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專利名稱：采用微波的密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用微波的密度計(jì)，更具體地說，涉及一種采用微波的、能以高精度測量懸浮物(懸浮的物質(zhì))或溶解物質(zhì)密度的密度計(jì)。
通常已知的采用超聲波的密度計(jì)可作為一種用于測量懸浮物(懸浮的物質(zhì))(例如泥漿和漿料)的密度的密度計(jì)。

圖1示出了這樣一種采用超聲波的、通常的密度計(jì)。
如圖1所示，通過閘門閥2A和2B，把一根檢測管道3配置在管道1A和管道1B之間。超聲發(fā)射器4和超聲接收器5彼此相對安置在一根管道壁上，以便接觸在檢測管道3中流動(dòng)著的測量流體。一振蕩器6與超聲發(fā)射器4連接。一個(gè)衰減因了測量單元7與超聲接收器5連接。
按照上述采用超聲波的密度計(jì)，由振蕩器6驅(qū)動(dòng)超聲發(fā)射器4，并且從超聲發(fā)射器4發(fā)射超聲波，這超聲波在檢測管道3的流體中傳播并由超聲接收器5接收。這時(shí)，超聲波的強(qiáng)度根據(jù)液體中的懸浮物的密度而被衰減。超聲接收器5按照所接收的超聲波的強(qiáng)度產(chǎn)生電信號。從超聲接收器5輸出的接收信號提供給衰減因子測量單元7。在衰減因子測量單元7屮，有事先決定的工作曲線，這工作曲線顯示了懸浮物的密度與由懸浮物的密度而定的超聲波的衰減因子之間的關(guān)系。衰減因了測量單元7根據(jù)上述工作曲線測量在流體中的懸浮物的密度，所述工作曲線基于由從超聲接收器5輸出的接收信號所顯示的衰減因子。
不過，在上述采用超聲波的密度計(jì)中，存在下述一些問題。
(a)由于超聲發(fā)射器4和超聲接收器5接觸流體，懸浮物粘附于它們的接觸表面，而這一點(diǎn)成為引起測量誤差的一個(gè)因素。由于這一點(diǎn)，需要清洗超聲發(fā)射器4和超聲接收器5的接觸表面。實(shí)際上，懸浮物(例如泥漿)是易于粘附在它上面的，必須常常進(jìn)行這樣的清洗。
(b)可以通過把超聲發(fā)射器4和超聲接收器5安裝在檢測管道3的外邊的方式來解決上述問題。然而，在這種情況下，必須把超聲發(fā)射器4和超聲接收器5所在的、檢測管道3的那部分的厚度減薄，以減小超聲波在檢測管道3的壁部分中的衰減。由于這一點(diǎn)，就存在一個(gè)強(qiáng)度和耐久性問題。檢測管道3也受到振動(dòng)的影響，而且這成為引起測量誤差的一個(gè)因素。
(c)此外，與流體比較，超聲波的衰減因子在氣體中是極大的。因此，如氣體泡混合進(jìn)流體中，超聲波在氣體中的衰減變得比由于懸浮物所產(chǎn)生的衰減更大。結(jié)果，測量不出要測量的流體的密度。或者，會(huì)得到明顯過高的密度的測量結(jié)果。
要解決上述問題，在這種類型的采用超聲波的密度計(jì)中，有一種具有消除氣泡機(jī)制的密度計(jì)。使用這種具有氣泡消除機(jī)制的密度計(jì)時(shí)，在一預(yù)定的取樣期間，把要測量的流體引入一壓力氣泡消除室。給壓力氣泡消除室的里面加壓，而且氣泡被溶解了。此后，用超聲波測量在要被測量的流體中的懸浮物的密度。然而，甚至在這種類型的密度計(jì)中，由于是在一預(yù)定的取樣期間對流體取樣，不能進(jìn)行連續(xù)測量。況且，由于進(jìn)行取樣和加壓，需要提供可機(jī)械移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。因此操作的可靠性低。
(d)此外，上述采用超聲波的密度計(jì)利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即超聲波被測量物質(zhì)所分散并被衰減。由于這一點(diǎn)，這種類型的密度計(jì)不易用于物質(zhì)完全溶于流體中的情況。
本發(fā)明的目的是要提供一種采用微波的密度計(jì)，這密度計(jì)能以高精度測量懸浮物的密度，而又不造成采用超聲波的密度計(jì)的那些缺點(diǎn)。
可通過下述密度計(jì)來達(dá)到上述目的。
更具體地說，本發(fā)明提供了一種采用微波的密度計(jì)，這種密度計(jì)包括一個(gè)微波檢測部分，一個(gè)相位檢測部分和一個(gè)密度計(jì)算部分;該微波檢測部分用于通過發(fā)射從1.4GHz到1.75GHz的頻帶的微波到參考流體并從該參考流體接收這個(gè)頻帶的微波來拾取一個(gè)第一微波接收信號，并用于通過發(fā)射從1.4GHz到1.75GHz頻帶的微波到測量流體并從該測量流體接收這個(gè)頻帶的微波來拾取一個(gè)第二微波接收信號;該相位檢測部分用于獲得在所述第一微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差;而該密度計(jì)算部分用于根據(jù)上述相位檢測部分所獲得的相位差來計(jì)算測量流體的密度。
此外，上述目的可通過下述密度計(jì)達(dá)到。
