[实用新型]用于流动悬浮液的在线浓度测量的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量浓度的设备，更具体地涉及一种用于测量管道内的流动悬浮液的浓度的设备。术语“浓度”指的是固体物质的质量与悬浮液的总质量之比。术语“悬浮液”指的是含有固体物质的流体。固体物质的量不以任何方式受限。因此，悬浮液可为接近纯的流体或其可为密集的胶状物、颗粒或颗粒团。

背景技术

有若干方法来测量悬浮液的浓度。最常见的方法是机械、光学、放射性或微波方法。所选择的方法取决于悬浮液的浓度水平。机械方法是基于悬浮液对测量传感器产生的剪切力的测量。光学方法是基于传递到悬浮液的可见光和IR光的吸收、反射和偏振。放射性方法是基于悬浮液中的伽马射线衰减。这需要诸如Cs-137或Co-60的放射源。微波方法通常是基于当微波行进通过悬浮液时监测微波的速度。

机械方法的主要问题在于悬浮液流内需要机械测量探针。这种探针取决于流速和压力变化。它们还缺乏测量范围，特别是在较粘稠的悬浮液中。光学测量的最大问题是它们易受积聚(built-up)影响并且需要频繁校准。放射性方法的最大缺点是对气泡和填料含量变化的敏感性。微波方法可以绕开先前的问题，但具有其他缺点。

微波测量装置作为或者管道的一部分，或者插入管道中。当测量装置作为管道的一部分时，管道必须被切割并且测量装置被用凸缘连接到管道。这种解决方案也称为流通法(flow through approach)。利用这种方法，测量以最长可能距离进行，因为发射器天线和接收器天线位于如图2中的管的相对两侧。这种方法具有多个优点。由于悬浮液的重要中心流被包括在测量中，所以长的读数给出浓度的代表值。这种方法需要许多不同的测量装置来匹配不同尺寸的管。更好的方法是通过管中的孔将测量装置插入管道中。这样，不需要用于不同尺寸的管的多个传感器装置。然而，这种方法给微波测量带来了其他问题。

存在一些常见设计结构，其具有在插入到管道中的微波浓度测量装置上的当前方法。常见方法是具有到达管道中很远位置的极或轴，并且在末端具有单极发射器天线。这在图1a和图1b中示出。由此，测量可以至少部分地从靠近管的中心的悬浮液流进行。接收器天线可以位于与发射器天线相同的极上、另一极上或在极的基部。取决于悬浮液，这种极非常容易受到积聚的影响。

使用微波来测量浓度的一个典型方式是使用渡越时间(time of flight)作为测量基础。微波从第一天线行进到第二天线所需的时间取决于悬浮液的浓度。渡越时间可通过确定微波信号的相位或通过利用任何其他方法测量实际渡越时间来测量。一种可能的方式在专利US5315258中示出，其描述了一种用于从材料中测量水分含量的测量设备。主要理念与测量悬浮液的浓度相同。可以使用类似的测量方法。最大的区别是微波信号速度和悬浮液的浓度的变化的已知的相互依赖性。

测量装置的一个实际使用情形是纸浆浓度测量。纸浆的浓度是造纸的最重要的测量之一。与其他测量方法相比，使用微波测量是非常有利的。纸浆纤维、纸和空气的介电常数仅轻微地受到温度和频率的影响。并且，木质素的介电常数非常接近纤维素的介电常数。因此，微波测量对木材品种和纸浆种类不敏感。安装到管道中的当前的微波测量装置仍然存在一些缺点。困难之一是粘附在轴和天线上的纸浆。粘附的纸浆改变测量值，并且最终可导致管的部分或完全堵塞。这是本实用新型中要解决的主要问题。

微波浓度测量的另一典型使用情形是污水处理。这些测量用于废水厂中，其中废水悬浮液可包括不同的有机和无机颗粒。颗粒可以是不同的尺寸，并且常常粘附到测量元件上。最成问题的颗粒是在管道中流动的诸如头发的长线。特别是与油脂一起，头发倾向于嵌入管道内的所有横向结构。在最坏的情况下，由于颗粒粘附在测量装置上，整个管道可能被堵塞。有时，可能有管道或泵的一些部分在流动的上游损坏。在这些情况下，有可能受到从管道或泵脱离的硬块的冲击。这些冲击会立即阻碍(破坏)测量装置。

实用新型内容

本实用新型试图提供对现有技术的改进。本实用新型的特征在于以下说明书中所描述的设备。本实用新型的优选的实施例在从属权利要求中公开。

本实用新型的主要方案是一种用于流动悬浮液的在线浓度(consistency，稠度)测量的测量装置，其使用微波信号速度作为测量函数，该测量装置包括一端被插入管道的主干，且具有两根天线，一根天线用于发射，另一根天线用于接收，其中，天线被集成到金属制造的鳍形叶片中，上述叶片被平行地定位到主干的基部中，使得鳍与管道对准，天线被集成到叶片，使得天线从叶片的两侧都是易接近的，且到天线的布线被引导通过叶片的钻孔。