專利名稱：微波濃度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以測定含在流體中的懸浮物質(zhì)(例如污泥、砂漿等各種物質(zhì))的濃度和溶解在流體中的各種溶解物質(zhì)濃度的濃度計，特別是涉及可以精確測定從低濃度到高濃度的寬測定范圍內(nèi)懸浮物質(zhì)濃度的微波濃度計。
利用超聲波測定流體濃度的濃度計是公知的。下面參照

圖10說明已有的超聲波濃度計的測定原理。典型的超聲濃度計是將超聲波發(fā)射器2和超聲波接收器3相對配置在配管1的管壁上，以便同被測流體相接觸。超聲波振蕩器4同超聲波發(fā)射器2相連接，超聲波衰減測定電路5同超聲波接收器3相連接。
在該超聲波濃度計中，隨著從超聲波振蕩器4向超聲波發(fā)射器2輸入超聲波信號，從超聲波發(fā)射器2向超聲波接收器3發(fā)射超聲波。在配管1內(nèi)流體中傳播的超聲波被超聲波接收器3接收。在流體中傳播的超聲波的強度隨著流體中存在的懸濁物質(zhì)的濃度的增加而逐漸衰減。
超聲波接收器3把這樣衰減的超聲波轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于接收強度的電信號，并將該電信號供給超聲波衰減率測定電路5。由該衰減率測定電路5設(shè)定可確定物質(zhì)濃度與超聲波接收強度間關(guān)系的檢測線。通過該衰減率測定電路5根據(jù)檢測線將超聲波接收信號的強度轉(zhuǎn)換為濃度。
但是，對于上述的超聲波濃度計來說，為了使發(fā)射器2、接收器3與配管1內(nèi)流動的液體確實接觸，在發(fā)射器2和接收器3的接觸面上容易附著懸濁物質(zhì)，因此必需定期清洗。特別是在下水污泥等流體情況下，懸濁物質(zhì)附著的可能性更高。
因此已經(jīng)考慮具有不附著懸濁物質(zhì)結(jié)構(gòu)的超聲波濃度計。將這種超聲波濃度計的超聲波發(fā)射器2和接收器3固定在配管1的外側(cè)可是，由于在這種超聲波濃度計中配管1上用于固定超聲波發(fā)射器2，接收器3部分的管壁厚度必需薄，所以存在強度和耐久性等方面的問題。另外，受到配管1振動的影響，可能引起測定誤差。
另外，超聲波在液體中的衰減比在氣體中大得多。如果在液體中混入氣泡，則由氣泡引起的超聲波衰減比懸濁物質(zhì)引起的衰減更大。其結(jié)果是不可能測定出懸濁物質(zhì)的濃度，而可能得出比實際濃度更高的測定結(jié)果。
因此，已經(jīng)考慮具有可以除去含在液體中氣泡的結(jié)構(gòu)的除氣泡式濃度計。這種除氣泡式濃度計是通過在所定的采樣周期中，將被測流體導入加壓除氣泡室、在對被測液體加壓除去氣泡后測定被測流體的濃度。然而，由于采用的是在每個所定采樣周期內(nèi)對被測液體進行采樣的方式，所以使這種除氣泡式濃度計不能連續(xù)地測定液體的濃度。另外，由于邊進行液體采樣邊對被測流體加壓力的機械必需是可移動機構(gòu)，所以還存在可靠性的問題。
此外，由于利用超聲波的濃度計是利用由含有被測定流體中的懸濁物體的超聲波的分散衰減，所以不能測定溶解在液體中的溶解物質(zhì)的濃度。
可是，在最近已研制出可以省去清洗附著在配管上的懸濁物質(zhì)的操作、測定溶解在被測流體中的溶解物質(zhì)濃度伴隨不需要在除氣泡室中進行的采樣作業(yè)連續(xù)測定濃度，具有優(yōu)良性能的微波濃度計。
圖11中示出了利用微波的濃度計的結(jié)構(gòu)例子。
在該微波濃度計中，微波發(fā)射天線11和微波接收天線12相對地配置在被測定流體流過的配管1上。從微波振蕩器13發(fā)射的微波形成經(jīng)過功率分配器14—發(fā)射天線11—管內(nèi)流體—接收天線12輸入到相位測定電路15的第一通路和從功率分配器14輸入到直接相位測定電路15的第二通道。相位差測定電路15把通過第一通路的微波相對于通過第二通路的微波的相位延遲作為相位差計算出。
在配管內(nèi)裝入基準液體(例如自來水)的狀態(tài)下，由微波振蕩器13發(fā)射微波，然后在相位差測定電路中測定沒有基準液體通過時接收的微波相對于有基準液體通過時的微波的相位延遲θ1。
接著，在將被測定流體裝入配管1中的狀態(tài)下，從微波振蕩器13產(chǎn)生微波，然后在相位差測定電路15中測定經(jīng)過配管內(nèi)的被測液體傳播的微波相對于從微波振蕩器13經(jīng)過功率分配器14直接接收的微波的相位延遲θ2。然后將預(yù)先已測定的相位延遲θ1同這次測定獲得的相位延遲θ2比較，并將其相位差Δθ＝θ2－θ1代入檢測線中以確定濃度。
具體地說，將相位差Δθ代入由濃度X＝αΔθ＋b所定義的檢測線中便可計算出濃度X。其中“a”是檢測線的斜率，“b”是檢測線的截距。
可是，由于上述的微波濃度計檢測的是對應(yīng)被測定液體的濃度狀態(tài)變化的微波相位延遲，所以會產(chǎn)生下述問題。
圖12示出了從微波振蕩器13發(fā)射的微波(W1)，其具有通過自來水等基準流體后被微波接收天線12接收到的相位延遲為θ1的微波(W2)和具有通過某個濃度狀態(tài)的被測定流體后被微波接收天線12接收到的相位延遲為θ2的微波(W3)。
隨著被測定液體濃度狀態(tài)的增加，微波(W3)的相位延遲θ2逐漸變大。在被測定液體為高濃度的場合，相位延遲θ2超過360°時轉(zhuǎn)過一個周角或轉(zhuǎn)過兩個周角的角度。
為了方便起見，把0°≤θ2＜360°稱為轉(zhuǎn)過0個周角。360°＜θ2≤720°稱為轉(zhuǎn)過1個周角，720°＜θ2≤1080°稱為轉(zhuǎn)過二個周角，即把(n－1)×360°＜θ2≤n×360°稱為轉(zhuǎn)過(n－1)個周角。θ1是在轉(zhuǎn)過0個周角時的值。n＝-1，0，1，2或3…等整數(shù)。
如圖13所示，隨著被測定液體濃度的提高如果將微波(W4)的相位延遲θ2代入轉(zhuǎn)過一個周角的式子中，則由相位差測定電路15計算出視在相位差θ2作為測定結(jié)果，對于任意的高濃度被測液體獲得的是表現(xiàn)低濃度的測定結(jié)果。