更具體地說，本發(fā)明提供了一種采用微波的密度計(jì)，這密度計(jì)包括一個(gè)微波檢測部分、一個(gè)相位檢測部分、一個(gè)校正部分和一個(gè)密度計(jì)算部分;該微波檢測部分用于通過發(fā)射1.4GHz到1.75GHz的頻帶的微波到參考流體并從該參考流體接收這個(gè)頻帶的微波來拾取一個(gè)第一微波接收信號，并用于通過發(fā)射1.4GHz到1.75GHz的頻帶的微波到測量流體并從該測量流體接收這個(gè)頻帶的微波來拾取一個(gè)第二微波接收信號;該相位檢測部分用于獲得在上述第一微波接收信號和上述第二微波接收信號之間的相位差;該校正部分用于校正由于在上述參考流體的第一傳導(dǎo)率和第一溫度中的至少一個(gè)和上述測量流體的第二傳導(dǎo)率和第二溫度中的至少一個(gè)之間的差別所引起的相位差;該密度計(jì)算部分用于基于通過上述校正部分所獲得的校正過的相位差來計(jì)算上述測量流體的密度。
根據(jù)采用微波的密度計(jì)，使1.4至1.75GHz的頻帶的微波在基本上不會(huì)測量物質(zhì)的流體和含測量物質(zhì)的流體中傳播并且分別測量相位滯后θA和θB。然后，由這些相位滯后θA和θB得到一個(gè)相位差△θ。此后，通過利用表明在一預(yù)定的已知密度和所述相位差之間關(guān)系的一條工作曲線，測量流體的密度。
并且甚至在懸浮物溶解在流體的情況下，微波由于受到溶解物質(zhì)的影響而傳播并到達(dá)一個(gè)接收系統(tǒng)6。由于這一點(diǎn)，可以適當(dāng)?shù)販y量測量物質(zhì)的密度。
此外，在把密度計(jì)用到要被測量的流體所流到的實(shí)際管道的情況下，微波發(fā)射和接收天線緊密地連接到通過一個(gè)用于一在線連接的隔離部件而彼此相對的一些敞開的窗口上。然后，發(fā)射并接收1.4至1.75GHz的頻帶的微波。由于這一點(diǎn)，可得到高發(fā)射因子的特性，這使得可以以高精度測量要被測量的流體的密度。
相位差被校正，以不受測量流體的傳導(dǎo)率和它的溫度的影響，這使得可以以高精度測量測量流體的密度。
此外，將在下面的說明中陳述本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，而且從此說明來看，部分是顯而易見的，或者通過實(shí)施本發(fā)明可學(xué)會(huì)的。可通過在所附的權(quán)利要求書中所特別指出的一些手段和組合，來實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
這里所包括進(jìn)來并構(gòu)成詳細(xì)說明的一部分的那些附圖目前顯示了本發(fā)明的一些最佳實(shí)施例，并且與上面給出的一般性說明用下面給出的那些最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明結(jié)合在一起，用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是顯示了一個(gè)通常的密度計(jì)的示意性結(jié)構(gòu)的一幅圖;
圖2和圖3分別是說明密度計(jì)的密度測量原理的圖;
圖4顯示了一條工作曲線的一個(gè)例子的一幅圖;
圖5是顯示了采用微波的本發(fā)明的密度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例的一幅圖;
圖6是顯示了在本發(fā)明的實(shí)施例中密度計(jì)的天線所附著的那部分的一個(gè)主要部件的一幅圖;
圖7是用于測量微波的衰減因子和它的發(fā)射因子的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的一幅圖;
圖8至圖10是顯示了通過圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置所得到的微波的各種頻率特性的圖;
圖11是顯示了采用微波的本發(fā)明的密度計(jì)的另一個(gè)實(shí)施例的一幅圖;以及圖12至圖14是顯示了在傳導(dǎo)率、溫度和相位差之間的關(guān)系的圖。
將參考圖2和圖3解釋采用微波的本發(fā)明的密度計(jì)的密度測量原理。
密度計(jì)顯示了流體中物質(zhì)含量的程度，即具有各種存在于穩(wěn)定流體中的成分的物質(zhì)的比率。換句話說，可通過一般的術(shù)語，例如，含量、濃度或密度等來表達(dá)這個(gè)比率。
用于本詳細(xì)說明中的這些參數(shù)，例如，含量、濃度或密度等的單位將如下面所說明的那樣，而且在本發(fā)明中可指定任何單位。
(1)體積百分比，這是指在同樣壓力下，物質(zhì)中所含某種化合物的體積與該物質(zhì)的體積的比值乘以100，并可用vol%來表達(dá)。
(2)重量百分比，這是指物質(zhì)中所含某種化合物的重量與該物質(zhì)的重量的比值乘以100，并可用wt%來表達(dá)。
