Способ контроля концентраций газа в потоке жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01N9/36 

Изобретение относится к контролю технологических параметров газожидкостных потоков, особенно массовой концентрации газа в потоке смеси жидкости и газа, движущейся в замкнутой гидравлической системе.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля.

На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема датчика изменений плотности-, на фиг. 3 - типичная кривая изменений плотности , на фиг.k - кривая изменений плотности в области абсолютных значений.

Для осуществления предлагаемого способа в пределах замкнутой гид- равлической системы трубопровода 1 на его участке длиной 1, расположенном вдоль оси потока х, установлены манометры 2 и 3 с электрическими выходными сигналами Р, . и Рг , которые подключены к сумматору А, регистрирующему разность давлений АР на указанном участке. У места размещени одного из манометров установлен датчик 5 изменений плотности, с выхода которого снимают электрический CHI- нал е. Электрические сигналы JP и е поступают на цифровые регистрирующие устройства 6 и 7, позволяющие обрабатывать сигналы на ЭВМ 8.

Для обеспечения высокого качества контроля в способе используют бесконтактный (в механическом отношении) датчик изменений плотности (фиг. 2), который свободно охватывает объект контроля, т.е. трубопровод 1. Этот датчик имеет цилиндрический кольцевой постоянный магнит 9- и дифференциальную обмотку 10, где точками вне линий показаны начала витков во встречно включенных секциях 11 и 12 этой обмотки, Охватывающей трубопровод с некоторым зазором h. Величина последнего составляет при установке датчика на трубопроводе из магнитовосприимчивых труб не менее 30 мм, а для объектов контроля, обладающих пара- или диамагнитными свойствами, но являющихся электрическими проводниками, этот зазор можно уменьшить до возможного предела, хотя увеличение h до 10 см и более практически не влияет на чувствительность датчика, выходной электрический сигнал е которого пропорционален изменениям плотности движущегося по трубопроводу продукта

На фиг. 3 представлена одна из типичных кривых изменений плотности в виде знакопеременного электрического сигнала е, измеряемого по вертикальной оси, как функция времени t, отсчитываемого по горизонтальной .оси. Сигнал е имеет динамическую постоянную составляющую, которая обозначена пунктирной линией и соответствует некоторому интервалу времени At. Последний выбирают в таких пределах, чтобы он охватывал несколь ко периодов изменения обрабатываемых сигналов и позволял следить за теку0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щей информацией в процессе ее регистрации и -обработки.

На фиг. Ц та же кривая изменений плотности переведена в область абсолютных значений, в которой сигнал е представлен выпрямленным, т.е. однополярным (униполярным). Среднее (действующее) значение этой кривой за интервал Jt также обозначено пунктирной линией и имеет величину

4РКонтроль истинной массовой концентрации газа по предлагаемому способу выполняют последовательно в два этапа. На первом этапе по трубопроводу 1 (фиг. 1) подают контролируемый газ (или воздух) без жидкости. При этом, увеличивая или уменьшая подачу (расход) газа, задают различные значения разности давлений АР на выбранном участке длиной 1, если поток газа направлен по стрелке оси х, то Л Р, - Р2. Значения Лр задают от нулевого до предельно необходимого по технологии, например, с шагом 0,01 МПа и для каждого шага по сигналу е датчика изменений плотности 5 определяют среднюю абсо- лютную величину приращений плотности газа Afr для полного сечения его потока в пределах равных интервалов времени, например /it 1 с. По полученным значениям при заданных величинах А находят функциональную зависимость средних абсолютных приращений плотности газа от разности давлений в двух точках по оси течения. На следующем этапе определяют средние абсолютные величины приращений плотности реальной газожидкостной смеси лрс в полном сечении ее потока за такие же равные интервалы времени, что и на первом этапе, также по выходному электрическому сигналу того же датчика изменений плотности. Одновременно по показаниям регистрирующего устройства 6 для каждой из величин Лрс фиксируют разность давлений в тех же двух точках по оси потока, а каждую из величин приращений плотности в контролируемом газожидкостном потоке сравнивают с величиной приращений плотности потока газа, полученной на первом этапе для такой же разности давлений,(

по формуле - ДРГ

(J -str- , М др

де Ц - истинная массовая

гл

1582076 концентрация газа в чом потоке;

газожидкостныче лу бы де е ни ег на ки тр не / из по

,-г

ufr , Afc - средняя абсолютная величи на приращений плотности в полном сечении соответственно потока газа без жидкости и газожидкостной смеси за равные интервалы времени и при одинаковой разности давлений по оси потока.

