Способ измерения пульсаций электропроводности турбулентного потока жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

СО

со :о ел

2. Устройство для измерения пульсаций электропровЪдности турбулентного потока жидкости, содержащее четырехплечий мост переменного тока с датчиком электропроводности в измерительном плече, источник питания и .. регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона измерения и упрощения конструкции, устройство дополнительно содержит датчик электропроводности, установленный в уравновешивающее плечо моста, и гидродинамический преобразователь турбулентуного потоки в ламинарный, установленный между датчиками.

1. Способ измерения пульсаций электропроводности турбулентного потока жидкости, заключающийся в преобразовании проводимости исследуемой жидкости в электрический сигнал с автоматической компенсацией постоянной составляющей сигнала и измерении переменной составляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измерений, дополнительно преобразуют Q турбулентный поток жидкости в лами- S нарный, а его проводимости в турбу- л-ь лентной и лиминарной зонах преобра- J зуют в электрические сигналы и по их разности определяют величину пуль саций электропроводности турбулентного потока.

Изобретение Зтносится к гидроаэ&о физическим измерениям и может быть использовано при исследовании процессовI тепло- и массопередачи в турбулентных потоках, в метрологии при создании образцовых средств измерений пульсаций, а также в промышленности в автоматизированных системах контроля состава и свойств жидких и газообразных веществ. Известен способ измерения пульсаций удельной электропроводности СУЭП) турбулентного потока, использу{1Я1Щй преобразование проводимости локального объема исследуемой среды в электрический сигнал с последующим вьаделением из него переменной составляющей, пропорциональной измеряемой величине. Устройства, реализукюдае этот способ, представляют собой че ьфехплечий мост переменного тока -с датчиком пульсаций в одном из плеч. Принцип действия этих устройств основан на измерении мгновенного значения УЭП в локальном объёме турбулентного потока. При подборе сопротивления в уравновешивающем плече моста, проводимость кот рого эквивалентна средней УЭП жидкости, сигнал разбсшанса моста приблизи тельно пропорционален отклонениям (пульсациям) от среднего фонового значения УЭП, и по его величине судя о значении пульсаций УЭП турбулентного потока Cll . Недостатками известных технически решений являются низкая точность, чувствительность и узкий диапазон измерений. Это обусловлено физическо неидентичностью проводимости жидкости (проводник второго рода) и экви валентной проводимости уравновешиваю щего плеча (проводник первого poдa , а также влиянием на результаты измерений изменений фоновых характеристик турбулентного потока /температуры, iконцентрации, скорости).; Известен способ измерения пульсаций электропроводности турбулентного потока, заключающийся в преобразовании проводимости исследуемой жидкости в электрический сигнал с автоматической компенсацией постоянной составляквдей сигнала и измерении переменной составляющей (2. Известно устройство, реализуквдее известный f23 способ, содержащее четьорехплечий мост переменного тока высокой частоты, в изнурительное плечо которого включен контактный датчик пульсаций УЭП. К диагоналям моста подключены источник питания и регистратор. Вход электронной схемы Уравновешивания моста подключен к выходу регистратора, а выходк управляемой электрической проводимости, шунтирующей проводимость датчика t 3}. При погружении датчика в поток на него воздействует турбулентный сигнал, представляющий собой сумму постоянной (среднее значение УЭП) и переменной .(пульсации УЭП составляющих. В процессе измерений мост автоматически балансируется электронной схемой. Балансировка моста осуществляется изменением проводимости элемента, иодключейного параллельно к датчику. В качестве управляемого элемента используется полевой транзистс, на вход которого заведена обратная связь с выхода регистратора разбаланса. Это позволяет поддерживать суммарную электрическую проводимость измерительного плеча на фиксированном уровне и судить о величине пульсаций по регистрируемому сигналу разбаланса моста. Известное техническое решение стабилизирует козффи1щент прео азования пульсаций при изменении фоновой УЭП. Таким образом, недостатками известноА технического решения являются низкая точность, чувствительность, ограниченный диапазон измерений пульсаций УЭП и сложность реализации устройства. Целью изобретения является повышение точности, чувствительности и расширение диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения

пульсаций электропроводности турбулентного потока зкидкости, заключающемуся в преобразовании проводимости исследуемой жидкости в электрический сигнал с автоматической компенсацией постоянной составляющей сигнала и измерении переменной составляющей, дополнительно преобразуют турбулентный поток жидкости в ламинарный, а его проводимости в турбулентной и ламинарной зонах преобразуют в элект рические сигналы и по их разности определяют величину пульсаций электропроводности турбулентного потока.

Устройство для измерения пульсагдай электропроводности турбулентного потока жидкости, содержащее четырехплечий мост переменного тока с датчиком электропроводности в иэмеритедьтном плече, источник питания и регистратор, дополнительно содержит датчик электропроводности, установленный в уравновешивающее плечо моста, и гидродинамическИ:й преобразователь турбулентного потока в ламинарный, установленный между датчиками.Это позволяет непосредственно в жидкости осуществить операцию гидродинамического разделения, входного . сигнала на статический и динамический, обеспечить физическое соответствие сопротивлений в измерительном и уравновешивающих плечах моста, -. автоматически компенсировать постоянную составляющую сигнала внутренней обратной связью моста в процессе измерений и исключить электронные цепи обратных связей.