(3)克分子濃度，這是指在1m3的溶液中含有1000克溶解了的分子的溶液濃度，并可用mol來表達(dá)。一般來說這被用作在一升溶液中含有1克被溶解了的分子的濃度。
(4)當(dāng)量濃度，這是指在1m3中含有1000克溶質(zhì)的化合當(dāng)量的溶液的溶解度，并可用N來表達(dá)。一般說來，這被用作在一升溶液中含有1克溶質(zhì)的化合當(dāng)量的濃度。
除了上面所說的以外，下面顯示了一些方法。
(5)溶解在一升溶液中的物質(zhì)的克數(shù)。這可被稱作克濃度，并可用g/l來表達(dá)。還有，在這種情況下，溶液可用100cm3來表達(dá)。
(6)在1000克溶液中含有1克溶質(zhì)的濃度。這也叫作克分子濃度。為了與第(3)項(xiàng)的情況區(qū)分開，這叫作重量克分子濃度，而第(3)項(xiàng)的情況叫作體積克分子濃度。
(7)在溶液中，一份溶質(zhì)對溶劑的摩爾數(shù)和溶質(zhì)的全部溶質(zhì)的摩爾數(shù)的比值。這叫作體積克分子分?jǐn)?shù)或分子比率。
(8)溶解在1000克溶劑中的溶質(zhì)的摩爾數(shù)。這叫作摩爾組成。
在本發(fā)明中，上述那些參量，例如，含量、濃度或密度等也叫作流體密度。
在采用微波的本發(fā)明的密度計(jì)中，微波發(fā)射天線11和接收天線12配置在一根金屬管道10(以后叫作“隔離管道”)的外邊，這金屬管道10包括一根隔離管道、一個(gè)外殼或一個(gè)在這些天線被固定在其上的狀態(tài)下彼此相對的部分隔離的部件。從發(fā)射天線11發(fā)射微波，并用接收天線12接收微波。
如圖2所示，對于在隔離管道10中含有基本上不具有雜質(zhì)(例如水)的參考流體13的情況，微波穿過隔離管道10的壁，在參考流體13中傳播并通過配置在相對那邊的接收天線12接收。在這時(shí)，將微波接收波的相位滯后定為θA。
另一方面，如圖3所示，對于在隔離管道10中流動(dòng)著含有懸浮物的測量流體的情況，從發(fā)射天線11發(fā)射微波。微波穿過隔離管道10的壁，在具有測物質(zhì)的測量流體14中傳播，并由配置在相對那邊的接收天線12接收。這時(shí)，將微波接收波的相位滯后定為θB。
可以從下面的方程得到這些相位滯后θA和θB。
θA=dco[12ω(ω2ϵw2+σw2ϵ02+ωϵw)]1/2---(1)]]>θB=dco[12ω(ω2ϵa2+σ2ϵ02+ωϵa)]1/2---(2)]]>這里C0微波在真空中的傳播速度;
d測量流體層的厚度(距離);
ω入射微波的角頻率;
εo真空介電常數(shù);
εw參考流體的相對介電常數(shù);
εs待測量的測量流體的相對介電常數(shù);
σw參考流體的傳導(dǎo)率，以及σ參考流體的傳導(dǎo)率。
利用上述相位滯后θA和θB，可從下述方程得到相位差△θ＝θA-θBθB=dco[12ω(ω2ϵw2+σ2ϵ02+ωϵa)]1/2]]>θA=dco[12ω(ω2ϵw2+σw2ϵ02+ωϵ2)]1/2---(3)]]>由上述方程顯而易見的是△θ是εa的函數(shù)，而εa是測量流體的函數(shù)。由此，可以認(rèn)為相位差△θ是密度的函數(shù)。因此，對于測量含有測量物質(zhì)(例如懸浮物)的測量流體的密度，基于圖2和圖3所示的測量原理測量相位滯后θA和θB，而且可從相位滯后得到相位差△θ＝θB-θA。而后，利用圖4中所示的顯示了在預(yù)定的已知密度和相位差之間的關(guān)系的工作曲線，可以從所測量的相位差△θ測量測量流體的密度。
將參考圖5至圖10說明基于本發(fā)明的上述原理的，采用微波的、本發(fā)明的密度計(jì)的一個(gè)第一實(shí)施例。
在圖5中，密度檢測管道20，通過閘門閥22A和22B，被配置在上部流那側(cè)的管道21A和下部流那側(cè)的管道21B之間。在密度檢測管道20中，配置了供水閥24和排水閥25，這使得可從外部引入?yún)⒖剂黧w。
更具體地說，如圖6所示，在密度檢測管道20中，配有敞開的窗口20A和20B，敞開的窗口20A和20B分別用于輸入和輸出微波，并要彼此相對。天線連接板26B和27B分別通過氣密的密封件連接到敞開的窗口20A和20B上。為了保持對應(yīng)于微波的輸入和輸出部分的氣密性，把隔離材料26C和27C或一個(gè)整個(gè)隔離的材料播入天線連接板26B和27B。
發(fā)射天線26D和接收天線27D單獨(dú)緊密地連接到天線連接板26B和27B上。電介質(zhì)26E和27E(例如陶瓷)被包裝在天線26D和27D中。
回到圖5，將說明采用微波的，本發(fā)明的實(shí)施例的密度計(jì)的結(jié)構(gòu)。
在密度計(jì)的發(fā)射天線系統(tǒng)中，配置了一個(gè)用于產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器28。微波發(fā)生器28的輸出通過功率分解器送到發(fā)射天線26。
另一方面，在一個(gè)接收系統(tǒng)中，把一個(gè)相位檢測器30配置在接收天線27中。用作參考信號的一部分微波發(fā)射波，與從接收天線27送出的微波的接收波一起引入相位檢測器30。
