Измеритель концентрации газа в жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к исследованиям и анализу материалов путем определения их физических свойств и предназначено для непрерывного контроля и измерения объемной концентрации газа в движущейся по трубопроводу газожидкостной смеси при непостоянстве состава жидкой фазы и в широком диапазоне температур и давлений. Изобретение может найти применение в химической промышленности и машиностроении, например, для исследования газосодержания в моторном масле при дорожных испытаниях двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Устройство схематично изображено на чертеже.

В цельнометаллическом корпусе 1 выполнены три камеры - измерительная 2, компенсационная 3 и камера-дегазатор 4 с расположенными внутри измерительной и компенсационной кондесаторами 5 и 6. Один электрод каждого из кондесаторов соединен с корпусом, другой выведен наружу через герметичный изолятор 7. Выход измерительной камеры 2, расположенный в ее нижней части, соединен с входом камеры- дегазатора 4 трубопроводом 8, выход для жидкости камеры-дегазатора - с входом компенсационной камеры 3 трубопроводом 9 через гидравлическое сопротивление 10. Вход и выход для жидкости камеры-дегазатора 4 расположены в ее нижней части. Выход компенсационной камеры 3 соединен с вторым входом измерительной камеры 2, выполненным в ее верхней части, через трубопровод 11 и гидравлическое сопротивлеоо о

со

00 .N

о

иие 12. Гидравлические сопротивления 10 и 12 равны по величине. Выход для газа камеры-дегазатора 4,выполненный в ее верхней части, соединен с третьим входом измерительной камеры 2 трубопроводом 13, содержащим гидравлическое сопротивление 14. В камерах 2 и 3 установлены металлические решетки 15, экранирующие конденсаторы 5 и 6 от входных и выходных частей камер и одновременно выравнивающие скорости восходящих потоков жидкости в камерах. В корпусе 1 измерителя выполнены два резьбовых отверстия для присоединения к трубопроводу исследуемой системы - в нижней части вход, в верхней - второй выход измерительной камеры. Полюса конденсаторов подключены к электрическим схемам генераторов 16 и 17 переменных электрических сигналов, которые поступают на входы блока 18 обработки сигналов, вход которого соединен с индикатором 19.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемая газожидкостная смесь поступает в измерительную камеру 2 через расположенное в нижней ее части входное отверстие Вход, проходит через экранирующую решетку 15 и попадает в зону измерения конденсатора 5, емкость которого меняется в соответствии с содержанием газовой фазы, затем проходит через еще одну экранирующую решетку 15 и поступает на Второй выход. Решетки 15 в совокупности с электродами конденсатора 5 представляют собой некоторое гидравлическое сопро- тивление . Проходя через это сопротивление, газожидкостная смесь создает перепад давления на входе и выходе измерительной камеры 2. Этот перепад давления заставляет часть потока газожидкостной смеси ответвляться по трубопроводу 8 и поступать в камеру-дегазатор 4. Дегазированная жидкость, вытекая из нижней части камеры-дегазатора 4, через трубопровод 9 и гидравлическое сопротивление 10, заполняет компенсационную камеру 3. При этом диэлектрическая проницаемость дегазированной жидкости считывается емкостью конденсатора 6. Из камеры 3 жидкость через трубопровод 11 и гидравлическое сопротивление 12 попадает в верхнюю часть камеры 2 и затем выходит через Второй выход измерительной камеры 2 в трубопровод исследуемой системы. При этом решетка 15 препятствует попаданию дегазированной жидкости в зону чувствительности конденсатора 5. Газ, скапливающийся в верхней части камеры-дегазатора 4, выходит через Выход для газа, трубопровод 13 и гидравлическое сопротивление

14 в верхнюю часть камеры 2, отгороженную от зоны чувствительности конденсатора 5 решеткой 15. Гидравлическое сопротивление 14 представляет для газа существенно меньшее сопротивление, чем для жидкости, поэтому газ не скапливается в камере-дегазаторе 4, а жидкость практически не проходит гидравлическое сопротивление 14, Равенство гидравлических сопротивлений Ю и 12 на входе и выходе компенсационной камеры 4 обеспечивает равенство давлений в зонах чувствительности конденсаторов 5 и 6, необходимое для компенсации изменения диэлектрической проницаемости жид- кости при изменении давления в исследуемой системе. Конденсаторы 5 и 6 включены в частотозадающие цепи генераторов 1 б и 17. Сигналы переменной частоты с выходов генераторов 16 и 17 поступают в блок обработки 18, в котором происходит преобразование частот в значения объемной концентрации газа. Блок 18 представляет концентрацию в аналоговом и цифровом виде. Цифровой выход блока 18 подключен к Светодиодному дисплею 19.

