Способ измерения физических свойств вещества в трубопроводе и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения физических свойств веществ, перекачиваемых в трубопроводах.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг, 1 приведена схема осуществ-1 ления способа измерения физических свойств вещества в трубопроводе; на фиг. 2 - структурная схема устройства, реализующего способ измерения физических свойств вещества в трубопроводе; на Ьиг« 3 - схема устройства для осуществления способа измерения Физических свойств вещества в трубопроводе по п, 2 формулы изобретения.

Устройство, реализующее способ измерения Лизических свойств вещества в трубопроводе, включает размещенные на трубопроводе 1 К пар передающих антенн и приемных антенн, причем к входу передающей антенны 2 первой пары подключен генератор 5, а выход приемной антенны К-и пары подключен к входу регистратора 6. При этом выход приемной антенны 3 (1-1)й пары подключен к входу передающей антенны, i-й пары 2 (i 2,3...К) с помощью тракта 4. Устройство для осуществления способа измерения Физических свойств вещества в трубопроводе по- п.2 Формулы изобретения (см0 фиг, 3) аналогично по построению устройству,

О5

00 00

сд KJ

реализующему способ нз ерения фичи- чееких свойств вещества в трубопроводу, за исключенном того, что выход приемной антенны К-и пары подсоединен к входу передающей антэкны первой пары. При этом генератор j и регистратор 6 в состав датчпгп не вход .гг.

Сущность способа измерения сЪизи- ческих свойств вецостиг п трубопро- воде заключается в следующем.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе осуществляется многократное последовательное зондирование вещества в потоке принимаемыми волна- ми под разными углами в поперечной к потоку плоскости. На dnr0 1 показано схематично такое зондирование, осуществляемое в одном ( TJM же поперечном сечении труболровсда. Б частное- тй, зондирование может быть осуществлено под одинаковыми углами T/k, где k - 1 1,2„.. - с.исло зондиро- в аний.

Предлагаемое многог ратное зондиро-- Еание означает Фактически удлинение Е К раз длины пути,, проходимого вол- ьами в контролируемом веществе, Если с - диаметр трубопровода, то волны теперь проходят в поперечном к пото-- ку направления путь длиной d K kd, что в соответствующее число раз увеличивает степень изменения информативных параметров.

При этом имеют место следующие преимущества: значительно снижено чис- ло ьеконтролпруемык сЗластей в поперечном сечении, что позволяет получить более точную усредненную информацию о физических свойствах, осуще- ОТЕЛЯЮТСЯ такие мчогсзендовые измерения в узлом слое поперечного сечения трубопровода, толщинь которого определяется диаграммой направленности антенн.

Поскольку скорость ьо-jH (электромагнитных, акустичесьих) почти всегда на практике значительно больше скорости потока, такое многократное последовательное зондирование позволяет получить информацию п текущем (мгновенном) значении интересующего параметра в контролируемом сечении.

Ра Фиг „ 2 приведена схема устройства, реализующего данный способ. Здесь вещество, перемещаемое по трубопроводу 1 5зондируют многократно и последовательно с применением К тлр,,2,.., передающей 2 и соетз гсгкующей ей

приемной 3 антенн. Каждая предыдущая приемная антенна соединена с последующей передающей антенной с помощью воп новода 4. Для возбуждения зондирующих поток волн служит генератор 5. Принимаемые после многократного зондирования волны с приемной антенны 3 К-й пары поступают на регистратор 6. В зависимости от выбранного информативного параметра (амплитуды, (Ьазы и др) этот регистратор содержит необходимые для выделения полезной информации блоки Например, при измерения амплитуды принимаемой волны выход приемной антенны 3 К-й пары подключается к детектору, а затем сигнал с выхода детектора поступает на индикатор измеряемого параметра При измерении волны регистратор 6 содержит Фазовый детектор, один из двух входов которог подсоединен к выходу антенны К-й пары а другой - к выходу генератора 5; так осуществляется определение относительного измерения фазы волны в зависимости от величины измеряемого параметра„

Увеличение чувствительности информативных параметров в предлагаемом способе по сравнению с прототипом, которое в конечном счете также (наряду с многократным поперечным зондированием) является фактором, способствующим повышению точности измерения, следует и из рассмотрения аналитических соотношений. Рассмотрим выражение для информативного параметра в случае амплитудных и фазовых измерений.

При амплитудных измерениях измеряемым параметром является изменение величины принимаемого сигнала. Так, при измерениях влажности вещества выходным сигналом может служить затухание N, выраженное в децибелах

N 8,686ciBWpy d + | г| , (1)

где JFJ - модуль коэффициента отражении поверхности раздела антенна - контролируемое вещество ;

W - влажность вещества; d - толщина слоя вещества, тсе. в данном случае диаметр трубопровода;

Y - эмпирическая константа,учитывающая структуру вещества;

Р - плотность т-пажного вещества; Cxi Б коэФйшииент затухания воды.