相位檢測器30包括一個(gè)在圖2和圖3所示測量條件下用于測量相位滯后θA和θA的相位滯后測量部分30A，一個(gè)用于儲(chǔ)存這些相位滯后數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分30B、以及一個(gè)用于獲得相位差△θ的相位差計(jì)算部分30C。一個(gè)信號轉(zhuǎn)換器31接收相應(yīng)于來自相位檢測量器30的相位差的信號，把相應(yīng)于例如0至5%(即4至20mA的電信號)的密度的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
下面將說明本發(fā)明的實(shí)施例的上述結(jié)構(gòu)的密度計(jì)的密度測量操作。
首先，如圖5所示，將參考流體，(例如不含雜質(zhì)懸浮物的水)提供給密度檢測管道20，并且測量相位滯后θA。在這種情況下，相位滯后是指由相位檢測器30所得到的，微波接收波相對于微波發(fā)射波的相位滯后。
在測量相位滯后θA時(shí)，在關(guān)閉了閘門閥22A和22B之后，打開排水閥25，以從管道20中排出測量流體，例如泥漿。而后，打開供水閥24，以提供水，并清洗管道20的內(nèi)部。此后，關(guān)閉排水閥25，并在管道20內(nèi)部充滿水。
在管道20充滿水后，如果由發(fā)生器28產(chǎn)生微波信號，則通過功率分解器29從發(fā)射天線26發(fā)射微波，通過管道20的水傳播微波，并由接收天線27接收微波。把由接收天線27接收的微波送到相位檢測器30。把一部分微波發(fā)射波從功率分解器29送到相位檢測器30。
相位檢測器30的相位滯后測量部分30A，通過比較微波發(fā)射波與微波接收波，測量相位滯后θA，并把被測得的相位滯后儲(chǔ)存進(jìn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分30B。
此后，打開排水閥25，以排出管道20的水，然后，打開閘門閥22A和22B，以充許包含有測量物質(zhì)的測量流體流動(dòng)，并測量測量流體的相位滯后θB。換句話說，在包含有測量物質(zhì)的測量流體流動(dòng)的狀態(tài)下，以預(yù)定的周期或隨機(jī)發(fā)射微波。然后，由相位檢測器30測量相位滯后θB，并把所測量得的相位滯后θB儲(chǔ)存進(jìn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分30B。把所測量得的相位滯后θB按需要順序更新，并儲(chǔ)存在其中。
此外，在相位檢測器30的相位差計(jì)算部分30C中，從數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分30B讀出相位滯后θB和在提供參考流體時(shí)已經(jīng)測量了的相位滯后θA，并且基于要被發(fā)射到信號轉(zhuǎn)換器31的下述方程來獲得相位差△θ。
△θ＝θB-θA信號轉(zhuǎn)換器31接收相位差△θ，根據(jù)工作曲線獲得在已知密度和此相位差之間的關(guān)系，即密度，把該相位差轉(zhuǎn)換為相應(yīng)于所獲得密度的一個(gè)信號，并輸出這個(gè)信號。
上面說明了采用微波的密度計(jì)的原理和實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。下面將說明如何實(shí)際使用微波頻率的程度，以有效并精確地測量要被測量的，含有測量物質(zhì)的流體的密度。更具體地說，進(jìn)行一個(gè)用于得到一個(gè)合適頻率的實(shí)驗(yàn)，并將說明該實(shí)驗(yàn)的例子和該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
為了有效并精確地測量含有懸浮物的測量流體的密度，在實(shí)驗(yàn)前我們首先注意下面這一點(diǎn)。
也就是說，在測量流體中傳播的，并被接收的微波的衰減因子最小。換句話說，采用具有高發(fā)射因子的微波頻率是有效的。
然后，為了得到具有最高發(fā)射因子的微波頻率，用圖7所示裝置進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)。此裝置采用了與檢測管道20基本具有同樣結(jié)構(gòu)的，具有底板的外殼20′。外殼20′的內(nèi)部充滿水作為一種參考流體。況且，在發(fā)射系統(tǒng)中，類似于圖5，配置了微波發(fā)生器32，功率分解器29，和發(fā)射天線26。在接收系統(tǒng)中，除了接收天線27外，新采用了衰減因子測量單元33取代相位檢測器30。
如果利用上述實(shí)驗(yàn)裝置從微波發(fā)生器28產(chǎn)生例如0到3.6GHz的微波，就如圖8所示的那樣，可以得到通過功率分解器29并從發(fā)射天線發(fā)射到水的微波發(fā)射頻率特性。換句話說，可以入射1.0至3.6GHz頻帶的、基本具有同樣發(fā)射輸出特性的微波。
