Датчик локальной толщины жидкостной пленки Советский патент 1983 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для изменений во времени локальных параметров текучей жидкой среды ( толщины слоя жидкости, дли ны и частоты волн на поверхности жидкой среды, фазовой скорости волнового течения, например, при научных исследовадцях, в химической технологии или промышленной теплоэнергетике. Известны устройства для измерения толщины движущейся жидкостной пленки, основанные на методе касания и содержащие щуп и микрометрический винт О Однако эти устройства не обеспечивеют достаточной точности измерения при волновом течении слоя жидкости, так как наличие постороннего элемента в потоке (острия щупа вносит возмущение в течение жидкостной пленки даже При ее ламинарном течении. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является датчик локальной толщины жидкостной пленки, содержащий металлическое OCHO вание и заделанный в нем заподлицо с поверхнсстью основания электроизолированный контактный щуп, В качестве основания датчика использован валок прокатного стана, между Ним и прокатом измеряется толщина смазочной пленки. Измерение толщины этой пленки осуществляется путем измерения ее электропроводности между электроизоли рованным щупом и металлическим основа нием 21. Однако известный датчик позволяет измерять лишь среднее значение жидкостной пленки в то время как при волновом ее течении, например, на вращающемся диске, возникает необходи мость измерения локальных параметров жидкостной пленки в радиальном ив окружном направлениях и их изменения времени, которые могут быть измерены известным датчиком.неточно. Целью изобретения является повышение точности измерения толщины волновых пленочных течений из вращающенся диске, а так) измерение фазовой скорости волн на поверхности пленки. У(сазанная цель достигается тем, что датчик локальной толщины жидкостной пленки, содержащий металлическое основание и заделанный в нем заподлицо с поверхностью основания электроизолированный контактный щуп, снабжён не менее чем двумя выполненными идентично первому электроизолированными контактными р(упами, расположенными в вершинах прямоугольного треугольника, образованного этими щупами, основание датчика выполнено в виде диска, один из катетов треугольника,образованного 01улами, ориентирован П9 радиусу диска, а диаметр d отверстий в диске под контактные щупы выбирается из соотношения5 ff гр 3 0,3 Л где Л - длина волн на поверхности жидкостной пленки; оС.р- максимальная толщина жидкостной пленки на гребне волны. Кроме того, расстояние между контактными щупами по катетам треугольника равно 2-3 диаметрам cf отверстий в диске. На фиг. 1 показано расположение контактных щупов на поверхности вращающегося диска; на фиг. 2 - датчик в разрезе; на фиг, 3 - осциллограмма изменений локальной толщины жидкостной пленки; на фиг. k - схема обработки сигнала датчика. Датчик локальной толщины жидкостной пленки содержит контактные щупы t-3, заделанные в тело металлического основания - диска и электроизолированные от него слоем диэлектрика 5. На поверхности диска контактные щупы 1-3 расположены по вершинам прямоугольного треугольника, один из катетов которого ориентирован ло радиусу диска. Расстояние Е между щупами, измеренное пр катетам треугольника, выбирается равным 2-3 диаметрам d отверстий в теле диска под электрюизолированные щупы 1-3, а величина диаметра ( отверстий ограничена снизу условием , обеспечивающим линейную зависимость электропроводности датчика от толщины жидкостной пленки, и ограничена сверху условием ,3A для предотвращения осреднения параметров вогнового течения жидкостной пленки на поверхности вращающегося диска. Схема обработки сигналовдатчика одержит разделительный трансформаор 6, перви 4ная обмотка которого ключена в линию питания датчика, дущую от генератора 7 переменного ока к контактным кольцам 8-9 зарепленным на оси вращения диска k и присоединенным к какой-либо из пар онтактных «упов, условно изображен- ых на фиг.4 а виде переменного резистора 10. Вто1зичная обмотка трансорматора 6-подключена к входу усилителя U, к выходу которого присо- j единены детектор 12, фильтр 13 и регистратор, например, шлейфовый осциллограф I, питающийся через выпрямитель 15 от сети переменного тока. V, :-;,; Датчик локальной толщины жидкостной пленки работает сЯедьпощим обраПри подведении напряжения переменного тока от генератора 7 к соотеетствующеЙ паре контактных щупов 1-3 или 2-3 через кольца 8-9 в зависимости от толщинычГ жидкостной пленки на поверхности диска k изменяется сила тока в этой цепи, так как изменяется электропроводность пленки между данной па рой щупов, т.