CS229723B1

CS229723B1 - Mixing ratio measuring method of mixtures or solutions

Info

Publication number: CS229723B1
Application number: CS909881A
Authority: CS
Inventors: Adolf Ing Ceska
Original assignee: Adolf Ing Ceska
Priority date: 1981-12-08
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1984-06-18
Also published as: DD234189A3

Description

Vynález se týká způsobu měření poměrného složení směsí nebo roztoků i vícesložkových směsí a roztoků kapalných, plynných, sypkých i pevných látek.The invention relates to a method for measuring the relative composition of mixtures or solutions as well as multi-component mixtures and solutions of liquid, gaseous, particulate and solid substances.

V řade oborů výrobní činnossi se používá směsí a roztoků různých látek, jejichž poměrné složení musí být dodrženo s určitou přesnootí. Příkaddem může být emulse oleje ve vodě, používaná ve válcovnách ocele a umělých hmoo. Při opakovaném používání této emulse se mění její poměrné složení. Při překročení určité hranice poměru obou složek začne provoz vyrábět smítky a dochází ke značným ekonomickým ztrátám.In many fields of activity, mixtures and solutions of various substances are used, the relative composition of which must be observed with some accuracy. An example may be an oil-in-water emulsion used in steel and artificial hmoo mills. Relative use of this emulsion changes its relative composition. If a certain ratio of the two components is exceeded, the operation will start to produce specks and considerable economic losses will occur.

Dosavadní způsoby měě*ení poměrného složeni směsí a roztoků jsou většinou založeny na odběru vzorků sledované látky. Vzorky se pak podrobují různým analýzám, například chemické nebo speetrofotožeeriiké.· Dosavadní způsoby mjí vážné nedostatky; spoočvají zpravidla v tom, že odebrané vzorky nemusí byt dostatečně reprezeenaaivní pro celou, sledovanou látku nebo není měření kontmuelní a nemá okamžitý výstup výsledků v potřebné formě pro automaickou regulaci. Měřící zařízení jsou složitá, náročná na obsluhu a na okolní prostředí a jsou proto těžko aplikovatelná ve složitých provozních podmínkách.Previous methods of measuring the relative composition of mixtures and solutions are mostly based on sampling of the test substance. The samples are then subjected to various analyzes, such as chemical or speetrophotographic. as a rule, the samples taken may not be sufficiently representative of the whole substance of interest, or the measurement is not continuous and does not immediately produce the results in the necessary form for automatic control. The measuring devices are complex, demanding on the operator and the environment and are therefore difficult to apply in difficult operating conditions.

Uvedené nedootatky odstraňuje podle vynálezu způsob měření poměrného složení směsí nebo roztoků. Jeho podstata spočívá v tom, že se měřena látka zavede do prostoru šíření elektromgnneického signálu, například do vnitřního prostoru vlnovodného nebo koaxiálního vedení, načež . se zížíí změny úauumu a/nebo fázové rychlosai šíření tohoto signálu a na základě změření nebo kompenzace těchto změn se vyhodncrtí poměrné složení směsíAccording to the invention, the method of measuring the relative composition of the mixtures or solutions is avoided. It is based on the fact that the measured substance is introduced into the electromagnetic signal propagation space, for example into the inner space of the waveguide or coaxial line, and then. deterioration of the damping and / or phase velocity of the signal will be impeded and the relative composition of the mixtures determined by measuring or compensating for these changes

229 723 nebo roztoků. Podle dalšího význaku se vyhodnocení poměrného složení směsí nebo roztoků provádí na základě předem známých kmitočtových závislostí útlumu a fázové rychlosti šíření signálu, odlišných pro jednooiivé složky směsí nebo roztoků.229,723 or solutions. According to a further feature, the evaluation of the relative composition of the mixtures or solutions is carried out on the basis of predetermined attenuation frequency dependences and phase velocity of the signal, different for the individual components of the mixtures or solutions.

Způsob měření podle vynálezu dává tím přesnější výsledky, čím více se jednooiivé složky směsi nebo roztoku navzájem liší svými elektrCclými parameery, vyjádřenými například fázovou rychlostí a útummem pro šířící se elektromagnetické vlny. Výsledkem měření na jednom kmitočtu jsou dva změřené elektrické parameery, z nichž můžeme v ideálním případě vyhoonnoit dva mísící poměry, čili složení třísožžkové směsi nebo roztoku. V případě složitějších, vícesložkových látek lze vyhodnocení dosáhnout na základě měření na několika kmitočtech nebo signálem se širolým aniimčtovým spektrem, za předpokladu, ' že kmtočtové závislosti elektrcclých parameerů jednotlivých složek jsou dostatečně rozdílné.The measurement method according to the invention gives the more precise the results, the more the individual components of the mixture or solution differ from each other by their electric parameters, expressed, for example, by phase velocity and attenuation for propagating electromagnetic waves. The result of the measurement at one frequency is two measured electrical parameters, from which we can ideally vyhoonnoit two mixing ratios, or composition of a three-component mixture or solution. In the case of more complex, multi-constituent substances, the evaluation can be achieved by measuring at several frequencies or by a broad and non-impedance spectrum signal, provided that the frequency dependences of the electric parameters of the individual components are sufficiently different.