微波在水中傳播并由接收天線27接收。不過，把由接收天線27所接收的微波B送到衰減因子測量單元33。這時(shí)，把發(fā)射微波A從功率分解器29送到衰減因子測量單元33。因此，在衰減因子測量單元33中，如果利用分別輸入的微波A和B進(jìn)行B/A的計(jì)算，則可測量相應(yīng)于上述衰減因子的值。
然后，檢查在衰減因子測量單元33的測得的結(jié)果和接收頻率之間的關(guān)系。結(jié)果，如圖9所示，得到了基本上恒定的衰減因子。然而，人們發(fā)現(xiàn)，在1.5GHz的接收頻率處衰減因子極低。此外，更精確地考察約1.5GHz的接收頻帶，并測量發(fā)射因子(衰減因子的倒數(shù))。結(jié)果，人們發(fā)現(xiàn)，中心約為1.575GHz的1.40至1.75GHz的接收頻帶的微波的發(fā)射因子比其它接收頻帶的微波的發(fā)射因子更高(圖10)。
此外，采用具有80、100、200、250、300、350和400毫米的各種尺寸d(尺寸d相應(yīng)于上述管道的直徑)的外殼20′進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，對外殼20′的任何尺寸都得到同樣的結(jié)果。
因此，由上述實(shí)驗(yàn)可明顯看出的是，可以理解，如果利用1.55至1.60GHz頻帶的微波來進(jìn)行發(fā)射和接收，可以得到精度最高的測量結(jié)果。此外，可以理解，既使采用1.4至1.75GHz的接收頻帶的微波，衰減因子變得比其它頻率時(shí)更低。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。例如，在上述實(shí)施例中，在泥漿流動(dòng)的狀態(tài)下測量密度。不過，也要以在泥漿靜止的狀態(tài)下測量密度。此外，本發(fā)明可用于除泥漿外的其它流體的情況。進(jìn)一步，上述實(shí)施例說明了采用密度為0%的流體作為參考。然而，可以用密度基本為零的流體。具有已知密度的測量物質(zhì)也可作為參考。此外，可用具有恒定傳播特性的電路作為參考。進(jìn)一步，利用一個(gè)外殼或旁路管道取代檢測管道20并利用圖5或圖6所示的結(jié)構(gòu)可以測量密度。
將參考圖11至14說明采用使用微波的密度計(jì)的本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。
在第二個(gè)實(shí)施例中，傳導(dǎo)率測量裝置34和溫度測量裝置35配置在檢測管道20中。把傳導(dǎo)率測量裝置34的輸出輸入到傳導(dǎo)率信號發(fā)生器36，并產(chǎn)生相應(yīng)于傳導(dǎo)率的傳導(dǎo)率信號。把溫度測量裝置35的輸出輸入到溫度信號發(fā)生器37，并產(chǎn)生相應(yīng)于溫度的溫度信號。把傳導(dǎo)率信號和溫度信號提供給校正電路38。除了傳導(dǎo)率信號和溫度信號外，還把相位檢測器30的輸出輸入給校正電路38。
在校正電路38中，可通過傳導(dǎo)率校正和溫度校正選擇性完成相位檢測器30的輸出校正。還可通過傳導(dǎo)率校正和溫度校正來完成相位檢測器30的輸出校正。
將參照圖12說明傳導(dǎo)率校正。
更具體地說，如圖12所示，校正電路38儲(chǔ)存了顯示在傳導(dǎo)率差和相位差校正值△θσ之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)。在這種情況下，從所儲(chǔ)存的和所測量的密度為零的液體的傳導(dǎo)率和它的相應(yīng)的傳導(dǎo)率信號得到傳導(dǎo)率。然后，如果校正電路38接收傳導(dǎo)率信號，則校正電路38得到在兩個(gè)相位差△θ之間的差△θ’，這相位差△θ來自相位檢測器30，而且，校正電路38還得到來自在傳導(dǎo)率差和相位差校正值△θσ之間的關(guān)系的相位差校正值△θσ。
△θ’＝△θ-△θσ把相位差△θ’送到信號轉(zhuǎn)換器31。信號轉(zhuǎn)換器31從圖14所示的在相位差△θ’和密度之間的關(guān)系(工作曲線數(shù)據(jù))得到測量物質(zhì)(例如泥漿)的密度。然后，信號轉(zhuǎn)換器31按照所得到密度輸出一個(gè)電流信號，并把這電流信號通過一個(gè)輸出電路32送到一個(gè)裝置(未示出)。
下面將參考圖13說明溫度校正。
更具體地說，校正電路38儲(chǔ)存顯示在一個(gè)溫度差和一個(gè)如圖13所示的相位差校正值△θz之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，該溫度差是來自密度為零的液體的所測量的和所儲(chǔ)存的溫度以及它的相應(yīng)的溫度信號。然后，如果校正電路38接收溫度信號，則校正電路38得到在兩個(gè)來自相位檢測器30的相位差△θ’之間的差＊和來自在溫度差及相位差校正值△θz之間關(guān)系白相位差校正值△θz。
