JPH04500857A - インピーダンス測定を用いた組成のモニタ装置及びモニタ方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 インピーダンス測定を用いた組 成のモニタ装置及びモニタ方法 技術分野 本発明は、成分が種々の電気的インピーダンス特性をもちしかも種々の状態で存 在し得るまたは存在し得ない、管またはダクト内に静止しているかまたは管また はダクト内を流れている多成分混合物の組成形成を決めるシステム及び方法に関 するものである。特に、本発明は、成分が種々の電気的インピーダンス特性をも つ多成分流体、固体及びそれらの混合物の分別組成形成を決める装置及び方法に 関するものである。これらの多成分流体、固体及びそれらの混合物は静止してい たり、バッチ内で動いていたり、或いは連続して流動していたりする。一層特に 、本発明は（１）気体中の液体、（２）液体中の固体及び（３）固体と液体と気 体との混合物の連続型及び（または）静止型組成モニタリングとして多成分流体 、固体及びそれらの混合物に対して使用できるシステム及び装置に関するもので ある。

一般に、本発明の多くの可能な実施例（この出願ではその内の幾つかの好ましい 実施例について説明する）は広範囲のいろいろな工業や研究機関のニーズを満た す経済的でしかも実用的な組成モニタ装置を提供する。

本発明の特徴は、本発明の実施例が望ましくはプロセスを干渉せずにモニタすべ きそれらのプロセスの一体部分となるように設計され構成され得ることにある。

本発明の実施例はプロセス自体及びプロセス環境更にはそれらと組合さった他の プロセス装置に耐えるように設計され構成され得る。本発明の実施例は、購入、 設置、運転、保守、修理及び（または）交換に関して実用的な価格となるように 設計され構成され得る。本発明の実施例は、既存の組成モニタ装置より高速でし かもより正確にかつより広い測定範囲をもたらすように設計され構成され得る。

本発明の実施例は、今日いかなるモニタ装置でも可能でない広範囲の応用に対し て組成モニタを行うことのできるように設計され構成され得る。

背景技術 成分及び混合物が静止していたり、バッチ内で動いていたり、或いは連続して流 動していたりする固体、液体、気体及びそれらの混合物を伴う多くのプロセスに おいては、正確で比較的安価な組成モニタ装置及び方法が必要である。さらに、 これらのモニタ装置はモニタ操作のためにプロセスを遠回りすなわち迂回させる のを避けるためプロセスとインラインで作動できることがしばしば望ましい。ま たモニタ装置は、モニタすべきプロセスと干渉しないように及び（または）モニ タ装置が例えば非常に腐食性及び（または）浸蝕性であるプロセスによって劣化 されないように侵入的でないことが望ましい。

代表的には、この種の組成モニタリングは作られ販売される製品、製造される製 品または貯蔵される製品の品質や量に関して必要である。プロセス制御、生産効 率及び安全性の目的にも組成モニタリングは等しく非常に必要である。

組成モニタリングを必要とするプロセスの中で一つの特殊なプロセスは石油産出 （採油）である。石油産出は陸上であるか沖合プラットホームであるか或いは海 底であるかどうかに関連して産出される油、水及びガスの量を連続してモニタす る必要性が満たされてない。これらの三つの成分をモニタする多くの異なった特 別の理由があるが、それらの集合的な目的は産出を最適化することにある。

今日、油、水及びガスの三つの成分は単に分離装置によって個々に測定され得る だけである。個々の油井試験には産出用の分離装置より容量の小さい比較的小型 の分離装置が使用される。これらの分離装置は試験分離装置として周知である。

所与場所では、通常、只一つの分Ｍ装置が利用できるだけであり、従ってすべて の油井を同時に連続してモニタすることはできない。

代わりに、油井は単に典型的には月−二回の間隔で試験されるが、それより間隔 を長くすることは珍しくはない。このようなたまで満足でない油井試験はまた、 分離プロセスが本質的に遅いものでありまた砂のような沈着物の除去を伴う日常 の保守が必要であることに特表千４−５００８５７　（５） よる。さらに、個々の油井から試験分離装置へ産出物を引き出すためには手の込 んでしかも時間を浪費する操作が必要である。

従って、各油井の性能及び状態を把握するために産出場所または溜めにおいて各 個々の油井から産出される油、水及びガスの量を連続して測定できる安価で実用 的な組成モニタ装置が特に必要であることは明らかである。これらの個々の測定 から産出率及び総体回収率に影響し得る溜め内の変化についての結論を出すこと ができる。

試験分離装置の別の欠点は、沖合プラットホームおいてそれらの試験分離装置が 相当な構造上のコストファクタとなっていることにある。試験分離装置は典型的 には１５〜２０トンの重さがあり、かなりのスペースを占め、しかも運転及び保 守に多数の作業者が必要である。重量、スペース及び人員はプラットホームにお ける主要なコストファクタであり、例えば、メートル法のトン当りのコストはい ずれの場合でも２００．０００〜６０ｏ、ｏｏｏ　ドル掛かる。それで、プラッ トホームにおいて試験分離装置を軽量でしかも運転に作業者を必要としない組成 モニタ装置に替えることが特に必要である。

沖合掘削装置においては、試験分離装置を交換するための付加的な動機は、それ らの試験分離装置の機能がそれらの装置を安全に作動しなくさせることを包含し ている掘削装置の動き（横揺れ及び傾き）によって損なわれることにある。

掘削作業の場合一般には、戻し掘削性の油、水、ガス及び固体の含有量を連続し て測定できる組成モニタ装置も必要である。そのようなモニタ操作の理由の中で 最も重要なのは、貯留が戻し泥に流体を加えているかを把握し、もしそうであれ ばどの程度の割合であるかを把握することにある。このような貯留産出は起こり 得る吹き出しを知らせることができ、そのような吹き出しは早期警告で阻止する ことができる。

貯留からのこのような流入を検出する既存の手段は原始的であり適切なものから 掛は離れている。そのような既存の手段は例えば僅かな液体の体積変化には感応 しない大きなタンクを備えた液体レベル検出器から成っている。沖合での非常に コストの掛かる組成モニタリング作業は、特に幾つかの坑口からの産出物が受槽 場所へ通じる単一流管路中へ混合される場合に？ＦＩ底坑口から産出物を試験す ることである。すべての油井の閉鎖を避け、試験すべき油井を閉鎖するために、 受槽場所へ通じる付加的な試験管路を使用して受槽場所で試験するため個々の油 井からの産出物を流す必要がある。特別の管路を敷設することはそれ自体コスト が掛かり、しかも個々の油井産出物を流すことは、特に海底環境では複雑で総産 出物の信頼性を損なう特別の装置、構造及び制御装置が必要とされる。従って、 明らかに、単にモニタ結果だけをケーブルにより又は音響的に受槽場所へ伝達す る必要のあるような各海底坑口の一体の部分を成し得る組成モニタ装置に対する 大きな経済的かつ実用的な要望がある。

恐らく、油井組成モニタ装置の究極の必要性は一つまたは複数の貯留産出物ゾー ンにおける設備ダウンホールに対してである。そのような装置は今日全く存在し てない。

石油工業におけるインラインの連続した組成モニタ装置の別の必要性は供給場所 、パイプラインに沿った場所、受音場所及び石油製品の別の処理・プロセス及び 精製において管理移送のために油中の少量の水を測定することにある。現在、財 政上の観点から測定はしばしば少量の産出物サンプルを取出すことによって行わ れており、これらのサンプルから通常滴定法により水分含有量を測定し記録して 総水分食有量を統計学的に決めている。予想され傳るように、いろいろなサンプ ルの水分含有量を把握してないと、販売者と購入者との間で測定方法や結果に関 して争いが生じることになる。

石油工業においては、重油すなわち自由に流れ得す汲み上げることのできない高 粘性油の生産を高め及び（または）その様な油を生産できる用にするため貯留部 水蒸気注入がしばしば用いられる。このような油を回収するために、貯留部を容 易に充満させる窩エネルギの水蒸気が貯留部内に注入され、気体が凝縮する際に 放出される熱エネルギを利用して油を加熱してそれの粘性を充分に低下させるこ とによりその様な油を生産できるようにしている。水蒸気注入中及びその後に全 ての貯留産出油井はしゃ断される。その後、貯留部内で全ての水蒸気が凝縮した と考えられると、産出が開始し、そしてこの産出は水蒸気注入が再び必要となる まで続けられる。ここで説明した方法は通常“ハフブフ（ｈｕｆＴ　ａｎｄ　ｐ ｕｆｆ）法と呼ばれるが、水蒸気の注入及び産出を連続して行なう水蒸気“駆動 ゛フィールドもある。明らかに、上記から被注入水蒸気の特性をモニタすること は経済的に望ましい。気体の含有量が高くなればなるほど、特性は高くなる。同 様に明らかなように、産出された流体が、使用されないエネルギを握することは 経済的に重要である。

従って、石油工業及び本質的には全ての水蒸気生産者及び利用者とっては、水蒸 気の特性を連続してモニタする装置が必要とされる。このような生産者及び利用 者の別の例としては原子力発電設備がある。

採油の外にも組成を正確にモニタする必要のある製品及びプロセスに関する多く の工業及び商業があるが、そうするための適切な連続式及び（または）バッチ式 モニタ装置がない。

パルプ及び紙工業においては、燃焼炉へ汲み込まれるバルブ溶液の水分含有量を 連続してモニタする必要特表千４−５００８５７　（５） がある。仮にバルブ溶液中に水分が過剰に存在すると、炉が破裂する危険がある 。適当に正確でしかも非侵略性のモニタ装置がないため、あるパルプ及び製紙会 社は炉の破裂を定期的に予算に組み入れている。正確なモニタ装置は溶液中の極 端に高い水分含有量を警告するのに使用され得る。

また食品加工業においても、加工した及び（または）生の食品の組成をすばやく 測定できるモニタ装置が必要である。特に関連するのは水分含有量である。牛乳 加工業は典型的な例である。牛乳及び乳製品の脂肪分及び水分含有量は販売所で 販売される一定の基準に会なければならないが、脂肪分及び水分含有量を連続し て測定する適切なモニタ装置は未だ提供されてない。

その結果、牛乳生産者は、製品が基準を満たすのを保障するため製品に過剰の乳 脂肪分を加えておかなればならない。正確で簡単な脂肪分及び水分含有量の連続 モニタ装置が利用できれば、部分の乳脂肪をバターやアイスクリームの製造に振 り向けることができる。

燃料輸送及び配給システムは燃料の水分含有量をモニタする正確な連続装置を必 要としている。例えば、ジェット燃料を航空機へ供給する際にジェット燃料の水 分含有量を測定する必要がある。燃焼効率を改善するためにジェット燃料には僅 かな割合で水分が添加されるが、しかし過剰の水分が存在すると、運転中、エン ジン故障を含めて重大な問題が生し得る。

石油化学及び化学工業においては、含有した液体が水分でないかもしれない場合 に多くの組成モニタ操作が必要である。そのようなプロセス液体の例としてはプ ラスチック樹脂、ポリマー、アルコール、酸及び育種溶剤がある。各々の場合、 これらの化学物質の混合物の組成をそれらが処理され精製される際に連続してモ ニタできる簡単で連続式で丈夫で化学的に不活性でしかも安価なモニタ装置が必 要とされる。

ここに挙げた多くの組成モニタ例に対して、プロセスモニタ操作を行なうのに一 般に利用できる技術はない。本発明の目的は、これらの分野及び多くの他の同様 な応用に共通する集中組成モニタ操作の要求を満たすモニタ手段及び装置を提供 することにある。共通の要求としてはモニタ手段が、 １）インラインであること、 ２）連続して測定すること（すなわち測定周期時間が短いこと）、 ３）困難なプロセス条件、 高い内部温度及び圧力、 腐蝕性プロセス成分、 研磨性成分、 粘性液体 に耐え得ること、 ４）侵略的でないこと、 ５）正確であること、 ６）試験部分の外側の幾何学的形状に感応しないこと、７）信頼できること、 ８）比較的安価であること、及び ９）工業的な環境に充分耐えるように丈夫であることプロセスの流れのＲＦ誘電 体測定を行なう導波管のようなプロセス流れ管を用いる概念は新規なものではな い。管内でなされるＲＦ誘電率導波管測定について開示している特許文献に開示 された他の装置はそれらの機能において相当異なる。はとんどのものは、時間に 関して子分の−の精度も維持することが困難である振幅測定システムである。そ のようなシステムの例は、１９８４年７月１０日発行のザクライ外の米国特許第 ４４５１．０８５号明細書、１９７０年３月３日発行のＨＯνａｒｄの米国特許 第３，４９８，１１２号明細書、１９７５年５月１３日発行のＦｒｅｅの米国特 許第３．８１１３．７９８号明細書、１９８１年１１月１７日発行のＰａａｐの 米国特許第４．３０１．４００号明細書及び１９８１年１１月１７日発行のＰａ ａｐの米国特許第４，３０１，４００号明細書に開示されている。位相を測定す ることは１９８４年１月３日発行のＨｏ外の米国特許第４，４２３．６２３号明 細書に開示されたもののようなものがある。この場合でも時間に関して子分の− より良い精度は困難である。

