Планарный датчик порозности псевдоожиженного слоя Советский патент 1989 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измеритель- ной технике и предназначено для исследования физических свойств псевдоожиженных систем, а также для использования в системах управления процессами с псевдоожиженным слоем, например при сжигании низкосортного топлива, обжиге руд, сушке минеральных солей и др.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости достоверности измерений и расширение области применения.

Емкостному методу измерения пороз- ности (диэлектрической проницаемости) среды присущи многочисленные недостатки | поэтому предлагается для измерения амплитуды и частоты пульсаций порозности использовать малоинерционный (с постоянной времени t6 ) пленочный термометр сопротивления, отградуированный по показаниям емкостного датчика, что обусловлено тем, что измерение температуры в настоящее время осуществляется более точно и достоверно. Градуировка должна производиться в лабораторных условиях, обеспечивающих максимальную помехозащищенность датчика и используемой совместно с ним аппаратуры. Для обеспечения возможности градуировки температурного датчика по показаниям емкостного преобразователя . необходимо, чтобы оба датчика находились в абсолютно одинаковых условиях с точки зрения гидродинамики и тепло- переноса, заключающихся в том, что изменения показаний емкостного пре4

( СО

;о со

образователя, обусловленные прохождением групн частиц, составляющих псевдоожиженный слой, должны быть связаны с одноименными изменениями граничных условий теплообмена датчика температуры с коэффициентом корреляции г S 0,95. Для вьтолнения

Со t

данных условий необходимо изготовить датчики так, чтобы пространственные зоны реагирования емкостного преобразователя и термометра сопротивлени бьши одинаковыми.

Зоны реагирования двух датчиков (емкостного пленочного и температурного) , помещенньпс в псевдоожиженный слой, приблизительно одинаковы, а коэффициент корреляции г2 X в

С) т

случае, если вьтолняется условие

0,3jiX, 0,8 при X

5- X

5 4 )

(1) де X - половина расстояния между

внутренними краями электродов ;

о - средняя эффективная толщина теплового пограничного слоя при теплообмене поверхности с псевдоожиженным слоем,

10 м ( - тепло-(1-5,

проводность газа, X обычно воздуха; od - средний коэффициент теплоотдачи, oi 100-250 Вт/м2. К;; X - половина расстояния между

внешними краями электродов Вьфажение (1) определяет диапазон значений ширины полос датчиков и расстояния между ними. Для удобства

выбрано X.

5 4

так как датчики

представляют собой три равноотстоящи полоски равной ширины (расстояние между полосками равно их ширине, причем средняя из них - термометр сопротивления, а крайние - обкладки конденсатора). Минимальное значение X определяет минимальную глубину проникновения силовых линий. Для обеспечения надежности (достоверности) измерений необходимо, чтобы глубина проникновения силовых линий электромагнитного поля ие превьшала среднего значения толщины теплового пограничного слоя 8 , но и не была значительно меньше ее.

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, при выполнении перечисленных условий зоны реагирова- ния датчиков одинаковые.

Наиболее технологично расположение полос в форме меандра. Это позволяет получить достаточно большую рабочую емкость датчика-конденсатора и значительное электрическое сопротивление термометра при сравнительно небольших габаритах преобразователя. Габариты меандра должны не менее чем в пять раз превышать средний диаметр частиц псевдоожиженного слоя.

Для создания теплового пограничного слоя значительной толщины у поверхности датчиков их необходимо размещать на массивном теле (пластине), снабженном устройством нагрева (охлаждения) . Использование температурного датчика термометра сопротивления) обеспечивает возможность исследования материалов, имеющих малую относительную диэлектрическую проницаемость . Данная возможность предоставляется за счет высокой чувствительности термометра к изменениям граничных условий теплообмена, обусловленным изменениями структуры псевдоожиженного слоя в зоне измерения. Емкостным методом сложно зарегистрировать изменения структуры слоя состоящего из материалов с 8, в то время как регистрация условий теплообмена в таких системах намного надежнее, т.е. применение датчика обеспечивает расширение области измерений.

