Планарный датчик порозности псевдоожиженного слоя

Планарный датчик порозности псевдоожиженного слоя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств псевдоожиженных систем. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, достоверности измерения, расширение области применения. Устройство содержит размещенные на подложке с теплообменником измерительные электроды емкостного датчика и размещенный между ними термометр сопротивления, причем термометр сопротивления размещен на одинаковом расстоянии от электродов емкостного датчика и имеет одинаковую с ними форму меандра, в которой заданы соотношения размеров элементов. Положительный эффект достигается за счет одновременного измерения емкости и температуры термометра сопротивления, предварительно отградуированного по значению емкости датчика. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLIHAËÈCTÈ×EÑHÈÕ

РЕСПУБЛИК

01 И 27/22

В Е .ОВЗКАЯ 4" .Ъ И1. .; iiÆ, Í ..4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

lIQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4266113/31-25 (22) 23.06.87 (46) 07.08.89.Бюл . М 29 (7!) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Н.В.Пилипенко и В.П.Ходунков (53) 551.508.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 913212, кл . G 01 N 27/22, 1980.

Авторское свидетельство СССР

11 450119, кл. G 01 P 27/26, 1972. (54) ПЛАНАРНЫЙ ДАТЧИК ПОРОЗНОСТИ

ПСЕВДООЖБКЕННОГО СЛОЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств псевдоожиженных систем. Цель изобИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования физических свойств псевдоожиженных систем, а также для использования в системах управления процессами с псевдоожиженным слоем, например при сжигании низкосортного топлива, обжиге руд, сушке минераль— ных солей и др.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости достоверности измерений и расширение области применения.

Емкостному методу измерения пороэности (диэлектрической проницаемости) среды присущи многочисленные недостатки, поэтому предлагается для измерения амплитуды и частоты пульсаций пороэности использовать малоинерцион-.

„„Я0„„1499199 А 1 ретения — повышение помехоус тойчивости, достоверности измерения, расширение области применения. Устройство содержит размещенные на подложке с теплообменником измерительные электроды емкостного датчика и размещенный между ними термометр сопротивления, причем термометр сопротивления размещен на одинаковом расстоянии от электродов емкостного датчика и имеет одинаковую с ними форму меандра, в которой заданы соотношения размеров элементов. Положительный эффект достигается за счет одновременного измерения емкости и температуры термометра сопротивления предварительно отграду- с

) е ированного по значению емкости датчика. 1 ил. ный (с постоянной времени 10 с} пленочный термометр сопротивления, отградуированный по показаниям емкостного датчика, что обусловлено тем, что измерение температуры в настоящее время осуществляется более точно и достоверно. Градуировка должна производиться в лабораторных услоВиях, обеспечивающих максимальную помехозащищенность датчика и используемой совместно с ним аппаратуры.

Для обеспечения возможности градуировки температурного датчика по показаниям емкостного преобразователя . необходимо, чтобы оба датчика находились в абсолютно одинаковых условиях с точки зрения гидродинамики и теплопереноса, заключающихся в том, что изменения показаний емкостного пре1499199 образователя, обусловленные прохождением групя частиц, составляющих псевдоожиженный слой, должны быть связаны с одноименными изменениями граничных условий теплообмена датчика температуры с коэффициентом корреляции r )» 0,95. Для выполнения со данных условий необходимо изготовить датчики так, чтобы пространственные эоны реагирования емкостного преобразователя и термометра сопротивления были одинаковыми.

Зоны реагирования двух датчиков (емкостного пленочного и температурного), помещенных в псевдоожиженный слой, приблизительно одинаковы, а коэффициент корреляции r 6 - > 0,95 в

1 случае, если выполняется условие

0,33< Х, (0,83 при Х вЂ” Х

3 (1) где Х вЂ” половина расстояния между 25

I внутренними краями электроРдов; — средняя эффективная толщина теплового пограничного слоя при теплообмене поверхности с псевдоожиженним слоем,3 =

% -4

-- (l-5) ° 10 м (Я вЂ” теплоК проводность rasa, Х обычно воздуха; oC — средний коэфАициент теплоотдачи, оС

100-250 Вт/м К.;

Х вЂ” половина расстояния между

4 внешними краями электродов .

Выражение (1) определяет диапазон значений ширины полос датчиков и расстояния между ними. Для удобства

3 выбрано Х вЂ” — Х так как датчики

1 5 4 ° представляют собой три равноотстоящие полоски равной ширины (расстояние между полосками равно их ширине, причем средняя из них — термометр сопротивления, а крайние — обкладки конденсатора). Минимальное значение

Х Определяет мин .альну глубину 50 ( проникновения силовых линий. Для обеспечения надежности (достоверности) измерений необходимо, чтобы глубина проникновения силовых линий электромагнитного поля не превьппала

55 среднего значения толщины теплового пограничного слоя 3, но и не была значительно меньше ее.

