Устройство для измерения газосодержания газожидкостных потоков Советский патент 1991 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к области измерения газосодержания газожидкостных потоков в химико-технологической, металлургической, пищевой и других областях науки и техники при исследовании гидродинамики процессов, протекающих в многофазных потоках в соответствующих типах технологического оборудования и сооружений, например, в процессах глубинного культивирования микроорганизмов в ферментаторах.

Целью изобретения является повышение точности измерения газосодержания газожидкостных потоков.

На фиг.1 показана функциональная блок-схема устройства для измерения газосодержания газожидкостных потоков; на

фиг.2 - последовательность 1 мпульсов напряжения на точечном электроде, на фиг.З и 4 - последовательность прямоугольных импульсов, формируемых с помощью данного устройства, на фиг.5 - импульс напряжения на точечном электроде, который формируется с помощью устройства при питании точечного электрода напряжением постоянного тока со стабилизированным значением силы тока (указаны также задаваемые приращения пороговых напряжений (ДиП1 и AUn2); текущие значения пороговых напряжений (Unl и Un2), а также элементы импульса, необходимые для вывода формулы действительного значения газосодержания, измеряемого устройством).

XI

ы со

Устройство для измерения газосодержания (фиг.1) имеет последовательно соединенные источник 1 питания постоянного тока со стабилизированным значением силы тока, сопротивление 2 нагрузки, точечный и опорный электроды 3 и 4 соответственно, а также блок 5-измерения текущего значения напряжения на точечном электроде 3, находящемся в жидкой фазе. К выходу блока 5 подключены две параллельные ветви блоков, состоящих из блоков 6 и 7 суммирования, блоков 8 и 9 сравнения, блоков 10 и 11 формирования прямоугольных импульсов, блоков 12 и 13 измерения газосодержания, выходы которых подключены на входы блока 14 арифметических операций, подключенного своим выходом на вход указателя 15 значения газосодержания.

В состав указанных ветвей входят два блока 16 и 17 задания приращений пороговых напряжений, выходы которых подключены на входы блоков 6 и 7 суммирования и входы блока 14 арифметических операций, при этом вход блока 5 измерения текущего значения напряжения включен параллельно входам блоков 8 и 9 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В исследуемый газожидкостный поток помещен точечный электрод 3, питаемый от источника 1 постоянного напряжения, обеспечивающего стабильное значение силы тока } питания электрода 3. В качестве опорного электрода 4 может быть использована стенка аппарата или трубопровода, в котором движется газожидкостный поток. Текущее значение напряжения U подается на электрод 3 и одновременно на три блока: блок 5 измерения напряжения Уж, блоки 8 и 9 сравнения. В блоке Б непрерывно с малым временем осреднения, порядка единиц секунд, определяют текущее значение напряжения Уж, соответствующее напряжению на электроде 3 при нахождении его о жидкой фазе.

Напряжение иж с выхода блока 5 вводится непрерывно в блоки В и 7 суммирования. В блоках 1G и 17 фомируются и непрерывно вводятся в блоки G и 7 заданные значения приращений пороговых напряжений AUni м AUn2 соответственно.

В блоках 6 и 7 напряжения AUni и AUn2 складываются с текущим значением Уж, формируются текущие значения пороговых напряжений Uni и 11П2И непрерывно вводятся в блоки 8 и 9 сравнения, где с ними непрерывно сравнивается текущее значение напряжения U на электроде 3.

0

5

0

5

В периоды времени, когда напряжение на электроде 3 больше соответствующего текущего порогового напряжения Un, в блоках 8 и 9 формируется управляющий сигнал, поступающий на входы блоков 10 и 11 формирования прямоугольных импульсов, Прямоугольные импульсы с выхода блоков 10 и 11 поступают на блоки 12 и 13 измерения газосодержания, где они суммируются по длительности в течение заданного времени одного цикла измерения Т и полученные суммы 2 Тн и T2i делятся на значение Т в соответствии с формулой

Т, А(1)

i 1

где TI - время пребывания точечного электрода в 1-м газовом пузырьке, с;

Т - полное время измерения (оно должно быть достаточно большим по сравнению с TI), с;

п - общее количество .пузырей, наколовшихся на точечный электрод за время измерения Т.

