Устройство для измерения сплошности потока жидкости

Устройство для измерения сплошности потока жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е п1) 525010

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено24.10.75 (21) 2184406/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

2 (51) М. Кл.

601 И 21/12

Государственный комитет

Соавта Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 15.08.76Бюллетень № 30 (53) УДК 532, .013 2 (088.8) (45) Дата опубликования описания 10.11.76 (72) Авторы изобретения

Ю.Н. Пчельников, И.A. Уваров, С.И. Рябцев и М.А.

Московский институт электронного машиностроения и научно-исследовательский институт оптико-физических измерении (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЛОШНОСТИ

ПОТОКА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению, в частности к измерению параметров потока двухфазных сред, транспортируемых по трубопроводам и магистралям. 5

Под сплошностью потока двухфазной средь1 понимают измеренное в некоторый момент времени отношение объема или массы жидкой фазы в некотором фиксированном мерном участке (объеме) трубопровода к 10 суммарному объему этого участка или к сумме масс жидкости и газа в этом объеме трубопровода.

Устройство разработано для измерения сплошности диэлектрических жидкостей, хо- д тя может использоваться и с проводящими жидкостями. Диэлектрическими жидкостями являются криогенные жидкости, такие как жидкий водород или жидкий кислород, нефтепродукты почти всех типов и большое разнообразие химических веществ в их жидком состоянии и в неионизированном растворе.

Известны устройства для измерения сплошности потока жидкости, в которых исследуемый оток измеряется по величине 25 электрической емкости конденсатора. помещенного внутри трубопровода Lll . Конденсатор, помешенный в трубопровод, создает неравномерное электрическое поле и сильно возмушает первоначальный поток жидкости.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является устройство для измерения сплошности потока жидкости, содержащее чувствительный элемент, установленный в трубопроводе и выполненный в виде короткозамкнутого на одном конце четвертьволнового отрезка длинной линии, свернутой в объеме трубопровода (21

Электрическая длина линии зависит от количества диэлектрической жидкости в мерном участке трубопровода, т.е. от величины сплошности измеряемой среды. Электрическая длина линии равна произведению ее геометрической длины на 1Е, где — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды.

Короткозамкнутый отрезок длинной линии представляет собой параллельный колебательный контур, резонансная частота которого изменяется при изменении электрической длины этого отрезка длинной линии. Таким

525010 образом, по изменению резонансной частоты контура можно судить о средней диэлектрической проницаемости, т.е. о сплошности измеряемой среды.

При такои конструкции чувствительного элемента получение равномерной плотности энергии электрического поля в мерном объеме трубопровода является трудной задачей, которая решается полуэмпирически, специально подобранным распределением отрезков щ длинной линии в мерном объеме трубопровода. Нарушение этого распределения за счет провисания отрезков в объеме или технологических неточностей может привести к искажению однородности поля и к увеличе- 15 нию методической погрешности. Трудно обеспечить воспроизводимость такого подобранного распределения от одного чувствительного элемента к другому. Йля более точного закрепления отрезков линии в объеме при-у ходится устанавливать специальные пилоны, которые создают дополнительное сопротив.: .-;ие для протекающей жидкости.

К. оме того, в таком чувствительном . -е возбуждается стоячая электро.;1г..:":: :. ВОЛНа, СЛЕДСТВИЕМ ЧЕГО ЯВЛЯЕТся неоднор:, но ., ь электромагнитного поля вдоль линии. ;-::=.-., жение относительной однородности электромагии ного поля требует размешения в мерном эб..e:;.е большого чис- 30 I3 отрезков линии, чт-.. .. всегда возможно из конструктивных условий, Размещение длил ." i !инии внутри трубопровода привоя воз.;;ушеник первоначального потока жидко"ти. 35

С целью повышения точности контроля объема газовой фары в потоке и уменьшения возму : я потока жидкости 8 предлагаеустроистве чувствительный элемент вь:ио,!вен В виде спиральной линии -,; деож 40 ки в экране с поперечньг: и:, ".;:,;; и поМЕИ ЕН:. i:..; — . ";-:О i...ГЯЗИ "ИРОКОИO1OCИОГО, . С . с.is., И;.".:.: ц.lE1 и Е,.! "ИИ. н, :жриг .-.:-,:: —:.с":, .и. о ло.>я -внутри спира(-,,: ..- .ли - ...э,,держки выполнена с 45 с э. .и«" .,;,. с iэы . с, — 05 с

° де - - — обо..ие;и ".u! параметр спирали;

Ъ вЂ”, .::i ° с с-..ярдли

Л вЂ” длина волны генерируемых колебаний

Q — шаг спирали

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2спиральная линия задержки в экране с поперечными ребрами, общий вид; ча фиг. 3— график зависимости частоты генерации от силошиости измеряемых сред. 60

Устройство для измерения сплошности потока жидкости (см. фиг.1 ) представляет собой генератор электромагнитных колебаний и содержит широкополосный усилитель

1 и чувствительный элемент 2, включенный в цепь обратной связи усилителя. В качестве широкополосного усилителя используется

RС- усилитель с глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току. Чувствительный элемент 2 (см. фиг.2) выполнен в виде спиральной линии задержки в экране с поперечными ребрами и состоит из внутреннего проводника свернутого в спираль 3, экрана с поперечными ребрами 4 итрубы 5 для протекающей жидкости Труба изготавливается из такого диэлектрического материала, как, например, фторопласт. Спираль может помещаться как снаружи трубы, так и внутри. диэлектрик может заполнять весь объем между ребрами, спиральк и экраном.

