Способ определения локального объемного влагосодержания газожидкостных потоков Советский патент 1985 года по МПК G01N21/81 

СП 4i 01

СО

сх I Изобретение относится к области исследования и физико-химического анализа газожвдкостных сред, с помощью оптических методов и может найти применение в химической и неф теперерабатывакяцей промышленности, авиационной технике, Известен способ определения объе ного влагосодержания многокомпонент ных сред, по которому среду облучают электромагнитными волнами и по и поглощению определяют величину влагосодержания С11. Недостатком способа является низкая точность измерения, обусловленная влиянием эффекта рассеяния волн на границе раздела компонент среды. Эффект рассеяния увеличивает ся в газожидкостных и дисперсных средах. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб определения локального влагосодержания газожидкостных потоков, заключающийся в том, что исследуемы поток облучают неселективнь&г источником с;вета, регистрируют сигналы ослабления на двух длинах волн аналитической, поглощаемой жидким компонентом потока, и эталонной, на которой этот компонент прозрачен, и по отношеишо этих сигналов опреде ляют объемное влагосодержание. Эталонную длину волны выбирают таким образом чтобы влияние эффекта рассеяния, на двух длинах волн было оди 1я . Htt длине1.й. иилм rjbuiu иди JO, например Дд,ц 1,93-0,045 мк наково 1,-83 - 0,05 мкм Г23.. . Этот способ обладает низкой точностью определения локального объем ного влагосодержания нестационарных газожидкостных потоков, так как эффект рассеяния на заранее выбранных длинах волн будет разлйчнь м в завис мости от изменения форм поверхности раздела фаз, т.е. структуры потока. Низкая точность измерений при работ на длинах волн 1,93 - 0,045 мкм и 1,83 0,05 мкм определяется следующим. При выборе в качестве аналити ческой волны 1,975 мкм, а эта лонной - 1,J80 мкм, когда существен но влияние .эффекта поглощения на аналитической длине волны, влияние эффекта рассеяния на этих длинах волн неодинаково для характерных размеров оптической неоднородности среды d (3 - 5)Л. , так как сравнительно велика разность между ра982бочими длинами волн (0,195 мкм). С другой стороны, если рабочие длины волн составляют 1,885 мкм и 1,880 мкм, то разность оптических плотностей среды на этих длинах волн становится незначительной, что вызывает рост погрешности измерений. Следует отметить, что использование длин волн, лежащих в инфракрасной области спектра (А - 1 мкм) снижает , TTd параметр дифракции F -г- по сравнению с длинами волн, лежащими в видимой области спектра. Это обстоятельство приводит к различному влиянию эффекта рассеяния. Целью изобретения является повышение точности измерений. Эта цель достигается тем, что согласно способу определения локального объемного влагосодержания газожидкостных потоков, заключающемуся в том, что исследуемый поток облучают неселективиым источником света., регистрируют сигналы ослабления на двух длинах волн - аналитической, поглощаемой жидким компонентом потока, и эталонной, на которой этот компонент прозрачен , и по отношению этих сигналов определяют объемное влагосодержание, предварительно измеряют коэффициент корреляции К между сигналами ослабления на двух длинах волн, находят диапазоны длин волн, для которых К 0,9 - 1,0, в жидкость при формировании газожидкостного потока вводят маркирующий раствор, имеющий электронный или ионный спектр поглощения в найденных диапазонах, измеряют коэффициент корреляции в одном из этих диапазонов и при определении объемного влагосодержания за эталонную и аналитическую принимают длины волн из указанного диапазона, сигналы ослабления на которых имеют значение коэффициента корреляции К 0,05 - 0,1. Под коэффициентом корреляции двух сигналов ослабления Ц поднимается отношение ковариации сигналов ослабления к произведению их средних квадратичных отклонений К б,. 5, Величина i является переменной вследствие изменения формы поверхности раздела фаз в газожидкостном потоке. Для длин волн, на которых рассеяние не зависит от длины волны. 