Устройство для измерения поверхности контакта фаз Советский патент 1988 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к средствам кондуктометринеского контроля и может быть использовано для задач иямере тоя поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах, например, в теплоэнергетике, химической про- мьппленности.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит точечные электроды 15 расположенные в камере для исследуемой среды (двухфазной жидкости) , металлический корпус 2 которой является опорным электродом,блок 3 сравнения, кондуктометрические электроды 4 и первичный преобразователь (ПП) 5 температуры, расположенные в камере для исследуемой среды, измерители 6, 7 сопротивления и температуры, три функциональных преобразователя- (ФП) 8, 9 и 10, источник 11 напряжения, два управляемых диода 12 и 13 и сумматор 14. Точечные электроды 1 подключены к соответствующим входам блока сравнения, причем каждый из электродов через встречно включенный управляемь й диод (соответственно 12 и 13) подсоединен к незаземленному полюсу источршка 11, Кондуктометрические электроды 4 через измеритель 6 сопротивления и ФП 8 соединены с первым входом сумматора 14. ПП 5 температуры через измеритель 7 температуры и ФП 9 соединен с вторым входом сумматора 14, выход которого подключен к третьему входу блока 3 сравнения. Выход измерителя 6 сопротивления через ФП 10 подсоединен к управляющим входам диодов 12 и 13,

Блок 3 сравнения содержит два компаратора 15 и 16, выполненные на операционных усилителях, и логический элемент ИЛИ 17, входы которого подсоединены к соответствующим выходам компарторов 15 и 16. Инвертируюпще входы компараторов 15 и 16 обьеди- нены и соединены с клеммой третьего входа блока сравнения, причем первым и вторым входами последнего являются н инвертирующие входы компараторов 15 и 16 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

На точечные измерительные электроды 1 через обратновключенные управ0

5

0

0

5

0

5

0

5

ляемые диоды 12 и 13 подается постоянное напряжение от источника 11 опорного напряжения, В том случае, когда точечный измерительный элек- тррд 1 находится в газовой фазе и электрически изолирован от опорного электрода 2, на нем имеется напряжение, равное по величине напряжению опорного источника. При попадании точечного измерительного электрода в жидкую фазу происходит замыкание цепи между .ним и опорным электродом 2 н за счет бесконечно большого сопротивления обратновк.шоченнь х управляемых диодов 12 и 13 напряже:-п-5е на точечном электроде падает до нуля. При работе некоторых контактных газожидкостных аппаратов могут изменяться параметры газожидкрстного слоя. Так, например, возможно резкое снижение проводимости газош-щкостной структуры за счет изменения ее гидродинамических параметров. При этом сигнал с электрода 4 измерителя 6 через функциональный преобразователь 1,0 поступает на управляющие входы диодов 12 и 13 и воздействует на их характеристику таким образом, что при попадании измерительного электрода в жидкую фазу напряжение на нем падает до нуля независимо от величины проводимости двухфазного слоя. За счет этого обеспечивается надежная работа устройства в широком диапазоне изменения проводимости газожидкостного слоя.

Сигналы с точечных измерительных электродов подаются на неинвертирующие входы компарторов 15 и 16. На ин- вертируюиу е входы компараторов с сумматора 14 подается напряжение, уровень которого определяет порог срабатывания компараторов. В том случае, когда напряжение на точечном электроде меньше выбранного порога срабатывания, на выходе компараторов напряжение равно нулю. При увеличении напряжении на точечном электроде до величины порога срабатьшания компараторов на выходе последних напряжение скачкообразно поднимается до своего максимума. Прорыв стенки газового пузырька точечным электродом просхо- дит не мгновенно, а имеет место длительный переходный процесс, обусловленный влиянием сил поверхностного натяжения, При этом напряжение на точечном электроде постепенно возрастает от нуля (электрод находится в