Выбор такой конструкции чувствительного элемента обусловлен тем, что при выполнении условия а (Оj внутри спирали создается достаточно равномерное электрическое поле.

Применение экрана с поперечными ребрами позволяет повысить плотность энергии электромагнитного поля внутри спирали, т.е. обеспечивает необходимую чувствительность всего устройства. Кроме того, ;алиня.-. экрана и расположенных близко к спирали ребер позволяет согласовать чувствительный элемент с соединительными кабелями, которые, в свою очередь, согласованы со входом и выходом широкополосного усилителя. При этом во всей цепи обратной связи сендае.ся: ежим бегущей электромагнитной волны, ),,ля того, ч;лбы широкополосный усилитель с помощью цепи обратной связи превратить в генератор, на входе усилителя надо обеспечить условия баланса фаз и баланса амплитуд чс ос. =2Ят, К„ гдето„— угол сдвига по фазе между сигналамч на входе и выходе усилителя;

So -угол сдвига по фазе между сигналами на sxoEEe и выходе цепи обратнойсвязи; и — натуральное исло;

К, - коэффициент уси; ния усилителя. р о с коэффициент пер дачи цепи обратной связи.

Условие баланс —.. милитуд выполняется путем подбора коэбс"ч::. нта усиления усилителя. Ус.и1 ".е ба,1;-и:. фаз определяет частоту генереии,;., .-;. "ую можно менять путем набега фа=. нала в цепи обиатной связи.

Для работы выбираем первую зону генерации, т. е. сумма набегов фаз в усилителе и цепи обратной связи равна 2К. Прп заполнении диэлектрической жидкостью внутренней полости спирали изменяется электрическая длина спиральной линии задержки и, следовательно, частота генерации.

Заполняя чувствительный элемент жидкостью полностью, определяем полный уход частоты, т. е. производим тарировку устройства. Про- щ пуская затем двухфазный поток жидкости через чувствительный элемент, по изменению частоты генерации судим о сплошности потока жидкости. Поскольку электрическое поле внутри спирали достаточно равномерно, д5 изменение частоты генерации лнвариантно для двухфазных потоков жидкости равной сплошности, но с различным распределением газовой и жидкой фазы в объеме мерного участка трубопровода. Частота генерации 20 устройства монотонно и линейно меняется в зависимости от сплошности потока жидкости и, зарегистрированная (измеренная) вторичной аппаратурой, является мерой сплошности потока жидкости. 25

На фиг. 3 прямые 6 и 7 показывают зависимость частоты генерации устройства от сплошности измеряемых сред при заполнении чувствительного элемента фторопластом и маслом с диэлектрическими проницаемостя- 30 ми, равными, соответственно, 2 и 2,6. Уход частоты получается равным 130 кГц для фтороппаста и 150 кГц для масла на основной частоте около 10 мГц. Во всем диапазоне измерения сплошности частота генера- З5 ции изменяется линейно. Приведенная относительная погрешность при измерении сплошности не превышает 3%. Частота измеряется электронно-счетным частотомером. При испытании генератора на долговременную стабиль-4 - ность уход частоты составляет 1 кГц в час.

Испытания на температурную стабильность

: эказт,! :*ó> l, 70 частот генерации

-.-;ся н + 1Г, кГц при изменении тем-: ..гу, о ры элеме т . в усилителя на + 3 С, гс ..-.ему

TIpH работе устро IcTBG неосходимо осу . -ствить термостабилизацию усилителя.

Поскольку чувствительный элемент полый, в трубопроводе нет прегятствий для протекания жидкости, что особенно важно в криогенной технике, поэтому предлагаемое устройство можно использовать для измерения сплошности криогенных жидкостей.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения сплошности потока жидкости, содержашее чувствительный высокочастотный элемент и широкополосный усилитель, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля объема газовой фазы в потоке и уменьшения возмушения потока жидкости, чувствительный элемент выполнен в виде спиральной линии задержки в экране с поперечными ребрами и включен в цепь обратной связи широкополосного усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что спиральная линия задержки выполнена с соблюдением условия (2Е6) — 0 5 с Л h где Q. — обобшенный параметр спирали.

С г

b д — д. ин» ;", ;.нъ: генерируемых колебаний;

h — и;аг- сп."ралл.

Источники информации, принятые BQ внимание и .!i : ек :leртизе:

1. Патент СИЛ 3258964. кл. 73-1 9 .

n — 0

2... св, *1 -!0585, МКл. 601 И 21/1 1.08. f

525010

f0.г ;р

1 ф

7025

БО 8g

Сллою д р

Уия 2

Составитель H. Фомичев

Редактор Г. Мозжечкова Техред А. Демьянова Корректор Т. Кравченко

В ««В:«

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5113/582 Тираж 1029 Подписное

Е1НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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