Způsob měření podle vynálezu umožňuje měření sledované látky jak ve statcckém tak i v dynamickém stavu. Všechna sledovaná látka nebo její reprezeenativní část může v П^с^Сtrcclých t^J^^^lэC^V^ch. nebo i v celém vnitřním prostoru vlnovodného nebo koaxiálního vedení.The method of measurement according to the invention makes it possible to measure the substance of interest in both a static and a dynamic state. All of the compound of interest or its reprezeenative moiety may be present in the same compound. or even throughout the interior of a waveguide or coaxial line.

Způsob mmření podle vynálezu dává okammité výsledky v elektrceké formě, pou^telné pro autommaickou regulaci složení sledované látky. K tomuto účelu je výhodné mostové zapooení, složeného ze dvou identických vedení, napájených stejnými signály, z nichž jedno je plněno měřenou látkou a druhé referenční látkou. Hoz^čmí. fází a/nebo ammlí-t^ud clektroшtgnetickkho signálu na výstupech obou vedení vytváří signál pro vstup automaické regulace, která vyrovná složení měřené látky na referenční vzor.The measuring method according to the invention gives immediate results in a electronically suited form for the automatic control of the composition of the substance of interest. For this purpose it is advantageous to bridge the bridge, consisting of two identical lines, fed by the same signals, one of which is filled with the substance to be measured and the other with the reference substance. Hoz ^ čmí. The phase and / or ammonia signal of the electro-magnetic signal at the outputs of both lines provides an automatic control input signal that aligns the composition of the measured substance to the reference pattern.

Způsob mmření podle vynálezu je dále výhodný tím, že zařízení k jeho aplikaci je poměrně levné, nenáročné na obsluhu, může být samooinné, je odolné proti vnějším vlívto tepelným, chemickým, mmchanickým i elektromagnetic)ým a může být použitoThe measuring method according to the invention is further advantageous in that the device for its application is relatively cheap, easy to use, can be self-acting, is resistant to external influences by thermal, chemical, chemical and electromagnetic and can be used.

- 3 229 723 i v nejtěžších provozních . podmínkách. Digitalizovaný výstup z takového zařízení je snadno napooitelný na mikropočítač a může- se stát součásSí celého systému pro řízení technologického procesu. ,- 3,229,723 even in the most difficult operating conditions. conditions. The digitized output from such a device is easily downloadable to a microcomputer and can become part of the entire process control system. ,

Příklady způsobu měření poměrného složení směsí a roztoků jsou popsány podle obrázků na př^ž^ených výkresech. Ote. 1 znázorňuje koiaciálhí mostové provedení měřícího zařízení. Na obr. 2 je zobrazena mikrovlnná varianta ve vlnovodném mostovém provedení, s použitím maaického T. - Na obr. 3 je znázorněn příklad řešení vlnovodného dílu pro interakci měřené látky s elektromagnetickým signálem.Examples of the method of measuring the relative composition of mixtures and solutions are described in the drawings. Ote. 1 shows a coiled bridge embodiment of a measuring device. Fig. 2 shows a microwave variant in a waveguide bridge design, using a Maa T. - Fig. 3 shows an example of a waveguide component solution for the interaction of a measured substance with an electromagnetic signal.

Kooaiální provedení měřícího zařízení na obr. 1 se skládá ze dvou identických elektricky vodivých trubek 4 a 5,'které tvoří vnější vodiče interakčního koaxiálního vedení, z nichž jedno je pro . měřenou, látku a druhé pro referenční směs nebo roztok. Obě elektricky vodivé trubky 4 a 5 mají ve svých stěnách po dvou vazebních okénkách 3 z dielektrického mttri.á;iu. Geeeeátor 1 elektrooagnetickéhr signálu je připojen přes rozoětorotcí Czatiáleí T-člen 2 a vazební okénka 3 ke středním vodičům. 6 a 7 interakčních kraaiáleíih vedenn..Výstup ze středních vodičů 6 a 7 je přes vazební okénka 3 připojen k balančnímu transformátoru 8. Výstup z balančního transformátoru 8 je připojen na vstup přijíiače a indikátoru 9.The coolant embodiment of the measuring device of Fig. 1 consists of two identical electrically conductive tubes 4 and 5, which form the outer conductors of the interaction coaxial conduit, one of which is pro. the substance, and the other for the reference mixture or solution. Both electrically conductive tubes 4 and 5 have in their walls two coupling windows 3 made of dielectric material. The electro-magnetic signal generator 1 is connected to the middle conductors via a Czatalyst T-member 2 and coupling windows 3. The output from the center conductors 6 and 7 is connected to the balance transformer 8 via the coupling windows 3. The output from the balance transformer 8 is connected to the input of the receiver and the indicator 9.

