RU2354959C1 - Устройство для определения сплошности газожидкостного потока - Google Patents
Устройство для определения сплошности газожидкостного потока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354959C1 RU2354959C1 RU2008113681/09A RU2008113681A RU2354959C1 RU 2354959 C1 RU2354959 C1 RU 2354959C1 RU 2008113681/09 A RU2008113681/09 A RU 2008113681/09A RU 2008113681 A RU2008113681 A RU 2008113681A RU 2354959 C1 RU2354959 C1 RU 2354959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal plate
- dielectric
- communication element
- gas
- communication
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности к измерительной технике в виде устройства для определения сплошности газожидкостного потока, протекающего по диэлектрическому трубопроводу. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции чувствительного элемента и повышение точности измерения. Устройство содержит микроволновой генератор 1, соединенный выходом с первым элементом связи 2, вогнутую металлическую пластину 3, второй элемент связи 4, подключенный со входом детектора 5, плоскую металлическую пластину 6, третий элемент связи 7, четвертый элемент связи 8, фазометр 9 и прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик 10. Диэлектрические проницаемости анизотропного потока, обуславливающие преломление волн в параллельном и ортогональном направлениях, при их изменении, измеряются с использованием резонансной частоты открытого резонатора, образованного плоской и вогнутой металлическими пластинами 6 и 3. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известно устройство для измерения сплошности газожидкостного потока (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоиздат, 1989, с.179), в котором зигзагообразный проводник отрезка линии, укладываемый на поверхности диэлектрической трубы, вместе с металлическим экраном, окружающим диэлектрическую трубу, служит чувствительным элементом. В этом известном устройстве по резонансной частоте отрезка линии определяют сплошность потока.
Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения из-за температурных изменений параметров отрезка линии.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип сплошномер диэлектрических веществ (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоиздат, 1989, с.178), основанный на характеристиках отрезка неоднородной длинной линии. Отрезок линии состоит из участка цилиндрического трубопровода, координатных решеток, устанавливаемых в торцевых сечениях трубопровода и предназначенных для крепления распределенной по измерительному объему тонкой металлической нити и двух специальных гермоводов. В этом устройстве информативным параметром является резонансная частота электромагнитных колебаний отрезка линии.
Недостатками этого сплошномера следует считать сложность конструкции чувствительного элемента для обеспечения необходимого равномерного распределения энергии в контролируемом объеме и низкую точность.
Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции чувствительного элемента и повышение точности измерения.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для определения сплошности газожидкостного потока, протекающего по диэлектрическому трубопроводу, содержащее микроволновый генератор электромагнитных колебаний, чувствительный элемент, первый и второй элементы связи, детектор, соединенный выходом с прибором для исследования амплитудно-частотных характеристик, введены третий и четвертый элементы связи, фазометр, чувствительный элемент выполнен в виде плоской металлической пластины, закрепленной на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, и вогнутой металлической пластины, установленной против плоской металлической пластины на противоположной стороне диэлектрического трубопровода, причем выход микроволнового генератора через первый элемент связи соединен с вогнутой металлической пластиной, которая через второй элемент связи соединена со входом детектора, плоская металлическая пластина через третий и четвертый элементы связи соединена соответственно с первым и вторым входами фазометра.
Существенными отличительными признаками указанной выше совокупности является наличие фазометра и выполнение чувствительного элемента в виде вогнутой и плоской металлических пластин.
В заявленном техническом решении благодаря свойствам перечисленных признаков использование вогнутой и плоской металлических пластин, образуемых открытый резонатор, дает возможность решить поставленную задачу: упростить конструкцию чувствительного элемента сплошномера газожидкостного потока в диэлектрическом трубопроводе и повысить точность измерения.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит микроволновой генератор 1, соединенный выходом с первым элементом связи 2, вогнутую металлическую пластину 3, второй элемент связи 4, подключенный ко входу детектора 5, плоскую металлическую пластину 6, третий элемент связи 7, четвертый элемент связи 8, фазометр 9 и прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) 10. На чертеже позицией 11 обозначен диэлектрический трубопровод.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитные колебания с выхода микроволнового генератора 1 через первый элемент связи 2 направляются в сторону вогнутой металлической пластины 3. Часть этих колебаний после их взаимодействия с контролируемой средой в диэлектрическом трубопроводе 11 с помощью второго элемента связи 4 поступает на вход детектора 5. Одновременно колебания, распространяющиеся в сторону плоской металлической пластины 6, с помощью третьего элемента связи 7 и четвертого элемента связи 8 подаются на соответствующие входы фазометра 9.
Как известно, при взаимодействии электромагнитной волны, например, с анизотропным веществом (см. В.Д.Большаков и др. Радиогеодезические и электрооптические измерения. М.: Недра, 1985, стр.118) показатель преломления h|| волны с плоскостью поляризации, параллельной силовым линиям поля, может изменяться по закону
где h┴ - показатель преломления волны с плоскостью, ортогональной силовым линиям приложенного электрического поля, λ - длина волны излучения, Е - напряженность электрического поля, В - коэффициент (постоянная) Керра, Δh - разность показателей преломления поляризованных волн.
