールドロッドの効果は、次の理由で十分ではない。フィールドロッドの配置を用いても、例えば、導波管基本波の周波数付近の周波数を有する反射マイクロ波の形の歪んだ障害が計測区間に進入可能であるからである。徹底的な調査は、計測結果の歪が、本発明により形成されかつ配置された補助フィールドロッドを用いて顕著に減少可能又は防止可能であることを、示した。計測結果の歪とは、管又はチャネル系内に散乱されたマイクロ波、管又はチャネル系内で反射、回折及び／又は重畳され、マイクロ波の偏波面及び／又は位相位置の変化を経たマイクロ波であって、導波管基本波の周波数付近の周波数を有するマイクロ波による、計測結果の歪みである。この場合は、本発明による補助フィールドロッドの配置の特別な利点は、マイクロ波測定配置の設置に求められる、一定断面形状を有する直線状導電性管又はチャネル部の長さを、増やす必要はないことである。これは、導波管基本波の周波数を持つマイクロ波のため、フィールドロッドと、一定断面形状を持つ管又はチャネル系の直線状導電性区間とにより共振器を形成すべく、フィールドロッドの配置に必要であるように十分な長さの一定断面形状を有する直線状導電性管又はチャネル区間のみが必要とされることを、意味する。これは、マイクロ波測定装置が続いて既存の管又はチャネル系に続いてマイクロ波測定配置が設置される場合に、特に重要である。
【００２４】
本発明による補助フィールドロッドの配置は、マイクロ波測定配置の測定精度を著しく向上させることも分かった。受信アンテナにおいて上述の測定装置で受信された信号は、周波数測定による既知の方法での正確な評価を可能にし、その結果、共振器内を流れる、小さな及び非常に小さな固体粒子と、小さい及び非常に小さな液体粒子との少なくとも一方を含む気体の担体媒体の負荷による、フィールドロッド及び直線状導電性区間により形成される共振器の共振周波数のシフトの非常に正確な決定が可能になる。小さい及び非常に小さい固体及び／又は液体粒子を含む気体の担体媒体の所定の負荷を用いた較正測定から始めて、観察される共鳴周波数のシフトは、小さい固体粒子及び／又は小さい液体粒子と、非常に小さい固体粒子及び／又は非常に小さい液体粒子とを伴う気体の担体媒体の負荷の計測である。
【００２５】
測定精度の著しい向上のために、本発明によるマイクロ波測定装置を用いて二相流の負荷を決定するとき、マイクロ波測定装置が設置されることになる管又はチャネル系の特定の構造条件によって必要とされるならば、フィールドロッド間の相互距離も導波管基本波の波長よりも小さくなるように選択されてもよい。二相流の負荷の決定における満足のいく結果はまた、本発明によるマイクロ波測定装置を用いて、フィールドロッド間の相互距離が、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の波長又は波長の整数倍の波長よりも約１０％小さいことで達成された。
【００２６】
補助フィールドロッドの好ましい配置では、一定断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の長手方向におけるフィールドロッドと関連する２つの補助フィールドロッドとフィールドロッドとの間の距離は、一の断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の導波管基本波の波長の最大１０分の１、好ましくは最大３０分の１である。この場合、補助フィールドロッドは、計測区間の方向及びその反対方向のいずれかにおいて、直線状導電性区間の長手方向においてフィールドロッドから離して配置されてもよい。
【００２７】
補助フィールドロッドは、好ましくは、それらが一定の断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の断面積の少なくとも半分、好ましくは３分の２を超えて形成及び配置される。これにより、補助フィールドロッドは、断面領域の中心を横切る。この場合に、補助フィールドロッドの長さは、フィールドロッドの長さに相当するならば、目的に適っている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によるマイクロ波測定装置は、簡単で省スペース設計であることが有利であり、これにより、複雑な形状及び空間条件であっても測定装置を既存の管又はチャネル系に統合することが可能になる。受信アンテナで感知された電気信号を周波数測定により既知の方法で評価することにより、本発明によるマイクロ波測定装置を用いて得られた測定結果は、従来技術の解決法と比較して驚くほど高い精度を有する。