Выходной сигнал с блоков 6 и 7, соответствующий измеренным значениям raSo- содержаний Јч и (рг, поступает на вход блока 14 арифметических операций, в котором производятся вычисления по формуле Q (2) и формируется выходной сигнал, подаваемый на указатель 15 и соответствующий действительному значению газосодержания jon

5 ( 1Ь Ю

где рк - действительное значение газосодержания в точке измерения, доля единицы; AUni - первое заданное значение приращения порогового напряжения, В;

0А Un2 - второе заданное значение

приращения порогового напряжения, В, AUni-fAlW;

f - измеренное значение газосодержания в точке измерения, полученное при

5 приращении порогового напряжения AUni из соотношения / 2 Тц/Т, доли единицы;

р2 - измеренное «значение газосодержания в точке измерения, полученное при

0 приращении порогового напряжения AUn2 из соотношения (pz-, Tai/T, доли единицы.

Как видно из фиг.2-5, форма импульсов напряжения на электроде 3 при питании его

5 постоянным током стабильного значения в данном устройстве существенно отличается от формы импульсов напряжения на известном ТЭ.

При питании электрода 3 постоянным током стабипьного значения крутизна переднего фронта импульсов остается постоянной, а импульс имеет форму прямоугольного треугольника.

Из схем, приведенных на фиг,2-5 следует, что при измерении действительного значения газосодержания в данном устройстве реализуется зависимость (2), а не (1). При этом существенно уменьшается погреш- ность измерения действительного значения газосодержания и влияние изменения проводимости жидкой фазы и сопротивления электрода 3 на значение погрешности.

Формулаизоретения

- Устройство для измерения газосодержания газожидкостных потоков, содержащее источник питания постоянного тока, точечный и опорный электроды, ветвь блоков, содержащих блок задания порогового напряжения, блок сравнения, блок формирования прямоугольных импульсов, блок измерения газосодержания и указатель значения газосодержания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве источника питания постоянного тока использован источник со стабилизированным значением силы тока,

дополнительно в устройство введены блок измерения текущего значения напряжения на точечном электроде в жидкой фазе,блок суммирования, вторая ветвь блоков, включи- ющая блоки суммирования, задания порогового напряжения, сравнения, формирования прямоугольных импульсов, измерения газосодержания и блок арифметических операций, при этом вход блока измерения текущего значения напряжения на точечном электроде в жидкой фазе включен параллельно входам блоков сравнения, а его выход соединен с входами блоков суммирования первой и второй ветвей блоков, включающих блоки суммирования, задания приращения порогового напряжения, сравнения, формирования прямоугольных импульсов и измерения значения газосодержания, выходы блоков суммирования подключены на входы блоков сравнения, выходы блоков задания порогового напряжения подключены на входы блоков суммирования и входы блока арифметических операций, выходы блоков измерения газосодержания подключены на входы блока арифметических операций, а выход блока арифметических операций, - на вход указателя газосодержания.

Изобретение относится к измерению гидродинамических параметров газожидкостных потоков в химико-технологической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности, например в процессах культивирования микроорганизмов в ферментаторах. Цель изобретения - повышение точности измерения Точечный электрод (ТЭ) питают напряжением постоянного тока и стабилизируют значение силы тока питания, постоянно определяют текущее значение напряжения на нем при нахождении его в жидкой фазе. Задают два различных по значению приращения пороговых напряжений и, суммируя каждое значение этих приращений с текущим значением напряжения на ТЭ, получают два текущих значения пороговых напряжений, которые затем сравнивают с текущим значением падения напряжения наТЭ Определяют измеренное газосодержание, соответствующее каждому значению порогового напряжения, и рассчитывают действительное значение газосодержания по математической зависимости. 5 ил. (Л С

15

Фиг.1

I

п

I

U и

Фив.5

Редактор Н.Лазаренко

Составитель Ю.Клевков Техред М.Моргентал

Корректор А.Осауленко