此外，如果配管1的直徑很大，則由于微波的傳播路程變長，在測定流體同樣為高濃度的情況下，微波(W3)的相位延遲θ2也變大。如果配管1是大口徑的，被測定流體又是高濃度的，則相位差θ2也可能是超過720°的兩個周角角度(720°＜θ2＜1080°)。
有關(guān)事先對基準液體進行測定用其作為基準相位延遲θ1的內(nèi)容已在上面說明。把這個相位延遲θ1作為零點，然后測定通過被測液體的微波相位延遲θ2。然而，如圖14所示，在某時刻的相位延遲θ1是接近0°的，把這個值作為零點數(shù)據(jù)θ1后再進行測定，在接著測定用于核對零點的自來水時，由于水溫變化等原因，零點相位延遲θ1偏移到0°以下，從轉(zhuǎn)過0個周角開始代入轉(zhuǎn)過-1個周角的相位角式子中，變成近似360°的大角度θ，好象是視覺零點在正數(shù)側(cè)變大一樣，從而產(chǎn)生了所謂的偏離。
鑒于以上的實際情況，本發(fā)明的目的是提供一種可以精確測定從低濃度到高濃度被測定流體濃度，并且可以精確測定流過大口徑配管的被測定流體濃度，還可以在即使配管為空狀態(tài)下也能防止轉(zhuǎn)數(shù)產(chǎn)生不必要變化的可靠性非常高的微波濃度計。
本發(fā)明的微波濃度計組成如下被測定流體流過的測定管、產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器，設(shè)置在上述測定管內(nèi)并把由上述微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波發(fā)射到流過上述測定管的上述被測定流體的微波發(fā)射器，在上述測定管內(nèi)正對著上述微波發(fā)射器設(shè)置的用于接收從上述微波發(fā)射器發(fā)射的微波的微波接收器，檢測由上述微波發(fā)生器發(fā)射的微波與由上述微波接收器接收的微波間的相位差的相位差檢測電路，在角度360°范圍中變動的上述視在相位差超過上述角度范圍的最大角度而向最小角度側(cè)返回時應(yīng)使轉(zhuǎn)動次數(shù)n增加、而在上述相位差低于上述角度范圍的最小角度而向最大角度側(cè)返回時應(yīng)使上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n值下降的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新電路，當基準液體在上述測定管中流動時，根據(jù)由上述相位差檢測電路檢測出的相位差即基準相差θ1和當上述被測定液體在測定管中流動時由上述相位差檢測電路檢測出的相位差即視在相位差θ2′，和當響應(yīng)該視在相差θ′2由上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新電路根據(jù)更新過的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算出表示相應(yīng)于上述被測流體濃度的真實相位差θ2同上述基準相位差θ1之間的差分相位差Δθ的校正電路，把上述相位差Δθ變換成表示上述被測流體濃度的濃度信號變換電路、設(shè)定運行模式的運行模式設(shè)定器，以及根據(jù)上述運行模式設(shè)定器設(shè)定的運行模式的改變從上述被測定流體濃度測定操作轉(zhuǎn)換到非測定操作時保持上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差θ′2的保持電路。
根據(jù)上述構(gòu)成的微波濃度計，通過使基準流體在測管中流動并由相位檢測電路測定相位差，可以計算出表示相對基準液體的微波相位延遲θ1。在測定被測定流體濃度時使被測定流體在測定管內(nèi)流動并由相位差檢測電路測定相對于被測定液體的微波相位延遲即視在相位差θ′2。校正電路根據(jù)與被更新電路更新的該視在相位差θ′2對應(yīng)的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算出表示真實相位差θ2與基準相位差θ1的相位差Δθ，接著在信號變換電路中將相位差Δθ變換成表示被測定流體濃度的信號。
因此，在微波濃度計從被測定流體濃度測定操作轉(zhuǎn)換到非測定操作后，測定管暫時變?yōu)榭盏臓顟B(tài)的可能性較大。例如在進行零點調(diào)整的場合，為了在測定管內(nèi)導入自來水等基準流體，需把測定管內(nèi)的被測流體排出而暫時使測定管變?yōu)榭諣顟B(tài)?；蛘咴诮?jīng)過測定管排出積存在污泥儲水筒中的污底的場合，當污泥通過時，測定管也往往變空。
當再次開始測定被測定流體的濃度時，根據(jù)最后測定出的視在相位差θ′2和再開始后最初測定出的視在相位差θ′2確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n。如果在不進行濃度測定時根據(jù)通過空測定管的微波視在相位差θ2′更新轉(zhuǎn)動次數(shù)n，則轉(zhuǎn)動次數(shù)n從實際值開始偏差值可能逐漸變大。在再開始測定被測定流體濃度時，如果根據(jù)可信度如此低的視在相位差θ2′和轉(zhuǎn)動次數(shù)n測定濃度，很可能出現(xiàn)計算出的測定值與實際值相差極大的情況。
該微波濃度計通過把轉(zhuǎn)動次數(shù)n和視在相位差θ2′保持為從濃度測定操作轉(zhuǎn)換到非測定操作時即將出現(xiàn)的值，當再開始測定被測定流體濃度時，可以防止計算出偏離實際值很遠的測定值。
在從“保養(yǎng)模式”已經(jīng)返回到測定模式的場合或在指示“外部連動模式”并且開始測定操作的場合，本發(fā)明的微波濃度計通過對被保持電路保持的視在相位延遲θ2′和這次測定出的視在相位延遲θ2進行比較，根據(jù)這個比較結(jié)果可以確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n。
