Устройство для измерения числа и массы твердых частиц в потоке жидкости или газа Советский патент 1988 года по МПК G01N15/06 

со 0)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа потоков дисперсных сред. Целью изобретения является повышение точности измерения числа и массы частиц механических примесей в потоке жидкости или газа в гидро- или пневмосистемах. Поток исследуемой жидкости или газа из трубопровода обтекает протектор пьезокристалла. Частицы вследствие инерционности ударяются о протектор. Амплитуда электрического сигнала пьезокристалла при ударе частицы пропорциональна произведению массы частицы на сумму скорости ее в момент удара и скорости в момент отскока. Скорость при отскоке зависит от упруго-пластических свойств материала частицы, ее формы и других неинформативных факторов. С целью уменьшения погрешности измерения числа и массы частиц путем уменьшения влияния скорости отскока частиц протектор покрыт слоем твердого пластичного материала, не обладающего адгезией к материалу частиц, например свинца. 1 ил. с (Л

ZfS

Изобретение относится к измериельной технике и предназначено для нализа потоков дисперсных сред.

Целью изобретения является повыше- с ие точности измерения числа и массы тдельных частиц путем уменьшения лияния вариации упруго-пластических войств материала частиц и условий оударения.10

На чертеже изображено предлагаеое устройство.

Устройство содержит корпус 1, который ввернуты друг против- друга трубопровод 2 для направления потока 15 на чувствительную поверхность и дератель 3 с пьезокристаллом 4. Пьезо- кристалл представляет собой, например, цилиндрическую дискообраз ную пластину из пьезокерамического мате- 20 риала. Торцовые поверхности пьезо- кристалла имеют электроды для съема . электрических сигналов. Торец, направленный к трубопроводу, защищен проводящим протектором 5, например, 25 из латуни, с наружным слоем 6, обращенным к трубопроводу и подвергающимся ударам частиц. Этот слой выполнен, например, из свинца или подобного материала, имеющего малый коэффици- ЗО ент восстановления при ударе, толщина которого на единицы-десятки микрометров превьшает глубину внедрения частиц, при ударе. Пьезокристалл прижат к протектору пружиной 7 через изолятор 8, касающийся пьезо- кристалла в атдельных точках задней поверхности, например, по периферии. Электрод пьезокристалла, контактирующий с протектором, электрически сое- Q динен с земляной шиной. Электрод, обращенный к изолятору, подключен электрически проводником 9 к входу блока электроники, предназначенного для измерения амплитуды и числа электрических импульсов. Блок электроники состоит из усилителя 10 и последовательно включенного за ним N-каналь- ного амплитудного анализатора, содержащего N компараторов 11, входы которых соединены параллельно. К выходам компараторов подключены входы канальных счетчиков 12 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

35

45

55

Поток исследуемой жидкости или газа направляется из трубопровода 2 на поверхность протектора 5 и обтекает ее. Массивные твердые частицы при

5 О Q

5

этом отклоняются от линий тока жидкости или газа и ударяются.о поверхность протектора. Возникающие на Электродах пьезокристалла при ударе частиц импульсные электрические сигналы усиливаются усилителем 10 и анализируются амплитудным анализатором, распределяющим сигналы в зависимости от амплитуды по соответствующим каналам. Когда амплитуда Сигнала превышает пороговое напряжение компаратора 11 К-го канала, на выходе компаратора возникает импульс, который засчитывается счетчиком 12 соответствующего канала. Пороговое напряжение К-го компаратора соответствует амплитуде сигнала от частиц заданной массы т. Число Импульсов, зарегистрированных К-м счетчиком, равно числу частиц с массой, превьшающей т.

Электрический сигнал пьезокристалла при ударе частицы о поверхность протектора прямо пропорционален ударному и мпульсу с

(t)dt,(1)

о

где P(t) - сила удара;

t - время;

t - длительность удара. Ударный импульс равен изменению количества движения частицы при ударе ,

(),(2)

где т - масса частицы;

V, - скорость частицы в момент

удара; - скорость частицы в момент

отскока. Так как

Vqo -Rv, ,

(3)

где R - коэсМшциент восстановления, то, подставляя (2) в (1) получаем - ( (1+R).(А)

Величина коэффициента восстановления R зависит от многих факторов, в частности от пластичности материалов частиц и поверхности соударения (с этим связано рассеяние механической энергии), упругости указанных материалов (с этим связан переход части энергии в энергию механических колебаний) ; изменения общего характера движения (например, от появления вращения при нецентральном ударе несферических частиц). Все это приводит к вариации значений коэффициента восстановления R от 1 до 0.

Но, как видно из выражения (4), в случае вариации значений коэффициента восстановления R частицы, обладающие одинаковыми массой га и скоростью соударения V4Y , имеют различные ударные импульсы и, следовательно, электрические сигналы на выходе пьезокристалла имеют различные амплитуды .

С этим связано-появление погрешности при измерении массы частиц.

Относительная погрешность

у - мил

2 - l MaKc мии

где и - амплитуда сигнала.

Так как амплитуда сигнала U пропорциональна ударному импульсу S, то с учетом (4) получаем ъ, 1-5j 5Jl l.

2(1+Кмо,кс)(1+Км«и) Для крайнего случая пластичности

материала частицы 0 и относительная погрешность равна

IJI. R

.«ajsc.

(5)

.с Кроме отмеченной погрешности, при

большой скорости частицы в момент отскока , пропорциональной R (3), велика вероятность повторной регистрации частицы, что увеличивает погрешность измерения числа частиц.

Для уменьшения указанных погрешностей необходимо снизить значение ,коэффициента восстановления R и его вариации до минимума. При зтом сводятся к минимуму и погрешности при измерении массы частиц из различных материалов.

.Это достигается нанесением на проводящий протектор пьезокристалла слоя из твердого пластичного риала.

Условие (1) достижения необходимой погрешности, вносимой изменениями условий соударения частиц измерения, может быть получено из выражения (5)

R..-.- 2 1Гдсп1МИл117-;г--71 (5 АОП I

КС

10

где /Удоп / допустимая относительная погрешность.

Точность измерения повьшаается с увеличением пластичности материала слоя jti уменьшением максимально воз- можного для этого материала значения

коэффициента восстановления R

Mate

Пластичный материал может быть нанесен на протектор химическим или гальваническим путем, вакуумным напылением или лужением. Этот материал должен быть в твердом состоянии, что позволит исключить налипание частиц на измерительную поверхность, так как для частиц, для измерения которых

предназначено устройство, явление прилипания существенно только при наличии нанесенной на поверхность пленки жидкости.

30

Формула изобретения

0

Устройство для измерения числа и массы твердых частиц в потоке жидкости или газа, содержащее пьезоэлектрический кристалл, защищенный протекто- - РОМ из проводящего упругого материала, трубопровод для направления потока на пьезокристалл, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения числа

и массы отдельных частиц, на протектор нанесен слой из твердого пластичного материала,с коэффициентом восстановления при ударе упругих частиц не более 0,3.