Емкостной преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01N27/22 

(54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургической, энергетической, химической, пищевой и строительной промышленностях в составе удтройств для бесконтактного измерения концентрации, скорости и расхода дисперсных материалов, транспортируемых по .трубопроводам.

Известны емкостные преобразователи для измерения параилетров измельченных материалов, транспортируемых потоком воздуха, в которых применяются противолежащие потенциальные и нулевые электроды .

Недостаток данных преобразователей заключается в их низкий температурной стабильности. Это обусловлено тем, что при нагреве диэлектрической трубы происходит изменение ее размеров, вызывающее изменение положения потенциальных электродов относительно нулевых,, а также изменение расстония между каждой парой потенциальных и нулевых электродов. При этом происходит также изменение диэлектрической проницаемости материала трубы и размеров электродов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является емкостный преобразователь, содержащий противолежащие винтовые потенциальные и нулевые .электроды,закрепленные на поверхности диэлектричес-. кой трубы 2.

Недостатком этого преобразователя является низкая точность измерения в диапазоне температур вследствие того, что изменение температуры транспортируемого потока или окружающей среды вйзывает изменение диэлектрической проницаемости материала трубы и взаимного положения каждо пары винто,вых потенциальных и нулевы электродов друг относительно друга. При этом определяющую величину в изменение начальной емкости преобразователя виосит изменение положения винтовых нулевых электродов относительно потенциальных. Это вызвано тем, что нулевые электроды расположены в зазоре между потенциальными электрода, вследствие чего значительная часть электрического поля потенциальных электродов замыкается на нулевых электродах. Таким образом, начальная емкость преобразователя весьма чувствительна к смещению положения нулевых электродов относительно потенциальных.

Формирование компенсационного сигнала креплением на поверхности потенциальных измерительных электродов компенсационного электрода невинтовой формы ,через диэлектрическую прокладку неэффективно, так как компенсационный сигнал не содержит информации о смещении нулевд х электродов относительно пртен-. цйальныХуУчитнвая, что коэффициент линейного расширения фторопласта имеет нелинейную зависимость по температуре, а температура диэлектрической трубы и фторопластовой прокладки отличаются между собой вследствие различия их тепловых режимов при нагреве высокотемператур ным потоком,, изменение рабочей емкости не может происходить по закону изменения емкости компенсационного электрода.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров высокотемпературного потока.

Поставленная цель достигается тем, что потенциальный электрод выполнен, по крайней мере,из двух изолированных частей,причем по длине одной из них в диэлектрической трубе установлен цилиндрический нулевой электрод,.экранирующий электрическое поле,потенциальных электродов.

На фиг. 1 схематически изображен емкостной преобразователь; на фиг. 2 - разрез. А,-А на фиг.1.

Емкостной преобразователь содержит закрепленные на диэлектрической трубе 1 и заключенные в металлический экран (на чертежах не показан) противолежащие винтовые электрода 2 и 3 нулевого потенциала, между которыми установлены винтовые потенциальные электроды 4-6. Электроды 2-6 представляют собой части металлической трубы, разделенные винтовыми спиральными зазорами, проекции образуквдих которых на плоскость касательную к их цилиндрической ntiBepxности представляют собой участки синусоидальных кривых. Винтовые потенциальные электроды 4 и 5 закреплены на одну сторону диэлектрической трубы 1,3 винтовой поте.нциальный электрод б - с ее противоположной стороны. Все винтовые, потенциальные электрс ды 4 - б выполнены равными по ширине.. Длина электродов

4и подбирается из условий равенства емкостей между электродами 4,6 и 5,6, при закреплении по длине винтового потенцисшьного электрода

5в диэлектрической трубе 1, цилиндрического электрода 7 нулевого потенциала. Цилиндрический электрод

7 нулевого потенциала полностью экранирует электрическое поле винхового потенциального электрода 5 и частично экранирует электрическое поле винтового потенциального электрода б .

Емкости между электродами 4, 6 и 5, б включены на вход дифференциального измерителя емкости, выполненного , например , в виде моста переменного тока с тесной индуктивной связью смежных плеч (на чертежах не показан). Включенные в смежные плечи моста начальные емкости между электродами 4,би5. 6 скомпенсированы элементами настройки моста при отсутствии частиц в емкостном преобразователе. Емкостный преобразователь монтируется в трубопроводе, по которому транспортируются частицы.