S16

Отсюда видна прямопропорционапьная зависимость величины N от толщины просвечиваемого слоя вещества. При проведении k зондирований, т.е„ при прохождении волнами пути длиной kd соответственно увеличивается величина N; имеет место увеличение чувствительности в k раз по сравнению с прототипом (k 1)

Устройство для осуществления способа измерения физических свойств вещества в трубопроводе работает следующим образом (см. Фиг. 3). Излучаемые антенной 2 первой пары волны поступают на соответствующую приемную антенну 3, откуда по волноводу 4 равляются на переданную антенну 2 второй пары и излучаются этой антенно в сторону приемной антенны 3. Такая операция зондирования потока последовательно проводится k раз. Особенностью данной схемы по сравнению со схемой на фиг. 2 является образование резонатора, для чего выход приемной антенны 3 К-й пары соединен с входом передающей антенны 2 первой пары. Таким образом синтезирован резонатор, в котором колебания возбуждены в попе

чакший излучение электромагнитной воины из точки,нежащей на pnvrpemrnn поверхности трубопровода, ннаправлении перпендикулярном продол)от оси провода,прием электромаГНИТЕ гм полны в диаметрально противоположной точке исследуемого сечения трубопровода, измерение параметров принятого сигнала, по которым судят о Физических свойствах вещества, отличающийся тем, что, с целью повыше

ния точности, принятый сигнап передают по тракту в соседнюю ТОЧКУ исследуемого сечения трубопровода, отстоящую от точки приема на угол Т/К, переизлучают его Б направлении оси трубопровода в его исследуемом сечении, принимают переизлучекный сигнал в диаметрально противоположной точке исследуемого сечения трубопровода, повторяют цикл передачи сигнала в соседнюю точку исследуемого сечения трубопровода, переизлучения его и приема К раз, а измерение параметров принятого сигнала выполняют для К-го приема сигнала, где К - число пар точек излучения и приема.

2. Устройство для измерения физи

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения физических свойств веществ, перемещаемых по трубопроводам. Цель изобретения повышение точности измерения. Способ заключается в проведении многократного последовательного зондирования вещества в потоке в поперечном к нему направлении под разными углами и измерении параметров волн по завершении процесса зондирования. Устройство, реализующее данный способ измерения, представляет собой резонатор, содержащий К нар (гдк К 1,2...), состоящих каждая из приемной антенны и соответствующей ей передающей антеч- ны 2, расположенных на трубопроводе 1 диаметрально противоположно в поперечной к нему плоскости со смещением по угловой координате. Информативным параметром служит собственная (резонансная) частота электромагнитных колебаний такого резонаторе. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. S

речной к направлению потока плоскости зо ческих свойств вещества в трубопрово- и производится многократное зондирова- де, включающее отрезок трубы в котором ние потока в этой плоскости стоячими размещены передающая и приемная антен- или бегущими волнами. При образовании ны в диаметрально противоположных резонатора, в зависимости от схемы точках в сечении отрезка трубы, пер- его возбуждения, возможны режимы сто- пендикулярно его продольной оси,

ячих и бегущих волн, в первом случае каждая из антенн 2 и 3 каждой из пар является приемно-передающей, во втором случае порядок прохождения волн при многократном зондировании такой же, как и описанный выше „ Информативным параметром в данном случае может служить собственная частота колебаний такого синтезированного резонатора

причем оси передающей и приемной антенн перпендикулярны продоллгой оси трубопровода, а передающая и приемнай антенны размещены на внутренней по- 40 верхности отрезка трубопровода, вход , передающей антенны является входом для подключения генератора, а выход приемной антенны является выходом для

подключения приемника, отличаю- Таким образом, изобретение позволя-дз Щ е е с я тем, что, с целью повыше- ет проводить высокоточные измерения ния точности, в него введены дополнительно (К-1) пар передающей и приемной антенн, размещенных в одной плоскости с первой парой передающей и прйсвойств веществ, перемещаемых по трубопроводам. Они могут быть реализованы также при использовании акустических волн различных диапазонов час- 50 емной антенн, перпендикулярной оси

тот с применением соответствующих этим волнам элементной базы и схем построения блоков вторичного преобразования информации, поступающей с датчиков с, Формула изобретения

причем оси передающей и приемной антенн перпендикулярны продоллгой оси трубопровода, а передающая и приемнай антенны размещены на внутренней по- 40 верхности отрезка трубопровода, вход , передающей антенны является входом для подключения генератора, а выход приемной антенны является выходом для

отрезка трубы, причем в 1-й паре передающая и приемная антенны расположены в диаметрально противоположных, точках поперечного сечения отрезка тРУбы на его внутренней поверхности под углом М; n (i-l)/K к прямой, соединяющей передающую и приемную аи тенны первой пары, причем вхот; передающей антенны i-й пары подключен к

71688157Г

выходу приемной антенны (1-1)-й пары, тенны К-и пары подключен к входу (i 2,Зсо.К), а выход приемной аи- передающей антенны первой пары.

Фиг, 1

Фиг. 2.

Фиг. J