Ｈｏ外の米国特許は、基本的には周波数の関数としての振幅測定である導波管の しゃ断層波数を測定することにあるが、しかしながら、しゃ断層波数を決めるこ とは幾分根拠がなく、直接測定することはできない。本当は、ＨＯ外の米国特許 に開示された装置は振幅測定が或いは位相測定を利用しており、真の周波数の精 度を識別する装置とはできない。Ｆｒｅｅ外の米国特許における装置では周波数 を測定するが、誘電率が大きく変動する拡範囲にわたって物質の組成を測定する のには充分適用することができない。この装置は試験区分の各端部に異なった界 磁方向を設けることによって試験区分を分離している。このような界磁方向の境 界に横断面が矩形の導波管を設けることは容易であるが、横断面が円形の導波管 を設けることはできない。Ｆｒｅｅ外の米国特許の装置において連続した中央供 給路を設けるために装置において測定されることになる物質の誘電率と同じ誘電 率をもつ物質のスラブが試験区分の各端部の終端に設けられる。装置は、スラブ の誘電率と測定すべき物質の誘電率との間の変動が大きければ大きい程感応が悪 くなる。

流体用の種々の他のモニタシステムは従来技術において公知である。１９８４年 ７月ｌＯ日発行のＭｅａｄｏｒ外の米国特許第４．４５８，５２４号明細書には 、誘電率、密度及び温度測定値を利用して原油産出流の組成を測定する原油産出 流分折装置が開示されている。この装置はまた移相基づいて誘電率を測定してい る。その他の組成モニタ装置は以下に挙げる米国特許に開示されている。

特表千４−５００８５７　（７） １９７２年８月２９日発行のＢａｋ外の米国特許第３．１３８８．１８８号明細 書、１９７４年６月１１日発行のＣｍｅｌｉｋ　Ｋの米国特許Ｍ３．８２Ｌ９７ ８号明細書、１９７５年６月１０日発行のＥａｓｌｅｙ外の米国特許第３．８８ ９．１８２明細書、１９７５年８月５日発行のＤｅ　Ｖａｌｅの米国特許第Ｌ８ ９７，７９ｇ明細書、１９７８年８月１日発行の５ｃｈｏｆｉｅｌｄの米国特許 第４．１０４．５８５明細書、１９７８年１１月７日発行のＺｅｔｔｅｒ外の米 国特許第４．１２４，４７５明細書、１９８１年５月５日発行のＴｈｏａｐｓｏ ｎの米国特許ｊｉ４．２６６．１８８明細書、１９８１年９月８日発行のＤｅｃ ｈｅｎｅ外の米国特許第４．２８１１．７４１明細書、１９８２年４月２７日発 行のＷａｌｋｅｒの米国特許第４，３２７．３２３明細書、１９８２年７月２０ 日発行のＲｏｓｓｏの米国特許第４．３４０，９３８明細書、１９８２年８月１ ７日発行の５ｈｅｌ　Ｉｅｙの米国特許第４．３４５．２０４明細書、１９８３ 年１月２５日発行のＧｒｅｇｏｒｙ外の米国特許第４．３７０．ａｌｌ明細書、 １９８３年６月７日発行のＹｏｕｎｇｂｌｏｏｄの米国特許第４．３８７．１６ ５明細書、１９８４年１月３１日発行のＭａｚｚａｇａｔｔｉの米国特許第４． ４２９．２７３明細書、１９８４年４月１０日発行のＣａｒｌｓｏｎの米国特許 第４．４４１，３６２明細書、１９８５年９月２４日発行のＳｔｅｗａｒｔ外の 米国特許第４．５４３．１９１明細書、１９８５年１１月２６日発行のＢｅｎ５ ｏｎ外の米国特許Ｍ４．５５５，６６１明細書、１９８５年１２月１７日発行の Ｇｏｌｄｂｅｒｇ外の米国特許第４，５５９．４９３明細書。しかしながら、こ れらのシステムのいずれも流体の流れに干渉せずにまたはシステムの構成要素が 流体によって損傷を受けることなしに管内を流れる多成分流体をモニタてきなな い。

従来、液体プロセス流れの組成をモニタするために容量計及び導電率計が普通に 用いられてきた。例えば容量計は１９８１年５月１２日発行のＡ１１ｐｏｒｔＤ 及び５ｃｏｔｔ外の米国特許第４，２６６．４２５明細書や１９８８年５月２５ 日付けで公告された欧州特許出願第０２８８３９９号に開示されている。この明 細書に記載したＲＦインピーダンスモニタ方法にはこれらの低周波数方法に勝る 幾つもの基本的な利点がある。低周波数装置は比較的流れ応答性がよくまた水中 の塩分に対して比較的応答性がよい。容量計は、水の導電率が低くない限り水が 混合物の連続相であると、正確には機能しない。また、油と水の混合物のように インピーダンス特性をもつプロセス流れの誘電率及び導電率を測定できる単一測 定装置を構成することも非常に困難である。その理由は、油連続混合物と水連続 混合物との相対インピーダンスレベルが桁違いに大きく異なるためである。更に 、容量計の潜在的精度は、測定される容量が小さく、フルスケールでも丁度１０ ピコファラド程度であるので、長期間の使用では十分の−よりあまりよくない。

安定性は信号線容量ドリフト、温度ドリフト、信号ドリフト等のため達成し難い 。機械的観点から、多くの容量計は同軸電極を使用しており、同軸電極の一つは 管の中央に位置決めされる。このような形態では、それらの容量計は管を通常の 仕方で清掃するのを不可能にさせている。更に、それらの容量計は多くのプロセ ス流れの腐蝕性及び研磨性環境にさらされる。

更に当該技術分野においては相互相関技術を用いて流体の流れる容器に沿った種 々の位置で取られた測定値から流量を測定することも公知である。そのような流 量装置は例えば、１９７３年１０月２日発行のＣｏｕｌｔｈａｒｄの米国特許第 ３，７８２，２２１明細書、１９７６年７月６日発行のＦｏｒｓｔｅｒの米国特 許第３，９６７．５００明細書、１９８１年２月３日発行のＣｏｕｌｔｈａｒｄ の米国特許第４．２４８，０８５明細書、１９１１１年３月２４日発行のクリタ 外の米国特許第４．２５７，２７５明細書、１９８３年４月２６日発行のデカモ ト外の米国特許第４，３８０，９２４明細書、１９８３年９月６日発行のＲａｐ ｔ　ｉｓ外の米国特許第４．４０２，２３０明細書、１９８３年１１月２９日発 行のＣａｔｈｉｇｎ０１外の米国特許第４，４１７．５１１４明細書、上記で挙 げた米国特許ｊｆｉ４，４２３．６２３明細書、１９８７年９　月１５日発行の アメミャの米国特許第４，６９３，３１９明細書、及び１９８７年１１月２４日 発行のＢｒａｕｎ外の米国特許第４．７０８．０２１明細書に開示されている。

しかしながら、これらの全ての装置で得られる測定値は本発明と異なった仕方で 相互相関される。１９８５年ｌＯ月２２日発行の米国特許第４．５４８，５０６ 明細書では物質の誘電特性に基づいた信号を相互相関するが、流量を測定するた めのものではない。

発明の開示 従って、本発明の目的は管内を流れる多成分流体をの組成を、流体の流れに重大 に干渉することなくモニタする新規の多成分流体モニタ装置及びモニタ方法を提 供することにある。

本発明の別の目的は、モニタ装置の活性電気的構成要素が流体と物理的に接触す る必要のないモニタ装置及びモニタ方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、従来技術のモニタ装置及び方法で可能であるより広い 範囲の誘電体特性をもつ多成分流体の組成をモニタできるモニタ装置及びモニタ 方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、従来技術のモニタ装置及び方法で可能であるより高い 導電率をもつ多成分流体の組成をモニタできるモニタ装置及びモニタ方法を提供 することにある。

本発明の更に別の目的は、混合物の成分の一つが塩水である流体の組成をモニタ できるモニタ装置及びモニタ方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、定在電磁波パターンを発生し、変換機構を簡素化しか つ精度を改善したモニタ装置及びモニタ方法を提供することにある。

本発明のなお別の目的は、モニタすべき流体が一様に混合されているかどうかを 測定できるモニタ装置及びモニタ方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、三つの成分流の組成が誘電率及び（または）導電率及び密 度の測定に基づいて測定特表千４−５００８５７　（８） されるモニタ装置及びモニタ方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、高精度の、周波数弁別型二成分流体流れモニタ装置を 提供することにある。

本発明の別の目的は、流体の流量を測定でき、流体の組成をモニタするモニタ装 置及びモニタ方法と組合さったシステムを提供することにある。

本発明はこの種の組成モニタリングの需要に応じることのできるモニタ方法及び 装置を提供することにある。更に、本装置は、多重流れ状態が混合物成分の不混 和性により可能である混合物をモニタするのに使用することができる。更に、本 装置は利用者とって比較的低コストで簡単に製造できるように設計される。

本装置は関連するプロセス流れのＲＦ誘電率及び（または）導電率を測定するこ とによって作動する。二つ以上の成分が存在している場合には、密度測定はＲＦ ゼインーダンス測定と組合される。はとんどの適用例では、装置の動作周波数は ５０ＭＨｚ〜３　ＧＨｚの範囲である。

必要ならば、装置はまた温度及び圧力情報を用いて成分インピーダンス測定デー タを修正するようにする。

本発明は、電気的には絶縁され、物理的には開放された構造の物質の複合誘電体 特性をパラメータ化するのに無線周波数（ＲＦ）ブリッジ技術を利用している。

試験中の物質を特徴付けするのに用いた主ＲＦパラメータは周波数及びＳａ、＊ である。装置は電磁導波管とじてプロセス流れの金属管を用いることによって機 能する。

適当な周波数の電磁エネルギは金属管に設けられた開口を介して結合される。こ の電磁エネルギは導波管のある距離下流で別の開口を介して測定される。この測 定値から、混合物のインピーダンス特性が導き出される。モニタ装置からの混合 物の温度及び圧力データは成分のインピーダンス特性を変えるための修正を行な うのに用いられる。混合物インピーダンスデータは検量線かまたは理論的上の組 成対誘電体モデルを用いて流れの組成を測定するのに用いられる。開口結合型導 波管の概念の利点は、装置を相対的に簡単に組み立てでき、また非侵略的なイン ラインプロセスモニタにできることである。管内の流体流れ断面にはアンテナや 電極は全く入り込ない。

本発明の方法及び装置の別の特徴は、プロセス流れが一様に混合されたのを測定 するのに用いられ得ることにある。この能力は、装置の最も大きな利用性のある 多くの応用が流れ中の不混和性成分の測定に関するので重要である。混合物の組 成と被測定インピーダンス特性との関係は既知の流れ状態にある流体に依存する 。

ここで記載した概念の新規の特徴は、測定を行なう手段である。装置は、既知の 長さの試験測定領域内で管内を反対方向に進む伝搬電磁エネルギが干渉するよう にして構成される。ある一定の特性動作周波数では干渉は全体として建設的また は破壊的である。これらの特性周波数を管内のプロセス流れの誘電率に関連付け ることは簡単なことである。従って、動作において本発明の装置は、一つまたは 複数の入力開口の動作周波数を走査することによって機能し、そして試験区分の どこかに設けられた受け開口を介して挿入損を測定する。挿入損が最大または最 小に達した時、動作周波数が記録され、それにより流体の誘電率が導き出される 。装置は幾つかの異なった仕方で構成することができる。この明細書では幾つか の方法について説明する。

しかしながら、これは一般には本発明の主題を成す技術である。

干渉区分の概念を利用した満足な設計の装置においては、特性周波数は非常にシ ャープに決められ、従って特性周波数を決める際に素晴らしい精度が可能である 。それらの特性周波数を１０５分の−（すなわち、ＩＧＨｚで１０ｋＨｚ　）以 上に良好に特定することができる。

この精度で周波数を発生し測定するための器具は容易に利用できる。これらの基 本的な特徴により、本発明の方法及び装置はパイプライン品質油の財政上のモニ タリング及び蒸気品質モニタリングのような適用に対して用いることができる。

これらの適用例は、約１／１００００またはそれ以上の誘電：＄精度を必要とす る。

上記及び関連した目的は、ここで説明する新規の多成分モニタ装置及び方法を用 いることによって達成され得る。本発明の一つの特徴では、本発明による流体モ ニタ装置は、測定の行われる管または他の流体拘留構造体の部分に組み込まれた 試験区分に電磁干渉を発生させる手段を備えている。特性周波数では、干渉は建 設的または破壊的である。特性周波数はプロセス流れの誘電率に単純に関係し得 る。このような測定方法は実質的に変換手段を簡単化させ、そして精度を改善さ せる。本発明の別の特徴においては、管内の流体が一様に混合されているかどう かを測定するため測定区分に幾つかの送受開口対が用いられる。一様な混合は正 確な流体組成モニタリングには本質的なことである。

本発明の第３の特徴においては、少なくとも三つの成分から成る流体の流れの組 成は、誘電率または導電率及び密度の測定に基づいたモニタ装置及び方法によっ て測定される。

本発明による多成分組成モニタ変換器は組成物を包囲する導電性壁を備えている 。一つまたはそれ以上の電磁波伝送開口及び電磁波受は開口は包囲体に対向して いる。伝送開口は包囲体内に電磁波を発生させるように位置決めされ、また受け 開口は包囲体から電磁波を受けるように位置決めされる。電磁波伝送開口（複数 ）及び電磁波受は開口を含む試験区分に電磁干渉パターンを形成する手段は試験 区分を横切ってのびる二つの平行な平面間に位置決めされる。本発明の別の特徴 においては、流体流れ組成モニタ装置は試験区分を特表千４−５００８５７　（ ９） 電気的に絶縁する手段を備えている。