При подаче напряжения на потенциальные электроды 4-6 -и отсутствии между ними электродов 2 и 3 нулевого потенциала в рабочем объеме диэлектрической трубы 1 создается неравномерное электрическое поле, напряженность.которого увеличивается к оси рабочего объема. Наличие области повышенной напряженности определяется вогнутой формой и постоянным соотношением ширины винтовых потенциальных электродов 4-6. Для создания равномерного электрического поля в зазоре между потенциальными винтовыми электродами 4-6 установлены винтовые нулевые низкопотенциальные электроды 2 и 3. При этом электрическое поле выравнивается в поперечном сечении рабочего объема диэлектрической трубы 1. Это обусловлено тем, что часть электрического поля, замыкаясь на поверхности электродов нулевого потенциала 2 и 3, уменьшает свою напряженность по оси рабочего объема. Тем самым достигается равномерность электрического поля в каждом поперечном сечении по высоте диэлектричекой трубы 1. Так как нулевые электроды 2 и 3 воспроизводят по конфигурации изменение зазора по высоте преобразователя, равномерное электрическое поле создается внутри всего рабочего объема диэлектрической трубы 1. в связи с этим прохождение равной массы частиц материала через любую точку ее поперечного сечения вызывает одинаковые приращения емкос и преобразователя, в результате чего достигается независимость чувствительности (коэффициента преобразования) от места прохождения частиц материала по сечению диэлектрической труйл 1г. Тем самым практически исключается пограднос ь, возникающая за счет неравномерности электрического поля в преобразователях такой конструкции и достигается линейность расходной характеристики. . .

Достигнутая равномерность электрического поля дает возможность производить, градуировку преобразователя не только с помощью образцовых аэро.эолбных потоков, создание которых представляет сложную техническую задачу, но и с помощью сосредоточенных масс контролируемого дисперсного материала, помещаемых в рабочий объем преобразователя в статическом положении,

При увеличении температуры двухфазного потока и окружаклцей среды происходит нагрев диэлектрической .трубы 1 с винтовыми электродами 2-6. Начальная емкость между электродами 4 и 6 состоит, в основном, из трех составляющих. Первая составляющая определяется расходом частиц через преобразователь, поскольку электрическое поле между электродами 4 и 6 проникает через рабочий объем диэлект рической трубы 1. Вторая составляющая определяется изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку электрическое поле потенциальных электродов 4 и б проникает в рабочий объем через стенку диэлектрической трубы 1. Третья составляющая начальной емкости определяется размещением нулевых электродов 2 и 3 меЖЙУ потенциальными электродами 4 и б, fioскольку электрическое поле потенциальных электродов 4 и Б частично замыкается на поверхности винтовых нулевых электродов 2 и 3.

Изменение трех указанных составляющих при нагреве преобразователя транспортирующими частицами определяет формирование емкостного измерительного сигнала.

Начальная емкость электродов 5 и б состоит из двух последних составляющих. Первая составляющая определяется изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку электрическое поле между потенциальньплиэлектродами 5 и б проникает на глубину, равную толщине стенки диэлектрической трубы 1.Это обусловлено тем, что глубина проникновения электрического поля между электродами 5 и б ограничивается цилиндрическимнулевым электродом 7. Вторая составляющая определяется размещением винтовых нулевых электродов 2 и 3 .между потенциапьн1 ш электродами 5 и 6. Это обусловлено тем, что часть электрического поля потенциальных электродов 5 и 6 замыкается на поверхности винтовых электродов нулевого потенциала- 2 и 3. Изменение указанных составляющих емкости при нагреве опре

деляет формирование емкостного компесационного сигнала.

Повышение температуры диэлектрической трубы 1 приводит к изменению ее геометрических размеров и вызывае смещение винтовых нулевых электродов 2 и 3 относительно потенциальных электродов 4-6. Так как винтовые потенциальные электроды 4-6 размещены между винтовыми нулевыми электродами 2 и 3, а электрические поля между .электродами 4-6 взаимодействуют со стенкой диэлектрической трубы 1, изменение емкостного компенсационного сигнала происходит по закону изменения емкостного измерительного сигнала. При этом определяющую величину в формирование измерительного и компенсационного сигнала вносит относительное смещение винтовых нулевых электродов 2 и 3 относительно винтовых потенциальных электродов 4-6, так как коэффициент линейного расшире ния диэлектрической трубы 1 на порядок превышает коэффициент линейного расширения металла электродов 2-6.

Так как емкости мезкду электродами 4, 6 и 5, б включены в смежные плечи мостовой измерительной схемы (на чертежах не показана), происходит непрерывная автоматическая компенсация температурных изменений емкост.ного измерительного сигнала, обуслов..ленных относительным смещением винто/вых электродов 2-6 и изменением диэлектрической проницаемости материала трубы 1 .

Формула изобретения

Емкостной преобразователь содержащий потенциальные и нулевые электроды, закрепленные на диэлектрический трубе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ;измерения путем температурной компенсации преобразователя, потенциальный электрод выполнен, по крайней мере, из двух изолированных частей, по длине однс из которых в диэлектричес кой трубе установлен цилиндрический нулевой электрод так, что он(Образует экран потенциальных электродов со стороны рабочего объема преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).