На чертеже показан предлагаемый датчик.

I

Датчик порозности состоит из измерительного I, высокопотенциального 2, охранного 3 электродов, термометра А сопротивления, подложки 5 и теплообменника 6. Электроды 1 и 2 и термометр 4 сопротивления выполнены в виде одинаковых металлических пленок, расположенных на равном друг от друга расстоянии, равном их ширине, и укреплены на изолирующей подложке 5, установленной на охранном электроде 3. Последний выполнен в виде металлической пластины,имеющей встроенный в нее теплообменник. . Датчик работает следующим образом.

Вначале проводится градуировка термометра 4 сопротивления по показаниям емкостного датчика в лабораторных условиях, обеспечивающих высокую надежность получаемых результатов. Для этого указанный датчик помещается в лабораторную колонну с псевдоожи- женным слоем, при помощи теплообменника 6 его температура делается отличной от температуры псевдоожиженно- го слоя, после чего одновременно регистрируются импульсные сигналы с датчика-конденсатора и термометра сопротивления, полученные амплитуды сигналов с двух датчиков ставятся в соответствие друг другу. Сравниваются относительные амплитуды сигналов, отнесенные к среднему значению за время измерениями строится градуировочная зависимость относительной амплитуды пульсаций температуры от относительной амплитуды пульсаций порозности

,-4

,f(-f-).

Градуировка датчика по частоте пульсаций порозности не производится, так как из-за малой постоянной времени температурного датчика искажения частоты практически нет.

После вьтолнения указанных операций датчик может использоваться в промышленных условиях. При этом среднее значение порозиости измеряется емкостным датчиком,что является приемлемым для системы управления, а амплитуда uS и частота f с пульсаций порозности определяются по показаниям температурного датчика с высокой точностью и достоверностью.

Пример. Электроды выполняют в виде полос из меди и защищают слоем хрома, их толщина 10 м. ширина каждой полосы 2 10 м, размер меандра 22x20 мм, длина каждой полосы ,4 м. Подложка 5 выполнена из си- талла и имеет размеры 30 х 30 х X 1 мм, размеры охранного электрода

3 40 X АО X 26

мм,

материал - латунь, постоянная времени термометра и сопротивления

. Электрическая мощность нихромового нагревателя 45 Вт.

Формула изобретения

5

0

15

0

5

Планарный датчик порозности псев- доожиженного слоя, содержащий подложку из неэлектропроводного материала с размещенными на ней рабочими высокопотенциальным и измерительным электродами конденсатора и расположенный в плоскости рабочих электродов охранный электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, достоверности измерений и расширения области применения, он дополнительно содер-. жит малоинерционный термометр сопротивления, укрепленный на подложке в плоскости рабочих электродов и расположенный между ними, при этом электроды и термометр сопротивления выполнены в виде равноотстоящих тонкопленочных металлических полосок равной длины и щирины, расположенных параллельно друг другу и образующих меандр, а диапазон значений расстояний между внутренними краями электродов 2X4 определяется из условия 0,6§ 2X 1 ,65, в котором - средняя толщина теплового пограничного слоя у поверхности датчика, при этом охранный электрод ьтолнен в виде массивной металлической пластины с расположенным внутри нее теп- 0 лообменником, размеры которой превышают размеры подложки, выполненной в виде тонкой пластины и укрепленной на охранном электроде поверхностью, противоположной поверхности, на кото f

рой размещены рабочие электроды и термометр сопротивления.

0

5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств псевдоожиженных систем. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, достоверности измерения, расширение области применения. Устройство содержит размещенные на подложке с теплообменником измерительные электроды емкостного датчика и размещенный между ними термометр сопротивления, причем термометр сопротивления размещен на одинаковом расстоянии от электродов емкостного датчика и имеет одинаковую с ними форму меандра, в которой заданы соотношения размеров элементов. Положительный эффект достигается за счет одновременного измерения емкости и температуры термометра сопротивления, предварительно отградуированного по значению емкости датчика. 1 ил.