Устройство для измерения концентрации, скорости и расхода твердого компонента в двухфазных потоках

Устройство для измерения концентрации, скорости и расхода твердого компонента в двухфазных потоках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцкалмстимесккн

Республик

««655935 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлеио03.07.75 (21) 2151113/18 25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05. 04.79.Бюллетень № 13

Дата опубликоваиия описания 08.04.79 (51) М. Кл. а О1Н 15roo

Гасударственный намнтет

СССР еа делам нзааретеннй н аткрытнй (53) УДК 539.215..4 (088.8) (72) Автор . изобретения

С. С. Колотуща

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОН11ЕНТРАЦИИ, СКОРОСТИ

И РАСХОДА ТВЕРДОГО КОМПОНЕНТА В ДВУХФАЗНЫХ

ПОТОКАХ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одновременного измерения концентрации, скорости и расхода двухфазных потоков, которые образуются при пневмои гидротранспортировке твердого компо- 5 нента газовой или жидкостной фазой.

Известно устройство для непрерывного измерения концентрации твердого компонента, содержашее трубопровод для подачи анализируемого двухфазного потока, 30 емкостные преобразователи, схему преобразования сигнала, два корпуса, в одном из которых установлен измерительный . преобразователь, и компенсационный преобразователь, периоди .ески заполняемый т5 пробой с контролируемым твердым компонентом j1 j.

Это устройство не позволяет компенсировать изменения электрофизических свойств двухфазного потока в процессе транспортирования и имеет низкую точность. К недостаткам его относится так2 же необходимость контролировать заполнение компенсационного преобразователя.

Известно устройство, в котором устранены указанные недостатки (2j.

Известны устройства для измерения расхода твердого компонента в двухфазHbIx потоках при их пневмо- и гидротранспортировке, пригодные и для каплевидных материалов, поэволяюшие одновременно измерять также скорость и концентрацию (31.

Устройства состоят из двух емкостных преобразователей, укрепленных в стенке конвейерной трубы.

Сигналы об изменении концентрации от двух преобразователей поступают в ЭВМ, которая рассчитывает время прохождения возмушений в потоке, что позволяет определить скорость потока.

При пересечении частицами потока электрического поля емкостных преобразователей создается множестBo небольших возмушений емкости преобразователей. г 5 с З5

Лля измерения концентрации используют сигнал От радиоактивного источника, Вместо радиОаетHBHО? О истОчника ВОзмОжнО применение емкостного преобразователя, который устанавливают в бункере для запитки конвейера.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для одновременного измерения конпентрации, расхода и скорости измельченных твердых материалов в потоке (4), содержашее трубопровод для подачи анализируемого потока, два измерительных емкостных преобразователя, три односторонних компенсационных преобразователя, измерительную схему, выполненную в виде двух мостовых схем.

Основной особенностью известных устройств является наличие в канале для измерения скорости двух емкостных преобра-® зователей, сигналы которых используются для определения времени прохождения возмущений, обусловленных изменением концентрации.

Измерение концентрации производится емкостными преобразователями, в которых не предусмотрена компенсация изменений электрофизических свойств двухфазного потока.

Основным недостатком устройства— прототипа является низкая точность измерения скорости, концентрации и расхода.

Это обусловлено тем, что изменение электрофизических свойств двухфазного потока в процессе измерения скорости перемещения твердого компонента искажает реальный спектр, который измеряется емкостными преобразователями.

Кроме того, спектральный состав сигнала изменяется с изменением гранулометрического состава, что приводит к необходимости переградуировки устройства применительно к каждой иэ фракпий твердого компонента.

При малых концентрациях твердого ком- понента спектр, фиксируемый емкостными измерительными преобразователями, получается ненасыщенным и точность измерения скорости понижается.

Совместное или раздельное действие каждого из указанных факторов приводит к тому, что форма кривой взаимно-корреляционной функции изменяется, в результате не представляется возможным точно определить положение максимума или значение любой из ординат на кривой корреляционной функции.

Также невозможно точно определить транспортное запаздывание возмушений В потоке при их прохождении между двумя преобразователями, установленными на фиксированном расстоянии друг от друга.

