Устройство для измерения скоростей частиц в потоке

Устройство для измерения скоростей частиц в потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

„„978046 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05. 06. 81 (21) 3299473/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.11„82, Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30. 11.82 фИ) М.Кл.з

С 01 Р 3/36

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

t$3) VPN 532. 574 (088. 8) З„,т4......ге

f исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ЧАСТИЦ

В ПОТОКЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для измерения бесконтактным способом скорости движения частиц в двухфазном потоке.

Известно устройство для измерения скорости движения материальных тел, которое содержит источник света, сканатор с приводом и последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, блок. временной задержки, коррелятор, множитель, интегратор и регистратор E1).

Известное устройство имеет большие погрешности измерения при малых скоростях движения ° Кроме того, при помощи такого устройства нельзя оперделить скорость движения частиц в потоке жидкости или газа, так как частицы имеют разброс скоростей и положение частиц в потоке постоянно изменяется °

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик скорости, содержащий источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соеди- . нен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор — с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятора.

Кроме того, устройство содержит блок постоянной задержки, подключенный к усилителю (21.

Недостатком известного устройства является невозможность определения дисперсии скоростей частиц в потоке.

Цель изобретения — определение дисперсии скоростей частиц в потоке.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скоростей частиц в потоке, содержащее источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор — с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятора, введены оптически cor978046

Устройство работает следующим образом.

Узкий пучок света из щелевой.диафрагмы 4 попадает на скайируюшее 4р устройство 5, работающее в режиме пилообразной развертки, при котором прямое направление движения луча совпадает с направлением частиц в материалопроводе 1. При пРямом дви- 45 жении щелевого пучка света в сечении материалопровода 1 образуются перемещающиеся узкие освещенные зоны.

Каждая частица транспоритруемого материала, попадающая в освещенную зону дает отраженный световой импульс, который воспринимается фотоприемником 6 и преобразуется в пропорциональный электрический импульс на его выходе. Параметры отраженного светового и соответствующего ему электрического импульсов фронт нарастания и спада и продолжительность зависят от скорости взаимного пересечения освещенной зоны с частицами вещества,,ко- Ъ0 торая определяется относительной скоростью перемещения .последних.

При возрастании относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и частиц вещества фронты Ото ч Чc.>, nPu Vp.> gP.

При скорости перемещения световой зоны равной скорости перемещения частиц, их относительная скорость равна нулю при ч- с 3

Ч =V

65 ласованный с сканатором и последовательно соединенные дифференцирующев устройство и узел блокировки, а также регистратор минимального значения напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключено к выходу усилителя, узел блокировки — к второму входу коррелятора, а регистратор минимального значения напряжения — к выходу коррелятора.

На фиг.. 1 представлена принципи- .10 альная схема устройства для изменения скорости частиц в потоке, . на фиг. 2 — график зависимости частоты электрических импульсов от относительной скорости пеРемещения свето- 15 вого пучка и скорости частиц.

Устройство для измерения скорости включает материалопровод 1 с прозрачным окном 2, коллимированный ис= точник 3 света и щелевую диафрагму рО

4, установленную между источником

3 света и сканирующим устройством

5 с приводом, фотоприемник 6, усилитель 7, коррелятор 8, экстремальный регулятор 9 и регистратор 10 скорости сканирования.

Усилитель 7 снабжен дифференцируюшим устройством 11, выполненным в виде узла с трансформаторной связью.

В цепи дифференцирукицего устройства

11 включен узел 12 блокировки обратного хода луча и начального сигнала от прямого хода луча сканирующего устройства 5. На выходе коррелятора установлен измерительный прибор 13 минимального значения напряжения. нарастания и спада электрических импульсов на выходе фотоприемника

6 становятся круче, а продолжительчость импульсов уменьшается. При снижении относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и частиц вещества фронты нарастания и спа- " электрических импульсов на выходе фотоприемника 6 более пологие, а продолжительность единичных импульсов возрастает.

При нулевой относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и движущихся частиц вещества электрический сигнал, соответствующий постоянному отраженному световому потоку имеет некоторую постоянную вечичину. ч .

Для рассмотрения характера завиСимости электрического сигнала на выходе усилителя 7 от относительной скорости взаимоперемещения свнтовой эоны и частиц, примем случай синхнронного движения частиц в потоке или, что эквивалентно, движение изображения, например ленты с рисками. График такой зависимости имеет вид ломаной 1 на г:.. фиг.2.

Максимальная относительная скорость взаимоперемещения освещенной зоны и частиц транспортируемого материала будет при неподвижной освещенной зоне, а величина ее равна скорости движения частиц. В этом случае, через дифференцирующее устройство 11 проходит переменная составляющая электрического сигнала с максимальной частотой и крутизной импульсов

"выем.е с " " " Ътп.=Ч Ц,. =Чц тс1к кс к V -„О, где О ы„„- напряжение на выходе усилителя 7, соответствующее электрическому сигналу с максимальной частотой и крутизной импульсов с фотоприемника 6;

- относительная скорость взаимоперемещения освещенной зоны и частиц; скорость перемещения частиц;

Ч 5 — скорость перемещения световой зоны сканирующим устройством 5.