3115 коэффициент корреляции имеет значение, равное единице. При вводе марк рукнцего раствора за счет поглощения которое пропорционально объему раст вора на просвечиваемой длине, погло щение на аналитической длине волны будет отличаться как по амплитуде, так и по частоте от сигналов ослабления за счет рассеяния на других длинах волн. Так как форма поверхности жидкой фазы не коррелируется с ее объемом, то сигналы в полосе поглощения и вне ее становятся неко релированными, а. их коварийция равн нулю. Таким образом, признаком того, что при измерении аналитическая вол на оказывается в полосе поглощения раствора, а эталонная вне ее, служи коэффициент корреляции стремящийся к нулю. В действительности эти сигналы оказываются слабокоррелированными, так как на сигнал поглощения наложится сигнал от рассеяния Выбор ненулевого нижнего значения коэффициента корреляции К 0,1-0, определяется, с одной стороны, наложением сигналов ослабления за счет рассеяния и поглощения, с другой стороны, нижнее ограничение ди.к туется невозможностью полностью избавиться от паразитных помех в электронных приборах, которые оказываются слабокоррелированными. По той же причине помех и наводок в электронной аппаратуре коррелирован ные сигналы только за счет рассеяни имеют значение К 0,9 - 1,0. На чертеже представлена схема конкретного устройства для реализации способа. Устройство для определения локал ного объемного влагосодержания состоит из емкости 1 с маркирующим раствором 1, расходомера 2, дроссел ноге крана 3, измерительного участка 4 с исследуемым газожидкостным потоком, неселективного источника 5 света, линзы 6, формирукицей плоскопараллельнЬ1й пучок света, щелевой диафрагмы 7, снабженной механизмом для регулирования размеров щели, прбзрачных плоских стекол 9, вмонтированных в стенку измерительного участка 4 по ходу светового пучка, гспектографа 10, фотоприемников 11, электрически подсоединенных через согласукж95е усилители 12 к вольтметрам 13, аналогового коррелятора 14, реша ющего блока 15 и цифропечатающего устройства 16. Способ осуществляется следующим образом. С помощью неселективного источника 5 света и оптической линзы 6, формирующей плоскопараллельный пучок света, исследуемый газожидкостный поток облучают электромагнитным из лучением. Размерами щелевой диафрагмы 7 фиксируют облучаемый объем среды. На спектографе Ю световое излучение разлагается в спектр и с помощью фотоприемников 11 (показано только два фотоприемника), усилителей 12 и вольтметров 13 регистрируются сигналы ослабления интенсивности света на различных длинах волн Л 1д. (1л)о- I Д Л соответственно интенсивности света на длине волны Д до и после прохождения газожидкостной среды. С помощью коррелятора 14 измеряют коэффициент корреляции К между сигналами ослабления пар длин волн в области излучения источника 5 света и определяют диапазон длин волн с К 0,9 - 1,0. Затем в жидкую фазу газожидкостной среды из емкости 1 вводят маркирующий раствор, имекщий электронный или ионный спектр поглощения в найденном диапазоне длин волн, что позволяет увеличить оптическую плотность среды на аналитической длине волны. 1Напрш.1ер,. для 1,5%-ного водного раствора мщрганцовокислого ) калия, применяемого в качестве маркирующего раствора, (1ан 0,48 мкм. Дроссельным краном 3 устанавливают определенный расход маркирующего раствора, величина которого измеряется расходомером 2 и поступает в решающий блок 15 для вычисления концентрации маркирующего раствора в. жядкой фазе. Вторично измеряют Коэффициент корреляции между сигналами ослабления интенсивности света в ди- . апазоне длин волн Л (0,5 - 1,5)Ллйи находят две длины волны с К 0,050,10. Длину волны с максимальным значением сигнала ослабления в указанном диапазоне принимают за аналити4ecKiTo, а с минимальным - за эталонную. Максимальное значение сигнала ослабления соответствует ,5 (1Да.