CS215600B1

CS215600B1 - Microwave continuous meter for concentration of solutions and suspensions

Info

Publication number: CS215600B1
Application number: CS254680A
Authority: CS
Inventors: Milan Krivanek; Jan Matulka; Josef Malek
Original assignee: Milan Krivanek; Jan Matulka; Josef Malek
Priority date: 1980-04-12
Filing date: 1980-04-12
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Vynález se týká mikrovlnného kontinuálního měřiče koncentrace roztoků a suspenzí, který využívá absorpce mikrovlnné energie. Mikrovlnný kontinuální měřič podle vynálezu sestává z om generátoru, detekčního členu, komponzačního bloku a mikrovlnného měřicího členu. Podstata vynálezu spočívá pak především v uspořádání vnitřní struktury mikrovlnného měřícího členu. V mikrovlnném členu doohází k absorpci mikrovlnné energie, přičemž velikost absorpce je dána útlumem mikrovln v měřených roztocích nebo suspenzích, při zvoleném kmitočtu a teplotě Vzhledem k tomu, že výstupním signálem měřiče je stejnosměrné napětí, může být vynález zařazen do okruhu automatické regulace nebo připojen k řídícímu mikroprocesoru, tj. začleněn do výrobních linek, zejména do provozů chemických a potravinářských závodů, kde je nutno v procesu výroby kontrolovat a řídit ohod výrobních linek kontinuálním měřením koncentrace roztoků nebo suspenzí,.The invention relates to a microwave continuous meter of the concentration of solutions and suspensions, which uses the absorption of microwave energy. The microwave continuous meter according to the invention consists of an om generator, a detection element, a composition block and a microwave measuring element. The essence of the invention lies primarily in the arrangement of the internal structure of the microwave measuring element. In the microwave element, microwave energy is absorbed, the amount of absorption being determined by the attenuation of microwaves in the measured solutions or suspensions, at a selected frequency and temperature. Given that the output signal of the meter is a direct voltage, the invention can be included in an automatic control circuit or connected to a control microprocessor, i.e. incorporated into production lines, especially in chemical and food plants, where it is necessary to control and manage the operation of production lines by continuously measuring the concentration of solutions or suspensions in the production process.

Description

Vynález se týká mikrovlnného kontinuálního měřiče koncentrace roztoků a suspenzí, který využívá absorpce mikrovlnné energie.The invention relates to a microwave continuous concentration and suspension concentration meter which utilizes microwave energy absorption.

Měřič podle vynálezu je možno začlenit do okruhů měření a regulace výrobníbh linek, ae,Jména v provozech chemických a potravinářských závodů, kde je nutno v procesu výroby kontrolovat a řídit chod výrobníoh linek kontinuálním měřením koncentrace roztoků nebo suspenzí.The meter according to the invention can be incorporated into the circuits of measurement and control of production lines, namely, in chemical and food processing plants, where it is necessary to control and control the operation of production lines by continuously measuring the concentration of solutions or suspensions in the production process.

Jsou známé nepřímé metody měření koncentrace roztoků, založené na lomu smětla, na stanovení váhového podílu suěiny v roztoku na odstředivce či v sušárně apod. Tyto známé metody měření a používané přístroje mají tu nevýhodu, že jsou většinou jen kontrolního a laboratorního charakteru a nedávají možnost okamžitého převodu zjištěné hodnoty koncentra oe na signál potřebný pro regulaci a řízení procesu výroby. Měřená hodnota koncentrace je kromě toho získávána s nevyhovujícím časovým zpožděním.Indirect methods of measuring the concentration of solutions based on the refraction of the dust, on the determination of the weight fraction of dry matter in solution on a centrifuge or dryer etc. are known. These known methods of measurement and instruments used have the disadvantage that they are mostly of control and laboratory character. converting the detected value of the concentration oe into a signal necessary for controlling and controlling the production process. In addition, the measured concentration value is obtained with an unsatisfactory time delay.

Je znám rovněž kontinuální měřič hustoty roztoků nebo suspenzí, jehož podstatou je kontinuální měření hmotnosti látky v konstantním objemu měrného členu, přičemž naměřená hmotnost je převáděna na pneumatický signál. Pro zjištění koncentrace je pak nutno znát závislost mezi mustotou a koncentrací roztoku nebo suspenze.It is also known to measure the density of solutions or suspensions in a continuous manner by continuously measuring the mass of a substance in a constant volume of a measuring element, the measured mass being converted into a pneumatic signal. The concentration between the mustot and the concentration of the solution or suspension must then be known to determine the concentration.

Nevýhodou tohoto přístroje je jeho značná mechanická složitost, velké rozměry, ovlivni telnost správné činnosti' otřesy a nutnost umístit přístroj na dostupném místě, neboí vyžadu je častou kontrolu a údržbu.The disadvantage of this device is its considerable mechanical complexity, large dimensions, the ability to operate properly 'shocks and the need to place the device in an accessible location as it requires frequent inspection and maintenance.

