Детектор газовых включений в потоке электропроводящей жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N27/72 

(54) ДЕТЕКТОР ГАЗОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПОТОКЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технолбТй 1ческому контролю, использующему жидкометаллкческие теплоносители, и может быть использовано в целях контро ля процесса регенерации теплоносителя гелиево-водородными смесями и.т.п В настоящее время известен ряд методов, позволяющих контролировать наличие газовой фазы в электропроводящем теплоносителе (далее ЭПТ), осно ванных на анализе сигнала магнитного расходомера (далее МР). Примером может служить детектор газовых включений для жидких металлов, использующих в качестве датчика МР погружного типа. Контроль осуществ ляется по изменению средней скорости потока жидкого металла l. Основной нё°достаток заключается в необходимости монтажа байпасной линии в основной контур и техническая сложность изготовления измерительного узла, включающего кроме МР электромаг нитный насос и концентратор, помещаемого непосредственно в поток жидкого металла. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является детектор газовых включений в потоке :электропроводящей жидкости, содержащий электроды, размещенные на поверхности трубопровода, помещенного в постоянное поперечное магнитное поле 2. Недостатком известного устройства является зависимость порога чувствительности от уровня фоновых импульсных шумов, вызванных колебаниями мгновенных значений скорости. Цель изобре7ения - повышение чувствительности путем подавления фонового .сигнала, обусловленного Колебаниями мгновенных значений скорости жидкости.. Поставленная цель достигается тем, что в детекторе газовых включвний в потоке электропроводящей жидкости, содержащем электроды, размещенные на поверхности трубопровода, помещенного в постоянное поперечное магнитное поле, электроды присоединены к поверх ности трубопровода на равном расстоянии относительно плоскости симметрии магнитного поля, перпендикулярной направлению потока. Образованная таким образом совокупность элементов представляет собой детектор газовых включений в потоке электропроводящей жидкости, нечувстви тельной к колебаниям мгновенных значений скорости потока, содержащего электроды, размещенные на поверхности трубопровода, помещенного в постоянное поперечное магнитное поле, электрода присоединены к поверхности трубо провода на равном расстоянии относительно плоскости симметрии магнитного поля, перпендикулярной направлению потока. На фиг. 1 показан детектор газовьрс взслючений в потоке; электропроводящей жидкости на фиг. 2-4 распре деление потенциалов по длине трубопровода, находящегося в поле магнитной системы: на фиг. 5 - форма сигна ла детектора при прохождении пузырьк газа. Устройство состоит иэ магнитной системы магнитного расходомера (МР) участка трубопровода, находящегося в магнитном поле 2, и двух электродов 3, обеспечивающихсьем сигнала. На фиг. 1 показаны также электроды 4 которые в комплексе с элементами I и |2 составляют МР поперечного магнитно го поля в общепринятом виде. Детектор работает следующим образом. Как известно, импульсный сигнал, обусловленный прохождением единичног пузырька через чувствительный объем МР, имеет колоколообразную форму. Спектр такого сигнала заключен вале от О до l/2iEf Гц, где Т- длительность импульсов. В свою очередь, фоновой сигнал, связанный с флуктуациями скорости по тока ЭПТ, также в основном сосредото чен в низкочастотной области. Таким образом, полезный сигнал и помеха имеют перекрывающиеся спектры, что значительно усложняет выделение полезной информации при контроле малых газосодержаний по импульсной составляющей сигнала МР. Детектор позволяет подавлять гидр ринамические шумы, используя фильтра цию, основанную на эффекте запаздывания. Причем эти функции выполняют непосредственно детектором. Как видно из фиг. 1, съем сигнала, характеризующего наличие газовой фазы, производится в рассматриваемом случае не с электродов МР 4, а с дополнительных электродов 3, удаленньпс от центра на +1 При протекании ЭПТ по трубопроводу, помещенному в магнитное поле, в последнем наводятся токи, пропорциональные скорости теплоносителя и маг нитной индукции. Поскольку среднюю скорость можно считать по длине детектора то распределение потенциалов по длине трубопровода (фиг. 2) в основном oпpJeдeлятcя распределением индукции. В точках , находящихся в области максимальной индукции, потенциал также максимален и убывает по мере удаления. Таким образом, в случае симметрии относительно , точки уда- ленные на ± будут эквипотенциальны, и следовательно, разность потенциалов; электродами, установленными в этих точках, будет нулевой. Экспериментально установлено, что при появлении пузырька в чувствительном объеме детектора распределение E(xJ претерпевает изменение, причем наибольший эффект имеет место в сечении, где в данный момент находится пузырек газа. На фиг. 3 и 4 показано качественное изменение, вносимое в распределение потенциалов при попадании пузырька в сечение -1 и +1 соответственно. В этом случае разность потенциалов точек -, и -t-lj, при нали-.чии газовой фазы имеет форму показанную на фиг. 5. Сформулированный таким образом сигнал образован двумя колоколообразными импульсами различной полярности, следующими с интервалом. Интервал следования определяется из соотношенияtro-.2eo/v где расстояние между электродами: V - средняя скорость теплоносителя. Ширина импульсов зависит от скорости теплоносителя и некоторого определякэдего область пузырька на по|тенциал в рассматриваемом диаметральном сечении. Для рассматриваемого случая экспериментально установлено А Ry, где R-- радиус трубопрово да. Таким образом, разность потенхХиалов между электродами, установленным на базе 2, имеет форму колебания со средним значением,равным нулю, и мощность, в два раза превьшающую мощность единичного импульса. Кроме того, спектр этого сигнала имеет характериую особенность. Сигнал, представленный на фиг. 3, Аналитически описывается выражением Ab(t)--E . (t)-E „а-Гд) (2) Ч) о Тогда выражение для спектральной плотности имеет вид )--25 («)-совшгГо J 5(«))--45с(ц;)б1и-, где Sg(,UBj- спектральная плотность нала, представленного одиночным им пульсом. Как следует из (3), спектр сигн смещен в сторону высоких частот и имеет первый макснмум на частоте f - . В то же время потенциалы в точк - и можно представить в b7Ho,t)--CoBHo)vHo,t)) Е 7 С-,) - CoBUeo vCHo,t) J где В - магнитная индукция в соот пэетствуюцеи сечении} - средняя скорость потока Со константа. 76 В случае симметричного расположения электродов относительно мй ксиму ма потенциального поля можно полоашть что В( ) «B(-vto) и, крометого, в силу несжимаемости жидкости и постоянства сечения трубопровода (-eo,t)--5CHo,t). ..{.eo,t)-E«(+eo,O«o Такнм образом исключается влияние гидродинамикн, что является основным достоинством детектора. Использование предлагаемого детектора позволяет повысить чувствительность устройств, осуществлягацих контроль малых газосодержаний в присутствии гидродинамических шумов. Формула изобретения Детектор газовых включений в потоке электропроводящей жидкости, содержащий электроды, размещенные на поверхности трубопровода, помещенного в постоянное поперечное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем подавления фонового сигнала от колебаний скорости жидкости, электроды присоединены к поверхности трубопровода на равном расстоянии относительно плоскости симметрии магнитного поля, перпендикулярной направлеюоо потока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Воланд Д. Приборы контроля реакторов. М., 1973, с. 102104. 2. Могильнер А. И. и др. Отчет ФЭИ 1 -1449, 1976 (прототип). . -

X

X

X

/

Фиг.