[发明专利]用于确定多相介质的至少一种组分的体积分量的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于发射到多相介质中的电磁有效信号的运行时间来确定多相介质的至少一种组分的体积分量的设备，具有至少一个用于将有效信号发射到多相介质中的发送设备、具有至少一个用于接收有效信号的接收设备和具有用于确定有效信号在发送设备与接收设备之间的运行时间的分析设备。此外，本发明还涉及一种用于运行用来确定多相介质的至少一种组分的体积分量的这种设备的方法。

背景技术

可以在技术工艺中出于完全不同的原因对由多种组分组成的多相介质的组分的体积分量而感兴趣。例如在输送多相介质时，一般情况下感兴趣的是组成和从而所输送的介质的密度，因为只有如此才能作出关于在工艺内当前的输送程度如何或何种量在时间单位内以何种组成被输送的陈述。这里示例性地要提及的是气动输送，该气动输送是散状物料输送的特定类型并且在气动输送的情况下，气体（例如空气或氮气）被用作为输送介质。而将要运输的散状物料称为被输送介质。通常，通过管或管道进行输送，所述管或管道相对外部空间是密封的。特定的应用例如是输送粉碎的煤，所述煤被用于对煤炭发电站或高炉的燃烧室进行送料。

在输送多相介质时重要的工艺参量是被输送介质的质量流，其中适用的是：

。

被输送介质的体积流又通过

描述，其中v是被输送介质的速度，A是输送管的横截面并且是被输送介质的体积分量。

与以气动方式输送的散状物料的所示例子无关地，从现有技术中已知：通过在测量技术上检测电磁波在介质中的传播速度来推断出多相介质（例如两相流体混合物）的体积分量，因为该传播速度众所周知地是与材料有关的，也即与介质的相对介电常数和相对磁导率有关：

。

如果多相介质的各个介质的磁特性可忽略，则电磁波的传播速度近似地得出为。

已知的是，多相介质、尤其是气体固体混合物的有效相对介电常数可以借助于适当的混合公式确定，其中每个混合公式的组成部分是各个所混合的介质的相对介电常数以及其占总体积的体积分量。如果电磁波在多相介质内的传播速度在测量技术上被确定，则可以通过前述混合公式推断出被输送介质的体积分量，对此目前将不详细地进行探讨，在专业文献（例如Sihvola, A: Mixing Rules with complex Dielectric Coefficients, Subsurface Sensing Technologies and Applications, Vol. 1, No. 4, 2000）中找到细节。

此外从现有技术中已知，为了确定两相介质的成分的体积分量首先对电磁波的传播速度进行空测量，其中输送管的内部空间填充有已知介电常数的介质。于是通过与空测量相比传播速度的变化可以作出关于多相介质的有效相对介电常数的陈述，该多相介质例如可以以两相流体的形式存在。于是利用该信息可以计算被输送介质的感兴趣的体积分量。已知的是，借助于传输测量进行这样的确定（Baer, C., Musch, T., Gerding, M.: Conceptual Design of a Procedure for Density Monitoring of Pulverized Fuels in Pneumatic Conveying Systems with Microwaves (8-12 GHz), Proceedings of the 6th German Microwave Conference, 2011年3月14－16日, 达姆施塔特, 德国）。

在此情况下，给包含多相介质的体积施加由发送设备发射的有效信号，其中该有效信号经过多相介质并且最后再次利用接收设备接收。在发送设备与接收设备之间的运行路程的长度已知并且测量有效信号的运行时间的情况下，可以推断出以有效信号形式存在的电磁波的传播速度并且从而最后也推断出多相介质的感兴趣的组分的体积分量。利用网络分析器可以在按实验室的构造中获得关于由多相介质所填充空间的传递特性的感兴趣的信息，但是该解决方案在设备技术上是耗费的并且因此也是昂贵的。此外，这里存在以下问题：由发送设备发射到多相介质中的有效信号不仅在直接路程上通过介质到达接收设备，而且更确切地说干扰信号也被接收，所述干扰信号例如由在容纳多相介质的容器或管的壁处的反射引起，使得对所接收的总信号内的原本感兴趣的有效信号的识别造成困难。

发明内容