上記の及び関連する目的の達成、本発明の効果及び特徴は、図面に関しての本発 明の以下の詳細な説明を考察することによって当業者には容易に明らかとなる。

図である。

第２図は第１図の組成モニタ装置の感度を上げるのに用いられる回路の概路線図 である。

第３図は第１図の組成モニタ装置の感度を上げるのに用いられる別の回路の概路 線図である。

第４図は本発明による第２の組成モニタ装置を示す概路線図である。

第５図は本発明による第３の組成モニタ装置を示す概路線図である。

第６ａ図は本発明による第４の組成モニタ装置を示す概略断面図である。

第６ｂ図は￥％６ａ図に示す組成モニタ装置の一部の断面図である。

第７図〜第１１図は本発明による組成モニタ装置の異なった使用例を示す概略断 面図である。

第１２図は本発明によるモニタ装置のｖ、１実施例を示す斜視図である。

第１３図は第１２図の線１３−１３に沿った断面図である。

？；１４図は本発明によるモニタ装置で得られた実験結果を示すグラフである。

第１５図は第１２図及び第１３図のモニタ装置に使用できる電子装置のブロック 線図である。

第１６図は￥％１２図及び第１３図のモニタ装置の変形例に使用できる第２形式 の電子装置のブロック線図を有する本発明の第２の実施例である。

￥＆１７図は第１２図及び第１３図のモニタ装置に使用できる第３形式の電子装 置のブロック線図を有する本発明の第３の実施例である。

第１８図及び第１９図は本発明によるモニタ装置の第４実施例を示す側面図及び 断面図である。

第２０図は本発明によるモニタ装置の第５実施例を示す断面図である。

第２１図は本発明によるモニタ装置の第６実施例を示す断面図である。

第２２図及び第２３図は本発明によるモニタ装置の第７実施例を示す断面図及び 端面図である。

第２４ａ図〜ｉ　２４ｈ図は第２２図及び第２３図のモニタ装置の変形を示す端 面図である。

第２５図は第１８図〜第２４ｈ図に示すモニタ装置に用いられ得る電子装置のブ ロック線図である。

第２６図〜第３４図は本発明によるモニタ装置で得られた実験結果を示すグラフ である。

第３５図及び第３６図は本発明によるモニタ装置の第８実施例を示す端面図及び 側面図である。

第３７図は本発明による第９実施例から成る組成測定システムの概略側面図であ る。

Ｎ２Ｈ図は第３７図のシステムで行われる変換プロセスの流れ線図である。

第３９図及び第４０図は本発明によるモニタシステムの側面図及び端面図である 。

第１８〜第２４ｈ図は第３９図及び第４０図に例示したモニタシステム用の電子 装置のブロック線図である。

第４４図及び第４５図は本発明による流量モニタシステムの概略側面図である。

発明の理論的背景 周波数及び減衰パラメータの使用並びに本発明の理論的基礎について第１図に示 す伝送線路モデルを用いて説明する。第１図において、電源２からの正弦波ＲＦ 倍信号３で二つの等しい同位相の信号に分けられ、伝送線路６の両端４．５を駆 動する。電圧センサ７は二つの端部４．５から等距離でない位置８で伝送線路６ に結合される。この例示の目的で、電圧センサ７は伝送線路６に緩く結合され、 また伝送線路は両端で充分に整合されると仮定すると、センサ７における電圧は 二つのベクトルの和 ｖｐ　−ＶＯ［ｅｘｐ（Ｇ＊Ｌｌ）　＋ｅｘｐ（−Ｇ＊Ｌ２＞　（１）として表 すことができる。

ここで、損失のない場合には、複合伝送定数（Ｇ）は虚数であり、またＬｌ、　 Ｌ２は電圧センサ７及び伝送線送線路６の両端４．５間の物理的長さを表してい る。

第２項における負の符号は座標系の選択によるものである。この場合、座標系の 原点は図面の左側に取る。

その結果、Ｌｌは正であり、Ｌ２は負となる。従って、両方の項において電圧の 振幅はそれぞれの駆動点の振幅より小さく、またその位相は遅れている。複合伝 送定数は伝送線路の幾何学的形状及びその構成材料に依存する。例えば、中空伝 送線路を構成し、そしてそれに脱イオン水を充填するとすると、この複合伝送線 路は特定の伝搬定数をもち、そして特定のセンサ電圧（特定の振幅及び位相）を 発生する。伝送線路内の水に幾らかの塩分を加えると、伝搬定数は変化し、セン サ電圧も変化する。塩分は溶液中へイオンを導入するので、それの導電率は変化 し、主として伝搬定数の後方部分の変化として現れる。センサ７においては、塩 分の添加は振幅を変化させるが、位相は本質的に変化させないままである。

これらの変化に対する上記シスカムの感度を改善する幾つかの方法がある。幾つ かのそのような方法について説明するが、当業者にとっては他の方法を用い゛Ｃ 本発明を実現することができる。第１の方法は第２図に示すもののような一般化 された抵抗比ブリッジ９を利用する。この場合、試験セル（この例では中空伝送 線路、Ｌｌ）の基準設定は、センサ電圧がゼロとなるまで減衰器（ＲＴ）及び移 相器（φ丁）を調整することに特表千４−５００８５７　（１０） よって行われる。そして、試験セルのインピーダンス及び伝搬特性が変化すると 、ブリッジ９は不平衡となる。この場合、ブリッジ９の感度は一定辺のインピー ダンス（ＲＩＳＲ２）の比を変えることによって調整可能としている。

第２の方法は第３図に示すセットアツプｌＯを使用し、伝送線路長さくＬｌ　、 Ｌ２　）の差を調整するか或いはＲＦ１１源２の周波数を調整することによって 基準ゼロを形成する。いずれの調整場合も、目的は試験セル（Ｌｌ　、Ｌ２　） の二つの部分の間に１８０°の伝送移相差を得ることにある。損失性の物質が試 験セルを充填している場合には、センサにおける二つの波の振幅は等しくなく、 その結果互いに相殺してゼロを形成しない。そこで図示した減衰器１１を調整し てセンサ７において所望のゼロが得られるようにする。この技術の別の感応性の 少ない変形は、試験セルに任意の長さを用い、減衰器と直列に移相器を挿入し、 そしてそれを（周波数の代わりに）用いて伝送移相差をと記のように設定するこ とから成る。

上記の考察は、伝送線路が試験セル以外で十分に整合していると仮定した。これ により試験セル以外での不整合によるすべての反射は無視できる。実際に、これ は、試験セルの両端に抵抗性または反応性の終端部を設けることによって行われ 害る。最初に第４図に示すように抵抗性終端部１２．１３を使用する場合につい て説明する。第４図において、ＲＦエネルギは位置Ａ、　Ｂで試験セルに結合さ れる。センサ電圧は位置Ｃから取り出され、残りのエネルギは各端部の充分に整 合した終端部１２．１３（符号Ｔで示す）によって吸収される。

管のような中空伝送線路の例を考えると、これらの終端部１２．１３は試験セル を残りの管系から分離している。

言い換えれば、これらの終端部１２．１３以外の管における屈曲部及び（または ）弁は背センサ７の出力にほとんど影響しないかまたは全く影響しない。

反応性終端部を用いて試験セルを管系の残りの部分から分離するためには、反応 性終端部の抵抗の大きさは非常に大きいかまたは非常に小さくなければいならな い。理惣的には、試験セルと反応性終端部との間のインターフエースにおける反 射係数の大きさは１である。試験セルが損失のない物質で充填されている場合に は、試験信号はこれらの終端部で前後に反射される。

その結果、第４図にＡ、Ｂで示された信号入口部の一方を省略することができる 。また位置Ｃにおけるセンサ７は省略でき、そして残りの入力線路に指向性結合 器を挿入することができる。この指向性結合器によってモニタされる試験セルで 反射された信号はセンサ信号である。この試験セットアツプの変形例は低損失の 物質の組成をモニタするのには有効であるが、試験物質の誘電正接が大きくなる ので感度が欠ける。第５図には、損失性の物質の組成をモニタするため、試験セ ルに反応性終端部１５．１６を用い感度を改善した試験セットアツプ１４が示さ れている。この場合、式（１）で与えられる関係はなお連用するが、反応性終端 部１５または１Ｂでの反射によって逆の進行波が生じられる。当業者には明らか なように、この形式の試験セルは上記のものと同様に種々の方法で実現できる。

反応性終端部１５．１６はしゃ断導波管、帯域消去構造体または他の結合要素を 用いて構成され傅る。電源２及びセンサ７の位置（図面ではＡ、Ｂ）は所望の動 作特性に応じて変えることができる。電源及びセンサの結合要素は同じ形態また は同じ形式のものである必要はない。一方に電界結合をまた他方に磁界結合を利 用することができる。

そのような試験セルの簡単な例として、第６ａ図に示すように試験区分と呼ばれ る長さくＬ）の矩形導波管１７を考え、この矩形導波管１７の両端は試験区分の 半分の幅をもつ同様な導波管１８で終端される。この例では、試験区分の長さは その幅の３〜４倍の範囲である。三つのＥフィールドプローブ１９．２０．２１ が設けられ、一つのプローブ１９はこの試験区分の長さに沿って中心法めさされ 、他の二つのプローブ２０．２１は図示したように試験区分１７の各端部から試 験区分の長さの１／４より幾分短い位置に位置決めされる。低損失のサンプル流 体がこの導波管構造体を通って流れることができ、そして試験発振器２０の周波 数が第２の空洞共振に調整されるとすると、試験区分における電界２２の大きさ は第６ｂｒＸＪに示すようになる。この電界分布は試験周波数？ｌ１２０及びセ ンサ＃２と組合さったプローブ２１に強く結合され、基準ゼロはセンサ＃１と組 合さったプローブ１９に生じられる。前に説明したように、この基準ゼロはサン プルの誘電体特性の任意の変化に対する感応表示器である。

本発明は、伝送線路から成る物質の複合誘電体と複合伝搬定数との間の依存性を 利用して非常に感度のよいプロセスモニタ装置を搗供する。

空気または他の物質のような指定物質を含む導波管または同軸体のような特定の 伝送構造体の分析において、マックスウニルの式及び複数の媒体に対する構造式 で始まる。ここで関連する構造式は複数の媒体における電束密度（Ｄ）と電界（ Ｅ）との関係である。

Ｄ：ｍｅＥ この基本的関係は最初に物質の特性と伝搬の式とを結び付ける。誘電率（ｅ）は 等方性材料の場合スカラー量であり、異方性材料の場合にはテンソル量である。

ここの説明では等方性材料であり、ｌスカラー量であると仮定する。合成伝搬式 の形態は構造体によって支持されたモードに関係する。横電磁（ＴＥＭ）波の場 合、伝搬式は 「２　＋Ｋ　２　、　＝　Ｑ であり、ここで「は伝搬定数であり、またに、は特表千４−５００８５７　（１ １） Ｋ２　：ｍｗ２　μｅ で与えられる。

ＴＥＭの場合、伝搬定数は誘電率の平方根に比例する。

横電波（ＴＥ）または横磁波（ＴＭ）の場合、伝搬式はｒ”　：　ｍＫｃ２−に ２ であり、ここでＫｃは関連しているモード及び境界条件によって決まる定数であ る。これらの関係は伝搬定数の測定値から材料の誘電率を決めるのに用いられ得 る。

発明の詳細な説明 本発明の方法及び装置は材料の無線周波数誘電率測定を行う技術に関係する。こ の情報は材料の組成、材料の均質性、及び（または）ある仕方で動いている際に は材料の流量を測定するのに用いられ得る。

本発明の装置は、電気的には絶縁されるが物理的には開放される独特の構造をも っている。試験区分の電気的絶縁は、測定すべき材料の誘電率測定を非常に正確 に行うことができる仕方で実施される。物理的に開放した構造は、連続して流れ ている材料の測定、バッチ内の材料の測定、または試験区分に挿入される材料の 単一ユニットの簡単な測定を可能にさせる。構造的には、試験区分は中空伝送線 路であり、この中空伝送線路を通りで電磁波が導波管の形態で伝搬でき、そして この中空伝送線路内に関連した材料が導入される；試験区分内には電極、アンテ ナ、または他の装置を突出させる必要はない。

本発明の装置は試験区分内の高い内部温度及び圧力に耐えるように構成され得る 。測定すべき材料は、モニタ装置を重大に損傷させることなしにまたは経時的に 性能を低下させることなしに非常に腐食性または研磨性の高いものでありでもよ い。一般に、本発明の装置は多くの異なった工業プロセスセツティングにおける 材料の組成をモニタするのに適している。

本発明の方法及び装置は、一般に、材料の誘電体特性が組成に関係し得る広範囲 の種々の材料を測定するのに有効である。本発明の方法及び装置は液体、固体、 気体、及びそれらの混合物を測定するのに用いられ得る。例えば、 １）本発明の方法及び装置は、液体または液体混合物の組成、流量、及び（また は）均質性を測定するのに用いられ得る。応用は、油と水の混合物の連続した組 成測定、またはプラスチック樹脂のバッチの重合化の度合の測定を包含している 。第７図は装置２３を用いて液体２４を測定する仕方を示している。

２）本発明の方法及び装置は、固体と液体との混合物の組成、流量、または均質 性を測定するのに用いられ得る。応用は、コールスラリー中の石炭含有量、牛乳 の脂肪含有量、または汚水中の汚物含有量を測定することを包含している。第８ 図は装置２５を用いて液体２６と固体２７との混合物を測定する仕方を示してい る。

３）本発明の方法及び装置は、液体と気体との混合物の組成、流量、及び均質性 を測定するのに用いられ得る。応用は、流れの状態を測定するのに用いられ得る 飽和流れ中の気孔含有量をモニタすることまたは油井からの油、水及びガスの混 合物を測定することを包含している。第９図は装置２８を用いて液体２９と気体 ３０との混合物を測定する仕方を示している。