【００２９】
本発明によるマイクロ波測定装置、以下、例示的実施形態を参照してより詳細に説明する。
添付の図面は、次の内容について概略的に示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】マイクロ波測定装置を備えた管又はチャネル系の導電性区間の分解図である。
【図２】マイクロ波測定装置を備えた管又はチャネル系の導電性区間の縦断面図である。
【図３】マイクロ波測定装置を備えた管又はチャネル系の導電性区間の断面図である。
【図４】例として、共振周波数のシフトと微粉炭の二相流の負荷との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、石炭火力発電所の微粉炭燃焼プラントで使用される微粉炭の空気輸送のための管系１の直線状導電区間Ｆを示す。管系１の少なくとも区間Ｆの壁は、導電性耐食鋼で作られている。管系１の区間Ｆは、直径Ｄが５００ｍｍのほぼ円形の断面積を有する。管系１の区間Ｆの断面形状は、区間Ｆの長さにわたって同一である。外部から管系１の区間Ｆの内部に突出し、送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、計測区間Ｓを形成して、管系１の区間Ｆの長手方向において３７５ｍｍの距離を置いて、連続して設けられている。３４０ＭＨｚから３５２ＭＨｚの間の周波数を有するマイクロ波は、送信アンテナ２を介して結合されている。管系１の導電性区間Ｆの導波管基本波は、約３５０．９ＭＨｚであり、導波管基本波の波長は、約８５０ｍｍである。管系１の直線状導電性区間Ｆの内部に半径方向に突出し、結合されたマイクロ波の偏波面内に位置するフィールドロッド４及び４’は、送信アンテナ２の前及び受信アンテナ３の後ろ、直線状導電性区間Ｆの長手方向に配置されている。フィールドロッド４及び４’は、それぞれ管系１の区間Ｆの断面積５、５’内に延在する。当該両ロッドは、導波管基本波の波長の２倍に相当する１７００ｍｍの相互距離Ｅと、送信アンテナ２及び受信アンテナ３から６６２．５ｍｍの同一距離Ａ、Ｂとにそれぞれ配置されている。そして、当該両ロッドは、管系１の直線状導電性区間Ｆの長手方向にて、互いと、送信アンテナ２及び受信アンテナ３とに整列されてある。フィールドロッド４、４’は、直径４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの耐磨耗性丸鋼で作られている。両ロッドは、かくしてそれぞれの断面積５、５’の中心を越えて延在し、それぞれの断面積５、５’の約２／３に及ぶ。各フィールドロッド４、４’にそれぞれ関連する２つの補助フィールドロッド６、７及び６’、７’は、各横断面５、５’に平行に±４５°の角度αで配置されている。横断面５、５’内に、フィールドロッド４、４’が延在する。フィールドロッド４、４’と同様に、補助フィールドロッドは、直径４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの耐摩耗性丸鋼で作られている。補助フィールドロッド６、７及び６’、７’は、管系１の区間Ｆの長手方向に互いに整列されて配置されている。補助フィールドロッドは、管系１の区間Ｆの長手方向において、関連するそれぞれのフィールドロッド４、４’から最大２８ｍｍの距離Ｇを有する。補助フィールドロッド６、６’は、管系１の区間Ｆの長手方向においてフィールドロッド４、４’から１２ｍｍの距離Ｇを有する。管系１の区間Ｆの長手方向において各フィールドロッド４、４’からの補助フィールドロッド７、７’の距離Ｇは２４ｍｍである。フィールドロッド４、４’と、補助フィールドロッド６、７及び６’、７’との両方は、管系１の区間Ｆの壁にねじで機械的に固定され、当該壁に電気的に接続されている。管系１の区間Ｆの壁、フィールドロッド４、４’、並びに補助フィールドロッド６、７及び６’、７’は、同じ電位を有する。図２及び図３は、上述した構造的特徴を示す。
【００３２】