△θ’＝△θ-△θz把相位差△θ’送到信號轉(zhuǎn)換器31。圖14所示的在相位差△θ’和密度之間的關(guān)系(工作曲線數(shù)據(jù))，信號轉(zhuǎn)換器31得到測量物質(zhì)(例如泥漿)的密度。之后，信號轉(zhuǎn)換器31根據(jù)所得到的密度輸出一個(gè)電流信號，并把這電流信號通過一個(gè)輸出電路32送到一個(gè)裝置(未示出)。
此外，在傳導(dǎo)率校正和溫度校正兩者都完成的情況下，信號轉(zhuǎn)換器31接收傳導(dǎo)率信號和溫度信號，信號轉(zhuǎn)換器31得到相位差校正值△θσ和△θz，以及在相位差和相位差校正值△θσ及△ 之間的差△θ’。
△θ’＝△θ-△θσ-△θz把相位差△θ’送到信號轉(zhuǎn)換器31。從圖14所示的在相位差△θ’和溫度之間的關(guān)系(工作曲線數(shù)據(jù))，信號轉(zhuǎn)換器31得到要被測量的物質(zhì)(例如泥漿)的密度。之后，信號轉(zhuǎn)換器31根據(jù)所得到的密度輸出一個(gè)電流信號，并把這電流信號通過一個(gè)輸出電路32送到一個(gè)裝置(未示出)。
如上所述，在第二個(gè)實(shí)施例中，可以得到與第一個(gè)實(shí)施例同樣的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。此外，還可獲得下述特殊的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
也就是說，由于測量了密度測量對象的傳導(dǎo)率并校正了相位差△θ，傳導(dǎo)率幾乎沒有受到溶解在泥漿中的離子成分的影響。
此外，由于測量例如泥漿的溫度并校正相位差△θ，傳導(dǎo)率幾乎沒有受到溶解在泥漿中的離子成分的影響。并且即使相對介電常數(shù)改變了，也可控制這樣一種影響，并可進(jìn)行精確的密度測量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于采用1.4至1.75GHz的頻帶的微波可以測量密度(實(shí)際采用1.55至1.60GHz的頻帶)，可以測量測量對象的密度而不會(huì)在測量物質(zhì)上具有任何粘附且不會(huì)受到流體中氣光的影響。此外，按照本發(fā)明，甚至在測量對象完全溶解在流體中的狀態(tài)下，也能容易地測量密度。進(jìn)一步，按照本發(fā)明，采用1.55至1.60GHz的頻帶的微波，由此使得能大大改進(jìn)密度測量的精度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將易于得出其它的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。因此，就更廣泛的范圍來說，本發(fā)明并不限于此處所示的說明的特殊細(xì)節(jié)和典型裝置。因此，可以做各種改進(jìn)而不會(huì)背離由所附的權(quán)利要求書及其等效物所確定的總的發(fā)明思想的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用微波的密度計(jì)，其特征是包括一個(gè)用于通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波到參考流體并從這參考流體接收該頻帶的微波以拾取第一微波接收信號以及通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波到測量流體并從這測量流體接收該頻帶的微波來拾取第二微波接收信號的微波檢測部分；一個(gè)用于獲得在所述第一和微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差的相位檢測部分；以及一個(gè)用于基于通過所述相位檢測部分得到的所述相位差計(jì)算測量流體密度的密度計(jì)算部分。
2.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述微波檢測部分包括流動(dòng)著測量流體的一個(gè)檢測管道部件;一個(gè)微波發(fā)射部分，配置在所述檢測管道部件中，用于發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波;以及一個(gè)微波接收部分，配置在所述檢測管道部件中，與所述微波發(fā)射部分相對，用于接收1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波。
3.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述微波檢測部分包括一個(gè)流動(dòng)著測量流體測量流體體的檢測管道部件，以及彼此相對構(gòu)成的第一和第二敞開的窗口;密封地配置在所述第一敞開的窗口中的一個(gè)第一隔離部件;一個(gè)微波發(fā)射天線，密封地配置在所述第一隔離部件，用于發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波;密封地配置在所述第二敞開的窗口中的一個(gè)第二隔離部件;以及一個(gè)微波接收天線，密封地配置在所述第二隔離部件中，用于接收1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波。
