Способ определения соотношения фаз двухфазных сред Советский патент 1992 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к измерительной технике.

Во многих физических установках (например, атомные электростанции, сверхпроводящие ускорители) в качестве рабочих сред применяются двухфазные потоки. Одной из основных характеристик двухфазных потоков является массовое расходное паро- содержание х потока среды. Известен косвенный способ определения массового расходного паросодержания двухфазного потока среды, основанный на расчете х с помощью уравнения теплового баланса

И+Q/G-I1

i - i

0)

где Н - энтальпия однофазного потока жидкой среды на входе в испарительный участок;

I , i - равновесные значения энтальпии жидкой и газовой фаз потока соответственно в точке измерения х;

Q - теплоприток на участке от точки с энтальпией И до точки, в которой определяется х,

G - расход среды.

Данный способ обладает следующими недостатками:

необходима калибровка расходомерно- го устройства, а аттестованные поверочные устройства, например для гелия, практически недоступны для широкого круга потребителей;

для криогенных сред трудно обеспечить индентичность рабочих условий датчика температуры и условий, при которых проводится его калибровка, что ведет к дополнительной погрешности измерения температуры;

VI СЛ СО СА) VI 00

для криогенных сред существуют сложности при определении величины теплопри- тока Q, так как рассчитать эту величину для реального объекта не представляется возможным, а датчиков для измерений этой величины не существует.

Эти недостатки усложняют процедуру определения величины х или делают ее невозможной.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения величин х с помощью высокочастотного датчика сплошноститютоков двухфазных сред. Этот датчик в принципе можно использовать для измерения величины х, которая связана со сплошностью потока ( следующим соотношением

)Г1,(2)

Un. (3) - коэффицимент скольжения

иг

где N

фаз;

Un, Ux - средние скорости пара и жидкости соответственно;

РГ ,рж плотности пара и жидкости соответственно.

Величина N для каждой конкретной среды зависит от многих факторов и может изменяться в следующих пределах : для гелия N 1-2.5, для воды N 1-10. Надежных методик определения N для широкого диапазона режимных параметров не существует. Поэтому для измерения величины х с помощью датчика сплошности необходима серия трудоемких калибровочных экспериментов. При этом калибровка должна проводиться индивидуально для датчиков с различной величиной сечения. Надо отметить, что этот способ требует создания специальных калибровочных стендов с собственными системами измерения различных параметров рабочих сред.

При увеличении массовой скорости (расхода среды в определенном сечении) скольжение фаз в двухфазном потоке уменьшается, т.е. N-M, и течение приобретает так называемую гомогенную структуру. Обозначим минимальную скорость двухфазной смеси, при которой течение гомогенно при любых х, как тг. Тогда при скорости потока m mr можно утверждать, что N 1, и следовательно

(а-1)Јг1

/V

(4)

т.е. между х и а существует однозначная связь. Величина mr зависит от плотностей рж и /Опсмеси и составляет, например, для гелия 100 кг/м2с, для водовоздушной

смеси при атмосферном давлении 10(Х кг/м2с.

Цель изобретения - определение величины массового расходного паросодержания двухфазных потоков сред.

Указанная цель достигается тем, что в способе опрделения соотношения фаз двухфазных сред, заключающемся в пропускании исследуемого потока через

высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность потока о. и плотности рп , РЖ пара и жидкости, исследуемый поток пропускают через

датчик с массовой скоростью

m -с - mr i

(5)

где G - массовый расход среды, кг/с: S - величина сечения датчика, м ,

mr - массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину массового расходного паросо- держания х определяют по формуле (4). На чертеже изображена схема устройства для реализации способа с одним из вариантов реализации электронного блока для измерения величины х.

Устройство содержит датчик 1 сплошности, измерительный преобразователь 2 давления, электронный блок 3 для определения сплошности среды, блок 4 питания и схему предварительного усиления измерительного преобразователя давления, аналого-циф- Ювой преобразователь 5 (АЦП), постоянное

запоминающее устройство 6 (ПЗУ), устройство 7 ввода-вывода (УВВ), генератор 8 тактовых импульсов, однокристальную микро-ЭВМ 9, устройство 10 индикации. Устройство для реализации способа

представляет собой датчик 1 сплошности, который соединен с электронным блоком 3 для определения сплошности среды и измерительным преобразователем 2 давления. Измерительный преобразователь давления

соединен через блок 4 питания и схему предварительного усиления с АЦП 5, который в очередь связан с УВВ 7 и ПЗУ 6. Однокристальная микро-ЭВМ 9 соединена с электронным блоком 3 для определения

сплошности среды, УВВ 7 и блоком 10 индикации. Генератор 8 тактовых импульсов соединен с УВВ 7, ПЗУ 6 и однокристальной микро-ЭВМ.

Устройство работает следующим образом,

Поток в соответствии с фиг.1 поступает в высокочастотный датчик 1 сплошности двухфазных потоков, перед которым установлен измерительный преобразователь 2

давления. С помощью электронного блока 3 для определения сплошности среды в датчике возбуждаются высокочастотные колебания. Выходным сигналом датчика служит резонансная частота, величина которой яв- ляется функцией диэлектрических проница- емостей каждой из фаз, а следовательно, и сплошности двухфазной среды. Эта частота подается в электронный блок для измерения сплошности среды. Одновременно сиг- нал с измерительного преобразователя 2 давления после предварительного усиления в блоке 4 подается на АЦП 5, который преобразует его в двоичный код. Этот код является адресом для ПЗУ, в котором записаны свойства среды в зависимости от давления. Числовое значение сигнала с учетом свойств среды передается на УВВ 7. Далее сигнал поступает в микро-ЭВМ. Одновременно в микро-ЭВМ поступает сигнал с электронного блока для измерения сплошности среды. Генератор 8 тактовых импульсов управляет работой АЦП, УВВ и выдает запрос на прерывание в микро-ЭВМ 9. Микро-ЭВМ производит расчет величины х и выдает информацию на устройство 10 индикации.

Испытания показали, что с помощью такого устройства можно измерять х с погрешностью %, что позволяет применять этот способ для диагностики и контроля оборудования с двухфазными рабочими средами. Формула изобретения Способ определения соотношения фаз двухфазных сред, заключающийся в пропускании исследуемого потока через высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность «потока и плотности рп , РЖ соответственно пара и жидкости, отличающийся тем, что, с целью непосредственного определения величины массового расходного паро- содержания, исследуемый поток пропускают через датчик с массовой скоростью m G/S mr, где G - массовый расход среды, кг/с; S - величина сечения датчика, м3; mr - массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину х массового расходного паросодержания определяют по формуле

(а-1)Г1.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является непосредственное определение величины массового расходного паросодержания двухфазных потоков среды. Способ определения сплошности двухфазных сред заключается в пропускании исследуемого потока через высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность потока а и плотности рп ,/Эж пара и жидкости, исследуемый по- . ток пропускают через датчик с массовой скоростью m G/S mr, где G - массовый расход среды, кг/с; S - величина сечения датчика, м ; mr - массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину массового расходного паросодержания определяют по формуле х 1 + (а-) 1 ил.

Гелии

гз

V