Veškeré popsané měřicí postupy a přístroje pak především nevyhovují požadavkům moderních výrobních technologických linek, zejména neumožňují kontinuální měření koncentrace roztoků či suspenzí s převodem naměřených hodnot na elektrický signál za účelem řízení technologického procesu či linky mikroprocesorem a časovou konstantou, která je zanedbatelná ve srovnání s časovou konstantou regulačních obvodůIn particular, all the described measuring procedures and instruments do not meet the requirements of modern production technology lines, in particular they do not allow continuous measurement of the concentration of solutions or suspensions with conversion of measured values to electric signal for control of technological process or line by microprocessor and time constant which is negligible compared to time constant control circuits

Měříoí zařízení musí být kromě toho nenáročné na údržbu a obsluhu a spolehlivé v chodu i při umístění v mokrém či prašném prostředí a odolné proti otřesům Výhodná jsou rovněž měřící zařízení menších rozměrů, použitelné bez dalších úprav pro měření všech typů roztoků či suspenzí. Výše popsané známé měřící metody a přístroje tyto požadavky nesplňují,In addition, the measuring device must be maintenance-free and reliable and reliable in operation even in wet or dusty environments and resistant to vibration. Smaller measuring devices, usable without further modification for measuring all types of solutions or suspensions, are also advantageous. The known measuring methods and instruments described above do not meet these requirements,

Nedostatky známých měřících přístrojů naproti tomu odstraňuje a požadavky moderních výrobních procesů a línek splňuje mikrovlnný kontinuální měřič koncentrace roztoků a suspen »í podle vynálezu, který sestává z cm generátoru, detekčního členu kompenzačního bloku a mikrovlnného měřicího členu, který je charakterizován tím, že 'součástí mikrovlnného měřícího členu je interakční prostor vyplněný dielektrickým materiálem, ve kterém je umístěn měřící kanál. Tento měřící kanál je napojen jedním koncem na odběrové potrubí, na němž je umístěno nejméně jedno teplotní čidlo, a které prochází termostatem. Druhým koncem je měřící kanál napojen na zpětné potrubí.On the other hand, the shortcomings of known measuring devices are overcome and the requirements of modern production processes and lines are met by the microwave continuous concentration and suspension concentration meter according to the invention, which consists of a cm generator, a compensation block detection member and a microwave measuring element. The microwave measuring element is an interaction space filled with dielectric material in which the measuring channel is located. This measuring channel is connected at one end to a sampling line on which at least one temperature sensor is located and which passes through the thermostat. At the other end, the measuring channel is connected to the return line.

Teplotní čidlo je s výhodou umístěno v úseku mezi termostatem a měřícím kanálem a je přímo spojeno s kompenzačním blokem.The temperature sensor is preferably located in the section between the thermostat and the measuring channel and is directly connected to the compensation block.

Možné je rovněž použití dvou či více teplotníoh čidel V případě dvou teplotních čidel jedno čidlo řídí činnost termostatu.It is also possible to use two or more temperature sensors In the case of two temperature sensors, one sensor controls the operation of the thermostat.

Interakční prostor je zpravidla vytvořen v nejjednodušším provedení, jímž je vlnovod, který však není jediným možným provedením.The interaction space is generally formed in the simplest embodiment, which is a waveguide, but it is not the only possible embodiment.

Měřič vytvořený podle vynálezu praouje kontinuálně s požadovanou přesností, která je zaručena mikrovlnným měřícím členem, v němž dochází., k absorpci mikrovlnné energie, přičemž velikost absorpce je dána útlumem mikrovln v měřených roztocích nebo suspenzích, při zvoleném kmitočtu a teplotě. Vzhledem k tomu, že výstupním signálem měřiče je stejnosměrné napětí, může být zařezen do okruhu automatické regulace nebo připojen k řídícímu mikroprocesoru. Měřič má kromě toho také malé rozměry, dále minimální požadavky na údržbu a je schopen pracovat bez závad v jakomkoliv pracovním prostředí, např. mokrán, pražném či výbušnán.The meter constructed according to the invention flows continuously with the required accuracy, which is guaranteed by the microwave measuring element in which the microwave energy is absorbed, the amount of absorption being given by the attenuation of the microwaves in the solutions or suspensions measured at the selected frequency and temperature. Since the meter's output signal is DC voltage, it can be cut into an automatic control circuit or connected to a control microprocessor. In addition, the meter has small dimensions, minimum maintenance requirements and is able to work faultlessly in any working environment, eg wet, roast or explosive.

Příkladné provedení mikrovlnného kontinuálního měřiče koncentrace roztoků a suspenzí podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkresu.An exemplary embodiment of a microwave continuous concentration and solution meter of the present invention is shown schematically in the drawing.