Так как транспортное запаздывание обратно пропорционально скорости потока, невозможно точно определить скорость твердого компонента, С увеличением скОрОсти твердого компонента точность измерения скорости понижается. Это обусловлено тем, что при слежении за характерными точками на кривой взаимной корреляционной функции необходимо реализовать очень малые, но в то. же время очень точные значения задержки сигнала преобразователя, расположенного вторым по направлению движения двухфазного потока, что является сложной задачей.

Казалось бы, сохранить точность измерения скорости, увеличивая расстояние между преобразователями, но при этом из-за разложения рисунка потока, обусловленного перегруппировкой частиц твердого компонента в процессе движения на большом участке между электродами, наблюдается декорреляция сигналов. Это связано с тем, что сигналы от двух преобразователей становятся различными по своему спектральному составу.

Так как для измерения расхода твердого компонента сигналы, пропорциональные концентрации и скорости, перемножаются, точность измерения расхода относительно низкая.

При использовании описанных устройств в металлургической промышленности для одновременного измерения указанных параметров транспортируемого измельченного угля оказалось необходимым выдерживать жесткую технологическую подготовку последнего (разделение его по фракциям). При этом для каждой фракции требуется переградуировка устройства.

Введение дополнительных операций экономически невыгодно, а неразделение по фракциям приводит к низкой точности, которая дополнительно понижается при малых значениях концентрации и изменениях электрофизических свойств потока и процессе транспортирования.

Белью изобретения является обеспечение непрерывной компенсации изменений электрофизических свойств двухфазного потока при одновременном измерении концентрации, скорости и расхода, упрошение конструкции устройства, 655935

Поставленная цель достигается тем, что в измерительную схему введено множительное устройство, к входам которого подключены плечи первой мостовой схемы с двумя измерительными емкостными пре- 5 образователями, а выходы множительного устройства включены на вход измерительного прибора, проградуированного в единицах измерения расхода.

Кроме того, два измерительных емкост->О ных преобразователя установлены по обе стороны изогнутого патрубка, причем один из них установлен в зоне расслоения фаз и выполнен с неравномерным по его се чению электрическим полем.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит трубопровод -1 для подачи анализируемого потока, вход- . ной участок которого выполнен в виде изогнутого патрубка 2.

В корпусе-экране 3 по обраэуюшим прямолинейного участка трубопровода 1 установлены идентичные односторонние емкостные компенсационные преобразователи 4-6, причем преобразователи 4, 5 предусмотрены для компенсации изменений электрофизических свойств трянспор» тируюшей фазы потока (газа или жидкости), а преобразователь 6 - для компенсаЗб ции изменений электрофизических свойств твердого компонента. Электроды емкостного измерительного преобразователя 7 установлены вдоль верхней и нижней обрязуюших.

Преобразователи 4-7 при отсутствии твердого компонента имеют одинаковую начальную емкость. Электроды преобразователей выполнены в виде изолированных при помоши диэлектрической проклад46 ки (не показана) участков трубопровода 1, Емкостный измерительный преобразователь 7 имеет равномерное по его сечению электрическое поле. В случае при45 менения преобразователя 7 с неравномерным электрическим полем он устанавливается эа изогнутым патрубком 2 вверх.Преобразователи 4 и 7 являются плечами одной ветви мостовой схемы, а преобразователи 5 и 6 - плечами другой

5Î ветви. Ответные плечи ветвей мостовой измерительной цепи 8 образованы вторичными обмотками дифференциальных трансформаторов.

5$

Первая ветвь мостовой измерительной цепи 8 включена на вход генератора 9 переменного напряжения; ее обшая диагональ - на вход усилителя 10; вторая ветвь - ня выход усилителя 10. Параллельно второй ветви цепи 8 включен блок

11 измерения концентрации, содержяший детектор и измерительный прибор, прогрядуировянный в единицах измерения концентрации.

Канал для измерения скорости потока состоит из двух емкостных измерительных преобразователей 13, 14, установленных по обе стороны от места изгиба трубопровода. Возможно расположение этих преобразователей за пятрубком вниз по направлению потока. Преобразователь

13, установленный в зоне расслоения фаэ, выполнен с неравномерным по его сечению электрическим полем.

Преобразователи 13 и 14 включены в противоположные плечи мостовой измерительной схемы 12, к входу которой подключен генератор 9, выход схемы 12 соединен через усилитель 15 с входом множительного блока 16. Второй вход множительного блока 16 связан с выходом блока 11 измерения концентрации.