４）本発明の方法及び装置は、固体と液体と気体との混合物の組成、流量、及び 均質性を測定するのに用いられ得る。応用は、石油工業における掘削泥中の水及 びガスの含有量をモニタすることまたは乾燥食品中の水分含有量を測定すること を包含している。第１Ｏ図は装置３１を用いて固体３２と液体３３と気体３４と の混合物を測定する仕方を示している。

５）本発明の方法及び装置は、固体と気体との混合物の組成、流量、及び均質性 を測定するのに用いられ得る。一つの応用は、粉体中の固体の含有量をモニタす ることである。第１１図は装置３５を用いて固体３６と気体３７との混合物を測 定する仕方を示している。

被測定材料または混合物の組成が本発明の方法及び装置によって得られた誘電情 報から正確な形で決まらなくても、この装置は正確志向のモニタとして使用する ことができる。

本発明の方法及び装置は、導波管として作用する中空金属試験区分内に電磁波伝 搬を起させることによつて機能する。電磁エネルギは金属導波管内に設けられた 誘電的に負荷された開口を通して導波管構造体内に結合される。本質的には、導 波管試験区分は管の特別に設計された区分である。この試験区分は、その近く・ 　に位置した他の機器から電気的に分離するため両端で終端されている。終端は 反応性負荷かまたは抵抗性負荷の形態を取っている。

本発明の装置は、導波管試験区分内に逆方向に電磁エネルギを伝搬させて干渉さ せるように設計される。

動作周波数を掃引させることによって、建設的または破壊的干渉の生じる周波数 が特定できる。この情報は材料の誘電特性に関係し、材料の誘電特性は材料の組 成情報に関係し得る。

装置はＩ？Ｆ平衡型ブリッジとして作動し、二つの異なった伝搬辺における信号 は位相及び大きさにおいて平衡にされ、鋭いピークまたはゼロを形成するように される。ピークまたはゼロの生じる周波数は非常な精度で測定され得る。物理的 に開放した構造体において材料の誘電特性を測定するこの新規の手段により、工 業的に有効な装置において従来実現できていない精度でＲＦ誘電率を連続して測 定することが可能となる。

試験材料の導電率が高いときには、導波管試験区分内を伝搬する電磁エネルギの 減衰は参目当なものとなる。

もし導電率が十分高ければ、干渉パターンは忠別できず、また誘１！率は第３図 に示す方法では測定できない。

特表平４−５００８５７　（１２） 代わりに、装置は、ある一定の周波数で結合スロット間の１！磁の減衰を測定す る。これらの測定値がら試験材料の導１ｉ＄が決められる。

材料についてのＲＦ誘電体情報率を得る本発明の新規の装置はＩ？Ｆ測定に基づ いた工業プロセス流れの組成をモニタするため従来技術に特有の二つの重要な制 限に関して改善する。

Ｎ１に、測定した電磁娠幡及び位相測定値の正確なプロセス流れ誘電体情報への 変換が簡単化される。所与プロセス流体に対して建設的または破壊的干渉の生じ る特性周波数はほとんど全体としてほんの五つのパラメータ、すなわち試験区分 の長さ、試験区分内の管の直径、終端部の反射係数、種々の結合スロット間の間 隔及び流体の誘１ｉ：＄に関係する。ｔｉ源が試験区分に弱く結合される際には 、外部信号発生回路は平衡型ブリッジ測定にはほとんど効果がない。更に重要な ことは、信号源と試験区分との間の結合ａｍは十分に特徴付けられる必要がない 。従って、測定された特性周波数と材料の誘１１＄との間には相対的に単純な関 係が成り立つ。この単純さにより結果として直接精度が改善されることになる。

また重大な設計し直しの必要なしに広く変化する誘電特性をもつ広範囲の種々の 材料に対してこの装置を適用することが困難でなくなる。

本発明の第２の重要な利益は、試験区分の外部のプロセス機器によって生しる測 定の揺らぎに不感応であることから得られる。工業上のセツティングにおいて、 上記型の組成モニタ装置はプロセスバイブラインのどこにでも配置できる。装置 はポンプから数フィート離れて、侵略的な流量計、弁に隣接して、または単に管 の屈曲部に隣接して配置することができる。プロセス材料が電気的性質において 比較的損失のないものである場合には、これらの物体は疑似エネルギを導波管に 基づいた組成モニタ装置の試験区分へ反射させる。ここの反射したエネルギは被 測定信号の振幅及び位相特性を変更させることになる。本発明の方法及び装置は 装置の試験区分を設備の残りの部分から電気的に分離して、電磁エネルギが実質 的に試験区分を越えて伝搬しないようにしている。これにより、管の切れ目にお ける疑似エネルギの試験区分内への反射によって生じる測定誤差の可能性はなく なる。またパイプラインにさえ接続されないスタンドアローン材料組成モニタ装 置として本発明の装置を用いることもできる。

本発明の新規の装置は、測定した材料のＲＦｉ電体特性に基づいて材料の組成、 流量、及び（または）均質性の変化を推測する。多くの材料の誘電体特性は温度 及び圧力の関数として変化する。このような変動を修正するために、本発明の装 置は必要ならば温度及び圧力測定装置を備える。

この方法を種々物理的に実施することは可能であり、物理的には開放しているが 電気的には絶縁された導波管試験区分に構造的に電磁干渉パターンが誘導される 。

ここでは幾つかの実施例について詳細に説明する。しかしながら、本発明によれ ば方法の多くの他の実施例も可能である。異なった結合機構、開口構造、導波管 モード、終端方法、開口位置、導波管構造（例えば円形の代わりに矩形）等は本 発明のモニタ装置及び方法から逸脱することなしに用いることができる。

一般の平衡型ブリッジによる実施例 一般の平衡型ブリッジによる測定方法は、異なりた電気的通路すなわち辺に二つ の同一電気信号を流し、一つの辺の誘電体特性を測定するようにした方法から成 っている。他の辺の伝送特性は、二つの出力信号が平衡または打ち消し合いそし てゼロとなるまで調整される。ゼロになった時に平衡辺で設定される伝送特性（ 振幅及び位相）はブリッジの未知の辺における伝送特性に独特に関連する。これ は第２図に例示した方法である。全平衡ブリッジの多能性が要求されない場合に は、第４図に示し前に説明した方法を用いることができる。この場合、各辺の誘 電体特性は同じであるが、未知である。二つの辺における不平衡は電気的長さを 違えることによって達成される。ブリッジの辺を平衡状態にさせるために、二つ の信号の位相及び振幅は、出力がゼロとなるまで調整される。この調整は、両人 力信号の周波数及びそれらの入力信号の一方の振幅を、出力にゼロが現れるまで 変えることによって行われる。

これは第３図に例示した動作モードである。試験材料の誘電体特性はゼロの生じ る一つの周波数または複数の周波数、二つのブリッジ辺の電気的長さの差、及び 出力にゼロの生じるように一つの信号に加えられた減衰に基づいて決めることが できる。動作モードは実施例１の説明において詳細に説明する。

実施例１ 第４図に示す概念を用いた本発明の第１の実施例は第１２図及び第１３図に示さ れる。この実施例では、同じ周波数の二つの伝搬波を導波管へ導入するため二つ の伝送開口１３７が用いられる。これらの伝送開口１３７の間には、結果として の干渉波形をサンプリングするための一つの受信開口１３９が非対称に設けられ ている。

試験区分１４１は、試験区分から逃げる電磁エネルギを吸収する抵抗性負荷１４ ５によって終端されている。ある一定の周波数では、受信開口における二つの波 の位相差は１８０°の整数倍であり、すなわち電気的長さの差は波長の１／２の 整数倍である。これらの周波数では、受信開口１３９で測定した挿入損は単に二 つの波の振幅の差である。二つの両波の振幅が受信開口において等しいと、測定 した挿入損スペクトルにシャープなゼロが現れる。振幅の平衡は、受信開口に近 い方の伝送開口に入っていく入力信号の減衰を調整することによってなされる。

第１４図にはこの実施例の模範の挿入特表千４−５００８５７　（１３） つの試験区分長さはブリッジ測定装置の二つの辺を表している。被測定信号が位 相１８０＠ずれ、大きさで平衡となると、出力にゼロが現れる。特性周波数、二 つの信号通路の電気的長さの差及び二つの信号通路の減衰の差は、試験区分にお ける材料の誘電率及び導電率に直接関連し得る。被測定材料が導電性でありゼロ を適切に決めかねるような場合でも、プロセス流れの導電率は単に試験区分ブリ ッジの最短辺における信号の減衰を単に測定するだけで特定することができる。

第１５図には変換器１３５と共に用いられ得る簡単な回路が示されている。入力 信号は二つの部分に分けられ、一方の分枝部は移相器１５３及び可変減衰器１４ ９を通っている。選択可能な移相器１５３は、二つの入力信号線１５５．１５７ 間の任意の位相差を補償するのに用いられる。電子装置１５１はデジタルプロセ ッサ１５９を備えている。このデジタルプロセッサ１５９はバス１６３を介して デジタル的に統合された信号発生器１６１に接続されている。信号発生器１６１ は電力分割器１６５及びＲＦ出力！１１１５５．１５７を介して変換器１３５に 接続されている。

ＲＦ出力線１５７は指向性結合器１６７、検出器ダイオード１６９．１７１を通 り入射電力入力線１７３及び反射電力入力線１７５にそれぞれ結合されており、 これらの両人力線はアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１７７に入力を供給す るように接続されている。入射電力入力線１７３　ハ％［器１３５への線１５５ に供給された入力ＲＦ’電力を表す信号をＡ／Ｄ変換器１７７へ供給する。変換 器１３５に供給された入力ＲＦｔｉ力の幾らかは、変換器１３５によって線１５ ５へ反射される。反射された電力入力線１７５は反射された電力の量を表す信号 をＡ／Ｄ変換器１７７へ供給する。変換器１３５における伝送開口１３７から離 間した伝送された電力の受信開口１３９は、検出器１７８、伝送された電力の入 力線１７９を介してＡ／Ｄ変換器１７７に接続されている。受信開口１３９は、 変換器１３５を通して伝送されたＲＦ電力入力の一部を表す信号を、入力線１７ ９を介してＡ／Ｄ変換器１７７に供給する。

変換器１３５における温度及び圧力感知素子１８１．１８３は温度及び圧力入力 信号を線１８５．１１１７を介してＡ／Ｄ変換器１７７に供給する。バス１８９ は双方向通信のためにＡ／Ｄ変換器１７７とデジタルプロセッサ１５９とを接続 している。デジタルプロセッサ１５９はバス４０２を介してデジタル・アナログ （Ｄ／Ａ）変換器４００に接続されている。Ｄ／Ａ変換器４００は可変減衰器１ ４９の減衰及び移相器１５３を変えるための制御信号を線４０４に供給する。

デジタル的に統合された信号発生器の代わりに、掃引発生器、電圧制御発振器、 または電流制御発振器を用いることができる。第１５図に示すセットアツプは多 くの実際の応用において簡単化することができる。ここでは肺Ｊ定の種類を説明 するため一般形式で示されているが、試料の誘電体特性を十分に特徴付けるのに 必要である。

実施例２ 第１６図にはこの実施例を実現できる電子装置のブロック線図が示されている。

この実施例は第１２図及び第１３図に示す変換器と同様であるが単に一対の開口 １３７Ａ、１３７Ｂを備えた変換器１３５Ａを用いている。開口１３７＾は伝送 開口であり、また開口１３７Ｂは受信開口である。し実施例１と実施例２との別 の相違点は、実施例２がシステムの全体感度を調整するため第２図に例示したよ うな抵抗性平衡回路網を利用している点である。可変抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗比を 調整することによって、実質的に任意の感度を得ることができる。デジタル的に 統合された信号発生器１９９の出力信号は１８０＠ハイブリツド２０１を用いて 分割され、この１８０′″ハイブリツド２０１は線２０３．２０５を介して同相 分割器２０７．２０９に接続されている。分割器２０７．２０９はそれぞれ分割 した位相信号を抵抗Ｒ１、Ｒ２に供給する。分割器２０７は別の信号を変換器１ ３５Ａの伝送開口１３７Ａへ供給する。

分割器２０９からの別の信号は移相器２１１可変抵抗Ｒ３を通って供給され、調 整できるようにしている。変換器１３５＾の受信開口１３７Ｂからの出力信号は 線２１３を介して分割器２０９からの信号と組合され、そして演算増幅器２１５ 及びダイオードＤ１を介して差動増幅器２１７の正の入力に供給される。可変抵 抗Ｒ１、Ｒ２からの共通出力は演算増幅器２１９及びダイオードＤ２を介して差 動増幅器２１７の負の入力に供給される。差動増幅器２１７からの出力は変換器 １３５＾を流れる材料の誘電率を表している。

デジタル的に統合された信号発生器の代わりに、掃引発生器、電圧制御発振器、 または電流制御発振器を用いることができる。第１６図に示すセットアツプは多 くの実際の応用において簡単化することができる。ここでは測定の種類を説明す るため一般形式で示されているが、試料の誘電体特性を十分に特徴付けるのに必 要である。

実施例３ 第１７図にはこの実施例の電子装置のブロック線図が示されている。この実施例 は、受信開口１３９ｃが伝送開口１３７０間に等間隔に位置決めされている点を 除いて第１２図及び第１３に図示す変換器と同様な変換器１３５Ｃを用いている 。実施例１と実施例３との相違点は、実施例３が周波数の異なる二つの信号で駆 動されるのに対して、実施例１が単一周波数信号で駆動される点である。

入力信号は二つの部分に分割され、一方の分枝部は周波数二倍器２３１、移相器 １５３及び可変減衰器１４９を通る。選択可能な移相器１５３は二つの入力信号 線１５５．１５７の間の全ての位相差を補償するのに用いられる。