Рассмотрим случай зондирования диэлектрического анизотропного потока в диэлектрическом трубопроводе электромагнитной волной. В данном случае падающую волну можно разложить на две одинаковые по амплитуде составляющие, которые поляризованы параллельно и перпендикулярно. При этом эти составляющие распространяются с разной скоростью, поскольку значения показателя преломления для них различаются на величину Δh. В результате на выходе из анизотропной среды между этими составляющими возникает разность фаз Ψ
где l - длина пути волны в анизотропной диэлектрической среде.
Сплошность потока S, связанная с физическим состоянием двухфазных сред, например жидкости и газа, характеризует степень однородности и определяется соотношением (см. В.А.Викторов и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978, стр.237):
где V1 и V2 - соответственно объем жидкости и газа на единице длины трубопровода.
Соотношение (3) показывает, что при отсутствии жидкости (S=0) V1=0 и V2=макс., а при наличии потока жидкости без газовых включений (S=1) V1=макс. и V2=0. Отсюда следует, по величинам объемов V1 и V2, рассчитанных по площади поперечного сечения трубопровода при изменении его внутреннего диаметра d от 0 до его максимального значения, можно судить о сплошности газожидкостного потока.
Анализ газожидкостного потока в трубопроводе показывает, что при формировании объема V1 длина пути l (см. формулу (2)) волны фактически определяет величину площади поперечного сечения потока. Следовательно, определение длины l, связанной с объемом V1 на единице длины трубопровода через площадь поперечного сечения потока, дает возможность оценить величину сплошности потока в трубопроводе. В результате в формуле (2) вместо l следует использовать значение длины пути волны, равное ld/(2d-l). Это вытекает из того факта, что при вертикальном к направлению потока заполнении трубы средой длина l может изменяться от 0 до d (диаметр трубопровода). В соответствии с этим выражение (2) можно переписать как:
Таким образом, при минимальном и максимальном значениях длины пути распространяющейся в измеряемой среде волны, соответствующих отсутствию и наличию потока в трубопроводе, по изменению разности фаз Ψ от 0 до Ψмакс можно определить сплошность потока. При этом при l=0(S=0) Ψ=0, а при l=d (S=1) Ψ=Ψмакс.
Анализ выражения (4) показывает, что при изменении электрофизических свойств контролируемого диэлектрического анизотропного потока, влияющих на Δh и Е, точность измерения сплошности может снижаться.
Согласно эффекту Керра для показателей преломления волн с плоскостью поляризации, параллельной и ортогональной силовым линиям электрического поля, можно записать
где ξ|| и ξ┴ - диэлектрические проницаемости анизотропного потока, обуславливающие соответственно преломление волн в параллельном и ортогональном направлениях. Здесь принимается, что магнитные проницаемости потока µ|| и µ┴ равны единице. Из этого рассуждения вытекает, что для повышения точности измерения сплошности необходимо получить информацию о параметрах ξ|| и ξ┴ при их изменении. Для этого в данном устройстве предлагается измерить, например, ξ|| потока и затем вычислить ξ┴. В рассматриваемом случае для измерения параметра ξ|| используется резонансная частота открытого резонатора, образованного плоской и вогнутой металлическими пластинами 6 и 3.
При возбуждении электромагнитных колебаний в указанном выше открытом резонаторе для его резонансной частоты ω можно записать
где lотр - расстояние между отражателями (пластинами) и равно (m=1,2,3,…); q - целое число (практически q>3); с - скорость распространения волны между отражателями. В данном случае в приведенной формуле вместо lотр следует использовать геометрическую сумму диаметра диэлектрического трубопровода d и расстояние между центром вогнутой металлической пластины и обращенной к ней поверхностью диэлектрического трубопровода l1, а вместо с - значение скорости волны при ее распространении через диэлектрический трубопровод с измеряемым анизотропным потоком. В результате эта формула примет вид:
где k - параметр, учитывающий влияние диэлектрических свойств данного трубопровода и контролируемого анизотропного диэлектрического потока на скорость распространения волны одновременно.
Параметр k с определенной точностью можно представить как функцию диэлектрических проницаемостей трубопровода ξтр и анизотропного потока ξ||. Здесь следует отметить, что влияние параметра ξ|| на скорость распространения волны обосновано спецификой работы открытого резонатора. Так как величина ξтр зависит от материала, из которого изготовлен трубопровод, то ее в процессе измерения можно считать постоянной. Тогда, как следует из последней формулы, при постоянных значениях d, l1, ξтр и с изменение резонансной частоты ω будет определяться изменением параметра ξ||. Согласно предлагаемому устройству для измерения резонансной частоты ω с выхода детектора 5 сигнал поступает на вход прибора для исследования АЧХ10, который дает возможность получить информацию о диэлектрической проницаемости анизотропного потока ξ||.