жидкой фазе) до номинального значе- ния (электрод находится в газовой фазе). Таким образом, когда точечный электрод геометрически уже на- г ходится в газовом пузыре, напряжение на нем еще не достигает своего максимального значения, а имеет какое-то промежуточное значение. Подобрав соответствук) образом величину Ю порога срабать вания компара торов, можно добиться того, чтобы напряжение на их выходах появлялось при проникновении электрода в газовый пузырек на глубину гораздо меньш5гю,чем 15 требуется для; полного прорьша стенки пузырька. Целесообразно установить эту глубину равной половине расстоя- гшя между точечн ыми измерительными электродами. Так как при заданном ди-20 аметре электрода зависимость между проводимостью пленки жидкости, сох- раняющейся на электроде, и глубиной его проникновения в пузырек газа определяется проводимостью газожидкост-25 кого слоя и коэффициентом поверхностного натяжения жидкой фазы, который, в свою очередь, зависит от ее температуры, то уровень порога срабатьша- ния компаратора задается напряжением, Q поступающим на инверсионный вход компаратора с сумматора 14, к входам которого через функциональные преобразователи 8 и 9 подключены измерители 7 температуры и 6 сопротивления газо-,с жидкостного слоя. За счет этого обеспечивается высокая надежность и точность измерений в широком диапазоне изменения температуры и проводимости газожидкостной структуры,40

Выходной сигнал с логического элемента 17 поступает на схему пересчета (не показана), которая может быть реализована на основе самых различных устройств. В частности, возможно 45 подать этот сигнал на входной канал ЭВМ, Величина поверхности контакта фаз при этом определяется по формуле 2 Г,

г время, в течение которого на логическом элементе 17 существовало выходное напряжение;

время проведения измерения;

5 0 Q с 0

5

0

5

L - расстояние между точечными

измерительными электродами. Большая чувствительность устройства достигается за счет того, что напряжение на точечные измерительные электроды подается через обратновклю- ченные управляемые диоды. При этом за счет нелинейной характеристики обратновключенного диода напряжение на электроде, находящемся в жидкой фазе, падает до нуля и в том , когда проводимость жидкой фазы существенно ниже проводимости воды и незначительно отличается от проводимости газа, т.е. амплитуда изменения напряжения на точечном электроде при переходе его из жидкой в газообраз- ргуго фазу остается при этом максимальной, что увеличивает чувствительность устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения поверхности контакта фаз, содержащее камеру для исследуемой двухфазной жидкости с установленными в ней двумя точечными электродами и одним опорным, которым является металлический корпус камеры, источник напряжения и блок сравнения, входы которого подключены к соответствующим точечным электродам, отличающееся тем, что, с целью повьщ ения чувствительности, в него введены кондукто- метрические электроды, измеритель сопротивления, первичный преобразователь температуры, измеритель температуры, три функциональных преобразователя, два управляемых диода и сумматор, выход которого соединен с третьим входом блока сравнения, а входы через соответствующие- функциональные преобразователи соединены с выходами измерителей температуры и сопротивления, к входам которых подключены соответственно первичный преобразователь температуры и кондукто- метрические электроды, причем выход измерителя сопротивления через тре- тий функциональный преобразователь соединен.с управляющими входами диодов, подключенных встречно от незаземленного полюса источника напряжения к соответствующим точечным электродам.

Изобретение относится к средствам кондук томе трическо го контроля многокомпонентных сред и может быть использовано в теплоэнергетике, химической промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства для измерения поверхности контакта фаз, что ведет к улучшению целого ряда метрологических характеристик. Это достигается учетом интегральной электропроводности среды, температуры и измерением информативного параметра - сопротивления между точечными электродами. Порог компарирования автоматически регулируется, для чего на блок сравнения подают сигналы от измерителя сопротивления и температуры через соответ- ствующие функциональные преобразова- S тели. Одновременно сигнал с измерителя сопротивления через третий функциональный преобразователь поступает на управляющие входы диодов, регулирующих напряжение на точечных электродах. 1 ил.

Редактор Л.Веселовская

Составитель Ю.Коршунов

Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Заказ 5549/46

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, аушская наб., д, 4/5

Подписное