Концентрация газа вычисляется блоком 18 следующим образом. Возьмем в качестве частотозадающей цепи генератора RC-це- почку, тогда частоты измерительного 16 и компенсационного 17 генераторов можно выразить следующим образом: fM A/RCn,О) f«c A/RCK, (2) где fM - частота генератора с измеритель- ным конденсатором;

тк- частота генератора с компенсационным конденсатором;

А - константа, определяемая конкретным схемным решением генератора; R - сопротивление резистора в RC-це- почке;

Си - емкость измерительного конденсатора;

Ск- емкость компенсационного конден- сатора.

Известно,что С Со е,(3) где С - емкость конденсатора, заполненного диэлектриком; Со - емкость полого конденсатора;

Ј - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Тогда, учитывая, что измерительный конденсатор заполняется газожидкостной смесью с диэлектрической проницаемостью Б с, а компенсационный-дегазированной жидкостью с диэлектрической проницаемостью е ж , можно записать: Си Со е с,(4)

€к Со Е ж .(5)

Полагая, что диэлектрическая проницаемость газожидкостной смеси Јс связана с диэлектрической проницаемостью жидкости Ј ж и с объемной долей V воздуха в смеси линейной зависимостью е с V+ е ж (1 -V ), (6) то, подставив вражение (6) в (4), а (4) и (5) в (1) и (2), получаем

И - г- Л Л1 (.)

fK

С0 У+еж0-У) /Vft С0еж

(8)

Решая совместно уравнения (7) и (8), получим выражение для определения объ- емной концентрации газа V: . ,g) kfu-Mk (У) где К RCo/A.

Формула (9) верна лишь при использо- ва;нии датчика представленной конструкции, т.к. при ее выводе было сделано предположение, что диэлектрическая проницаемость жидкости в измерительной и компенсационной камерах одинакова, а это обеспечивается равенством температуры, давления и состава жидкости в обеих камерах.

Использование изобретения для опера- ти;вного определения газосодержания в моторном масле работающего двигателя внутреннего сгорания позволит разработать более экономичную систему смазки.

0

5

0 5

5

Формула изобретения Измеритель концентрации газа в жидкости, содержащий установленные в корпусе и снабженные входом и выходом проточные измерительную и компенсационную камеры с установленными в каждой камере электрическими конденсаторами, камеру-дегазатор, снабженную входом и выходом для жидкости и выходом для газа, причем выход измерительной камеры соединен с входом для жидкости камеры-дегазатора, выход для жидкости которой соединен с входом компенсационной камеры, на выходе которой установлено гидравлическое сопротивление, отличающийся тем, что.с целью повышения точности измерений, в измерительной и компенсационной камерах выше и ниже конденсаторов установлены металлические экранирующие решетки, вход и выход измерительной камеры расположены под нижней решеткой, а над верхней решеткой в измерительной камере выполнены второй выход и второй и третий входы, второй вход измерительной камеры соединен с гидравлическим сопротивлением, установленным на выходе компенсационной камеры, на выходе для газа камеры-дегазатора установлено гидравлическое сопротивление, соединенное с третьим входом измерительной камеры, на входе в компенсационную камеру также установлено гидравлическое сопротивление, величина которого равна величине гидравлического сопротивления, установленного на выходе этой камеры.

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: измеритель содержит установленные в едином цельнометаллическом корпусе проточные измерительную и компенсационную камеры с расположенными внутри каждой электрическими конденсаторами, а также камерудегазатор и гидравлическое сопротивление на выходе компенсационной камеры. Первый выход измерительной камеры, расположенный в ее нижней части, соединен с входом камеры-дегазатора, первый выход которой соединен с входом компенсационной камеры через гидравлическое сопротивление, равное по величине гидравлическому сопротивлению на ее выходе. Вход и первый выход камеры-дегазатора выполнены в ее нижней части, второй ее выход - в верхней и соединен через гидравлическое сопротивление с третьим входом измерительной камеры, при этом в измерительной и компенсационной камерах установлены решетки, экранирующие электрические конденсаторы от входных и выходных частей этих камер. 1 ил. СП с