Способ измерения расхода диэлектрического вещества и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01F23/28 

Н& Ч&-

Ч&-

1

0 IS5

4ъ

Ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода однородных диэлектрических жидкостей и газов. Цель изобретения расширение области применения. С контролируемым веществом в потоке взаимодействует по меньшей мере одна из встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру (кольцевому волноводу 1), выводимая из кольца и вводимая в него вновь после взаимодействия с веществом, перемещаемым по трубопроводу 2. Введенная снова в кольцо волна распространяется в первоначальном направлении. Движение вещества оказывает влияние на собственную частоту электромагнитных колебаний резонатора. При этом собственные частоты колебаний резонатора для встречных бегущих волн смещаются в ( противоположные стороны, увеличивая разность этих частот. Измеряя разность частот, определяют расход вещества. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. (Л

е.

а

Фиг.1

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода однородных диэлектрических жид- костей и газов.

Цель изобретения - расширение области применения.

На фиг.1 изображена схема, показывающая взаимодействие одной (а) или обеих (б) встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру, с веществом в потоке; на фиг.2 - схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит кольцевой вол- новод 1, трубопровод 2, направленные ответвители 3 и 4.передающую антенну 5, приемную антенну 6, СВЧ-генерв- тор 7, элемент 8 возбуждения колебаний, элемент 9 съема колебаний, час- тотный преобразователь 10 регистратор 1 1.

Сущность способа заключается в следующем.

В основу способа положено исполь- зование эффекта Френеля-Физо, нашедшего применение в расходометрии в оптическом диапазоне частот электромагнитных волн. Измерение расхода на основе данного эффекта и СВЧ-ди- апазоне электромагнитных волн позво ляет контролировать потоки оптически |непрозрачных диэлектрических веществ, в первую очередь нефти и нефтепродук- тов.

Согласно эффекту Френеля-Физо - эффекту увеличения света - скорость V света в движущейся со скоростью v среде выражается следующей формулой

V-jj + vO --)co.y (1)

,-

где С - скорость света;

п - показатель преломления неподвижной среды; V - угол между направлениями

световой волны и потока среды,

С контролируемым однородным веществом в потоке взаимодействует по меньшей мере одна из встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру (кольцевому волноводу 1),выводимая из кольца и вводимая в него вновь после взаимодействия с веществом, перемещаемым, например, по трубопроводу 2 (фиг.1). Введенная снова в кольцо волна распространяется в первоначальном направлении.

,.

JQ

, 20

25

4°

30

45

50

55

Для выведения волн из кольца и их введения в него могут служить направленные ответвители 3 и 4.соответственно, а взаимодействие волн с веществом в потоке осуществляется с помощью передающей 5 и приемной 6 анг тенн.

Таким образом, движение вещества оказывает влияние на собственную частоту электромагнитных колебаний резонатора, соответствующих бегущим волнам только одного направления (фиг.1 а) или бегущим волнам обеих встречных волн, если каждая из них выводится из кольца и вводится в него после взаимодействия с движущимся веществом (фиг.16). При этом собственные частоты колебаний резонатора для встречных бегущих волн смещаются в противоположные стороны, увеличивая разность этих частот.

Для получения полезной информации о расходе вещества путем определения частотного сдвига волн могут быть использованы встречные волны, возбуждаемые в кольце с помощью ненаправленной связи от генератора электромагнитных колебаний, при этом измеряют частотный сдвиг этих встречных волн при взаимодействии с веществом в потоке по меньшей мере одной из них,- а также однонаправленные волны, возбуждаемые в кольце с помощью направленной связи (с помощью направленного ответвителя) от генератора электромагнитных колебаний, при этом измеряют частотный сдвиг этих волн после взаимодействия с движущимся веществом по отношению к частоте кольца в отсутствие такого движения, т.е. к опорной частоте.

Получают соотношения для определения частотного сдвига волн а кольцевом волноводе, обусловленного движением вещества. Эти соотношения можно найти, записывая условия резонанса для волн в кольце.