Kontinuální měřič sestává z cm generátoru g, spojeného s mikrovlnným měříoím členem 1, který je dále spojen s detékčním členem 6, za kterým následuje kompenzační blok 4· Podstata vynálezu spočívá především v uspořádání vnitřní struktury mikrovlnného měřícího členu 1 , jehož hlavní součástí je interakční prostor 10, vytvořený ve znázorněném provedení jako vlnovod.Do vlnovodu je vložen nízkoztrátový dielektrický materiál 11. např. teflon, keramika apod., který vyplňuje celý průřez vlnovodu. Dielektrický materiál 11, zaplňující interakční prostor 10, tvoří Impedančně přizpůsobený člen pro bezodrazový průchod mikrovlnné energie, Měžený roztok nebo suspenze se do mikrovlnného měříoíhó členu 1 přivádí odběrovým potrubím 2, které před vstupem do interakčního prostoru 10 prochází nejprve termostatem 7 zajišťujícím s určenou přesností konstantní teplotu měřené látky. Takto stabilizovaná teplota měřené látky je měřena teplotním čidlem 8, umístěným v odběrovém potrubí 2, a to mezi termostatem 7 a průtokovým měříoím kanálem g Teplotní čidlo 8 je zapojeno na kompenzační blok 4, eliminující závislost signálu na teplotě měřené látky. Velikost výstupního signálu totiž závisí nejen na měřené koncentraci, ale také na teplotě měřeného prostředí. Teplotně stabilizovaná měřená látka je přivádí do interakčního prostoru 10, přes který prochází průtokovým měřícím kanálem g V tomto kanále dochází k částečnému pohlcení mikrovlnné energie měřenou látkou, přičemž intenzita pohlcování závisí na stupni koncentrace měřené látky. Průřez průtokového měřícího kanálu je stanoven tak, aby byla dodržena potřebná citlivost měření pro mařenou látku a použitý kmitočet. Zpětným potrubím g se měřená látka potom vede zpět nebo do odpaduThe continuous meter consists of a cm generator g coupled to a microwave metering member 1, which is further connected to a detecting member 6, followed by a compensation block 4. The main object of the invention consists in arranging the internal structure of the microwave metering member 1. 10, formed in the illustrated embodiment as a waveguide. A low loss dielectric material 11, such as teflon, ceramics or the like, is inserted into the waveguide and fills the entire cross-section of the waveguide. The dielectric material 11, filling the interaction space 10, forms an impedance-matched non-reflective microwave energy passage. temperature of the measured substance. The temperature of the measured substance thus stabilized is measured by a temperature sensor 8 located in the sampling line 2, between the thermostat 7 and the flow measurement channel g. The temperature sensor 8 is connected to a compensation block 4, eliminating the dependence of the signal on the temperature of the measured substance. The size of the output signal depends not only on the measured concentration, but also on the temperature of the measured environment. The temperature-stabilized measurement substance is fed to the interaction space 10, through which it passes through the flow measurement channel g. This channel partially absorbs microwave energy by the measurement substance, the absorption intensity depending on the degree of concentration of the measurement substance. The cross-section of the flow measurement channel is determined so that the necessary measurement sensitivity for the material to be tested and the frequency used are maintained. Through the return line g, the measured substance is then returned or discharged

Mikrovlnná energie se do interakčního prostoru 10 přivádí z om generátoru g, který může být tvořen např. osoilátorem s gunnovou diodou, klystronem apod odděleným např. feritovým izolátorem, zeslabovačem atdThe microwave energy is supplied to the interaction space 10 from an om generator g, which may be, for example, a gunno diode oscillator, a klystron and the like separated by a ferrite insulator, attenuator, etc.

Na výstupní část interakčního prostoru 10, v tomto případě vlnovodu,mikrovlnného měřícího členu 1 je připojen detekční člen 6, který obsahuje např. oddělovací zeslabovač, zakončený přechodem koaxiál-vlnovod s držákem diody detekčního členu 6. Z diody se získává stejnosměrné napětí, které je funkcí koncentrace měřené látky, a které se přivádí do kompenzačního bloku £, kde je upraveno kromě již zmíněnou teplotní kompenzaci i posuvem nuly a potřebným zesílením na požadovanou výstupní úroveň napětí, odpovídající příp, požadavkům normalizovaných hodnot napětí.A detection member 6 is connected to the output part of the interaction space 10, in this case a waveguide, of the microwave measuring member 1, which comprises, for example, a decoupling attenuator terminating in the coaxial-waveguide transition with the diode holder of the detection member 6. The measurement is performed by means of the concentration of the measured substance and which is fed to the compensation block 6, where, in addition to the already mentioned temperature compensation, a zero shift and the necessary amplification to the desired voltage output level corresponding to the normalized voltage values are provided.

Claims

Microwave continuous solution and suspension concentration meter comprising an om generator, a detecting element, a compensating block and a microwave measuring element, characterized in that the microwave grating element (1) comprises an interaction space (10) filled with dielectric material (11) in which a measuring channel (9) is connected, connected at one end to a sampling line (2), on which at least one temperature sensor (8) is located and which passes through the thermostat (7), while the other end is connected to the return channel (9) pipes (3)

Microwave continuous meter according to claim 1, characterized in that the temperature sensor (8) is preferably located in the section between the thermostat (7) and the measuring channel (9) and is connected directly to the compensation block (4).

Microwave continuous meter according to Claims 1 and 2, characterized in that the interaction space (10) is waveguide-shaped.