4.如權(quán)利要求3所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是上述微波發(fā)射天線和微波接收天線中充滿了一種電介質(zhì)(例如陶瓷)。
5.如權(quán)利要求3所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是上述微波發(fā)射天線和微波接收天線中充滿了一種電介質(zhì)(例如陶瓷)，而且，所述第一和第二隔離部件的至少一個(gè)是由與所述電介質(zhì)相同的材料構(gòu)成，或由介電常數(shù)及導(dǎo)磁率與所述電介質(zhì)接近的一種材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述相位檢測部分包括用于得到在所述第一微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差的裝置，這相位差是基丁當(dāng)上述參考流體事先在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的所述第一微波接收信號的一個(gè)第一相位滯后以及當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的所述第二微波接收信號的一個(gè)第二相位滯后而得到的。
7.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述相位檢測部分包括相位滯后檢測裝置，用于檢測當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的微波接收信號的相位滯后;儲(chǔ)存裝置，用于儲(chǔ)存當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件流動(dòng)時(shí)通過所述相位滯后檢測裝置所得到的上述第一微波接收信號的第一相位滯后數(shù)據(jù);以及相位差檢測裝置，用于得到在所述第一微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差，這相位差是基于當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述相位滯后檢測裝置所得到的所述第二微波接收信號的第二相位滯后和儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)存裝置中的第一相位滯后數(shù)據(jù)而得到的。
8.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是進(jìn)一步包括一個(gè)校正部分，用于基于在上述參考流體的第一傳導(dǎo)率和第一溫度的至少一個(gè)和上述測量流體的第二傳導(dǎo)率和第二溫度的至少一個(gè)之間的差校正所述相位差。
9.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是進(jìn)一步包括一個(gè)校正部分，用于基于在上述參考流體的第一傳導(dǎo)率和上述測量流體的第二傳導(dǎo)率之間的差校正所述相位差。
10.如權(quán)利要求1所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是進(jìn)一步包括一個(gè)校正部分，用于基于在上述參考流體的第一溫度和上述測量流體的第二溫度之間的差校正所述相位差。
11.一種采用微波的密度計(jì)，其特征是包括一個(gè)微波檢測部分，用于通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波到參考流體并從該參考流體接收這頻帶的微波拾取第一微波接收信號以及通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波至測量流體并從該測量流體接這頻帶的微波拾取第二微波接收信號;一個(gè)相位檢測部分，用于得到在所述第一微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差;一個(gè)校正部分，用于基于在上述參考流體的第一傳導(dǎo)率和第一溫度的至少一個(gè)和上述測量流體的第二傳導(dǎo)率和第二溫度的至少一個(gè)之間的差校正所述相位差;以及一個(gè)密度計(jì)算部分，用于基于通過所述校正部分所得到的所述被校正了的相位差計(jì)算上述測量流體的密度。