н)о а минимальное - Л1д., 40,2х х() Сигналы ослабления света на аналитической и эталонной длинах волн поступают в решающий блок 15, где по разности оптических плотностей среды на двух длинах волн Лс1ч и вычисляется объемная концентрация влаги в потоке. Результаты изме рений поступают на цифропечатающее устройство 16. Для определения объемного влагосодержания необходимо знать объемную концентрацию маркирукщего раствора в жидкой фазе. При вводе маркирующего раствора непорредственно в газожи костный поток, например с помощью пористых вставок, для измерения объемной концентрации раствора, например оптическим компенсационным методом, из измерительного участка с исследуемь 1 газожидкостньм потоком отбирают пробу раствора. Однако пред почтительнее вводить маркирующее вещество в магистраль подвода жидкой фазы. В этом случае концентрация рас вора определяется из балансового соо ношения расходов жидкой фазы и марки рующего вещества. В качестве маркирующего раствора выбирается вещество, имекацее узкую полосу поглощения в растворе жидкой фазы потока и большое значение коэффициента экстинкции. Таким требовакиям отвечают растворы солей металлов, имеющие электронный или ионный спектр поглощения. Главная полоса поглощения раствора должна находитьс в области спектра, что позво лит при реализации предлагаемого спо соба использовать простые оптические приборы, обладакщие высокой разрешакячей способностью, например, при исследовании газоводяиых потоков мож но использовать водйые растворы марганцовокислого калия, имеющего мак (симальное поглощение на длине волны 0,48 мкм, или медного купороса, имекйцего максимальное поглощение на длине волны 0,83 мкм. Длина волны, на которой маркирукяций раствор имеет максимальное поглощение, является аналитической. Эталонную длину волны выбирают таким образом, чтобы разность между аналитической и эталонной длинами волн быпа минимальной, а сигналы ослабления на этих длинах волн имели минимальный коэффициент корреляции. Как правило, слабокоррелированными сигналами являются сигналы, имеющие коэффициент корреляции менее 0,1. Так как выбранный маркирующий раствор имеет в спектре очень узкую полосу поглощения, то разность между аналитической и эталонной длинами волн не превосходит 0,005 мкм иопределяется разрешаемой способностью используемых оптических приборов. Это позволяет существенно повысить точность измерений и расширить функциональные возможности способа, так как в этом случае рассеяние на аналитической и эталонной длинах волн будет одинаково независимо от структуры газожидкостных потоков. Как показали проведенные исследования газожидкостных потоков, использование предлагаемого способа позволяет повысить точность определения локального объемного влагосодержания более чем в три раза с 10 до 3%. Для реализации предлагаемого способа использовалась следующая аппаратура: источник света - ленточная лампа накаливания сие - 200 у, щелевые диафраг 1Ы типа УФ-12, фотоприемники на базе фотодиода ФД-10к с операционным пр1едусилителем, собранньв4 на микросхемах KIVT40I, вольт метр средних квадратичных значений 55Д35 Disa, аналоговый коррелятор типа 55Д70 Disa. Измеренные уровни сигналов ослабления и коэффициентов корреляции К составили по амплитуде (0,1 - 1,0) В при значении К 0,91 (до ввода м аркиру1едего раствора) и К 0,08 (ири вводе маркирующего раствора). При этом пог решиостьизмерения не п ревь{сила 2,5%, что в 3 раза выше точности измерения традиционньад раяиокзотопньв4 методом.

ffyyt/ftf/fjMHtttfff

flerc/пвв

СдасОБ ОПРЕДЕЖНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ГАЗОЖВДКОСТНЫХ ПОТОКОВ, заключающийся в том, что исследуемьй поток облучают несеяективным источником света, регистрируют сигналы ослабления на двух длинах волн - аналитической, поглощаемой яощкнм комповентом потока, и эталонной, на которой этот компонент прозрачен, и по отношению этих сигналов определяют объемное влагосодержание , отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений, предварительно измеряют коэффициент корреляции К между сигналами ослабления на двух длинах волн, находят диапазоны длин волн, для которых К 0,9 - 1,0, а жидкость при формировании газожидкостного потока вводят маркирукнций раствор, имеющий электронный или ионный спектр поглощения в найденных диапазонах, измеряют коэффициент корре/тяции в одном из этих диапазонов и при оп-§ ределении объемного влагосодержания за эталонную и аналнтнческу прини- Ц| мают длины волн указанного диапазо- f на, сигналы ослабления на котарых имеют значение коэффициента корреля- В ции К 0,05 - 0,1.