СП 4i 01
СО
сх I Изобретение относитс к области исследовани и физико-химического анализа газожвдкостных сред, с помощью оптических методов и может найти применение в химической и неф теперерабатывак цей промышленности, авиационной технике, Известен способ определени объе ного влагосодержани многокомпонент ных сред, по которому среду облучают электромагнитными волнами и по и поглощению определ ют величину влагосодержани С11. Недостатком способа вл етс низка точность измерени , обусловленна вли нием эффекта рассе ни волн на границе раздела компонент среды. Эффект рассе ни увеличивает с в газожидкостных и дисперсных средах. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс спо соб определени локального влагосодержани газожидкостных потоков, заключающийс в том, что исследуемы поток облучают неселективнь&г источником с;вета, регистрируют сигналы ослаблени на двух длинах волн аналитической , поглощаемой жидким компонентом потока, и эталонной, на которой этот компонент прозрачен, и по отношеишо этих сигналов опреде л ют объемное влагосодержание. Эталонную длину волны выбирают таким образом чтобы вли ние эффекта рассе ни , на двух длинах волн было оди 1 . Htt длине1.й. иилм rjbuiu иди JO, например Дд,ц 1,93-0,045 мк наково 1,-83 - 0,05 мкм Г23.. . Этот способ обладает низкой точностью определени локального объем ного влагосодержани нестационарных газожидкостных потоков, так как эффект рассе ни на заранее выбранных длинах волн будет разлйчнь м в завис мости от изменени форм поверхности раздела фаз, т.е. структуры потока. Низка точность измерений при работ на длинах волн 1,93 - 0,045 мкм и 1,83 0,05 мкм определ етс следующим . При выборе в качестве аналити ческой волны 1,975 мкм, а эта лонной - 1,J80 мкм, когда существен но вли ние .эффекта поглощени на аналитической длине волны, вли ние эффекта рассе ни на этих длинах волн неодинаково дл характерных размеров оптической неоднородности среды d (3 - 5)Л. , так как сравнительно велика разность между ра982 бочими длинами волн (0,195 мкм). С другой стороны, если рабочие длины волн составл ют 1,885 мкм и 1,880 мкм, то разность оптических плотностей среды на этих длинах волн становитс незначительной, что вызывает рост погрешности измерений. Следует отметить, что использование длин волн, лежащих в инфракрасной области спектра (А - 1 мкм) снижает , TTd параметр дифракции F -г- по сравнению с длинами волн, лежащими в видимой области спектра. Это обсто тельство приводит к различному вли нию эффекта рассе ни . Целью изобретени вл етс повышение точности измерений. Эта цель достигаетс тем, что согласно способу определени локального объемного влагосодержани газожидкостных потоков , заключающемус в том, что исследуемый поток облучают неселективиым источником света., регистрируют сигналы ослаблени на двух длинах волн - аналитической, поглощаемой жидким компонентом потока, и эталонной , на которой этот компонент прозрачен , и по отношению этих сигналов определ ют объемное влагосодержание, предварительно измер ют коэффициент коррел ции К между сигналами ослаблени на двух длинах волн, наход т диапазоны длин волн, дл которых К 0,9 - 1,0, в жидкость при формировании газожидкостного потока ввод т маркирующий раствор, имеющий электронный или ионный спектр поглощени в найденных диапазонах, измер ют коэффициент коррел ции в одном из этих диапазонов и при определении объемного влагосодержани за эталонную и аналитическую принимают длины волн из указанного диапазона, сигналы ослаблени на которых имеют значение коэффициента коррел ции К 0,05 - 0,1. Под коэффициентом коррел ции двух сигналов ослаблени Ц поднимаетс отношение ковариации сигналов ослаблени к произведению их средних квадратичных отклонений К б,. 5, Величина i вл етс переменной вследствие изменени формы поверхности раздела фаз в газожидкостном потоке. Дл длин волн, на которых рассе ние не зависит от длины волны. 3115 коэффициент коррел ции имеет значение , равное единице. При вводе марк рукнцего раствора за счет поглощени которое пропорционально объему раст вора на просвечиваемой длине, погло щение на аналитической длине волны будет отличатьс как по амплитуде, так и по частоте от сигналов ослаблени за счет рассе ни на других длинах волн. Так как форма поверхности жидкой фазы не коррелируетс с ее объемом, то сигналы в полосе поглощени и вне ее станов тс неко релированными, а. их коварийци равн нулю. Таким образом, признаком того, что при измерении аналитическа вол на оказываетс в полосе поглощени раствора, а эталонна вне ее, служи коэффициент коррел ции стрем щийс к нулю. В действительности эти сигналы оказываютс слабокоррелированными , так как на сигнал поглощени наложитс сигнал от рассе ни Выбор ненулевого нижнего значени коэффициента коррел ции К 0,1-0, определ етс , с одной стороны, наложением сигналов ослаблени за счет рассе ни и поглощени , с другой стороны, нижнее ограничение ди.