根據(jù)該微波濃度計，從“保養(yǎng)模式”返回到測定模式時或在“外部連動模式”下開始測定操作時，對由保持電路正在保持的視在相位延遲θ2同這次測定的視在相位延遲θ2′進行比較，根據(jù)該比較結(jié)果確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值。
本發(fā)明的微波濃度計裝備有用于設(shè)定作為測定對象不可能產(chǎn)生的高濃度值Xmax和即使發(fā)生零點偏移也不可能產(chǎn)生負濃度Xmin的條件設(shè)定器。通過對在通常濃度測定狀態(tài)下測定的濃度值和高濃度值Xmax或負濃度Xmin進行比較來確定恰當?shù)霓D(zhuǎn)動次數(shù)n，再利用該轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算上述被測定流體的濃度。
按照該微波濃度計，預(yù)先設(shè)定作為測定對象不可能產(chǎn)生的那樣的高濃度值Xmax和即使發(fā)生零點偏差也不可能產(chǎn)生的那樣的負濃度值Xmin。接著，通過把在通常測定狀態(tài)下測定的濃度計算值同高濃度值Xmax和負濃度值Xmin進行比較確定出適合的轉(zhuǎn)動次數(shù)n，再利用這個轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算被測定流體的濃度。
圖1是本發(fā)明實施例的微波濃度計的構(gòu)成圖。
圖2是相位差校正電路的功能框圖。
圖3表示本發(fā)明實施例中微波濃度計的部分測定操作的流程圖。
圖4是表示該微波濃度計另一部分測定操作的流程圖。
圖5是本發(fā)明實施例中微波濃度計的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新操作的流程圖。
圖6是判斷本發(fā)明實施例中微波濃度計的濃度恰當性的流程圖。
圖7是表示設(shè)定在0°-360°角度范圍內(nèi)的上范圍和下范圍的圖。
圖8是表示檢測線的圖。
圖9A是表示在測定管內(nèi)充入基準流體后的狀態(tài)圖。
圖9B表示在測定管內(nèi)充入被測定流體后的狀態(tài)圖。
圖10是超聲波濃度計的原理圖。
圖11是微波濃度計的原理圖。
圖12是用于說明相位延遲的圖。
圖13是表示由于相位延遲轉(zhuǎn)動次數(shù)不合適的圖。
圖14是表示零點偏移的圖。
下面說明本發(fā)明的實施例。
圖1是本實施例的微波濃度計的構(gòu)成圖。
該微波濃度計的濃度測定管20經(jīng)過隔開閥23、24配置在上游側(cè)配管21和下游側(cè)配管22之間。在測定管20上設(shè)置有給水閥26和排水閥27。給水閥26同用于導入自來水等基準液體的水道管28相連通，而排水閥27同配水管29相連通。
濃度測定管20在夾持管軸的相對位置上分別有微波入射。設(shè)置發(fā)射用的開口窗，將天線安裝板通過密封襯墊安裝在該開口窗上，該開線安裝板通過絕緣物使發(fā)射天線31和接收天線32密封安裝。天線安裝板的絕緣物是用纖維樹脂、塑料氯乙烯樹脂(FRP)或其它絕緣材料形成的。
在該濃度計發(fā)射系統(tǒng)中設(shè)置有用于產(chǎn)生微波的微波振蕩器33，該微波振蕩器33的輸出經(jīng)過功率分配器34傳送給發(fā)射天線31。
該濃度計接收系統(tǒng)裝備有相位差測定電路35，相位差校正電路36、轉(zhuǎn)數(shù)條件設(shè)定器37、信號變換電路38和運行模式設(shè)定器39。
向相位差測定電路35輸入來自接收天線32的微波接收波和同時輸入來自上述功率分配器34且作為參考信號的一部分微波發(fā)射波，并測定與該微波發(fā)射波相應(yīng)的接收波的視在相位延遲。
相位校正電路36進行下述處理并根據(jù)視在相位延遲確定真實的相位延遲，再計算出該真實相位延遲與基準相位延遲間的相位差Δθ。
圖2示出了相位差校正電路36的功能框圖。
相位差校正電路36裝備有確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41，根據(jù)該轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41確定的轉(zhuǎn)動次數(shù)n算出真實的相位延遲θ2的真實值檢測單元42，檢測真實相位延遲θ2同基準相位延遲θ1之間差分的差分檢測單元43、判斷運行模式的模式判定單元44和判斷測定濃度恰當性的恰當性判斷單元45。
轉(zhuǎn)數(shù)條件設(shè)定器37是用手動分別設(shè)定0°-360°角度范圍的上范圍和下范圍、作為測定對象不可能產(chǎn)生的高濃度值Xmax、即使在零點偏移時也不可能產(chǎn)生的負濃度值Xmin和任意的轉(zhuǎn)動次數(shù)的單元。
設(shè)定圖8所示的檢測線特性數(shù)據(jù)并由信號變換電路38根據(jù)檢測線特性數(shù)據(jù)來確定與來自相位差校正電路36的輸入相位差Δθ相應(yīng)的濃度值，然后輸出對應(yīng)該濃度值的電流信號。
運行模式設(shè)定器39可以設(shè)定進行通常濃度測定的“測定模式”、進行零件調(diào)整等保養(yǎng)操作的“保養(yǎng)模式”和只在接收表示被測流體正在配管內(nèi)流動的信號時進行測定的“外部連動模式”這三種運行模式。
下面就相位差校正電路36中的真實相位延遲θ2的計算原理進行說明。
如圖7所示，視在相位延遲θ2′在角度360°范圍內(nèi)變化。在0°-360°的角度范圍把從0°到360°側(cè)所定范圍稱為下范圍，在0°-360°的角度范圍內(nèi)把從360°到0°側(cè)的所定范圍稱為上范圍。例如將下范圍設(shè)定為0°-120°的范圍，將上范圍定為240°-360°的范圍。