M-krovlnná vlnovodná varianta měřícího zařízení na obr. 2 sestává z mikrovlnného generátoru 11, jehož výstup je přes symeericky vlnovodný T-článek 12 a kolena 13 připojen k regulovatelným atenuátorům a/nebo regulov^en^/m fázovým prsruvačйm. 14. Výstupy těchto regulovatelných součáátí jsou připojeny k interakčním vlnovodným dílům, a to jednak k dílu 15 pro měřenou směs a jednak k dílu 16 pro referenční látku. Výstupy obou interakčních vlnovodných dílů 15 a 16 jsou připojeny přes kolena 13 k bočním ramenům vlnovodného T-článku 17. Rameno H dvozitéhr T-člániku 17 je zakončeno bez^^zovou zátěží 18. Rameno E dvozitéhr T-článku 17 je připojeno na detektor 19. Detektor 19 je připojen na zesilovač a . indikátor 20.The M-microwave waveguide variant of the measuring device in Fig. 2 consists of a microwave generator 11 whose output is connected via symmetrically waveguide T-cell 12 and elbows 13 to controllable attenuators and / or phase-suppressor controllers. 14. The outputs of these controllable components are connected to the waveguide interaction components, both to the component 15 for the measured mixture and to the component 16 for the reference substance. The outlets of the two waveguide interaction sections 15 and 16 are connected via elbows 13 to the side arms of the waveguide T-cell 17. The arm H of the double tee of the T-bar 17 is terminated with no load 18. The detector 19 is connected to an amplifier a. indicator 20.

- 4 229 723- 4,229,723

Interakční vlnovodný díl na obr, 5 sestává z vlnovodné sekce 151, opatřené na obou koncích přírubami 152. Ve vnitřním prostoru vlnovodné sekce 151 je umístěna trubka 155 z dielektrického materiálu. Dielektrická trubka 155 je svými konci napojena na kovové trubky 153 a 154, které jsou upevněny ve stěnách vlnovodné sekce 151. Obě kovové trubky 153 a 154 jsou vytvořeny jako kruhové vlnovody podkritického vnitřního průměru.The waveguide interaction section of FIG. 5 consists of a waveguide section 151 provided with flanges 152 at both ends. A tube 155 of dielectric material is disposed within the interior of the waveguide section 151. The dielectric tube 155 is connected at its ends to metal tubes 153 and 154 which are mounted in the walls of the waveguide section 151. Both metal tubes 153 and 154 are formed as circular waveguides of subcritical inner diameter.

Měřící zařízení znázorněné na obr. 1 pracuje takto: Vnitřním prostorem interakční elektricky vodivé trubky 4 a středního vodiče 6 proudí měřená látka a vnitřní prostor interakční elektricky vodivé trubky 5. a středního vodiče 7 vyplňuje referenční látka. Generátor 1 napájí přes rozvětvovací koaxiální T-člen 2 obě vedení identickými signály, například elektromagnetickými impulsy o délce několika nanosekund. Tyto signály se šíří interakční elektricky vodivou trubkou 4, středním vodičem 6 a elektricky vodivou trubkou J5, středním vodičem 7 s fázovými rychlostmi a útlumy, které jsou závislé na elektrických parametrech měřené nebo referenční látky. Následkem rozdílného složení obou látek jsou rozdílné i jejich elektrické parametry, což se projevuje rozdílnou fází a/nebo amplitudou na výstupech obou koaxiálních vedení. Na tyto rozdíly je citlivý balanční transformátor 8. Rozdílový signál na výstupu transformátoru 8 se zesílí a zobrazí indikátorem 9· Výstupní údaj indikátoru 9 může být ocejchován přímo v procentuelním složení měřené látky.The measuring device shown in FIG. 1 operates as follows: The measured substance flows through the inner space of the interaction electrically conductive tube 4 and the center conductor 6 and the inner space of the interaction electrically conductive tube 5 and the center conductor 7 fills the reference substance. The generator 1 supplies both lines via identical branching coaxial T-members 2 with identical signals, for example electromagnetic pulses of several nanoseconds. These signals are propagated by an interaction electrically conductive tube 4, an intermediate conductor 6 and an electrically conductive tube 5, an intermediate conductor 7 with phase velocities and attenuations, which are dependent on the electrical parameters of the measured or reference substance. Due to the different composition of the two substances, their electrical parameters also differ, which is manifested by different phase and / or amplitude at the outputs of both coaxial lines. Balance transformer 8 is sensitive to these differences. The difference signal at the output of transformer 8 is amplified and displayed by indicator 9 · The output of indicator 9 can be calibrated directly in the percentage composition of the measured substance.