K выходу множительного блока 16 подключен измерительный прибор 17, проградунровянный в единицах расхода.

Устройство работает следуюшим образом.

При прохождении исследуемого потока по трубопроводу 1 вс входном патрубке 2 возникает центробежная сила, направленная в сторону выпуклости пятрубка.

Под действием центробежной силы двухфазный поток расслаивается на две фазы, причем устойчивое расслоение потока сохраняется «я значительном расстоянии от пятрубкя но направлению потока.

Тяк кяк преобразователи 4 и 5 установлены в зоне, свободной от твердого компонента, они непрерывно компенсируют электрофиэические свойства транспортирующей фазы потока.

Преобразователь 6, установленный в зоне твердого компонента, компенсирует электрофизические свойства этого компонента.

Это обусловлено тем„ что электрическое поле преобразователей 4-6 проникает в трубопровод 1 ня глубину, меньшую радиуса трубопровода. Глубина проникновения электрического поля регулируется величиной зазора между электродами преобразователей 4-6.

Таким образом, пропсходит непрерывная компенсация изменений эдектрофизических свойств при изменении концентрации тверйого компонента в двухфазном потоке.

655935

Предложенное устройство проще известных по конструкции, так как не содержит коррелятора, представляющего собой специализированную вычислительную машину.

Я Устройство не нуждается в переградуировке при изменении, гранулометрического состава твердого компонента, оно нечувствительно к изменению электрофизических свойств двухфазного потока.

Скорость перемещения твердого компонента измеряется следующим образом. Так как в изогнутом патрубке происходит изменение направления движения потока, то на любой элементарный объем, содержащий твердый компонент, действует центробежная сила.

Вследствие наложения на двухфазный поток поля центробежных сил твердый компонент смешается в сторону. выпуклости патрубка 2 на определенную величину.

Так как величина центробежной силы пропорциональна произведению массы твердого компонента на квадрат скорости 1 и обратно пропорциональна радиусу изо нутого патрубка 2, смещение твердого компонента пропорционально линейной. скорости и происходит в плоскости патрубка.

Преобразователь 14 нечувствителен к смещению твердого компонента, так как имеет равномерное по его сечению электрическое поле, а преобразователь 13 выполнен с неравномерным по его сечению электрическим полем и чувствителен к смешению твердого компонента.

Так как преобразователи 13, 14 вкточены в противоположные плечи мостовой измерительной цепи 12, сигнал, пропорциональный концентрапии твердого компонен- З© та, компенсируется, и выходной сигнал мостовой измерительной цепи 12 будет пропорционален смещению твердого компонента, которое, в свою очередь, пропорционально линейной скорости.

3$

Лля измерения расхода сигналы, пропорциональные концентрации и скорости, перемножают в множительном блоке 16, выходной сигнал которого измеряется прибором 17, проградуированым в еди- 4Э яицах измерения расхода.

Так как концентрация и расход измеряются в режиме непрерывной компенсации изменений электрофизических свойств двухфазного потока, обеспечивается высокая точность измерения расхода твег оr о компонента.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации, скорости и расхода твердого компонента в двухфазных потоках, содержащее трубопровод с изогнутым патрубком, два измерительных емкостных преобразователя, установленных по обе стороны от места изгиба патрубка, причем один из них установлен в зоне расслоения фаз и выполнен с неравномерным по его сечению электрическим полем, три односторонних компенсационных преобразователя, измерительную схему, выполненную в виде двух мостовых схем, о т л и ч а ю—

m е е с я тем, что, с целью непрерывной компенсации изменений электрофизических свойств двухфазного потока, в измерительную схему введено множительное устройство, к входам которого подключены плечи червой мостовой схемы с двумя емкостными преобразователями, а выходы множительного устройства включены на вход измерительного прибора, проградуированного в единицах измерения расхода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство № 376694, кл. G 01 и 15/00, 1972.

2. Авторское свидетельство № 2 083 76 5, кл. 6 01 И 15/08, 1974.

3. Патент Англии № 1235856, кл. 9 01 И, 1971.

4. Авторское свидетельство И 443294, кл. Я 01 И 27/00, 1974, 655935

Составитель А. >кралева

Редактор Т. Орловская Техред Я, фанта КоРРектоР Е. Папп

3акаэ 1502/32 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4