對視在相位延遲θ2′進行非連續(xù)地短時間間隔(本實施例為5秒鐘間隔)測定如果在某時刻的視在相位延遲θ2′處在上范圍內(nèi)而在下一時刻的視在相位延遲θ2′處在下范圍內(nèi)，則應(yīng)把轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n＋1；另外，如果某時刻的視在相位延遲θ2′處在下范圍內(nèi)，而下一時刻的視在相位延遲處在上范圍之內(nèi)，則應(yīng)把轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n－1。并使用上述的轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算真實的相位延遲θ2。
在根據(jù)相位延遲測定周期設(shè)定的時間間隔(例如5秒鐘)內(nèi)，視在相位延遲θ2′在相同轉(zhuǎn)動次數(shù)n的范圍(例如如果轉(zhuǎn)動次數(shù)n＝0，則真實的相位延遲θ2在0°-360°范圍內(nèi))內(nèi)，根據(jù)上述條件變更轉(zhuǎn)動次數(shù)n是以實際上從上范圍到下范圍或從下范圍到上范圍不可能發(fā)生大的變化現(xiàn)象(濃度變化、溫度變化等)為前提的。例如在5秒鐘內(nèi)可根據(jù)視在相位延遲θ2′從上范圍至下范圍或從下范圍到上范圍的變化，來判斷轉(zhuǎn)動次數(shù)n的變化。
下面參照圖3-圖6說明上述構(gòu)成的本實施例的濃度計的操作。
利用運行模式設(shè)定器39對相位差校正電路36預(yù)設(shè)定任意的運行模式。例如，如果機器是進行保養(yǎng)檢查的場合下，就設(shè)定“保養(yǎng)模式；并且，當存儲在筒內(nèi)的污泥漿達到規(guī)定水位時驅(qū)動泵使污泥漿從筒向配管21排出而進行間斷運行的場合，設(shè)定“外部運動模式”。
在本實施例中，在模式判定單元44操作開始的同時判斷由相位差校正電路36設(shè)定的運行模式(步驟S1)。如果設(shè)定在測定模式下，則進行步驟S2-S9的處理。
如果在相位差校正電路36的差分檢測單元沒有保持基準相位延遲θ1，則應(yīng)在之前先測定基準相位延遲θ1。在測定基準相位延遲θ1時，使隔離閥23，24關(guān)閉后，打開排水閥27使管20內(nèi)的污泥漿等測定流體排出，然后打開供水閥26供給自來水洗凈管20內(nèi)的污物，關(guān)閉排水閥27使管20內(nèi)的自來水處在灌滿狀態(tài)。
自來水達到這樣的滿狀態(tài)以后，如圖9A所示，從微波振蕩器33發(fā)射微波信號。該微波經(jīng)過功率分配器34從天線31發(fā)射出去，在測定管20內(nèi)的自來水內(nèi)傳播，并由接收天線32接收。把接收到的接收波傳送給相位測定電路35。
把來自功率分配器34的發(fā)射波的一部分輸入給相位差測定電路35。相位差測定電路35通過對微波發(fā)射波和微波接收波進行比較來測定關(guān)于基準液體的相位延遲θ1。將這個測定出的基準相位延遲θ1輸入給相位差校正電路36。
相位差校正電路36將以相位差測定電路35輸入的基準相位延遲θ1存儲在差分檢測單元43中。相位差校正電路36把轉(zhuǎn)動次數(shù)條件設(shè)定器37輸出的轉(zhuǎn)數(shù)初始值設(shè)定為n＝0。
接著，測定被測定流體的視在相位延遲θ2′(步驟S2)。即打開排水閥27排出測定管20內(nèi)的自來水之后，打開隔離閥23和24使含測定物質(zhì)的流體流入。在該狀態(tài)下，以微波振蕩器33發(fā)射微波信號。與上述相同，通過功率分配器34將該微波信號輸送給發(fā)射天線31和相位差測定電路35。
如圖9B所示，當從發(fā)射天線31發(fā)射的微波在濃度測定管20內(nèi)的被測定流體中傳播到達接收天線32時，接收天線32便輸出相應(yīng)于被測定流體濃度延遲的微波信號。由相位差測定電路35測定具有相應(yīng)于被測流體濃度的相位延遲的微波信號的視在相位延遲θ2′。在使含有測定物質(zhì)的測定流體處于流動的狀態(tài)下；將微波這樣地發(fā)射到測定流體中，在短時間的周期(例如每5秒)內(nèi)測定視在相位延遲θ2′。
如果視在相位延遲θ2′被測定出，則如圖5所示，根據(jù)流程圖確定回轉(zhuǎn)次數(shù)(步驟S3)。即從轉(zhuǎn)動次數(shù)條件設(shè)定器37讀出用于進行轉(zhuǎn)動次數(shù)判定的上范圍、下范圍和轉(zhuǎn)動次值初始值n＝0。將視在相位延遲θ2′從相位差測定電路35中取出，判斷視在相位延遲θ2′是否處在上范圍內(nèi)(步驟T1)。如果視在相位延遲θ2′處在上范圍內(nèi)則判斷例如5秒鐘后的θ2′ 是否進入下范圍內(nèi)(步驟T2)。如果5秒后的θ2′進入下范圍，則如圖7所示，象變化A那樣，由于在5秒的時間間隔內(nèi)視在相位延遲θ2′從上范圍變化到下范圍內(nèi)，所以應(yīng)將轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n＋1(步驟T3)。
如果從相位差測定電路35取出的視在相位延遲θ2′不在上范圍內(nèi)，則判斷該θ2′是否處在下范圍內(nèi)(步驟T4)。如果這個θ2′處在下范圍內(nèi)，則判斷5秒后測定出的θ2′是否落入上范圍(步驟5)。如果5秒鐘后測出的θ2′進入上范圍，如圖7所示的變化B那樣，由于在5秒鐘時間內(nèi)θ2′從下范圍變化到上范圍內(nèi)，所以應(yīng)將轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n－1(步驟T6)。
而在其它情況下，不變更轉(zhuǎn)動次數(shù)n。
如果在步驟S3的處理中，確定出轉(zhuǎn)動次數(shù)n，則真實值檢測單元42就根據(jù)式(1)計算真實的相位延遲θ2(步驟S4)。