Для определения собственных частот f, волн кольцевого резонатора для волн, выводимых из кольца и вводимых в него вновь после их взаимодействуя с веществом в потоке, имеют

/VL-AL) + р +/9г1ж-

, k -1,2,...(2)

„ о n 2ft f.-JS

д Рц г постоянная распространения для волн в кольце ;

р

fr

2 JLЈ L-Й - С

постоянная распространения для волн в волноводном тракте вне

кольца

L UL

-постоянная распространения для волн в движущемся веществе;

-периметр- кольца ;

-участок длины кольца между точками вывода из него и ввода вновь в него электромагнитной энергии;

-суммарная длина волноводного тракта вне кольца ;

-длина пути волн в контролируемом веществе;

-диэлектрическая проницаемость,соответственно вещества в

щества в волновод- ном тракте вне кольца и контролируемого вещества При этом считают, не нарушая общости получаемых результатов, постонство Ст в тракте и отсутствие дисерсии (частотной) в кольце, олноводном тракте вне кольца и в онтролируемом веществе.

С учетом (1) выражение для Вг ожно записать так

С0 Су i

кольце,ве(Ч

. ,j|3 Г v-J|7 ш /- I г

- i

с L с

х cosjf f .

Из соотношения (2) после преобразования следует

«,м -«.

cos If ,

kC

тельно, в случае однонапволны, имеют

здг

Ј«}2 kYiffil-Q

uf - f,(v) - ( c, k

x cos p При использовании обеих встречных

волн (фиг.1б) для получения полезной

нкн

;

чвтт10

15

20

6242636

информации о расходе вещества измеряемый частотный сдвиг удваивается, что также, помимо замедления волн, является путем повышения чувствительности измерений.

В устройстве (фиг.2), реализующем способ, осуществляется измерение разности частот (частотного сдвига) волн в кольцевом резонаторе 1. Этот частотный сдвиг является функцией скорости потока, а следовательно, расхода Q вещества, перемещаемого по трубопроводу 2. Зондирование вещества в трубопроводе производится по меньшей мере одной из встречных волн с помощью внешней по отношению к резонатору 1 цепи, в состав которой входят направленные ответвители 3 и А, а также подсоединенные к ним соответственно передающая 5 и приемная 6 антенны.

Возбуждение колебаний в резонаторе 1 осуществляется от генератора 7 25 частотно-модулированных колебаний

с помощью элемента 8 - зонда - в случае возбуждения встречно-направленных волн с помощью такой ненаправленной связи генератора с резонатором или направленного ответвителя - в случае возбуждения волн одного какого-либо направления в кольце с помощью такой направленной связи.

При возбуждении в кольце встречно-направленных волн собственные (резонансные) частоты для встречных волн отличны друг от друга за счет 1 введения внешней цепи хотя бы для одной из этих волн даже при скорости потока равной нулю, что позволяет независимо наблюдать соответствующие резонансные импульсы, поскольку при наличии этой цепи данные импульсы (собственные частоты) отстоят друг от друга по частотной оси на достаточное для их разделения расстояние, не накладываясь один на другой. Это расстояние регулируется выбором электрической длины внешней цепи. Резонансные импульсы выделяются с помощью элемента 9 съема колебаний на выходе частотного преобразователя 10. Разность частот Д5 соответствующих им встречных волн, а следовательно, расход вещества определяют в блоке П. Частотный преобразователь 10 осуществляет в случае возбуждения в кольце встречно-направленных волн определение разности частот ДГ, для чего в

30

40

45

50

55

его состав может входить генератор опорной частоты, соответствующий величине А при нулевой скорости потока В случае возбуждения в кольце одно- направленных волн частотный преобразователь 10 может содержать аналогичный генератор, имеющий фиксированную частоту, равную собственной (резонансной) частоте для этих однонаправлен- ных волн при нулевой скорости потока вешества.

Формула изобретения

fl

Фиг. 2

5

0

расширения области применения, направляют волны в дополнительный контур, параллельный основному и (или) являющийся частью основного контура.

2. Устройство для измерения расхода диэлектрического вещества, содержащее СВЧ-генератор, передающую и приемную антенны, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения, введены кольцевой волновод, элемент возбуждения колебаний, направленные ответвители, элемент съема колебаний, частотный преобразователь и регистратор, при этом ксль- цевой волновод через элемент возбуждения соединен с СВЧ-генератором через направленные ответвители с приемной чл.1 передающей антеннами, на кольцевом волноводе закреплен элемент съема колеба1- ний, подсоединенный к регистратору через частотный преобразователь.