При увеличении скорости перемещения световой зоны относительная скорость взаимопересечения ее и частиц уменьшается

978046

Соответственно электрический сигнал, пропорциональный постоянному отраженному световому потоку, не имеет переменной составляющей и напряжение 0 ;„ на выходе усилителя 7 равно нулю ()вых а =о

При дальнейшем увеличении скорости перемещения световой зоны, превышающей скорость перемещения частиц, относительная скорость их взаимоперемещения будет монотонно возрастать, достигая максимального значения при

ЧсЭ. = 2Ч„

ЧОГн Чс-3 ч ч

В этом случае через дифференцирующее устройство 8 проходит переменная составляющая электрического сигнала с максимальной частотой, соответствующая крутизне импульсов с фотоприемника 6 алых з — 0 еых 1 — 0 вых 1,1 с х

Так как при транспортировании частиц материала в потоке носителя всегда имеет место разброс скоростей частиц, то график зависимости электрического сигнала на выходе усилите@sr 7 от относительной скорости взаЫмопересечения световой зоны и час"тиц имеет:вид кривой 2. (фиг. 2) с четко выраженным минимумом в 0вы„ ;„, абсцисса которой совпадает с нулевым значением графической ломаной при V .c р. = Vc.>ю,где У . р. . средняя скорость перемещения частиц.

Различное значение ординат при одинаковых значених абсцисс графических зависимостей 1 и 2 (фиг. 2): связано с наличием отраженных световых и соответственно электрических импульсов на выходе фотоприемника 6, образуемых флуктуациями частиц, скорость которых отлична от средней Ч„ р

Абсцисса минимального сигнала соответствует средней скорости движения частиц в потоке, а величина минимального сигнала характеризует дисперсию скоростей частиц в потоке воздуха.

Сканирующее устройство 5 осуществляет развертку светового луча, прямое направление которого совпадает с направлением транспортирования материала..

Видеосигнал, отраженный от частиц вещества, попадает на фотоприемник

6 и в виде пропорционального ему электрического сигнала — на усилитель 7, дифференцирующее устройство

11 которое! пропускает только переменную составляющую этого сигнала, поступающего на вход коррелятора 8.

Экстремальнь1й регулятор 9 через при<вод сканирующего устройства 5 так управляет частотой развертки светового луча, чтобы сигнал на выходе коррелятора 8 был минимальным.

Это соответствует синхронной скорости перемещения освещенной зоны и средней скорости движения частиц в потоке. При изменении скорости движения частиц материала экстремальный регулятор 9 через привод сканирующего устройства 5 так изменяет скооость развертки светового луча, 10 чтобы на выходе коррелятора 8 сохра- нился минимальный сигнал.

Регистратор 10 скорости по скорости развертки светового луча сканирующим устройством 5 фиксирует

15 среднюю скорость движения частиц матеРиала в потоке (V„cp ), а по величине минимального сйгнала, измеряемого прибором 13, определяют дисперсию скоростей частиц в двухфазном потоке а Ч к )вых пз4тз где К - коэффициент пропорциональности для того, чтобы исключить влияние

25 электричес)жх импульсов на точность определения скорости частиц при обратном ходе светового луча сканирующего устройства 5, а также начального электрического -импульса при входе луча в измерительную зону окна 2, узел 12 блокировки в цепи дифференцирующего устройства 11 отключает выходной канал усилителя 7 на соответствующий отрезок времени.

Возможность определения средней скорости частиц и дисперсии скоростей частиц в потоке жидкой или газовой среды обеспечивается путем создания перемещающейся освещенной зоны регистрации и выделения электрических импульсов, пропорциональных частоте отраженных световых импульсов при.взаимопересечении освещенной зоны с движущимися частицами материала.

Формула изобретения устройство для измерения скоростей частиц в потоке, содержащее источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор— с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятора, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью о расширения фунКциональных возможнос-. тей путем измерения дисперсии скоростей частиц в потоке, в него введены оптически согласованный с сканатором и последовательно соедиb$ ненные дифференцирующее устройство

978046 и узел блокировки, а также регистратор минимального эначенйя напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключено к выходу усилителя, узел блокировки — к второму входу коррелятора, а регистратор минимального значения напряжения — к выходу коррелятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коэубовский С.Ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев, "Наукова думка", 1973, с. 36.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 532816, кл.G, 01 Р 3/36, 1975 (прототип ).

978046

Фых. фиг. 2

Составитель Ю. Власов

Редактор Н. Стацншина ТехредМ.Надь Корректор И. Ватрушкина

Заказ 9207/60 Тираа 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент", г. Уигорсд, ул. Проектная, 4