Ввиду того что Δh=λBE2 (см. формулу (1)), для вычисления ξ┴ можно записать
Из формулы (5) видно, что при известных значениях λ, В, Е и наличии информации о ξ|| по резонансной частоте ω можно определить величину ξ┴. В рассматриваемом случае значения λ и Е задаются генератором электромагнитных колебаний, т.е. без учета влияния диэлектрических проницаемостей ξ|| и ξ┴ на характеристики распространения волны через анизотропный поток. Кроме того, постоянная Керра, зависящая от свойств данной среды, выбирается с учетом рабочей длины волны, т.е. λ. Следовательно, формула (4) примет вид:
В данном устройстве для измерения Ψ волна с плоскостью поляризации, параллельной силовым линиям поля, улавливается третьим элементом связи 7 и далее переносится на первый вход фазометра 9. Одновременно, волна с плоскостью поляризации, ортогональной силовым линиям поля, через четвертый элемент связи 8 поступает на второй вход фазометра. Следовательно, как видно из формулы (6), при постоянных значениях λ, d, измерением Ψ и вычислением Δh можно обеспечить определение сплошности газожидкостного потока в диэлектрическом трубопроводе.
Таким образом, в заявленном техническом решении показано, что использование плоской и вогнутой металлических пластин в качестве чувствительного элемента сплошномера дает возможность упростить конструкцию преобразователя и повысить точность измерения.
Claims (1)
- Устройство для определения сплошности газожидкостного потока, протекающего по диэлектрическому трубопроводу, содержащее микроволновой генератор электромагнитных колебаний, чувствительный элемент, первый и второй элементы связи, детектор, соединенный выходом с прибором для исследования амплитудно-частотных характеристик, отличающееся тем, что в него введены третий и четвертый элементы связи, фазометр, чувствительный элемент выполнен в виде плоской металлической пластины, закрепленной на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, и вогнутой металлической пластины, установленной против плоской металлической пластины на противоположной стороне диэлектрического трубопровода, причем выход микроволнового генератора через первый элемент связи соединен с вогнутой металлической пластиной, которая через второй элемент связи соединена со входом детектора, плоская металлическая пластина через третий и четвертый элементы связи соединена соответственно с первым и вторым входами фазометра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113681/09A RU2354959C1 (ru) | 2008-04-07 | 2008-04-07 | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113681/09A RU2354959C1 (ru) | 2008-04-07 | 2008-04-07 | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2354959C1 true RU2354959C1 (ru) | 2009-05-10 |
Family
ID=41020082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008113681/09A RU2354959C1 (ru) | 2008-04-07 | 2008-04-07 | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2354959C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491534C1 (ru) * | 2012-03-01 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока |
-
2008
- 2008-04-07 RU RU2008113681/09A patent/RU2354959C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491534C1 (ru) * | 2012-03-01 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11293791B2 (en) | Leaky lamb wave flowmeter | |
AU2011295673B2 (en) | Multiphase fluid characterization system | |
EP1886098B1 (en) | An apparatus and method for measuring a parameter of a multiphase flow | |
CA2490871C (en) | Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry | |
CA2669292C (en) | Apparatus and method for measuring a fluid flow parameter within an internal passage of an elongated body | |
RU2499229C2 (ru) | Способ и устройство для определения состава и расхода влажного газа | |
WO2014165833A2 (en) | Methods for measuring properties of multiphase oil-water-gas mixtures | |
US20150346117A1 (en) | Conductivity measurements | |
Ren et al. | Modelling of ultrasonic method for measuring gas holdup of Oil-Gas-Water three phase flows | |
Kumar et al. | Enhancing the ultrasonic waveguide sensor’s fluid level sensitivity using through-transmission and pulse-echo techniques simultaneously | |
RU2354959C1 (ru) | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока | |
WO2002077635A2 (en) | Method for determining relative amounts of constituents in a multiphase flow | |
RU2491534C1 (ru) | Устройство для определения сплошности газожидкостного потока | |
US11221244B2 (en) | Clamp-on circumferential resonance ultrasonic flowmeter for collectively exciting and receiving circumferential modes of a pipe | |
RU2483296C1 (ru) | Способ определения сплошности потока жидкости в трубопроводе | |
RU2351900C2 (ru) | Расходомер жидких сред в трубопроводах | |
RU2382989C2 (ru) | Устройство измерения параметров потока | |
RU2161781C1 (ru) | Способ определения уровня анизотропной жидкости в резервуаре | |
RU2534450C1 (ru) | Расходомер | |
RU102109U1 (ru) | Расходомер | |
Comes et al. | Ultrasonic flowmeter | |
RU2090868C1 (ru) | Способ определения сплошности потока жидкости в трубопроводе | |
Arsalan | Advances in clamp-on flow measurement techniques | |
RU2178151C1 (ru) | Устройство для определения уровня жидкости в сосуде | |
RU2404421C1 (ru) | Способ определения плотности диэлектрических жидких веществ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180408 |