Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag March 14, 2012

Mikrowellenbasierter Massendurchflusssensor auf Basis von zweidimensionalen linkshändigen Leitungsstrukturen

Non-Intrusive Microwave Mass Flow Meter Based on Two-dimensional Lefthanded Transmission Lines
Andreas Penirschke, Aleksandar Angelovski and Rolf Jakoby
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird eine Anwendung eines kompakten Massendurchflusssensors auf Basis von resonanten “Kompositen Rechts-/Linkshändigen” Leitungsstrukturen (CRLH) mit erhöhter Empfindlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen, mikrowellenbasierten Sensoren zur Bestimmung des Massenstroms in pneumatischen Förderanlagen vorgestellt. Das Konzept besteht aus einer periodischen Struktur von in Reihe geschalteten Kondensatoren und parallel geschalteten Induktivitäten mit makroskopisch negativer Permeabilität und Permittivität — den sogenannten Metamaterialien. Die simultane Erfassung der Geschwindigkeit und der Feststoff/Luft-Konzentration aus einer einzigen Messung ermöglicht die Messung des Massendurchflusses in Echtzeit. Die Anordnung einer oder mehrerer CRLH-Leitungsstrukturen zu einer Spiralform, eröffnet weiterhin die Möglichkeit, die Verteilung des Durchflusses über dem Förderrohrquerschnitt des Materials zu bestimmen, um die Genauigkeit des Sensors zu erhöhen. Zur Überprüfung des Sensorkonzeptes wurde ein Prototyp aufgebaut und in einem dedizierten Messsystem vermessen. Mögliche Anwendungsgebiete dieser Sensoren sind die Bestimmung des Massendurchflusses von Luft/Feststoff-, Luft/Flüssigkeit- und Flüssigkeit/Feststoff-Mischungen in der industriellen Prozessüberwachung.

Abstract

This paper presents an application of a Composite Right/Left-Handed Transmission Line resonator (CRLH-TL) for a compact mass flow detector with increased sensitivity compared to a conventional microwave mass flow detector. In this concept, series capacitors and shunt inductors are used to synthesize a medium with simultaneously negative permeability and permittivity — the so called metamaterial. The simultaneous detection of the velocity and the solids/air concentration from a single measurement ensures a true mass flow detector. The arrangement of two CRLH-TL resonators to a helix shape opens up the possibility to detect the cross-sectional flow distribution of the material fed thereby increasing the accuracy of the detector. A prototype was realized and tested in a dedicated measurement setup to prove the concept. The application areas of this sensor are gas/solids, gas/liquid and liquid/solids flows in industrial monitoring applications.


* Correspondence address: TU Darmstadt, Institut für Mikrowellentechnik und Photonik, Merckstr. 25, 64283 Darmstadt,

Published Online: 2012-03-14
Published in Print: 2012-03

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