デジタルプロセッサ１５９はバス１６３を介してデジタル的に統合された信号発 生器１６１に接続されている。信号発生器１６１は電力分割器１６５　、ＲＦ出 力線１５５．１５７特表千４−５００８５７（１４） を介して変換器１３５に接続されている。ＲＦ出力線１５７は指向性結合器１６ ７、検出器ダイオード１６９．１７１を介して入射電力入力線１７３及び反射電 力入力線１７５にそれぞれ結合され、これらの両電力入力線はアナログ・デジタ ル（Ａ／Ｄ）変換器１７７へ入力を供給する。

入射電力入力線１７３は線１５７を介して変換器１３５Ｃに供給される入力ＲＦ ｔｉＥ力を表す信号をＡ／Ｄ変換器１７７へ供給する。変換器１３５Ｃに供給さ れた入力ＲＦ電力の一部は変換器１３５Ｃによって線１５７へ反射される。反射 された電力入力線１７５はこの反射電力の量を表す信号をＡ／Ｄ変換器１７７へ 供給する。変換器１３５Ｃにおける伝送開口１３７Ｃから離間した伝送された電 力の受信開口１３９Ｇは、ダイオード２３３、伝送された電力の入力線１７９を 介してＡ／Ｄ変換器１７７に接続されている。受信開口１３９Ｃは、変換器１３ ５Ｃを通して伝送されたＲＦ電力入力の一部を表す信号を、入力線１７９を介し てＡ／Ｄ変換器１７７に供給する。変換器１３５Ｃにおける温度及び圧力感知素 子１８１．１８３は、温度及び圧力入力信号を線１８５．１８７を介してＡ／Ｄ 変換器１７７に供給する。バス１８９は双方向通信のためにＡ／Ｄ変換器１７７ とデジタルプロセッサ１５９とを接続している。デジタルプロセッサ１５９はバ ス４０２を介してデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４００に接続されている 。Ｄ／Ａ変換器４００は可変減衰器１４９の減衰を変えるための制御信号を線４ ０４に供給する。

デジタル的に統合された信号発生器の代わりに、掃引発生器、電圧制御発振器、 または電流制御発振器を用いることができる。第１５図に示すセットアツプは多 くの実際の応用において簡単化することができる。ここでは測定の種類を説明す るため一般形式で示されているが、試料の誘電体特性を十分に特徴付けるのに必 要である。

簡略化した平衡型ブリッジによる実施例ここで説明する実施例は多信号通路及び 抵抗性終端部を備えている。それらの実施例は平衡型ブリッジ回路網として作動 し、多入力信号通路は、材料の誘電率に関連した特性周波数でゼロが生じるまで 、一つの辺における周波数及び減衰を調整することによって平衡状態にされる。

この動作方法は、二つの干渉する電磁波間の振幅平衡が必要でない一組の実施例 を提供するように簡単化され得る。これらの実施例は反応性負部及び単一伝送開 口を第５図に示す仕方で用いている。

試験区分における伝送開口は導波管内に両方向の電磁波伝搬を生じさせる。二つ の逆向きの波が試験区分の端部における反応性負荷によって試験区分内へ反射さ れると、それらの波は互いに干渉し合う。事実、特定の周波数では、定在彼千渉 パターンは試験区分内に誘導される。受信開口はこの定在波パターンの位相及び 大きさをサンプリングする。ある一定の特性周波数では、干渉パターンは建設的 であるかまたは破壊的であり、挿入損スペクトルにおいて皿別可能なピークまた はゼロが測定される。測定された特性周波数は試験区分における材料の誘電率を 決めている。

この簡単化した方法を実現する幾つかの実施例の例について以下説明する。簡単 化した平衡型ブリッジ法の多くの他の実施例が可能である。

実施例４ 簡単化した平衡型ブリッジ法の一つの実施例の横断面図はｊｆ！ｌｉ１図及び第 １９図に示されている。この実施例において、電気的な切れ目は一定の距離離さ れた二つの帯域消去フィルタ４４の形態を成している。伝送開口４６及び受信開 口４７は試験区分４５内のこれらのフィルタ４４間に配置されている。フィルタ ４４はある一定の周波数範囲内の電磁エネルギの伝搬を阻止するように設計され ている。試験区分４５がこの帯域の範囲内の周波数で作動される場合には、電磁 エネルギは試験区分４５内へ反射される。帯域消去フィルタ４４は金属導波管４ ２にある一定の距離で分けられた長さのいろいろな幾つかのカット部４８．４９ ．５ｊを形成することによって構成される。これらのカット部４８．４９．５１ は放射損失を防ぐため金属包囲体５３．５５．５７によって包囲されている。

セラミックスのような絶縁性材料のスリーブ５９は導波管４２内に挿入され、変 換器４０の単純な内部形状を維持しかつ電子信号線から試験区分を絶縁している 。

明らかに、これは、反応性終端部を実現できる多くの方法の正に一つである。

実施例５ 第２０図には、簡単化した平衡型ブリッジ測定法を利用したモニタ装置の別の実 施例が示されている。このモニタ装置の変換器６０においては、導波管６２は異 なった誘電体材料６６．６８で内側をライニングされている。

試験区分６４は測定区分６４の外側の材料６８と非常に異なる誘電率をもつ材料 ６６でライニングされている。その結果電気的切れ目が形成されることになる。

これらの切れ目は伝搬してくる電磁信号の多くの部分を試験区分内へ反射させ、 試験区分６４を有効に絶縁している。

伝送量ロア０及び受信量ロア２は第１の絶縁性材１′−１６ｅ上で金属導波管に 設けられている。実際に、異なる誘電体材料６６．６ｇはセラミックスまたはプ ラスチックスで構成され得る。スリーブＢ８は金属でもよい。

実施例６ 第２１図には、簡単化した平衡型ブリッジ測定法を利用した別の実施例８０が示 されている。第２１図において、モニタ装置の変換器８０は導波管区分８４に接 続された物理的に大きな導波管試験区分８２を備えている。電気的に絶縁性のス リーブ８３は導波管８４をライニングし、直径の変化なしに導波管試験区分８２ の中心を通っている。伝送開口８６及び受信開口８８は導波管試験区分８２内に 配置されている。しゃ断層波数と呼ばれる信号周波数（この周波数以上で導波管 試験区分８２は伝搬する）特表千４−５００８５７　（１５） は導波管区分８４の周波数より低い。変換器８０の動作周波数が導波管８４のし ゃ断層波数より低くしかも試験区分８２の周波数より高く保たれると、導波管の 変化する接合部９０．９２は非常に有効なエネルギ反射装置として作用する。従 って、接合部９０．９２は試験区分８２を電気的に絶縁する電気的切れ目９４と して機能し、特性周波数で試験区分８２に定在波干渉パターンが形成されるこ第 ２２図および第２３図は単純化した平衡ブリッジ法を採用した変換器４１０の別 の実施例を示す。この実施例は、試験部２４５より先の導波管無効負荷部２４１ および２４３が試験部２４５より高い遮断周波数ををするという点で実施例６と 同様に機能する。これは、金属板２４９を用いて負荷セグメント２４１および２ ４３をより小さい部分に分割することによって行われる。この結果、他の実施例 は侵入性がないのに対して、実施例７は侵入性を有することになる。この実施例 の試験部２４５は、実施例５の試験部（第２０図）と同様に構成され、作動する 。

作動時に、試験部２４５が負荷部２４１および２４３の遮断周波数より低いが試 験部２４５のそれより高い周波数で操作される場合、伝搬エネルギーは接合部２ ４９および２５１で反射される。したがって、接合部２４９および２５１は、試 験部を電気的に隔離し、特性周波数で試験部２４５に定常波干渉パターンを設定 する電気的不連続部として機能する。

第２２図および第２３図において、２枚の金属板２４９は負部部を４つの部分に 分割するために用いられている。

Ｎ４２４ａ　〜２４ｈ図に示すように、金属板２４７ａ　〜２４９ｈをさまざま に異なる方向に変えても、試験部を電気的に隔離し、単純化した平衡ブリッジ法 の実現を不可能にするという所与の目的を達成することができる。

第２５図は、実施例４．　５．　６．および７を用いることのできる単純な電子 装置を示す。電子回路１００は、市販の各種マイクロプロセッサ集積回路のいず れを用いても実現できるデジタル・プロセッサＩ（１２を含む。

プロセッサ１０２は、バス１０Ｂを介してデジタル合成信号源１０４に接続され る。デジタル合成信号源に変えて、掃引発生器、電圧制御発信器、あるいは電流 制御発信器を使用することも可能である。信号発生器１０４はＲＦ出力回路１（ １８を介して変換器８０に接続される。変換器８０に代えて変換器４０．６０ま たは４１０を使用できることは理解されよう。ＲＦ出力回線１０８は、１１０で 検出ダイオード１１２および１１４を通じてそれぞれ投入出力入力回線１１Ｂお よび反射出力入力口ＩＩ　１１ｇに連結される。これら入力回線は、いずれもア ナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０への入力を供給するために接続される ものである。投入出力入力回線１１Ｂは、変換器８０への回線１０ｇ上に供給さ れる入力ＲＦ比出力あられす信号をＡ／Ｄ変換器１２０へ供給する。変換器８ｏ へ供給される入力ＲＦ比出力一部は、変換器８ｏによって回線１０８上へ反射さ れる。反射出力入力回路は、この反射された出力の量を示す信号をＡ／Ｄ変換器 １２０へ供給する。伝送出力感知素子１２２は、ＲＦ入力回線１０ｇからは離し て変換器８０上に配設され、ダイオード１２４および伝送出力入力回線１２６を 通じてＡ／Ｄ変換器１２０に接続される。この感知素子１２２は、回線１２Ｂ上 のＡ／Ｄ変換器に変換器８０を通じて伝送されるＲＦ出力入力部分をあられす信 号を供給する。温度および圧力感知素子１２８および１３０は、変換器８０上に 配設され、同様に回線１３２および１３４上の温度および圧力入力信号をＡ／Ｄ 変換器１２０に供給する。バス１３Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１２０とプロセッサ１０ ２を接続して双方向通信を可能にしている。

第２６図および第２７図は、１ケの入力すロットと電気的不連続部を用いて試験 部に干渉パターンを生成する単純化平衡ブリッジ法により得られた挿入損スペク トルの代表的な測定結果を示す。このうち、第２６図は、実施例６の空気を充填 した変換器の構成と同様なプロトタイプ・モニターを用いた実験により得られた 測定結果を単純な予測スペクトル・モデルと比較して示したものであり、第２７ 図は、プロトタイプを消イオン水て充填したときの対応するデータを示したもの である。

このモデルでは、全体の挿入損の値を良く予測できるとはいえないが、各グラフ とも、ピークの−２５１および２５３は１％の範囲内で予測されている。

ｊ＠２８図は、実施例６のプロトタイプのテスト域での周波数で割った光速と材 料の誘電率の平方根の関係を示したグラフである。試験部はテスト材料に加えて 空気および絶縁スリーブで絶縁負部されているので、両者の関係は被線形的であ る。したがって、試験部の有効誘電率は材料の有効語Ｌ＄より低いことになる。

実施例４，５および７のように、試験部をほぼすべて試験材料で満たす考え方に もとづ〈実施例にあっては、共振周波数と材料の誘電率の平方根の関係は保持線 形となる。第２９図は、このようなプロトタイプと単純な導波管モデルでの予測 の関係を示す。全体の損入撓の予測値はあまり正確とはいえないが、それでもモ デルを用いた予測結果は、実際値にきわめて近いことがわかる。第２８図と第２ ９図から、本発明にもとづけば、特性周波数の測定値から材料の誘電率への変換 がきわめて簡単に行えることが明かであろう。

第３０図および第３１図は、本発明の装置を用いれば組成をきわめて正確にめる ことができることを示す。

これらの図は、いずれも、浦にきわめて低い比率で水を加えたときに、実施例６ のプロトタイプで生じた特性周波数の移動の測定結果を示したものである。これ らの測定結果は、油中の水が０１％以下でも、この種装置を用いれば、その組成 を正確に知り得ることを示特表平４−５００８５’７　（１５） している。このレベルの精度があれば、この装置を石油産業の管理移転業務に用 いて、原油中の水分を正確に知ることができる。第３２図は、純粋な油の曲線２ ５７と油に０．０２５％の水が含まれている場合の測定スペクトル２５５を比較 して示したものである。高い周波数側に寄った曲線２５７が純粋の油をあられす 。全体の周波数の移動はわずかに０．４Ｍｌ１ｚであるが、それでも分解可能で ある。誘電率の移動は約０．０７７％であり、それに対応する周波数の移動は約 ０．０４４％である。

本発明の誘電率測定法は、電磁干渉の概念を利用したものであるが、この方法は 、テスト材料の導電率があまり高くない場合にのみ有効である。材料の（エネル ギー）損失率が大きいと、伝搬する電磁エネルギーが試験部で急速に減衰してし まい、認知し得る干渉パターンが形成されなくなる。したがって、特性周波数も また流体の誘電率もこの方法では測定できないことになる。第３３図は、本発明 のプロトタイプの測定挿入損スペクトルを水の誘電率の極数として示したグラフ である。測定は、実施例６の変換器の構成ににだプロトタイプ・モニターを用い て行った。このプロトタイプでは、測定した材料の導電率が０Ｊ５ｓｈｏｓ／ｍ ｌこ近づくと、ピークや谷が現れなくなる。材料の導電率がこの値より大きい場 合には、他の方法を用いることが必要になる。第３４図は、同しプロトタイプで 測定した導電率の高い水溶液のいくつかのスペクトルを示す。これらの測定結果 かられかるように、高い周波数では、挿入損は導１ｉ率値にきわめて敏感に影響 される。２２０ＭＨｚでは、導電率が３０倍になると挿入損は約５０ｄＢ増大す る。

