Устройство для измерения концентрации раствора жидкости в потоке Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при научно-исследовательских работах в области химической технологи реагентной обработки воды и т.д. Известно устройство, содержащее датчик модельной концентрации жидкос в потоке, расположенный в трубопрово де. Датчик представляет собой термо- пару, которая может перемещаться вдоль диаметра трубопровода. При вве дении в трубопровод струи раствора в основной поток жидкости, имеющей температуру, отличную от температуры основного потока, датчик перемещают вдоль диаметра трубопровода и по изменению температуры сУдят о распределении вводимого раствора в жидкос ти 1. Недостатком этого устройства является низкая точность измерения градиента концентрации. Это вызвано тем, что к выравниванию температуры ведет не только перемешивание, но и процесс теплообмена, идущий чрезвычаной быстро. Кроме того, кинематичес кая вязкость воды существенно зависит от температуры, т.е. результаты таких измерений неоднозначныи носят качест венный характер. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее измерительную проточную электродную систе му с двухэлектродньм датчиком, связан ную с источником питания и регистрирующей схемой 2J. Концентрацию жидкой среды в потоке определяют по измерению электропровод ности жидкой среды при распылении последней в одной точке разомкнутого контура. Недостатками известного устройства являются низкая информативность датчи ка и точность измерения градиента кон центрации раствора жидкости по сечению потока. Цель изобретения - повышение точно ти и информативности измерений путем .ОЩ еделения градиента концентраций. Цель достигается тем,что в устройстве, содержащем электродную систему, установленную в трубопроводе с исследуемой жидкостью и связанную с источником питания и регистрирующей схемой, электродная система выполнена в виде двух групп изолированных друг от друга параллельных проводников, закрепленных на основании из диэлектрического материала, причем проводники перьой группы перпендикулярны проводникам второй группы,а расстояние между группами равно пяти диаметрам проводников. Электродная система, выполненная предлагаемьм образом,позволяет значительно повысить информативность датчика, так как при этом появляется возможность измерять электропроводность жидкой среды в потоке, а значит и относительную концентрацию жидкой среды по всему сечению потока во многих точках, тем самым получать информацию о градиенте концентраций по сечению потока. То, что расстояние между группами проводников выбрано равным пяти диаметрам проводников, позволяет повысить точность измерения концентрации жидкой среды в отдельной точке по сечению потока и предотвратить возможное замыкание проводников каждой из групп. На фиг.1 показан предлагаемый датчик; на фиг.2 - установка для изучения взаимодействия струи. Датчик 1, являющийся частью трубопровода, имеет систему прорезей 2 и 3, вьтолненных на разной глубине. Жидкости подаются в датчик 1 благодаря падающей системе 4, выполненной в виде сосуда постоянного уровня канала. Скорость потока регулируется вентилем 5. Измерение электросопротивления производят мостом 6 переменного тока, одним из плечей которого является датчик 1, подключенный через коммутатор 7 измерительных ячеек. Питание моста 6 осуществляют источником переменного тока 8. Для балансировки моста 6 используют нуль-индикатор 9. Результаты измерений регистрируют измерительньм прибором 10, В систему прорезей 2 и 3 уложены и закреплены группы проводников 11-16 и 17-22. Устройство работает следующим образом. В трубопровод с датчиком подают водопроводную воду, и вентилем 5 устанавливают требуемую скорость потока. Затем от источника переменного тока 8 в диагональ.моста 6 подают ток переменного напряжения и по показаниям нуль-индикатора 9, включенного в измерительную диагональ моста 6, балансируют последний. После этого в канал падающей системы 4 подают дистиллированную воду. В результате смешения двух жидкостей с разной электропроводностью происходит изменение электропроводности раствора. При этом возникает разбаланс моста 6, регистрируемый измерительным прибором 10. В результате, неравномерного смешения двух жидкостей образуются области по сечению потока с разной концентрацией раствора, вследствие чего разбаланс моста 6 будет различньм для отдельных измерительных ячеек датчика 1. Последовательньм перебором измерительных ячеек датчика 1с помощью коммутатора 7 определяют градиент концентрации раствора по сечению потока. По градиенту кон центрации судят об эффективности смешения двух жидкостей. Благодаря расположению систем прорезей 2 и 3 на разных глубинах между группами проводников образует ся зазор. Кроме того, системы прорезей 2 и 3 взаимно перпендикулярны при этом между группами проводников образуются так называемые точки скрещения (например 12-19), которые и являются измерительными ячейками Разность глубин--систем прорезей 2и 3 составляет пять диаметров про водников . Количество измерительных ячеек определяется количеством проводников (при наличии 2 и проводников обеих групп получают количество измерительньтх ячеек, равное целой части числа - п ) . Это дает возможность, не внося значительных пос торонних возмущений в поток, охвати измерениями все поперечное сечение потока. Подключая к измерительной схеме парно проводники из групп, получают

Число .Рейнольдса

5-10 10 5-10 10 5 -10 10 2-10 потока

Деформация проводника в единицах его диаметраD 0,5D

1,5D 2,5D 3,OD 3,5D 3,8D A,00 информацию об электропроводности или емкости (это зависит от вторичной аппаратуры), а значит и относительной концентрации в данной точке поперечного сечения потока жидкости. Например, подключая к измерительной схеме проводник 12 и 19, получаем значение концентрации в точке 12-19 и т.д. Последовательным перебором проводникйв каждой из групп получают информацию о распределении концентрации по всему поперечному сечению потока, т.е. измеряют не только само значение концентрации, но и возможный градиент концентрации по сечению потока. Иными словами, предложенный датчик позволяет зафиксировать не только изменение концентрации в потоке вообще, но и получить информацию о том, в какой точке по сечению потока это измерение произошло. Выбор расстояния между отдельными группам проводников, составляющего пять диаметров проводников, обусловлен тем, что точность измерения концентрации жидкости в точке сечения потока тем вьше, чем меньше размеры измерительной ячейки, образованной скрещиванием проводников из разных групп. Кроме того, минимальное расстояние между группами проводников определяется упругой деформацией проводников под действием гидравлического давления потока жидкости. В таблице приведена зависимость величины упругой деформации проводников от числа Рейнольдса потока жидкости.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТР АЩИ РАСТВОРА ЖИДКОСТИ В ПОТОКЕ, содержащее электродную систему, установленную в трубопроводе с исследуемой жидкостью и связанную с источником питания и регистрирующей схемой, отличающееся тем, что, с уделью повышения точности и информативности измерений путем определения градиента концентрации, электродная система выполнена в виде двух групп изолированных друг от друга параллельных проводников, закрепленных на основании иЗ диэлектрического материала, причем проводники первой группы перпендикулярны проводникам второй группы, а расстояние между группами равно пяти диаметрам проводников. О 09 00 СП

Как видно из таблицы, упругая де- 50 формация проводника линейно растет с увеличением числа Рейнольдса потока и при больших числах Рейнольдса выходит на насьпцение,не превышая значение A,OD .Во избежание возможного 55 замьжания проводников из разных групп при их деформации под действием потока жидкости выбрано расстояние

между группами, равное 5f. При этих размерах предлагаемый датчик позполяет производить измерения относительной концентрации жидкой среды в потоке с погрешностью менее 1%, в то время как известные датчики выполняют эти измерения с погрешностью 5-1П7.

Применение предлагаемого устройст,ва при моделировании процесса смете$1103135

ния реагента со сточной водой позво-. качество очистки сточных вод, уменьляет установить оптимальные дозы шает расход реагента, сокращает объем реагента и место его ввода в поток очистных обрабатываемой воды. Это повьшает стки.

сооружений и время очи