管系１のフィールドロッド４、４’と導電性区間Ｆとからなり、管系１の直線状導電性区間Ｆにおけるフィールドロッド４、４’の上述の配置により形成された系は、導波管基本波の周波数を有する直線偏向マイクロ波用の電気的共振器として作用する。送信アンテナ２を介して管系１の直線状導電性区間Ｆに結合された、導波基本波の周波数を有する直線偏向マイクロ波は、フィールドロッド４、４’によって短絡されるか、又は少なくとも著しく減衰される。これは、送信アンテナ２を介して結合された直線偏向マイクロ波が、フィールドロッド４、４’によって境界を定められた管系１の区画の外には、全く又はわずかにしか伝搬しないという、効果を有する。フィールドロッド４、４’の配置はさらに、マイクロ波を管系１に散乱させる。当該マイクロ波は、導波管基本波の周波数と略同じ周波数であり、送信アンテナ２を介して結合されたマイクロ波と、管系１の区間Ｆの外部で反射、回折及び重畳により修正されたマイクロ波との少なくとも一つに対応する偏波とを持つ。当該偏向は、導波管基本波の周波数を持ち、送信アンテナ２を介して結合されたマイクロ波に略対応する偏波を有する。当該偏波は、短絡されるように歪められ、少なくとも著しく減衰され、よって偏波が計測区間Ｓに感知可能に入り込まないように防がれる。導波管基本波の周波数に近い又は等しい周波数で、かつ送信アンテナ２を介して結合されたマイクロ波の偏波とは大きく異なる偏波を有するマイクロ波と、管系１の区間Ｆの外部で反射、回折及び重畳により修正されたマイクロ波との少なくとも一つは、補助フィールドロッド６、７及び６’、７’によって短絡又は少なくとも著しく減衰される。修正されたマイクロ波は、導波管基本波の周波数に近い又は等しい周波数を持ち、送信アンテナ２を介して結合されたマイクロ波の偏波と著しく異なる偏波を持つ。これにより、それらマイクロ波は、計測区間Ｓに全く入れないか、著しく減衰されて入るだけなので、測定結果を歪めない。導波基本波の周波数に近い周波数は、導波基本波の周波数の０．９５から１．０５倍の周波数である。
【００３３】
図４は、前述の配置について、微粉炭を伴う管系１内の輸送空気流の負荷を示す。この負荷は、フィールドロッド４、４’と、管又はチャネル系１の直線状導電性区間Ｆとから形成された共振器の共振周波数の変化の関数として表す。管又はチャネル系１は、微粉炭粒子を伴う共振器内の輸送空気流の負荷のため、一定の断面形状を持つ。送信アンテナ２を介して結合されたマイクロ波の周波数は、３４０ＭＨｚから３５２ＭＨｚの間である。本質的に、微粉炭による輸送空気流の負荷は、共振周波数の変化の二乗に反比例する。この関係は、図４に示した共振周波数の変動範囲においてほぼ線形である。
【００３４】
別の例では、管系１の直線状導電性区間Ｆは、直径Ｄが４００ｍｍのほぼ円形の断面積を有する。管系１のこの直線状導電性区間Ｆの導波管基本波の周波数は約４３９ＭＨｚであり、これは６８０ｍｍの波長に対応する。送信アンテナ２と受信アンテナ２との間の距離Ｓ、すなわち計測区間Ｓの長さは１５０ｍｍである。一定の断面形状を有する管又はチャネル系の直線状導電性区間の６８０ｍｍの導波管基本波の波長に基づいて、フィールドロッド４、４’は互いに６９０ｍｍの相互距離Ｅを有し、送信アンテナ２と受信アンテナ３からの距離は等しい。そして、送信アンテナ２又は受信アンテナ２、３に対して、そして互いに対して、２７０ｍｍの距離Ａ、Ｂで管系１の区間Ｆの長手方向に整列される。各フィールドロッドは、管系１の壁から断面積の中心を越えて管系１の区間Ｆの断面積５、５’内に延在する。フィールドロッド４、４’は、２８０ｍｍの長さを有する。補助フィールドロッド６、７及び６ ’、７’は、図１から図３に示されるフィールドロッド４、４’と関連付けられる。補助フィールドロッド６、７及び６’、７’からそれぞれのフィールドロッドまでの距離Ｇは、それぞれ８ｍｍ、１６ｍｍである。
【符号の説明】
【００３５】
１    管系
２    転送アンテナ
３    受信アンテナ
４    フィールドロッド
４’  フィールドロッド
５    断面積
５’  断面積
６    補助フィールドロッド
６’  補助フィールドロッド
７    補助フィールドロッド
７’  補助フィールドロッド
Ａ    送信アンテナとフィールドロッドとの間の距離
Ｂ    受信アンテナとフィールドロッドとの間の距離
Ｅ    フィールドロッド間の距離
Ｆ    管系の直線状導電性区間
Ｇ    フィールドロッドと補助フィールドロッドとの間の距離
Ｓ    計測区間
α    角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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