к туетс невозможностью полностью избавитьс от паразитных помех в электронных приборах, которые оказываютс слабокоррелированными. По той же причине помех и наводок в электронной аппаратуре коррелирован ные сигналы только за счет рассе ни имеют значение К 0,9 - 1,0. На чертеже представлена схема конкретного устройства дл реализации способа. Устройство дл определени локал ного объемного влагосодержани состоит из емкости 1 с маркирующим раствором 1, расходомера 2, дроссел ноге крана 3, измерительного участка 4 с исследуемым газожидкостным потоком, неселективного источника 5 света, линзы 6, формирукицей плоскопараллельнЬ1й пучок света, щелевой диафрагмы 7, снабженной механизмом дл регулировани размеров щели, прбзрачных плоских стекол 9, вмонтированных в стенку измерительного участка 4 по ходу светового пучка, гспектографа 10, фотоприемников 11, электрически подсоединенных через согласукж95е усилители 12 к вольтметрам 13, аналогового коррел тора 14, реша ющего блока 15 и цифропечатающего устройства 16. Способ осуществл етс следующим образом. С помощью неселективного источника 5 света и оптической линзы 6, формирующей плоскопараллельный пучок света, исследуемый газожидкостный поток облучают электромагнитным из лучением. Размерами щелевой диафрагмы 7 фиксируют облучаемый объем среды. На спектографе Ю световое излучение разлагаетс в спектр и с помощью фотоприемников 11 (показано только два фотоприемника), усилителей 12 и вольтметров 13 регистрируютс сигналы ослаблени интенсивности света на различных длинах волн Л 1д. (1л)о- I Д Л соответственно интенсивности света на длине волны Д до и после прохождени газожидкостной среды. С помощью коррел тора 14 измер ют коэффициент коррел ции К между сигналами ослаблени пар длин волн в области излучени источника 5 света и определ ют диапазон длин волн с К 0,9 - 1,0. Затем в жидкую фазу газожидкостной среды из емкости 1 ввод т маркирующий раствор, имекщий электронный или ионный спектр поглощени в найденном диапазоне длин волн, что позвол ет увеличить оптическую плотность среды на аналитической длине волны. 1Напрш.1ер,. дл 1,5%-ного водного раствора мщрганцовокислого ) кали , примен емого в качестве маркирующего раствора, (1ан 0,48 мкм. Дроссельным краном 3 устанавливают определенный расход маркирующего раствора, величина которого измер етс расходомером 2 и поступает в решающий блок 15 дл вычислени концентрации маркирующего раствора в. ж дкой фазе. Вторично измер ют Коэффициент коррел ции между сигналами ослаблени интенсивности света в ди- . апазоне длин волн Л (0,5 - 1,5)Ллйи наход т две длины волны с К 0,050 ,10. Длину волны с максимальным значением сигнала ослаблени в указанном диапазоне принимают за аналити4ecKiTo , а с минимальным - за эталонную . Максимальное значение сигнала ослаблени соответствует ,5 (1Да.н)о а минимальное - Л1д., 40,2х х() Сигналы ослаблени света на аналитической и эталонной длинах волн поступают в решающий блок 15, где по разности оптических плотностей среды на двух длинах волн Лс1ч и вычисл етс объемна концентраци влаги в потоке. Результаты изме рений поступают на цифропечатающее устройство 16. Дл определени объемного влагосодержани необходимо знать объемную концентрацию маркирукщего раствора в жидкой фазе. При вводе маркирующего раствора непорредственно в газожи костный поток, например с помощью пористых вставок, дл измерени объемной концентрации раствора, например оптическим компенсационным методом , из измерительного участка с исследуемь 1 газожидкостньм потоком отбирают пробу раствора. Однако пред почтительнее вводить маркирующее вещество в магистраль подвода жидкой фазы. В этом случае концентраци рас вора определ етс из балансового соо ношени расходов жидкой фазы и марки рующего вещества. В качестве маркирующего раствора выбираетс вещество, имекацее узкую полосу поглощени в растворе жидкой фазы потока и большое значение коэффициента экстинкции. Таким требоваки м отвечают растворы солей металлов , имеющие электронный или ионный спектр поглощени . Главна полоса поглощени раствора должна находитьс в области спектра, что позво лит при реализации предлагаемого спо соба использовать простые оптические приборы, обладакщие высокой разрешак чей способностью, например, при исследовании газовод иых потоков мож но использовать водйые растворы марганцовокислого кали , имеющего мак (симальное поглощение на длине волны 0,48 мкм, или медного купороса, имекйцего максимальное поглощение на длине волны 0,83 мкм. Длина волны, на которой маркирук ций раствор имеет максимальное поглощение , вл етс аналитической. Эталонную длину волны выбирают таким образом, чтобы разность между аналитической и эталонной длинами волн быпа минимальной, а сигналы ослаблени на этих длинах волн имели минимальный коэффициент коррел ции. Как правило, слабокоррелированными сигналами вл ютс сигналы, имеющие коэффициент коррел ции менее 0,1. Так как выбранный маркирующий раствор имеет в спектре очень узкую полосу поглощени , то разность между аналитической и эталонной длинами волн не превосходит 0,005 мкм иопредел етс разрешаемой способностью используемых оптических приборов. Это позвол ет существенно повысить точность измерений и расширить функциональные возможности способа, так как в этом случае рассе ние на аналитической и эталонной длинах волн будет одинаково независимо от структуры газожидкостных потоков . Как показали проведенные исследовани газожидкостных потоков, использование предлагаемого способа позвол ет повысить точность определени локального объемного влагосодержани более чем в три раза с 10 до 3%. Дл реализации предлагаемого способа использовалась следующа аппаратура: источник света - ленточна лампа накаливани сие - 200 у, щелевые диафраг 1Ы типа УФ-12, фотоприемники на базе фотодиода ФД-10к с операционным пр1едусилителем, собранньв4 на микросхемах KIVT40I, вольт метр средних квадратичных значений 55Д35 Disa, аналоговый коррел тор типа 55Д70 Disa. Измеренные уровни сигналов ослаблени и коэффициентов коррел ции К составили по амплитуде (0,1 - 1,0) В при значении К 0,91 (до ввода м аркиру1едего раствора) и К 0,08 (ири вводе маркирующего раствора). При этом пог решиостьизмерени не п ревь{сила 2,5%, что в 3 раза выше точности измерени традиционньад ра иокзотопньв4 методом.
ffyyt/ftf/fjMHtttfff
flerc/пвв