θ2＝θ2′＋n×360° …(1)另外，差分檢測單元43根據(jù)式(2)計算出相位差Δθ(步驟S5)。
Δθ＝θ2－θ1…(2)將根據(jù)式(2)計算出的Δθ輸入至信號變換電路38后計算出濃度x(步驟S6)。
另外，在“測定模式”或“外部連動模式”的測定操作中發(fā)生管20暫時變空的狀態(tài)時，轉(zhuǎn)動次數(shù)n很可能發(fā)生不必要的變化。
為此，在步驟S7的處理中，恰當性判斷單元45根據(jù)圖6的流程圖判斷濃度計算值是否是恰當值。即如果轉(zhuǎn)動次數(shù)n滿足n≥1的條件，并且，濃度計算值X滿足X≥Xmax，則對轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41發(fā)出指令，以便將轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n－1。如果轉(zhuǎn)動次數(shù)n滿足n＜0的條件，并且濃度計算值X滿足X≤Xmin，則對轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)動次數(shù)n變更為n＝n＋1。
可是，如果n≥1而X＜Xmax，則不變更轉(zhuǎn)動次數(shù)n。另外如果n＜0，而X＞Xmin，也不變更轉(zhuǎn)動次數(shù)n。此外在n＝0時也不變換轉(zhuǎn)動次數(shù)n。
由步驟S7回到步驟4對轉(zhuǎn)動次數(shù)n的變更極限進行處理，使用該變更后的轉(zhuǎn)動次數(shù)n再計算濃度X。接著，在轉(zhuǎn)動次數(shù)n沒變更的時刻，把這時的濃度計算值X作為濃度測定值輸出(步驟S9)。然后輸出對應(yīng)該濃度測定值的電流信號。例如如果濃度測定范圍在0-10％，則輸出對應(yīng)這個濃度范圍的4-20mA的電流信號。
在步驟S1的處理過程中，如果判斷出的模式為“測定模式”以外的模式，則需進一步判斷是否為“保養(yǎng)模式”。當判斷為“保養(yǎng)模式”時，應(yīng)進行直到“測定模式”設(shè)定之前的步驟S11-步驟S12的處理。在“測定模式”設(shè)定后且完成步驟S13和S14的處理之后就轉(zhuǎn)移到步驟S2的處理中。
在步驟S11的處理過程中，使在非測定操作中輸入的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41的輸出轉(zhuǎn)動次數(shù)n和真實值檢測單元輸出單元42使用的視在相位延遲θ2′的當前值(視在相位延遲θ2′，轉(zhuǎn)動次數(shù)n)處于保持狀態(tài)，然后在一定周期內(nèi)判斷“測定模式”是否已設(shè)定(步驟S12)。
如果通過模式判斷單元44檢測出從“保養(yǎng)模式”已轉(zhuǎn)換到“測定模式”，則按照與上述步驟S2同樣的方式測定視在相位延遲θ2′(步驟S13)。使用這個測定的視在相位延遲θ2和由步驟S11保持的視在相位延遲θ2′完成按照圖5的流程處理后，確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n(步驟S14)。這時把在步驟13中測定的θ2′作為圖5中5秒鐘后的θ2′進行處理。
如果完成從“保養(yǎng)模式”到“測定模式的轉(zhuǎn)換后需立即確定最初的轉(zhuǎn)動次數(shù)n，則轉(zhuǎn)移到步驟S2進行濃度測定。
另外，如果在步驟S1的處理中判斷出的模式是“判定模式”以外的模式，并且在步驟S10的處理中判斷出的模式是“保養(yǎng)模式”以外的模式，就進行圖4所示的“外部連動處理”。即判斷是否正在接收表示檢測流體流動的信號(步驟Q1)。如果是在本實施例的情況下，則應(yīng)判斷是否正在接收把污泥漿筒中的污泥漿排到配管21中的泵的泵操作信號。接收到泵操作信號期間表明被測定流體正在流動。
如果在步驟Q1中判斷出泵操作信號正在被接收到，就轉(zhuǎn)移到步驟S2的處理，進行濃度測定操作。如果在步驟Q1中判斷出泵操作信號沒有接收到，則為了防止因配管變空而使轉(zhuǎn)動次數(shù)產(chǎn)生不必要的改變，在這時應(yīng)保持相位差校正電路36的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元41和真實值檢出單元43正在輸出的視在相位延遲θ2′和轉(zhuǎn)動次數(shù)n(步驟Q2)。當在非測定操作中保持當前的θ2′和轉(zhuǎn)動次數(shù)n時，如果接收到表示被沒定流體流動的信號即泵操作信號(步驟Q3)，則應(yīng)發(fā)射微波以測定視在相位延遲θ2′(步驟Q4)。接著使用測定出的視在相位延遲θ2′和在步驟Q2的處理中保持的視在相位延遲θ2并按照圖5所示的流程圖確定轉(zhuǎn)動次數(shù)n。這時，把步驟Q4中測定出的θ2′作為5秒鐘后的θ2′進行處理。
如果在步驟Q5的處理中已確定出轉(zhuǎn)動次數(shù)n，則轉(zhuǎn)移到在圖3的流程中的步驟S2的處理過程進行濃度測定。
如上所述，按照本實施例的微波濃度計，根據(jù)在測定基準流體時從發(fā)射側(cè)發(fā)射的微波中得到的微波信號相位延遲和在測定被測定流體時在相同的測定條件下獲得的微波信號的相位延遲計算相位差Δθ，由于是根據(jù)相位差Δθ計算被測定流體的濃度，所以可以在不受含在被測定流體中的附著懸濁物質(zhì)和測定流體中氣泡等的影響的條件下測定濃度，而且即使在被測定流體中有溶解物質(zhì)，也可以測定濃度。由于在該濃度計上沒有機械的機構(gòu)，所以可以維持長期的高可靠性。
按照本實施例的微波濃度計在0°-360°角度范圍內(nèi)設(shè)定下范圍和上范圍以便通過比較視在相位延遲θ2′現(xiàn)在所屬的范圍與前次曾屬于的范圍判斷轉(zhuǎn)動次數(shù)的變化，由此，可以正確把握視在相位延遲θ2′的轉(zhuǎn)動次數(shù)，即使相位延遲超過360°而成為轉(zhuǎn)動一次以上，也可以正確測定高濃度測定流體的濃度，而且即使在檢測用管是大口徑管的情況下也能測定正確的濃度。