使用周波数がこれより高くなると、ダイナミック・レンジはさらに増大する。こ れらのことから、実施例１〜６で示すような装置は、材料の導電率がきわめて高 く誘電率の測定が不可能な場合の誘電率の測定が不可能な場合の誘電率の測定に 利用できることがわかる。

導電率に関する情報は、誘電率の場合と同様に、材料の組成と関連づけることが 可能である。このような可能性を新たに用いることにより、本発明にもとづいて 可能なさまざまな実施例を利用して、誘電性が広い範囲に亘って変化するような 場合でも、任意の材料または材料の混合物の測定を行なうことができる。本発明 の装置は、石油産業で処理すべき材料で認められているいかなる導電率あるいは 誘電率のレベルでもほぼ対応が可能である。

実施例８ 連続して流れる材料または材料の混合物の測定に用いる組成モニターが抱える問 題の一つは、材料の組成が不均質であり、一様に混ぜ合わされていないというこ とである。この問題は、密度が異なる混和しない構成４分の混合物が関係する場 合にとくに顕著である。

例を挙げれば、スラリーなどの固体／液体混合物、蒸気あるいは油／水などの純 粋に液体の混合物などがこれにあたる。ここで厄介なのは、この種のモニターは 、多くの場合、誘電性、密度、光学的性質などの物理的性質を混合物総体のそれ として測定し、得られた情報を用いて組成を決定することにある。混合物の構成 ４分物理的構成が一定でない限り、測定した物理的諸性質を正確に組成と関連づ けることはできないので、この方法を適用することは無理である。密度が異なる 混和しない流体あるいは構成４分を含む厄介な混合物の組成を正確にモニターす るためには、なんらかの方法で均一にかつ充分に混ぜ合わせることが必要になる 。

本発明も、混合物全体の物理的性質を測定し、それを当該混合物の組成と関連さ せるという点で、この問題から切り離されてはいない。

しかしながら、本発明の特徴の１つは、装置が、測定される混合物が均一に混ぜ 合わされたときを示せるように設計できるという点にある。この能力は、第３５ 図および第３６図に示す実施例の変換器１４０を用いることによって得られるが 、この実施例では、対になった多くの送信機アパーチャー１４２と受信機アパー チャー１４４が試験部１４６の周囲に均等に配分されている。本発明では、受信 機アパーチャー１４４が受信した信号を比較することによって混合物が均質であ るかどうかを明らかにすることがその４１ｙ徴の１つになっている。信号がすべ て等しければ、材料の均一に混ぜ合わされている。等しくなければ、材料は均質 ではなく、しだがって組成決定の精度もそれだけ落ちることになる。装置のこの 構成がエラーを生じるのは、例えば環状の流れのように軸方向に対称性を有する 混合物が存在するときに限られる。多くの場合、このような状態が起きることは あり得ない。変換器１４０を組み込んだ組成モニターは、均一な混合が存在しな いときには自分自身を使用不能にしたり、あるいは補正動作を始動させるように することができる。また、各対のアパーチャーの個々の読取から得られた情報を 用いてめた組成を平均する方法を採用することもできる。いずれの場合にも、エ ラーを抑えて、より正確な合計測定値を得ることが可能である。変換器・試験部 １４０に図で示した複数の測定用アパーチャーの対を用いる考え方は、実施例１ 〜７に々形で採用されており、そのためこれらの実施例には材料の不均一性を測 定する機能が付加さこれまでに説明してきた方法や装置を用いれば、テスト材料 の温度および圧力ならびにその誘電率および／または導電率を測定することがで きる。多くの組成監視業務では、これらの測定結果を組み合わせて用いることで 、充分に材料の組成を明らかにすることができる。しかしながら、これらの情報 だけでは組成を完全に明らかにできない場合もある。異なる誘電性を有する４以 上の構成４分からなる材料混合物の組成は、特表千４−５００８５７　（１７） 実施例１〜８によっては明らかにすることはできない。

ただし、これらの実施例が同時モニターとしてはきわめて正確に機能することも 付は加えておかなければならない。他方、特殊な場合には、３組成々分の混合物 の組成でも、これらの実施例では正確に測定できない。

その重要な一例は、油、水およびガスの混合物である。

本発明に関してこれまでに記述してきた新しい方法および装置を適用できる材料 および業務の範囲を広げるためには、実施例１〜８で説明したＲＦ誘電測定装置 に材料の密度をめるための付加的測定手段を付は加えることが必要になる。＊３ ７図は、そのような新しい実施例である実施例９を示す。ＲＦ誘電組成モニター ２６１と密度モニター２６３は、パイプ２６５を用いて直列に接続されており、 テスト材料２６７は、このパイプを介して自由に２つの測定装置の間を通行する ことができる。

ＲＦ誘電組成モニター２６１は、実施例１〜８のいずれであっても、また本発明 の誘電測定法にもとづく他の不可能ないかなる実施例であってもよい。密度モニ ター２６３は、パイプ中を流れる材料の密度を測定する任意の市販の装置であっ てよい。例としては、コリオリカ密時計とガンマ線密度計の２つを挙げることが できる。これらの密度計では、導波管誘導変換器と同様、正確な読みを得るため には均等な混合わせが要求される。したがって、これらの計器による密度測定の 誤差を防ぐためには、変換器１４０の作りが等しく重要となる。

混合物の誘電率、混合物の密度、および混合物の組成の間の関係を示す例として 、下に挙げる式について説明する。ここに挙げる例は、油、水、ガスの混合物の 場合である。

Ｘ−構成４分１（油）の容積比 Ｙ−構成４分２（水）の成分比 ２−構成４分３（ガス）の成分比 容積比合計−１＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚ　（２）　混合物の測定密度−ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ　 （３）ただし、 ａ−構成４分１の密度 す−構成４分２の密度 Ｃ−構成４分３の密度　ガスでは０ 式（２）を単純かして次の式が得られる。

測定密度−ａＸ＋ｂＹ　（４） このブラーハマン・モデルは、２つの構成４分の混合物の誘電定数と構成４分の 誘電定数の関係を次の式％式％ ただし、 ｃ２−２つの構成４分の混合物の誘電定数ｅ■−エマルジｅンの連続媒質（構成 々分ｌと仮定）の誘電定数 ｅｐｌ＝Ｊｉ！１の分散相（構成同じ分２と仮定）の誘電定数 Φ１一連続媒質中のｊ＠１の分散相の容積比（上の仮定のもとでは、これは ｙ／（Ｘ＋Ｙ）に等しい） この概法を３つの構成４分に一般化して次のような反復解をえることができる。

ｅ３　ｗ−Ｆ　（Ｆ　（ｅｍ、　ａｐｌ、Φｌ）、ｅｐ２．Φ２）ただし１、 ｅ３−全混合物の測定誘電定数 ｅｐ２−第２の分散相（構成４分３と仮定）の誘電定数 Φ２−第２の分散相の容積比（この場合には２に等しい） したがって、誘電定数に関して次の関係が得られる。

式（５） ％式％） 誘電定数および密度を測定すれば、式（２）、（４）および（５）を用いて個々 の構成４分の比率をめることができる。ここでは、誘電定数と構成４分の容積比 の関係を示すためにブラーハマン・ハナイの関係式を用いたが、他の関係式や較 正曲線を用いることができよう。

第３８図は、第３７図に示すように実施例８を用いた場合の特定のプロセス分析 アルゴリズムを示したものである。このアルゴリズムは、遊離ガス含量が約２０ 容量％以下にとどまる場合の油、水、ガス混合物に適用することができる。ガス の含量が２０％を越える場合には、他のアルゴリズムを使用する必要がある。測 定する混合物の性質は、誘電率および／または導電率、密度、温度および圧力で ある。第３８図で用いられる変数は、ガスの容積比、ΦＧ、にの容積比ΦＶ、油 の容積比、Φ０５混合物の測定誘電率（または混合物の測定導電率）、ＺＭ、お よび混合物の測定密度、ＤＨである。

混合物の温度、圧力、誘電率、および密度は、２７０で測定サレル。ＺＯＳＺｗ 、ＤＯおよびＤＷｌ、ｔ、２７２テ、測定された温度、圧力および予備較正され た構成４分のインピーダンス・データから計算される。これらの結果から、また ２７４に示すように混合物が水の連続エマルシヨンであることおよび混合物中に は期待が存在しないこと（ΦＧ　−０）を仮定して、２７６てＺＭからΦＶおよ びΦＧが＝１算される。密度Ｄ＞ＤＭであれば、２８０でＤ−ＤＨになるまでΦ Ｇが増やされ、またΦＶとΦＧが調節される。ΦＧ、ΦＶおよびΦＧのこれらの 値から、２８２でＺの試算値の工１算が行オ）れる。試算特表千４−５００８５ ７　（１日） の結果Ｚ＞ＺＭであれば、２８４でＤ−ＤＨになるまでΦ讐が減らされ、またΦ ＧとΦＧが調節される。次に２８２で再び試算値２の計算が行われる。Ｚ−ＺＨ になるまでステップ２８２と２８４が繰り返され両者が等しくなったところでプ ロセスが完了し、２８６でΦＧ、ΦνおよびΦＧの正しい値が得られる。ステッ プ２７８に戻って、もし試算値Ｄ＜ＤＨであれば、混合物は油の連続体であり、 ２７４での仮定が誤りであったことになる。

その場合には、ΦＧ−０が仮定され、２８８でＤＨからΦＧとΦＧが計算される 。次に２８２が実行され、試算値の計算結果がＺ＜ＺＭであれば、２９０でＺ− ＺＭになるまでΦ警が増やされ、またΦＧとΦＧが調節される。試算値Ｚ−ＺＭ が成立するまでステップ２８２および２９０が繰り返され、２８６でΦＧ、Φν およびΦＧの正しい値があたえられる。

Ｗ、３９図および第４０図は、以前実施例６．８および９のところで説明した機 能を組み合わせたモニター変換器１５０を示す。この変換器１５０は、第２１図 の実施例の試験部８２と同様に拡大した径をもつ試験部１５２を備えている。こ の試験部１５２の両端側に置かれた導波管部１５４は、例えば試験部１５２の直 径の半分程度の小さい径を有する。定径の絶縁スリーブ１５７は２．＜イブ部１ ５４および径の大きい試験部１５２の中を貫通して伸びている。試験部１５２と 部分１５４の間の径の変化により、一対の不連続部１５８が形成される。試験部 １５２の内部に接合されるＲＦ入力アバーチャ−１６０，１６２および１６４か らのエネルギーは、これら不連続部１５８によってほぼ変換器１５０内に閉じ込 められる。密度モニター２７１は、導波バイブ部１５４を解して変換器２７１に 接続される。さらに、混合物の流速を測定する手段がこの組成測定システムに接 続されている場合には、両者を組み合わせたシステムにより、一定期間に亘って 個々の各構成間じ分の合計生産量をめることが可能になる。

第４１〜４３図は、実施例９の考え方にもとづいて密度測定手段と組み合わせた 場合に変換器１５０に用いることのできる各種電子回路の詳しいブロック線図を 示す。

第３２図および１ｓ３３図に示すような施設形態６に代えて実施例４．５および ７のいずれかが用いられる場合には、第３８〜４０図の電子回路も等しく利用す ることができる。さらに、実施例１〜３を使用するだめの第１６図および第１７ 図に示す基本電子回路設計に基づいて付加的送信アパーチャーおよび周波数源の ための適当な修正を施せば、これらの電子回路は実施例１〜３にも使用すること ができる。そのために必要な修正は当該技術分野に熟達した人には明白であろう 。

第４１図は、モニター変換器１５０と共に用いて、例えば油井での油、水、ガス のような３つの構成４分の流れの組成を監視するのに適した完全なモニターを提 供するための電子回路２００を示す。第２５図の場合と同様、デジタル・プロセ ッサ２００２が双方向コントローラ・バス２０６を介してデジタル合成式信号発 生器２０４に接続されている。ＲＦ出力回路２０８は、回線２１０．２１２およ び２１４上のＲＦ倍信号変換器１５０のＲＦ入力１６０．１６２および１６４に 供給する。出力分割器１８０は、ＲＦ倍信号回線２１０〜２１４の間で分ける。

回線２１６および２１８は、方向性結合器２２０を用いて回線２１０に接合され 、変換器１５０へ供給されまたそれから受信した第１の入射ＲＦ比出力１および 反射ＲＦ出力Ｒ１をダイオード２２４および２２６を通じてＡ／Ｄ変換器２２２ に供給する回線２２８および２３０は、方向性結合器２３２を用いて回線２１２ に接合され、変換器１５０へ供給されまたそこから受信した第２の入射ＲＦ比出 力２および反射ＲＦ出力Ｒ２をダイオード２３４および２３６を通じてＡ／Ｄ変 換器２２２に供給する。回線２３８および２４０は、２４２で回線２１４に接合 され、変換器１５０へ供給されまたそこから受信した第３の入射ＲＦ比出力３お よび反射ＲＦ出力Ｒ３をダイオード２４４および２４６を通じてＡ／Ｄ変換器２ ２２に供給する。同様に、回線２４８．２５０および２５２は、それぞれダイオ ード２７５．２７５および２７７を通じてＲＦ出力１８６．１６８および１７０ を接続し、変換器１５０からの第１、第２および第３送信ＲＦ信号Ｔｌ　、Ｔ２ およびＴ３をＡ／Ｄｉ換器２２２に供給する。

回路２５４および２５６は、温度センサ１７２および圧力センサ１７４を接続し て、流れの温度および圧力入力をＡ／Ｄ変換器２２２に供給する。回線２５８は 、流れの密度入力を密度変換器１７ＢからＡ／Ｄ変換器２２２へ供給する。