Взаимно однозначное соответствие масштабов преобразования величин dfr и /Грс в аналоговые электрические сигналы обеспечивают за счет того, что обе эти величины определяют по выходному сигналу е одного и того же датчика изменений плотности (фиг. 2), Действие последнего основано на том, что при взаимодействии поля постоянного магнита 9 с телом трубопровода 1 плотность которого изменяется под действием внутреннего давления, в этом поле возникают встречные электрические вихревые потоки, которые пропорциональны интенсивности изменений плотности и практически не зависят от магнитных свойств тела, циркулируя раздельно в смежных симметричных относительно друг друга полуобластях магнитного поля. Дифференциальная обмотка 10 выполняет роль физического сумматора встречных электрических вихрей, поэтому на выходе датчика при изменении плотности объекта контроля (трубопровода) получают электрически сигнал е, математическое выражение которого имеет вид

е kapVprp ,

где k - размерный коэффициент электрической связи изменений плотности тела контролируемого объекта и состояния поля;

а - скорость электромагнитных взаимодействий в системе датчик - объект контроля;

- абсолютная магнитная проницаемость ;

V - объем объекта контроля, ох-

ватываемый магнитным полем, j - изменения плотности объекта контроля во времени, т.е.

Ртр dj rp/dt.

82076 15

10

Поскольку здесь k, а, /ц - постоянные, а объем V, охватывая полное сечение контролируемого потока, в силу неразрывности последнего может быть произвольным по величине в пределах данного объекта контроля, то е р . Кроме того, импульсы движения потока вещества и охватывающего его трубопровода всегда пропорциб- нальны друг другу, т.е. энергетические характеристики деформирования трубопровода и потока вещества в нем всегда совпадают. Поэтому е Рг / рс , т.е. сигнал е пропорционален изменениям плотности контролируемого потока газа или газожидкостной смеси.

Формула изобретения

20

Способ контроля концентраций газа

в потоке жидкости, включающий определение изменения плотности газожидкостного потока и средней величины 25 абсолютных приращений плотности за . определенные интервалы времени, о, т- личающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, за равные интервалы времени определяют среднюю величину абсолютных приращений плотности в полном сече- нии потока газа без жидкости по разности давлений в двух точках по оси течения потока, затем определяют средние величины абсолютных приращений плотности в полном сечении контролируемого газожидкостного потока, одновременно для каждой из указанных величин фиксируют разность давлений в тех же двух точках по оси потока, а истинную массовую концентрацию газа Гм в контролируемом газожидкостном потоке находят по формуле

30

35

40

Ч

Г1А

Јf

а7с

где рг , /jj)c

средние величины абсолютных приращений плотности в полном сечении соответ- стренно потока газа без жидкости и газожидкостной смеси за равные интервалы времени и при одинаковой разности давлений по оси потока.

Фиг Л

Изобретение относится к контролю массовой концентрации газа в газожидкостном потоке, в частности к способам контроля концентрации газа в потоке жидкости. Цель изобретения - повышение достоверности. Для осуществления способа на трубопроводе устанавливают манометры с электрическими выходными сигналами P 1 и P 2, по которым регистрируют разность давления ΔР в двух точках по оси потока, а также датчик изменений плотности, с выхода которого снимают электрический сигнал L. Определение массовой концентрации газа выполняют в два этапа: на первом - по трубопроводу подают чистый газ, задают ΔР и по сигналу L определяют среднюю абсолютную величину приращений плотности газа при заданных величинах ΔР

на втором - определяют средние абсолютные величины приращений плотности в контролируемом газожидкостном потоке также по сигналу L того же датчика, одновременно фиксируют разность давлений в тех же двух точках по оси потока, а каждую из величин приращений плотности в контролируемом газожидкостном потоке сравнивают с величиной приращений плотности газа, полученной на первом этапе для такой же разности давлений, по формуле φ гм = Δφ г/Δφ с, где φ гм - истинная массовая концентрация газа в газожидкостном потоке, Δφ г и Δφ с - средняя абсолютная величина приращений плотности в полном сечении соответственно потока газа без жидкости и газожидкостной смеси за равные интервалы времени и при одинаковой разности давлений по оси потока. 4 ил.

Фиг. 2

О

Фаг.З

Фиг А