Способ измерения расхода твердого диспергированного вещества в двухфазном пульсирующем потоке Советский патент 1989 года по МПК G01F1/74 G01W1/14 

2

т

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению, в частнос- 1ги к измерителям расхода твердой фазы, и предназначено для использования & качестве индикатора метелей и пыль- Ных бурь в составе автоматических дистанционных метеорологических станций.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пульсирующих потоков.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагае- способ.

Устройство содержит установленный а определенной высоте электрод 1, оединенный с электрометрическим силигелем 2, сглаживающий конденса- ор 3, функциональный усилитель 4, по- Ьоговые устройства 5 и суммирующий усилитель 6.

Сущность способа заключается в сле- ующем.

Механизм формирования электрического заряда на электроде (генерация заряда) связан с разделением заряда на границе двух сред и разрывом этого двойного слоя, при этом отлетающая частица уносит заряд одного знака, а на электроде остается заряд другого знака. При этом интенсивность накопления заряда сильно зависит от внешних условий (скорости соударения, температуры, влажности, формы соударяе- мых тел). Эти зависимости в каждом отдельном случае устанавливаются экспериментально. При малых скоростях величина заряда, накапливаемого на ми шени (электроде), определяется и собственным зарядом снежинок, но далее заряд, разделяемый за счет удара снега о металл, растет пропорционально V2 (скорость снежинки) и превышает собственный заряд снежинок, которым при больших скоростях ветра можно пренебречь. Электрический ток I, измеряемый в метели, оказывается пропорциональным расходу вещества Р и квадрату скорости V2, где Р - расход твердого вещества.

Кроме передачи заряда электроду при ударе наблюдается еще и наведение заряда на электрод пролетающими мимо электрода и не касающимися его частицами снега, которые имеют собственный заряд, возникающий за счет контактов снежинок друг с другом, а

5

0

с

с

5

„30

35

45

55

также трения их о поверхность слежавшегося снега. Индукционное заряжение создает двуполярные симметричные импульсы, которые наблюдаются при самых слабых поземках, когда отрыв снега от поверхности происходит только в отдельных местах. Частота импульсов соответствует турбулентному участку спектральной характеристики скорости ветра (период от нескольких секунд до минуты). Собственный заряд снежинок сильно зависит от влажности, температуры и формы снежинок, поэтому амплитуда этих импульсов меняется в широких пределах и появление их в начале явлений переноса понижает точность фиксации нижней границы тока, соответствующей точке начала переноса.

В отличие от собственного заряда снежинок (частиц пыли) заряд, приобретаемый при ударе снега о металл (который определяется существованием контактной разности между металлом и льдом), значительно меньше зависит от влажности и температуры, поэтому влиянием этих факторов на электризацию можно пренебречь по сравнению с влиянием на электризацию скорости удара (скорости ветра). Этот факт и позволяет определить несколько градаций интенсивности снегопереноса.

Испытания показали, что налипания снега на электрод в условиях метели не происходит из-за отсутствия водных частиц. При температурах, близких к нулю, когда возможно существование мокрого снега, влага на поверхности электрода испаряется (за счет сильного обдува), не приводя к появлению устойчивой водной пленки.

Явления налипания могут наблюдаться лишь при мокром снеге, ледяной крупе со слабым ветром, а также в том случае, когда устройство оказывается на уровне низкой облачности. Это типичные условия образования гололеда и изморози, но в этих условиях выходят из строя и все метеорологические приборы. При слабых гололеде и изморози они исчезают за счет естественного испарения при исчезновении условий, приведших к их появлению.

В начальный момент развития метели возникают знакопеременные высоко частотные пульсации сигнала, которые вносят неопределенность в выбор точки начала отсчета. Конденсатор 3 предназначен для устранения этой неопределенности путем сглаживания пульса- ций с периодами от нескольких секунд до 1 мин. Тем самым начало поземки точно связывается с моментом, когда снег достигает уровня электрода.

Сигнал на выходе электрического усилителя 2 (из которого отфильтрована знакопеременная составляющая) содержит как постоянную, так и пульсирующую низкочастотную составляющую, вследствие того, что твердое вещество распределено в ветровом потоке неравномерно (что подтверждают наблюдения прозрачности воздуха при метелях, пыльных и снежных бурях). Причиной возникновения пульсирующей составляющей являются пульсации концентрации твердого вещества, а также пульсации

0

j сигнал обрабатывают с помощью суммирующего усилителя 6, выходное напряжение которого пропорционально количеству твердых частиц в единицу времени, т.е. расходу Р.

-Ztfb 1 где I; - заданные величины порогов по току;

t,- - время превышения порога;

At- - время наблюдения;

К- - весовой коэффициент, определенный экспериментально.

Формула изобретения

Способ измерения расхода твердого диспергированного вещества в двухфаз

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению, в частности к измерителям расхода твердой фазы, и предназначено для использования в качестве индикатора метелей и пыльных бурь. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пульсирующего потока. На электроде 1, установленном на определенной высоте, появляется электрический заряд. Сигнал на выходе электрического усилителя 2 содержит как постоянную, так и пульсирующую низкочастотную составляющую, причиной которой являются пульсации твердого вещества, а также скорость ветра, которые создают завышение тока электризации. В пороговом устройстве 5 выделяются несколько участков сигнала по степени интенсивности. На выходе суммирующего усилителя 6 сигнал пропорционален расходу твердых частиц /снега/. 1 ил.

скорости ветра. Вследствие зависимое- 20 ном пульсирующем потоке, включающий

ти , что подтверждается экспериментально, пульсации скорости ветра создают завышение тока электризации.

Таким образом, постоянная составляющая несет полезную информацию, а пульсирующая - не только полезную, но и ложную, которая уменьшается введением функционального усилителя.

измерение тока электрода, о т л и- , чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения 25 пульсирующих потоков, сначала ограничивают амплитуду пульсаций тока, сравнивают полученный сигнал с задан ными порогами, измеряют время превышения величиной тока каждого порога

p4tfeK i«t После усиления усилителем сигнал 30 c момента превышения первого порога, поступает на входы порогового уст- а расход определяют по формуле, ройств 5, которые в сигнале усилителя выделяют несколько участков по степени интенсивности в течение времени t. Количество порогов выбирается, исходя из необходимых диапазонов измерения, разность между соседними порогами пропорциональна величине порога. После этого с учетом весовых коэффициентов

35

где it- время наблюдения;

К; - весовой коэффициент, опреде ляемый экспериментально;

I; - величина порога;

t- - время превышения каждого порога.

измерение тока электрода, о т л и- , чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пульсирующих потоков, сначала ограничивают амплитуду пульсаций тока, сравнивают полученный сигнал с заданными порогами, измеряют время превышения величиной тока каждого порога

c момента превышения первого порога, а расход определяют по формуле,

p4tfeK i«t омента превышен асход определяю

c момента превышения первого порога, а расход определяют по формуле,

где it- время наблюдения;

К; - весовой коэффициент, определяемый экспериментально;

I; - величина порога;

t- - время превышения каждого порога.