第４１図のシステムに精密なデジタル制御式信号発生器２０４を使用すれば、き わめて正確ではあるが比較的応答時間の長い複数構成４分材料監視システムが得 られる。第４１図のシステムは、誘電性が広範に変化し、監視の精度が重要な要 件となるような材料を扱う業務にはとくに適している。

第４２図は、電子回路２００を簡素化したものを示す。

電子回路２６０は、デジタル・プロセッサ２６２を含む。

このプロセッサ２６２は、バス２６６を介してデジタル合成信号源２６４に接続 される。この信号発生器２６４は、ＲＦ出力回線２６８を介してまた３方向出力 分割器２６９を通じて変換器１５０に接続される。変換器１５０は、検出ダイオ ード２７０．２７２および２７４を通じてＡ／Ｄ変換器２８０の送信出力入力Ｔ Ｉ　、Ｔ２およびＴ３に接続される。温度および圧力入力信号は、回線２９２お よび２９４上でＡ／Ｄ変換器２８０へ供給される。バス２９６は、双方向通信の ためにＡ／Ｄ変換器２８０とプロセッサ２６２を接続する。ここでは、入射およ び反射エネルギーは測定されない。測定されるのは送信エネルギーのみである。

この回路構成は、流体の組成が広範に変化せず、また費用が重要な監視に適切で ある。この種の業務としては、パイプラインの良質石油の財務監視業務特表千４ −５００８５７　（１ｇ） や蒸気品質監視業務の２つを挙げることができる。

第４３図は、組成モニター１５０に用いることのできる他の形態の電子回路３０ ０を示す。デジタル・プロセッサ３０２は、バス３０４を介してデジタル／アナ ログ（Ａ／Ｄ）変換器３０５および周波数カウンタ３０８に接続される。Ａ／Ｄ 変換器３０６は、回線３１０を介して電流源３０９へ接続される。電流［８（１ ９は回線３１２を介して０．１〜２ＧＨｚ周波数掃引ＲＦ発信器３１４に接続さ れる。

発信器３１４からの出力３１Ｂは、２方向出力分割器２８１へ供給される。出力 分割器２８１からの出力３１８は３方向出力分割器２８３へ供給される。該３方 向出力分割器は、回線２８５．２Ｂ？および２８９を介して組成モニター１５０ へ接続される。回線３２０は、結合器３２６を通じて周波数カウンタ３０８に接 続される。回線３２０は、信号源３１４内のドリフトを補償するためのフィード バック・ループを形成する。オーブン制御式安定３０Ｍ）ｌｚ発信器３２８は、 回！　３３０を介して混合器３２２に接続される。

混合器３２２は、０．ＩＣ）ｌｚ、　＋１０〜１５ｄＢ帯域増幅器３３２、回線 ３００．３方向出力分割器２９１１および回線３３４〜３３８を通じて混合器３ ４０〜３４４へ接続される。モニター１５０からの出力回線３４６〜３５０も混 合器３４０〜３４４へ接続される。混合器３４０−３４４からの出力３５２〜３ ５６は、３０ＭＨｚ帯域フィルター３５８〜３Ｂ２を通じてＩＦ３０Ｍ）１ｚ自 動利得制御式増幅器３６４〜３６８へ接続される。

増幅器３６４〜３６８からの出力３７０〜３７４は検出器ダイオード３７Ｂを通 じてＡ／Ｄ変換器３７８へ供給される。

モニター１５０への入力、モニター１５０、Ａ／Ｄ変換器３７８、およびデジタ ル・プロセッサ３０２の間の残りの接続は、第４１図の回路２００と同じであり 、従ってここではこれ以上の説明は行わない。以上図示で説明した以外の＊４３ 図の実施例の構成および機能は、第４１図の実施例と同様である。

第４３図のシステムは、精密広帯域デジタル制御式信号発生器を使用していない ため、第４１図のシステムより応答時間が短く、費用が少なくてすむ。したがっ て、第４３図のシステムは、第４１図のシステムはど正確さを要求されない一般 的監視業務に適している。

組成監視技術の流量測定への適用 以上、実施例１〜９によって説明しまた図で明らかにしてきた本発明の方法およ び装置は、材料の誘電関係の諸性質を実際に測定するために考案されたものであ る。本発明によって物理的に開かれた構造が可能となったため、本発明の装置は 、該測定装置を通って移動する、すなわち流れる材料および混合物の測定にとく に好適である。誘電関係の諸測定を行なう精度および速度が高いため、本発明の 各種実施例は、装置を通る材料の流量を測定する構成とすることが可能である。

流量の測定は２つの方法で行なうことができる。

実施例１０ 流量測定システムの１つの実施例は、第４４図に示すごときもので、ここでは、 ２つの組成監視装置３０１および３０３が既知の長さのパイプ３（１５で接続さ れる。これら２つの組成監視装置の出力は時間を合わせて相互相関させて処理さ れる材料の流量が測定される。換言すれば、材料のある部分が組成モニター３０ １から３０３へ至るまでの時間が測定される。この時間と組成モニター間の距離 から、システムを通る材料の流量が直接水められる。本発明の主旨に適合する組 成モニターは、すべて本案施例の組成モニターとして利用することができる。

流量の測定に用いられる相互相関の手法は新しいものではないので、ここではこ の点についてはこれ以上説明しない。ただし、この手法は、測定される材料がそ の誘電関係の諸性質を処理の流れにしたがって大きく変えるときにしかうまく機 能しないことに留意する必要がある。実際、この手法は、例えば重く緩い流れの ように瞬間的な変化が生じる場合に最もその効果を発揮する。逆に、測定される 材料が均等に混ぜ合わされ、したがってその誘電関係の諸性質が突然の変化を示 すことをは通常起こり得ないような場合には、この相互相関の手法は機能しない 。組成モニター３０１および３０３の出力は、基本的にいつも同じである。

実施例１１ 第４５図は、本発明の材料誘電測定装置を用いた処理流体の流れの流量測定のた めに基本的により有用な手法を示す。この実施例では、材料注入口あるいはバル ブ３１１が、パイプ３１５を介して組成モニター３１３の上流側に接続される。

バルブ３１１と組成モニター３１３の間の距離は固定されていて既知である。注 入口３１１は材料３１７を処理の流れ３１９の中に注入するために用いられ、そ れによって組成モニター３１３が測定する流れ３１９の誘電関係の諸性質は修正 を受ける。流量を測定する場合には、注入口３１１を用いて時間ｔ１に小量の材 料３１７を流れ８１９の中に注入する。材料３１７は、多量の媒質とは有意に異 なる誘電関係の諸性質をもっていることが必要である。付加された材料３１７が 組成モニター３１３を通過するとき、モニター３１３の出力は急激に変化して該 材料が通過することを示す。該材料が通過するときの時間ｔ２を記録する。注入 口３１１とモニター３１３の間の距離を時間の差ｔ２−ｔｌで割ると、処理の流 れの流量が得られる。本発明の主旨に適合する組成モニターは、すべて本実施例 の組成モニターとして利用することができる。

油、水およびガスを監視する業務を想定して、この流量算定法の実施例を検討す る。油、水、ガスの混合物の中に塩水を注入すると、混合物の誘電率および導電 率は増大する。この増加は、本発明の誘電Ａ−１定装置によって容易に測定する ことができる。タービン計、正変位計、ベンリニリ計など、油、水およびガスの 流量を測定する在来の方法では、流体の性質が２相（液特表千４−５００８５７ 　（２０） 相／気相）であるための測定が行えない。従って、ここに説明した流量測定方法 の価値は高い。

以上により、当該技術分野に精通した人には、既に述べた本発明の目的を達成す ることのできる、材料および複数成分混合物の組成を監視するための新しい組成 法および装置が提供されたことは明かであろう。本発明の方法および装置は、固 体、液体、気体、固体／気体混合物、固体／液体混合物、あるいは固体／液体／ 気体混合物など、はぼすべての材料またはその混合物の誘電関係の諸性質の正確 な測定を可能にするものである。本発明はテスト材料を一井？ずつ一層として、 あるいは連続して流れる材料を測定するために使用することができる。本発明の 方法および装置は、誘電関係の諸性質を材料の組成が関係づけられる場合の材料 の組成の測定に使用することができる。そうでない場合でも本発明の装置は動向 モニターとして使用することができる。

本発明の方法は、物理的に開かれ電気的に隔離された構造内でのＲＦ誘電測定に 平衡ブリッジ法を使用するものである。本発明の方法および装置にあっては物理 的に開かれた構造が用いられるため、装置が材料を妨害したりあるいは材料が装 置を損傷させたりすることなく、測定装置を通って移動する材料の監視を行なう ことが可能である。装置の試験部が電気的に隔離されることにより、試験部外の 他の機械あるいは装置からの反射干渉によって生じるおそれのある誤差が縮小さ れさらには除去される。本発明の方法および装置は、装置内で反対方向に伝搬す る２つの電磁波の間に電磁干渉パターンを生成するように考案される。干渉が建 設的かまたは破壊的かとなりまた測定された挿入損が最大または最小となる特性 周波数を見出すために動作周波数が掃引される。特性周波数は、流体の誘電率情 報に変換される。この干渉測定平衡ブリッジ手法により変換機構が大幅に簡素化 され、精度が向上する。測定される材料の導電率が大きすぎる場合には、装置は 代わりに挿入損の変動を用いて流体の導電率を測定する。テスト装置の周囲に間 隔を置いて設けられた位置で流体の諸性質を測定することにより、装置は、測定 される材料が均質に混ぜ合わされているか否かを明らかにする。装置は誘電率ま たは導ａＳおよび密度の測定値を用いて、例えば油、水およびガスの混合物のよ うな３または４の構成４分からなる混合物の組成を明らかにする。

本発明にもとづいく方法および装置は、また、処理の流れの中で既知の距離だけ 離して配設された２つの組成モニターを用いるｔ目互相関法を利用するか、ある いは材料を処理の流れの中に注入してその誘電関係の諸性質を修正する流れ注入 装置から既知の距離だけ下流に配設した単一の組成モニターを利用することで、 処理材料の流量測定に適用することもできる。

当該技術分野に精通した人には、さらに、これまでに図示し説明してきた本発明 の形態および詳細にさまざまな変更を行い得ることも明かであろう。それらの変 更も、本明細書に掲げる特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるべきであ る。

ＦＩＧ、／、　Ｆｌに、２゜ ＦＩＧ、　４゜ ＦＩＧ、７　ＦＩＧ、９゜ ＦＩＧ、　／２゜ ＦＩＧ、１５゜ ＦＩＧ、　／７ ＦＩＧ、　／θ。

ＦＩＧ、　／９゜ ＦＩＧ、　２０゜ ＦＩＧ、　２／。

Ｆ／Ｇ２２゜ ＦＩＧ、２３゜ ＦＩＧ、　２４Ａ、　ＦＩＧ、　２４Ｂ。

ＦＩＧ、２４Ｄ、　ＦＩＧ、２４Ｅ、　ＦＩＧ、２４ＦＦＩＧ、　２４Ｇ、　Ｆ ／に、２４Ｎ。

ＦＩＧ、　２５゜ ＦＲＥＱ（ｋ４Ｈｒ） ＭＯＤＥＬＶＳ、ＭＥＡＳＵＰＥＭＥＮＴ　ＦＯＦＩ　ＤＩ　ＷＡＴＥＲＦＲＥ Ｑ（ＭＨり ＦＩＧ、　２？ ５ＯＬＪＡＲＥ　ＲＯＯＴＯＦ　ＰＥＲＭＩＴＩＶＩＴＹＦ／Ｇ、２９゜ ＶＯＬＬＩＭＥＴＲＩＣＰＥＲＣＥＮＴＡＧＥ　ＯＦ　ＷＡＴＥＲＩＮ　０ＩＬ ＦＩＧ、　３０゜ ＦＩＧ、　３／。