Таким Образом, при выполнении перечисленных условий зоны реагирова ния датчиков Одинаковые.

Наиболее технологично расположение полос в Аорме меандра. Это позволяет получить достаточно большую рабо" чую емкость датчика-конденсатора и значительное электрическое сопротивление термометра при сравнительно небольших габаритах преобразователя, Габариты меандра должны не менее чем в пять раз превышать средний диа" метр частиц псевдоожиженного слоя.

Для создания теплового пограничного слоя значительной толщины у поверхности датчиков их необходимо размещать на массивном теле (пластине), снабженном устройством нагрева (охлаждения) . Использование температурного датчика (термометра сопротивления) обеспечивает возможность исследования материалов, имеющих малую относительную диэлектрическую проницаемость с 8. Данная возможность предоставляется за счет высокой чувствительности термометра к изменениям граничных условий теплообмена, обусловленным изменениями структуры псевдоожиженного слоя в зоне измерения. Емкостным методом сложно зарегистрировать изменения структуры слоя состоящего иэ мате1 риалов с 8, в то время как регистрация условий теплообмена в таких системах намного надежнее, т.е, применение датчика обеспечивает расширение области измерений.

На чертеже показан предлагаемый датчик. датчик порозности состоит из измерительного 1, высокопотенциального

2, охранного 3 электродов, термометра 4 сопротивления, подложки 5 и теплообменника 6. Электроды 1 и 2 и термометр 4 сопротивления выполнены в виде одинаковых металлических пленок, расположенных на равном друг от друга расстоянии, равном их ширине, и укреплены на изолирующей подложке 5, установленной на охранном электроде 3. Последний выполнен в виде металлической пластины, имею— щей встроенный в нее теплообменник.

Датчик работает следующим образом.

Вначале проводится градуировка термометра 4 сопротивления по показаниям емкостного датчика в лаборатор5 1499 ных условиях, обеспечивающих высокую надежность получаемых результатов.

Для этого указанный датчик помещается в лабораторную колонну с псевдоожи5 женным слоем, при помощи теплообменника 6 его температура делается отличной от температуры псевдоожиженно"

ro слоя, после чего одновременно регистрируются импульсные сигналы с 10 датчика-конденсатора и термометра сопротивления, полученные амплитуды сигналов с двух датчиков ставятся в соответствие друг другу. Сравниваются относительные амплитуды сиг- 15 налов, отнесенные к среднему значению за время измерения и строится ю градуировочная зависимость относительной амплитуды пульсаций температуры от относительной амплитуды пульса- 20

Ье ЬЯ ций пороэности (---- )=f(- -).

Градуировка датчика по частоте пульсаций порозности не производится, так как иэ-за малой постоянной времени температурного датчика искажения частоты практически нет.

После выполнения указанных операций датчик может использоваться в Ç0 промьппленных условиях. При этом среднее значение порозности Я измеряется емкостным датчиком,что является приемлемым для системы управления, а амплитуда 6ß и частота пульсаций пороэности определяются по показаниям температурного датчика с высокой точностью и достоверностью.

Пример. Электроды выполняют в виде полос из меди и защищают сло- 40 ем хрома, их толщина 10 м> ширина

-6

-Ф каждой полосы 2 10 м, размер меандра 22 х 20 мм, длина каждой полосы 0,4 м. Подложка 5 выполнена иэ ситалла и имеет размеры 30 х 30 х 45 х 1 мм, размеры охранного электрода

199 6

3 40 х 40 х 26 мм, материал — латунь, постоянная времени термометра и сопротивления С = 10 с. Электо рическая мощность нихромового нагревателя 45 Вт.

Формула изобретения

Планарный датчик порозности псев» доожиженного слоя, содержащий подложку из неэлектропроводного материала с размещенными на ней рабочими высокопотенциальным и измерительным электродами конденсатора и расположенный в плоскости рабочих электродов охранный электрод, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, достоверности измерений и расширения области применения, он дополнительно содер-.

1 ит малоинерционный термометр сопротивления, укрепленный на подложке в плоскости рабочих электродов и расположенный между ними, при этом электроды и термометр сопротивления выполнены в виде равноотстоящих тонкопленочных металлических полосок равной длины и ширины, расположенных параллельно друг другу и образующих меандр, а диапазон значений расстояний между внутренними краями электродов 2Х < определяется из условия

0,6F 2Х, (1,6h, в котором средняя толщина теплового пограничного слоя у поверхности датчика, при этом охранный электрод полнен в виде массивной металлической пластины с расположенным внутри нее теп— лообменником, размеры которой превышают размеры подложки, выполненной в виде тонкой пластины и укрепленной на охранном электроде поверхностью, противоположной поверхности, на кото/ рой размещены рабочие электроды и термометр сопротивления.

14991 99

Составитель В.Немцев редактор И.Горная Техред М,Дидык

Корректор М.Помо

Заказ 4682/40 Тира к 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород, ул. Гагарина, 101