е. сопрбтивление резистора 10, 8 результате этого изменяется и падение напряжения на контактных щупах датчика. Мгновенное эначение силы тока, протекающего через тонкий жидкостный слой сГ и контактные.щупы, характеризует локальную ТОЛЩИНУ пленки и регистрируется на шлейфовом осциллографе Н. Напряжение переменного тока, подав емое на цупы 1-3, не должно превышать I, В для предотвращения разложения воды в области щупов, благодаря чему исключается выделение пузырьков газа при исследовании жидкостей с ионной, проводимостью. Для устранения поляризации контактных щупов подводимое к ним напря)кение от генератора 7 должно быть переменного тока, желатель но с частоТой 8 кГц. Высокочастотные пульсации измеренного тока датчика от деляются с помощьк) фильтра 13. Верхняя грачица пропускания фильтpia 0ь 5рака равной 2 кГц, что позволяет регистрйровёть в0сь частотный дйа)пленки,так как верхний «редел частоплкни, так как верхний предел частоты следования волн на поверхности вра щающегося/диска не превышает, как по-45. казывает эксперимент в данном случае, 1,5 кГц. Благодаря разделительному трансформатору 6, предотвращается шунтирование контактных щупоб в случае использования металлического основания датчика - диска в качестве токосъемного элемента. При,измерении фазовой скорости распространения волн :на поверхности жидкостной пленки на шлейфовом орциллографе V записывают одновременно две осциллограммы изменения локальной толцины пленки в функции, времени, для чего используются одновременно две пары контактных щупов 1-3 и 3-2, каждая из которых подсоединяется через индивидуальную схему обработки сигналов к, соответствукйцему шлейфу осциллографа Но Так как крнтактные щупы в каждой паре смещены на расстояние В 2-3 д, на осциллограммах может быть определен фазовый сдвиг между гребнями волн i вычислена фазовая скорость Vфпo формуле где VA - скорость развертки осциллографа;, дЪ - смещение грюбней волн на осциллограммах. Благодаря тому,UTO расстояние между контактными щупами датчика меньше длины Я волн на поверхности пленки, оказывается возможным регистрировать волновое изменение толщины жидкостной пленки над парами контактных щупов по ходу движения волн как в радикальном, так и в окружном направлениях. Тарировка датчика может быть осуществлена с пом(эдью образцовых пластин фиксированной толщины. Датчик позволяет более точно определять локальную толщину жидкостной пленки при ее волновом движении на поверхности вращающегося диска.

1. ДАТЧИК ЛОКАЛЬНОЙ ТОЩИНЫ ЖИДКОСТНОЙ ПЛЕНКИ, содержащий металлическое основание и заделанный в нем заподлицо с поверхностью основания электроиэолированный кон:тактный щуп, о т л и ч a ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения толщины во шовых пленочных течений на ерацаюцемся диске, он снабясен не менее, чем двумя выполненными идентично первому эяектроизолированными контактными щупами, расположениями в вершинах прямоугольного треугольника, образованного этими щупами, основание датчика выполнено в виде диска, един из катетов треугольника, образованного щупами, ориентирован по радиусу диска, a диаметр 3 отверстий в диске под контактные щупы выбирается из соотношение: . гр d 0,3 Л где Л - длина волн на псжерхностй жидкостной пленки; ш максимальная тощина жидкостной пленю1 На .гребне волны. 2. Датчик по п. 1, о т л и ч a ющ и и с я тем, что, с целью измерения фазовой скорости волн на поверхности пленки, расстояние между контактными щупами по катетам треугольника равно 2-3 диаметрам d отверстий ;о to в диске. о -И . ut.f

fOI

4-|5dW«

Г,е««