ｐＲｔｓ、　（Ｍ）Ｉｚ） ＦＩＧ、　３２゜ ＦＩＧ、　３３゜ ＦＲＥＱ（ＭＨｚ） Ｆｌに、　３４゜ ＦＩＧ、　３５゜ Ｆｌ６．３？ ＦＩＧ、３Ｂ。

ＦＩＧ、　４０゜ ＦＩＧ、４２゜ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成３年４月５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数構成々分混合物モニターにおいて、該混合物を挿入するための物理的に 開いた端部を有する囲いを形成する導電性の壁をもつ変換器、少くとも１つの電 磁波送信用アパーチャーおよび１つの電磁波受信用アパーチャーにして、前記少 くとも１つの電磁波送信用アパーチャーは前記囲い内で電磁波を生成するように 配置されまた前記受信用アパーチャーは前記囲いからの電磁波を受信するように 配置され、前記少くとも１つの電磁波送信アパーチャーおよび前記受信用アパー チャーは前記囲いを横切って伸びる２つの平行面の間の試験部内に配設されたア パーチャー、前記試験部の各端部で前記試験部を終結させるための無効部あるい は抵抗部、その内部で前記変換器が少くとも１つの電気的通路を有するブリッジ 回路、および電磁干渉パターンを誘導して前記ブリッジ回路からの最小または最 大出力を生成するための手段にして、最小または最大出力を生成するための少く とも１つの条件が混合物中の構成々分の相対適比率を特徴づけるのに役立つ手段 からなる複数構成々分混合物モニター。 ２．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試験部を 終結させるための前記無効部が前記送信用および受信用アパーチャーの一方の側 に配置された前記導電性の壁内の複数の物理的不連続部からなる複数構成々分混 合物モニター。 ３．請求の範囲２に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記導電性の 壁内の複数の物理的不連続部の各々が前記導電性の壁の残余部分より大きい断面 積を有する前記導電性の壁の少くとも１部分からなる複数構成々分混合物モニタ ー。 ４．請求の範囲３に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、該複数の不連 続部が該囲いの伸びる方向に対して横向きに前記導電性の壁の周囲に完全に伸び ている複数構成々分混合物モニター。 ５．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記送信用お よび受信用アパーチヤーが前記導電性の壁内に配置された複数構成々分混合物モ ニター。 ６．請求項１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試験部を終結 させるための前記無効部が前記尊電性の壁の内表面上に配置された絶縁材料のス リーブからなり、前記絶縁材料のスリーブは前記送信用および受信用アパーチヤ ー上にまたがる第１の絶縁材料の第１の部分を有し、前記絶縁材料のスリーブは 前記送信用および受信用アパーチャーの一方の側上で該第１の部分に合体する第 ２の絶縁材料の複数の第２の部分を有し、該第２の絶縁材料は該第１の絶縁材料 とはかなり異なる誘電率を有する複数構成々分混合物モニター。 ７．請求の範囲６に記載の複数構成々分混合物モニタ−において、該第１および 第２の絶縁材料がセラミックまたは誘電性プラスチック材料である複数構成々分 混合物モニター。 ８．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試験部が 前記送信用および受信用アパーチャーの一方の側上で横に伸びる前記導電性の壁 の第１の部分を含み、前記送信用および受信用アパーチャーは前記導電性の壁の 第１の部分に配置され、また前記試験部を終結させるための前記無効部が該第１ の部分の一方の側上に配置された前記導電性の壁の複数の第２の部分を含み、該 第１の部分は該第２の部分より大きい断面を有する複数構成々分混合物モニター 。 ９．請求の範囲８に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、さらに前記導 電性の壁の該第１の部分および該第２の部分を通って伸びる絶縁スリーブを有す る複数構成々分混合物モニター。 １０．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試験部 を終結させるための前記無効部が前記試験部の各端部に接続された導波管無効負 荷部が前記試験部の伸びる方向にほぼ平行な前記導波管無効負荷部内の複数の金 属面によって分割される複数構成々分混合物モニター。 １１．請求の範囲１に記載の復数構成々分混合物モニターにおいて、前記導電性 の壁の周囲に配置された複数の組をなす電磁波送信用および受信用アパーチャー が存在する複数構成々分混合物モニター。 １２．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記少くと も１つの送信用アパーチヤーが少くとも１対の送信用アパーチャーからなり、前 記受信用アパーチヤーが前記対の送信用アパーチャーの間に配置される複数構成 々分混合物モニター。 １３．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試験部 を終結させるための前記抵抗部が各端部で前記試験部に接続された抵抗負荷部か らなり、前記複数混合物モニターは前記試験部への入力信号を第１および第２信 号部分に分割するための前記試験部の外に置かれた手段を含み、前記ブリッジ回 路は該第１および第２の信号部分を平衡させるのに役立ち、前記入力信号を分割 するための手段は該第１および第２の信号部分の少くとも１つが前記試験部を通 過するように接続され、また前記ブリッジ回路からの最小または最大出力を生成 するための前記手段は最小または最大を生成するため該第１および第２の信号部 分の少くとも１つに同調する自的で該第１および第２の信号部分の少くとも１つ を受信するように接続された複数構成々分混合物モニター。 １４．請求項の範囲１３に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記試 験部が前記対の送信用アパーチャーによって範囲を定められた前記試験部内に前 記囲いの範囲を定めるほぼ無損失の導波材料を有し、また前記試験部を終結させ るための前記抵抗部が前記試験部一方の側上に前記囲いの範囲を定める損失の多 い導波材料を有する複数構成々分混合物モニター。 １５．請求の範囲１３に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記ブリ ッジ回路からの最小または鼓大出力を生成するための前記手段が前記対の送信用 アパーチヤーおよび前記受信用アパーチャーによって範囲を定められた前記変換 器の２つの部分の間で１８０度の送信位相差を得るための手段を含む複数構成々 分混合物モニター。 １６．請求の範囲１３に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記ブリ ッジ回路からの最小または最大出力を生成するための前記手段がゼロ出力を生成 するために第２の電気通路の伝達性を調節するための手段を含みゼロ出力を生成 する第２の電気通路の伝達性が第１の電気通路に同様な伝達性の特徴をあたえる ことに役立つ複数構成々分混合物モニター。 １７．請求の範囲２０に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、第２の電 気通路の伝達性を調節するための前記手段が第２の電気通路の減衰を調節するた めの手段を含む複数構成々分混合物モニター。 １８．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、さらに電磁 波の周波数を変化させるために前記少くとも１つの送信用アパーチャーに接続さ れた手段を有する複数構成々分混合物モニター。 １９．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記混合物 用囲いが該混合物に前記変換器を貫流させるための手段を含む複数構成々分混合 物モニター。 ２０．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、混合物の流 量を求めるための手段に接続された複数構成々分混合物モニター。 ２１．請求の範囲２０に記載の複数構成々分混合物モニターおよび流量決定手段 の組合せにおいて、前記流量決定手段が前記複数構成々分混合物モニターにせつ ぞくされた請求の範囲１にもとづく第２の混合物モニターおよび前記複数構成々 分混合物モニターおよび前記第２の混合物モニターからの出力信号を相互相関さ せるための手段を含む複数構成々分混合物モニターおよび流量決定手段の組合せ 。 ２２．請求の範囲２０に記載の複数構成々分混合物モニターおよび流量決定手段 の組合せにおいて、前記流量決定手段が前記複数混合物モニターから既知の距離 上流側に接続された材料注入口を有する複数構成々分混合物モニターおよび流量 決定手段の組合せ。 ２３．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記変換器 が前記ブリッジ回路内に１つの電気通路を有し、また前記ブリッジ回路内の第２ の電気通路が前記変換器の外部に調節可能な回路素子を有する複数構成々分混合 物モニター。 ２４．請求の範囲２３に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、該調節可 能な回路素子は１ケの可変減衰器および１ケの移相器からなる複数構成々分混合 物モニター。 ２５．請求の範囲１に記載の複数構成々分混合物モニターにおいて、前記変換器 が前記ブリッジ回路内に２つの電気通路を有する複数構成々分混合物モニター。 ２６．複数構成々分混合物モニター変換器において、混合物用の囲いを形成する 導電性の壁、前記囲いに面する少くとも一対の電磁波送信用アパーチャーおよび １つの電磁波受信用アパーチヤーにして、前記すくなくとも一対の電磁波送信用 アパーチャーは前記囲い内で電磁波を生成するように配置されまた前記囲いから の電磁波を生成するように配置されまた前記囲いからの電磁波を受信するために 前記少くとも一対の電磁波送信用アパーチヤーの間に配置されたアパーチャー、 および前記囲いを通る流体の流れの方向を横切って伸びる２つの平行な面の間に 前記少くとも一対の送信用アパーチャーおよび前記受信用アパーチヤーを含め試 験部を電気的に隔離するための手段からなる複数構成々分混合物モニター変換器 。 ２７．請求の範囲２６に記載の複数構成々分混合物モニター変換器において、前 記少くとも一対の送信用アパーチャーが前記受信用アパーチヤーから異なる距離 だけ間隔を置いて配置される複数構成々分混合物モニター変換器。 ２８．請求の範囲２６に記載の複数構成々分混合物モニター変換器において、前 記試験部を電気的に隔離するための前記手段が前記対の送信用アパーチヤーによ って範囲を定められる試験部内の流体の流れのために前記囲いの範囲を定めるほ ぼ無損失の導波材料と前記試験部の一方の側上の流体の流れのために前記囲いの 範囲を定める損失の多い導波材料を組合わせて有する複数構成々分混合物モニタ ー変換器。 ２９．請求の範囲２６に記載の複数構成々分混合物モニター変換器において、混 合物用の前記囲いが前記変換器を貫通して混合物を流すための手段を含む複数構 成々分混合物モニター変換器。 ３０．複数構成々分混合物の組成測定法において、少くとも一対の電磁波送信用 アパーチヤーにして少くとも一対の送信用アパーチヤーの間に配置された受信用 アパーチヤーから異なる距離で隔てられた電磁波送信用アパーチヤーを配設し、 流れの混合物中に電磁波を送信し、該電磁波の周波数を変化させ、送信されたエ ネルギーの最大または最小値が受信された周波数を観察することからなる方法。 ３１．請求の範囲３０に記載の方法において、さらに複数構成々分混合物の密度 の測定段階を含む方法。 ３２．請求の範囲３１に記載の方法において、さらに、複数構成々分混合物の温 度および圧力を測定し、観察した最大または最小値の周波数から複数構成々分混 合物の誘電率を求め、測定した温度および圧力および予備較正した構成々分のイ ンピーダンス・データから複数構成々分混合物の構成々分の誘電率および密度を 計算し、混合物の物理的状態および混合物の構成々分の１つの容積比がゼロであ ることを仮定し、複数構成々分混合物の誘電率から混合物の残る各構成々分の容 積比を計算し、混合物の残る構成々分の容積比の計算値から該複数構成々分混合 物の密度を計算し、混合物の密度の計算値を混合物の密度の計算値と比較し、混 合物の密度の計算値が混合物の密度の測定値より大きい場合には、構成々分の１ つの容積比をゼロより大きい値に設定し、混合物の密度の計算値が混合物の密度 の測定値に等しくなるまで残る構成々分の容積比を調整し、密度の計算値が密度 の測定値より小さい場合には混合物に異なる物理的状態を仮定し、混合物の最も 密度の低い構成々分の容積比をゼロと仮定し、残る構成々分の容積比を計算し、 得られた容積比を用いて混合物の誘電率を計算し、混合物の誘電率の計算値を混 合物の誘電率の測定値と比較し、誘電率の計算値が誘電率の測定値より大きい場 合には最も高い誘電率の構成々分の容積比を減らし、誘電率の研鑚値が誘電率の 測定値より小さい場合には最も高い誘電率の構成々分の容積比を増やし、密度の 計算値が密度の測定値に等しくなるまで残る構成々分の容積比を調節し、誘電率 の計算値が誘電率の測定値に等しくなるまで誘電率の計算およびひつような場合 には容積比の調整を反復して混合物の構成々分の容積比を求める各段階を含む方 法。 ３３．請求の範囲３２項に記載の方法において、最初に仮定する物理的状態が水 の連続エマルジヨンであり、次に仮定する物理的状態が油の連続混合物であり、 混合物の構成々分の１つが気体である方法。 ３４．請求の範囲３０に記載の方法において、電磁波が混合物用囲いのある断面 の周囲の複数の地点で送信され受信される方法。 ３５．請求の範囲３０に記載の方法において、複数構成々分混合物が少くとも一 対の送信用アパーチャーおよび受信用アパーチャーを通って流れる方法。 ３６．請求の範囲３０に記載の方法において、さらに送信用および受信用アパー チャーを受信用アパーチャーから隔たった送信用アパーチヤーの両側で無効また は抵抗負荷を用いて隔離する段階を含む方法。 ３７．請求の範囲３０に記載の方法において、さらに複数構成々分混合物の流量 が請求の範囲３０に基づく複数構成々分混合物の組成の第１の測定点から離れた 位置で２度目に請求の範囲３０に基づく複数構成々分混合物の組成の測定を行い 第１および第２の測定を相互相関させることによって求められる方法。 ３９．請求の範囲３７に記載の方法において、複数構成々分混合物の流量が請求 の範囲２７に基づく組成測定点から既知の距離の地点で該複数構成々分混合物の 中にある材料を注入し、組成測定点までの注入された材料の移動時間から流量を 求めることによって求められる方法。 ４０．複数構成々分混合物の構成々分の容積比を求める方法において、混合物の 温度、圧力、誘電率、および密度を測定し、温度および圧力の測定値および予備 較正した構成々分のインピーダンス・データから複数構成々分混合物の構成々分 の誘電率および密度を計算し、混合物の物理的状態および混合物の構成々分の１ つの容積比がゼロであることを仮定し、複数構成々分の流動する流体混合物の誘 電率から混合物の残る各構成々分の容積比を計算し、混合物の残る構成々分の容 積比の計算値から該複数構成々分の流動流体混合物の密度を計算し、混合物の密 度の計算値を混合物の密度の測定値と比較し、混合物の密度の計算値が混合物の 測定値より大きい場合には構成々分の１つの容積比をゼロより大きい値に設定し 、混合物の密度の計算値が混合物の密度の測定値に等しくなるまで残る構成々分 の容積比を調整し、密度の計算値が密度の測定値より小さい場合には混合物に異 なる物理的状態を仮定し、混合物の最も密度の低い構成々分の容積比をゼロと仮 定し、残る王政構成々分の容積比を計算し、得られた容積比を用いて混合物の誘 電率を計算し、混合物の誘電率の計算値を混合物の誘電率の測定値と比較し、誘 電率の計算値が誘電率の測定値より大きい場合には最も高い誘電率の構成々分の 容積比を減らし、誘電率の計算値が誘電率の測定値より小さい場合には最も高い 誘電率の構成々分の容積比を増やし、密度の計算値が密度の測定値に等しくなる まで残る構成々分の容積比を調整し、誘電率の計算値が誘電率の測定値に等しく なるまで誘電率の計算および必要な場合には容積比の調整を反復して混合物の構 成々分の容積比を求める方法。 ４１．請求の範囲４０に記載の方法において、最初に仮定する状態が水の連続エ マルジヨンであり、次に仮定する物理的状態が油の連続混合物であり、混合物の 構成々分の１つが気体である方法。