按照本實施例的微波濃度計，由轉(zhuǎn)動次數(shù)條件設(shè)定器37設(shè)定高濃度閾值Xmax和負濃度閾值Xmin，通過比較在濃度測定時利用轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算出的濃度計算值X和高濃度閾值Xmax或負濃度閾值Xmin確定相應(yīng)于現(xiàn)在的測定流體濃度等最適合的轉(zhuǎn)動次數(shù)，因此可以經(jīng)常保持正確的轉(zhuǎn)動次數(shù)并獲得置信度高的濃度測定值。
按照本實施例的微波濃度計，由運行模式設(shè)定器39輸入運行模式，在處于“保養(yǎng)模式”和“外部連動模式”時被測流體不流動期間，使視在相位延遲θ2′和轉(zhuǎn)動次數(shù)n保持在當前的值上，防止了轉(zhuǎn)動次數(shù)不必要的變化，如果被測定流體已經(jīng)流動，則可使用正在保持著的θ2′和轉(zhuǎn)動次數(shù)n來確定新的轉(zhuǎn)動次數(shù)n，因此，在保養(yǎng)檢查時或外部連動時，即使在檢測管內(nèi)暫時形成空氣層時，也可以避免測定獲得的相位差異常大或異常小的情況出現(xiàn)，從而防止了測定值異常的發(fā)生。
另外，本發(fā)有不受上述實施例的限定，即使出現(xiàn)如下所述的情況，同樣也是可以實施的。
(a)在上述各實施例中，雖然是在流動狀態(tài)下測定懸濁物質(zhì)，但是在靜止狀態(tài)下也可以測定濃度，此外，雖然使用自來水作為基準液體，但是也可以用含有已知濃度物質(zhì)的液體作基準液體。
測定管20雖然是夾在上游側(cè)配管21和下游側(cè)配管22上配置的，但是例如在被測流體的流通配管上設(shè)置流體用采樣用容器或安裝旁通管時測定管也可以在這些容器和旁通管上適用上述技術(shù)，這些也包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
(b)雖然在上述實施例中是以相位差測定0°-360°的測定方式說明的，但是通過在例如-180°～180°角度范圍中設(shè)定上范圍和下范圍，以便確定轉(zhuǎn)動次數(shù)，也是可行的。
(c)雖然在上述實施例中，在零點調(diào)整時是以n＝0的情況說明的，但是不限于此，也可以進行例如，設(shè)n＝1，θ2＝θ2′＋(n－1)×360°的處理。
(d)上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元，雖然是通過在角度范圍內(nèi)設(shè)定上范圍和下范圍并判斷視在相位延遲θ2′所屬的范圍以便更新轉(zhuǎn)動次數(shù)n的，但是也可以用其它的方法更新轉(zhuǎn)動次數(shù)n。例如，在測定被測液體的濃度時連續(xù)地從相位差測定電路對視在相位延遲θ2′取樣，并對該視在相位延遲θ2′微分，檢測θ2′的增加/減少方向。如果視在相位延遲θ2′邊增加邊通過角度范圍360°的最大值，則轉(zhuǎn)動次數(shù)n加1，而如果在相位延遲θ2′邊減少邊通過角度范圍360°的最小值，則將n減1。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)通過被測定流體的微波相位延遲測定被測液體濃度的濃度計，包括可以允許上述被測流體流動的測定管，產(chǎn)生上述微波的微波發(fā)生器，安裝在上述測定管上把發(fā)生器提供的微波發(fā)射到流過上述測定管的上述被測流體中的微波發(fā)射器，正對著上述微波發(fā)射器配置在上述測定管上并且接收上述微波發(fā)射器發(fā)射的微波的微波接收器，通過檢測上述微波發(fā)生器發(fā)生的微波同由上述微波接收器接收到的微波之間相位差的相位差檢測單元，在角度范圍為360°的范圍內(nèi)變動的上述視在相位差超過最大角度而返回到最小角度側(cè)時使轉(zhuǎn)動次數(shù)n增加，上述相位差低于上述角度范圍的最小角度而向最大角度側(cè)返回時使上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n值下降的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元，根據(jù)在上述測定管中流動基準液體時由上述相位差檢測電路檢測出的相位差即基準相差θ1和當上述被測流體在測定管中流動時由上述測定被測流體濃度的相位差檢測電路檢測出的相位差即視在相位差θ2′和由上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新電路更新過的與該視在相位差θ2′相對應(yīng)的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n計算表示相應(yīng)于上述被測流體濃度的真實相位差θ2同上述基準相位差θ1之間差分后的相位差Δθ的校正單元，把上述相位差Δθ變換成表示上述被測流體濃度信號的信號變換單元，設(shè)定運行模式的運行模式設(shè)定單元，以及，根據(jù)上述運行模式設(shè)定器設(shè)定的運行模式的改變從上述被測定液體濃度測定操作轉(zhuǎn)換到非測定操作時保持上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差θ2′的保持單元。
2.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述運行模式設(shè)定單元可選擇地設(shè)定包含進行通常測定操作的“測定模式”和為了保養(yǎng)而阻止流過上述測定管的被測定流體的“保養(yǎng)模式”的兩個以上運行模式，上述保持單元在上述運行模式設(shè)定單元設(shè)定在保養(yǎng)模式時保持這時的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差θ2′。