Měřící zařízení na obr. 2 a obr. 3 pracuje obdobným způsobem: Mikrovlnný generátor 11 napájí identickými monochromatickými mikrovlnnými signály měrné i referenční ramena mostu přes T-článek 12 a kolena 13. Regulovatelné atenuátory a/nebo fázové posouvače 14 slouží к amplitudovému a/nebo fázovému vyvážení mostu. Měřená a referenční látky se do příslušných interakčních vlnovodných dílů 15 a 16 přivádějí trubkami 153 a odvádějí trubkami 154» Kovové trubky 153 a 154 jako podkritické vlnovody zamezují unikání mikrovlnného signálu mimo vlnovodnou trasu. Fázové rychlosti a útlumy signálů šířících se v interakčních vlnovodných dílech 15 a 16 jsou ovlivněny elektrickými parametry měřené nebo referenční látky. Rozdílnost ve složeníThe measuring apparatus of Figures 2 and 3 operates in a similar manner: The microwave generator 11 feeds the bridge's specific and reference arms across the T-cell 12 and the elbows 13 via identical monochromatic microwave signals. phase balance of the bridge. The measured and reference substances are fed to the respective waveguide interaction parts 15 and 16 via pipes 153 and discharged through pipes 154. Metal pipes 153 and 154 as subcritical waveguides prevent the microwave signal from escaping off the waveguide path. The phase velocities and attenuations of the signals propagating in the waveguide interaction components 15 and 16 are influenced by the electrical parameters of the measured or reference substance. Difference in composition

- 5 229 723 těchto látek se projeví rozdílnou fází a/nebo amplitudou signálů přicházeeících do bočních ramen dvojitého T-člsnku 17 přes vlnovodná kolena 13. Při neidentických signálech v bočních ramenech se nebude všechna přichászjící energie absorbovat v bezodrazovt zátěži 18. Část ttto energie se bude šířit do ramene E dvooi.tého T-článku 17, detekovat detektorem 19 a indikovat indikátoeem 20. Výstupní údaje indikátoru 20 mohou být přímo cejchovány v hodnotách procentuelního složení měřent látky. Pro přesnější měření je možné most znovu vyvážit proměnnými prvky 14 a podle údajů na jejich stupnicích vyhodnnttt složení měřené látky.The 5 229 723 of these substances exhibit a different phase and / or amplitude of signals coming to the side arms of the double T-bar 17 via the waveguide elbows 13. In the case of non-identical signals in the side arms, all incoming energy will not be absorbed It will propagate to arm E of the double T-cell 17, detect with detector 19 and indicate with indicator 20. The output data of indicator 20 can be directly calibrated at the percentage composition of the substance meter. For a more accurate measurement, the bridge can be rebalanced with variable elements 14 and the composition of the measured substance can be evaluated according to their scale data.

Způsob měření poměrného áožení a roztoků podle vynálezu lze využít pro statické i konninuelní měření poměrného složení emuusí oleje ve vodě používaných ve válcovnách ocele nebo umělých hmot nebo používaných ve strojírenství, hlavně u obráběcích strojů.The method of measuring the proportions and solutions of the invention can be used for both static and continuous measurement of the proportional composition of oil-in-water emulsions used in steel or plastic rolling mills or used in mechanical engineering, especially machine tools.

Způsobu měření podle vynálezu lze takt použžt v petrochemickém nebo potraviiářsském průmyslu pro kontinuelní měření procentuelního složení nejrůznějších látek, obzvláště tekutých a sypkých.The measurement method according to the invention can also be used in the petrochemical or food industry for the continuous measurement of the percentage composition of various substances, in particular liquid and loose.

Způsobu měření podle vynálezu je možné rovněž použžt pro měření vlhkosti sypkých látek v potravinářském průmyslu, zemědělství, stavebnictví a jňiých oborech.The measurement method of the invention can also be used to measure the moisture content of bulk materials in the food industry, agriculture, construction and other fields.

Claims

Method for measuring the relative composition of mixtures or solutions, characterized in that the substance to be measured is introduced into the electromagnetic signal propagation space, for example the internal space of a waveguide or coaxial line, whereupon the changes in attenuation and / or phase propagation thereof are measured and measuring or compensating for these changes, the relative composition of the mixtures or solutions is evaluated.

2. Method according to claim 1, characterized in that the evaluation of the relative composition of the mixtures or solutions is carried out on the basis of predetermined attenuation frequency dependences and the phase propagation rate of the signals, different for the individual components of the mixtures or solutions.