12.如權(quán)利要求11所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述微波檢測部分包括一個(gè)流動(dòng)著上述測量流體的檢測管道部件;一個(gè)微波發(fā)射部分，配置在所述檢測管道部件中，用于發(fā)射1.4GHz至1.75GHz頻帶的微波;以及一個(gè)微波接收部分，與所述微波發(fā)射部分相對地配置在所述檢測管道部件中，用于接收1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波。
13.如權(quán)利要求11所述的密度計(jì)，其特征是所述微波檢測部分包括一個(gè)流動(dòng)著上述流體的檢測管道部件，以及彼此相對構(gòu)成的第一和第二敞開的窗口;一個(gè)密封地配置在所述第一敞開的窗口中的第一隔離部件;一個(gè)微波發(fā)射天線，密封地配置在所述第一隔離部件中，用于發(fā)射1.4GHz至1.75GHz頻帶的微波;一個(gè)密封地配置在所述第二敞開的窗口中的第二隔離部件;一個(gè)微波接收天線，密封地配置在所述第二隔離部件中，用于接收1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波。
14.如權(quán)利要求13所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是上述微波發(fā)射天線和微波接收天線中充滿了一種電介質(zhì)(例如陶瓷)。
15.如權(quán)利要求13所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是上述微波發(fā)射天線和微波接收天線中充滿了一種電介質(zhì)，(例如陶瓷)，而且，所述第一和第二隔離部件是由與所述電介質(zhì)同樣的材料構(gòu)成，或由一種介電常數(shù)及導(dǎo)磁率與所述電介質(zhì)接近的一種構(gòu)成材料。
16.如權(quán)利要求11所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述相位檢測部分包括用于得到在所述第一微波接收信號和所述第二微波接收信號之間的相位差的裝置，這相位差是基于當(dāng)上述參考流體事先在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的所述第一微波接收信號的一個(gè)第一相位滯后以及當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的所述第二微波接收信號的一個(gè)第二相位滯后而得到的。
17.如權(quán)利要求11所述的采用微波的密度計(jì)，其特征在于所述相位檢測部分包括相位滯后檢測裝置，用于檢測當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的上述微波接收信號的相位滯后;儲(chǔ)存裝置，用于儲(chǔ)存當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波檢測部分所得到的上述第一微波接收信號的第一相位滯后數(shù)據(jù);以及相位差檢測裝置，用于得到在所述第一微波接收信號和所述第一微波接收信號之間的相位差，這相位差是基于當(dāng)上述測量流體在所述檢測管道部件中流動(dòng)時(shí)通過所述微波接收裝置所得到的所述第二微波接收信號的上述第二相位滯后以及儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)存裝置中的上述第一相位滯后數(shù)據(jù)而得到的。
18.如權(quán)利要求11所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述校正部分包括用于基于在上述參考流體的第一傳導(dǎo)率和上述測量流體的第二傳導(dǎo)率之間的差來校正所述相位差的裝置。
19.如權(quán)利要求11所述的采用微波的密度計(jì)，其特征是所述校正部分用于基于在上述參考流體的第一溫度和上述測量流體的第二溫度之間的差來校正所述相位差。
全文摘要
一種采用微波的密度計(jì)包括一個(gè)微波檢測部分(26，27，28，29)、一個(gè)相位檢測部分(30)，和一個(gè)密度計(jì)算部分(31)。微波檢測部分(26，27，28，29)通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波到參考流體并從這參考流體接收該頻帶的微波拾取第一微波接收信號以及通過發(fā)射1.4GHz至1.75GHz的頻帶的微波到測量流體并從這測量流體接收該頻帶的微波拾取第二微波接收信號。相位檢測部分(30)得到在第一微波接收信號和第二微波接收信號之間的相位差。密度計(jì)算部分(31)基于相位檢測部分(3)所得到的相位差計(jì)算測量流體的密度。
文檔編號G01N22/00GK1105123SQ94105269
公開日1995年7月12日 申請日期1994年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月30日
發(fā)明者山口征治, 山浦武, 緒方孝次, 鈴木務(wù), 荒井郁男 申請人:痍式會(huì)社東芝