3.如權(quán)利要求2所述的濃度計，其特征在于上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元在上述運行模式從上述“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到上述“測定模式”時根據(jù)由上述保持單元保持的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)和上述視在相位延遲和在從“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到“測定模式”后由上述相位差檢測單元最初測定的視在相位延遲θ2′確定上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值。
4.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述運行模式設(shè)定單元設(shè)定包含進行通常測定操作的“測定模式”和只在上述被測定流體流過上述測定管期間進行測定操作的“外部連動模式”的兩個以上運行模式，上述保持單元在上述運行模式設(shè)定單元向上述“外部連動模式”發(fā)出指示而停止?jié)舛葴y定時，保持這時的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差Δθ2′。
5.如權(quán)利要求4所述的濃度計，其特征在于上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元在上述運行模式設(shè)定單元向上述“外部連動模式”發(fā)出指令而使?jié)舛葴y定重新開始時，根據(jù)由上述保持單元保持的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)和視在相位延遲以及在濃度測定重新開始后由上述相位差檢測單元最初測定出的視在相位延遲來確定上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n值。
6.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述的運行模式設(shè)定單元可選擇地設(shè)包含進行通常測定操作的“測定模式”，和為了保養(yǎng)而阻止流過上述測定管的被測定液體的“保養(yǎng)模式”以及只在被測液體流過測定管期間進行測定操作的“外部連動模式”三個以上的運行模式，上述保持單元在上述保養(yǎng)模式被指示時，或者上述“外部連動模式”被指示并且停止?jié)舛葴y定時，保持這時的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差θ2′。
7.如權(quán)利要求6所述的濃度計，其特征在于上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元在上述運行模式從上述“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到上述“測定模式”時，根據(jù)由上述保持單元保持的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)和上述視在相位延遲和從“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到“測定模式”后由上述相位差檢測單元最初測定的視在相位延遲θ2′確定上述的轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值，指示上述“外部連動模式”指示并且再開始濃度測定時，根據(jù)由上述保持單元保持的轉(zhuǎn)動次數(shù)和上述視在相位延遲以及再開支濃度測定后由上述相位差檢測單元最初測定的視在相位延遲θ2′確定出上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值。
8.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于還包括用于設(shè)定上述被測定液體不可能產(chǎn)生的高濃度值Xmax、和即使發(fā)生零點偏移也不可能產(chǎn)生的低濃度值Xmin的條件設(shè)定單元。通過將在通常濃度測定狀態(tài)下測定的濃度值與上述高濃度值Xmax或上述低濃度值Xmin進行比較，判斷上述濃度值不恰當時指示由上述轉(zhuǎn)動次數(shù)變更單元變更的轉(zhuǎn)動次數(shù)恰當性的判斷單元。
9.如權(quán)利要求8所述的濃度計，其特征在于上述恰當性判斷單元在上述濃度值比上述高濃度值Xmax更大時，指示上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元降低轉(zhuǎn)動次數(shù)n，和在上述濃度值比上述低濃度值Xmin小時，指示上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元增加轉(zhuǎn)動次數(shù)n。
10.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述校正單元包括根據(jù)視在相位差θ2′和上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n按照下式確定真實的相位差θ2的真實值檢測單元，θ2＝θ2′＋n×360°根據(jù)上述基準相位差θ1和上述真實的相位差θ2按照下式計算上述相位差Δθ的差分檢測單元，Δθ＝θ2－θ1。