На чертеже представлена схема устройства для измерения пульсаций электропроводности турбулентного . потока жидкости.

Устройство для измерения пульсаций УЭП турбулентного потока жидкости содержит измерительный мост 1, Образованный четырьмя плечами 2-5. Источник питания 6 и регистратор разбаланса 7 включены в соответствующие диагонали моста 1. Датчик пульсаций 2, являющийся одним из плеч моста 1, установлен в исследуемом потоке в турбулентной зоне 8. Гидродинамический преобразователь 9, например, с мелкими сотами или капиллярами 10 преобразует турбулентное течение потока в ламинарное в зоне 11, в которой установлен дополнительный датчик УЭП 3, являнвдийся также одним из плеч моста 1, причем смежным с плечом 2.

Способ осуществляют следующим образом.

В измерительном мосте 1 непрерывно сравниваются импедансы плеч 2 и 3 датчиков УЭП. Эти импедансы являются проводниками второго рода. В двух других плечах моста 1 сравниваются

инпедансы плеч 4 и 5, являкяциеся проводниками первого рода, например прецизионные резисторы. Условием равновесия моста 1 является равенств произведений сопротивлений противоположных плеч. При отсутствии турбулентностей в турбулентной зоне 8 датчики 2 и 3 реагируют на среднее значение УЭП и уравновешенное (нулевое) состояние моста 1 не зависит от скорости потока и абсолютной величины УЭП. Величины импедансов плеч 2 и 3, а также плеч 4 и 5 подбираются, исходя из условия равновесия моста 1, причем импедансы плеч 2 и 3 -(кондуктивные постоянные датчиков, умноженные на величину УЭП) могут быть равны между собой. В этом случае требуется также и равенство импедансов плеч 4 и 5. В состоянии равновесия моста 1 сигнал разбаланса на регистраторе разбаланса 7 отсутствует, поэтому по нулевому положению регистраторов можночсудить об отсутствии пульсаций УЭП в турбулентной зоне 8. При воздействии турбулентного потока с пульсациями УЭП на датчик 2 импеданс этого плача изменяется в со ответствии с мгновенным значением УЭИ в турбулентной зоне 8. При про хождении турбулентного потока через гидродинамический преОбра.зователь 9 в капиллярах 10 последнего происходит изменение характера течения и осуществляется перевод турбулентного течения в ламинарное. Поэтому в зоне 11 на выходе преобразователя 9, где размещен датчик 3, в йотоке отсутствуют турбулентности с пульсациями УЭП, и импеданс плеча 3 изменятся только в соответствии со средним значением УЭП. В результате этого в плече 3 моста воздействует только статический сигнал, а в плече 2 как статический, так и динамический, т.е. вызванный пульсациями УЭП. В измерительной диагонали моста 1, в которую включен регистратор разбаланса 7, появляются флуктуац ии электрического сигнала, вызванные воздействием турбулентного потока с пульсациями УЭП на датчик 2. По регистратору разбаланса 7 в соответствующем амплитудно-частотном диапазоне судят о величине пульсаций УЭП в турбулентной зоне 8. Среднее, медленно изменяющееся значение УЭП воздействует на оба датчика 2 и 3, не влияя на разбаланс моста 1. Пульсации УЭП воздействуют только на датчик 2, поэтом разбгшанс моста 1 вызван- только электрическим сигналом, пропорционалным величине пульсаций УЭП в турбулентной зоне В.

В качестве гидродинамического преобразователя 9 могут быть использованы сотовые выпрямители, Сглаживающие сетки, сужающие элементы, капилляры, трубки с большим гидравлическим сопротивлением. Основным требованием к преобразователю 9 является образование на его выходе ламинарной зоны 11. Конструктивно гидродинамический преобразователь 9 может быть выполнен в виде отдельного погружного узла, жестко связанного с датчиками 2 и 3, или в виде гидродинамической трубы с датчиками 2 и 3 соответствен но на ее входе и выходе. Расположение преобразователя 9 и датчиков 2 и 3 относительно вектора скорости на бегаквдего потока может быть произвольным, последовательным, параллель ным, последоватёльно-параллельньм. Основными требованиями при этом явля ются минимальное искажение структуры поля турбулентности в чувствительной зоне датчика 2 и жесткость установки датчиков 2 и 3 и преобразователя 9 относительно друга. Это достига ется выбором известных гидродинамиче ских профилей .погружных датчиков 2 и 3, установкой датчика 2 вне зоны отрыва потока от корпусов преобразователя 9 и датчика 3. При соблюдении обычных правил техники гидродинамических измерений и минимизации вносимых искажений величина сигнала рассогласования на выходе моста 1 зависит только от интенсивности исследуемого поля пульсаций УЭП. Предлагаег лй способ и реализующее его устройство применимы для измерения пульсаций в газоплазменных и водных турбулентных потоках не только электропроводности, но и других физических величин, например скорости и температуры. При этом техническая реализация устройства может включать в себя существующую совокупность разновидностей датчиков и измерительных мостов. По сравнению с известным предлагаемое техническое решение улучшает чувствительность в 10 раз, на декаду расширяет диапазон измерений в область ин4 анизких частот, повышает точность измерения и значительно упрощает конструк1шю за счет исключения интегратора и устройства управления конпенсатором постоянной составляющей.