11.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于所述的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元把從上述角度范圍的最小角度到最大角度側(cè)的所定范圍設(shè)定為下范圍，把從上述角度范圍的最大角度到最小角度側(cè)的所定范圍設(shè)定為下范圍，由上述相位差檢測單元按所定的時間間隔對上述視在相位差θ2′取樣，通過對在某時刻的上述視在相位差θ2′所屬的范圍與下一時刻的上述視在相位延遲θ2′所屬的范圍進行比較來更新轉(zhuǎn)動次數(shù)n。
12.如權(quán)利要求11所述的濃度計，其特征在于所述的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元的工作狀態(tài)是，如果某時刻的上述視在相位差θ2′屬于上述的下范圍，而下一時刻的上述視在相位延遲θ2′屬于上述的上范圍時，則將上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n減去“1”，如果某時刻的上述視在相位延遲差θ2′屬于上述的上范圍，而在下一時刻的上述視在相位延遲θ2′屬于上述的下范圍時，則將上述的轉(zhuǎn)動次數(shù)n加“1”。
13.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元包括通過上述相位差檢測單元對上述視在相位差θ2′連續(xù)取樣并連續(xù)檢測該視在相位差θ2′的增加/減少方向的傾向檢測單元，當上述傾向檢測單元檢出上述視在相位差θ2′正在增加，并且當該視在相位差θ2′超過上述角度范圍的最大角度時應(yīng)使轉(zhuǎn)動次數(shù)n增加，當上述傾向檢測單元檢測出上述視在相位差θ2′正在減小，且當該視在相位差θ2′超過上述角度范圍的最小角度時應(yīng)使上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值減小。
14.如權(quán)利要求1所述的濃度計，其特征在于上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元把從上述角度范圍的最小角度到最大角度側(cè)所定范圍設(shè)定為下范圍，把從上述角度范圍的最大角度到最小角度側(cè)的所定范圍設(shè)定為下范圍，由上述相位差檢測單元按所定的時間間隔對上述視在相位差θ2′取樣，如果某時刻的上述視在相位差θ2′屬于上述的下范圍，而下一時刻的上述視在相位延遲θ2′屬于上述的上范圍時，則應(yīng)將轉(zhuǎn)動次數(shù)n減去“1”，如果某時刻的上述視在相位差θ2′屬于上述的上范圍，下一時刻的上述視在相位延遲θ2′屬于上述的下范圍時，則將上述的轉(zhuǎn)動次數(shù)n加“1”，上述校正單元包括根據(jù)上述視在相位差θ2′和上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n按照下式計算真實相位差θ2的真實值檢測單元，θ2＝θ2′＋n×360°上述校正單元還包括根據(jù)上述基準相位差θ1和上述真實相位差θ2并按照下式計算上述相位差Δθ的差分檢測單元，Δθ＝θ2－θ1上述運行模式設(shè)定單元可選擇地設(shè)定包含進行通常測定操作的“測定模式”、和為了保養(yǎng)而阻止被測流體流過上述測定管的“保養(yǎng)模式”和只在上述被測定液體流過測定管時進行測定操作的“外部連動模式”的3個以上運行模式，上述保持單元在上述“保持模式”被指示時或上述“外部連動模式”被指示并且停止?jié)舛葴y定時保持這時的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n和上述視在相位差θ2′，上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元在上述運行模式從上述“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到上述“測定模式”時，根據(jù)由上述保持單元保持的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)和上述視在相位延遲以及在從“保養(yǎng)模式”轉(zhuǎn)換到“測定模式”后，由上述相位差檢測單元最初檢測出的視在相位延遲θ2′確定上述轉(zhuǎn)動次數(shù)n的值，在上述“外部連動模式”被指示并且再開始濃度測定時根據(jù)上述保持單元保持的上述轉(zhuǎn)動次數(shù)和上述視在相位延遲和在再開始濃度測定后由上述相位差檢測單元最初檢測的視在相位延遲θ2′來確定n的值。
15.如權(quán)利要求14所述的濃度計，其特征在于還包括用于設(shè)定上述被測液體不可能產(chǎn)生的高濃度值Xmax和即使出現(xiàn)零點偏差也不可能產(chǎn)生的低濃度值Xmin的條件設(shè)定單元，通過在通常的濃度測定狀態(tài)下把測定的濃度值與上述高濃度值Xmax或上述低濃度Xmin相比較，判斷上述濃度值不恰當時由上述轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元指示變更轉(zhuǎn)動次數(shù)的恰當性判斷單元。
全文摘要
一種微波濃度計，包括檢測由微波發(fā)生器發(fā)射的微波同由微波接收器接收的微波的相位差的相差檢測電路，使轉(zhuǎn)動次數(shù)n值改變的轉(zhuǎn)動次數(shù)更新單元，根據(jù)對應(yīng)基準流體的基準相位差θ
文檔編號G01N9/24GK1130255SQ95117778
公開日1996年9月4日 申請日期1995年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月12日
發(fā)明者山口征治 申請人:株式會社東芝