Датчик расхода двухфазных криопродуктов

(57) Использование криопродуктов и лег Сущность изобрете установленной в нем ввода и вывода Вставка выполнена стержней и ципиндро точенными элемента разованной корпусом нститут энергетимН.Э.Бауманадев АА; Крылов АЗНЫХ КРИсОтОЗ сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСЗТУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ(54) ДА 1 ЧИК РАСХОДА ДВУХОПРОДУКТОВ измерение расхода жидких кокипящих двухфазных сред ния: датчик содержит корпус скоаксиапьно вставкой и узлы высокс частот но го излучения.в виде последовательности в, являющихся квазисосредоми системы возбуждения, оби вставкой. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения расхода двухфазных потоковкриопродуктов,Известно устройство для измерения 5расхода водовоздушной смеси, содержащее ионизационный датчик плотности, измеряющий суммарную плотность в трехконтрольных сечениях, расположенных попотоку на равном расстоянии друг от друга,и анализатор спектра (1). Скорость потокаопределяется по абсциссе пика на кривойспектральной плотности сигнала датчика,которая соответствует частоте, равной скорости потока. разделенной на расстояние 15между контрольными сечениями, Предложенное устройство позволило уменьшитьвремя измерения скорости потока по сравнению с традиционными корреляционнымирасходомерами с двумя контрольными сечениями за счет увеличения числа контрольных сечений.Недостатком этого устройства являетсянизкая чувствительность ионизационногопреобразователя для двухфазных сред с малой разностью плотностей жидкой и паровой фаз, в частности к рис ген н ы х.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик расхода двухфазных криогенных сред 2, 30содержащий высокочастотную резонансную систему с элементами связи, состоящую из . двух коаксиальных.четвертьволновых сверхвысокочастотныхрезонаторов с квазисосредоточенными емкостным и индуктивным элементами и выполненную в виде металлического корпуса,имеющего цилиндрический и конические,участки на входе и выходе, и вставки, установленной в корпусе с кольцевым зазором. 40Вставка на конических участках корпусаимеет диэлектрические обтекатели конической формы с углом при вершине 10-23 О; нацилиндрическом участке корпуса вставкасодержит первый и второй металлические 45цилиндры. к каждому из которых крепятся содной стороны диэлектрический обтекатель. а с другой металлический центральныйстержень более чем в 3 раза меньшего диаметра, помещенный в диэлектрическое 50кольцо. Металлические центральные стержни крепятся к металлическим перемычкам,центрирующим вставку в корпусе, а междуперемычками размещена диэлектрическаявтулка, Внутренний диаметр О корпуса и 55диаметр б вставки по всей длине связаны сдиаметром б трубопровода соотношениембт =(О - б) (О+ б), (1)а в цилиндрической части дополнительносоотношением О = (1,1 - 1.01)б. (2)Таким образом, известный датчик обладаетдвумя разнесенными по потоку мернымиемкостными элементами, позволяющимиизмерять плотность по резонансным частотам и скорость и расход потока путем определения времени прохождения известногорасстояния между емкостными элементамидиэлектрическими неоднородностями двухфазного потока с помощью корреляционного анализа сигналов резонаторов,Недостатком описанного датчика является большая инерционность измеренияскорости и расхода потока, обусловленнаянеобходимостью набора достаточно большой выборки значений сигналов двух преобразователей плотности для надежногоопределения абсциссы глобального максимума их взаимной корреляционной функции.Цель изобретения - сокращение време- .ни измерения за счет выполнения высокочастотной электромагнитной системы датчикав виде одного полуволнового резонатора стремя емкостными элементами, что позволяет уменьшить время интегрирования длявычисления скорости и расхода путем статистического анализа сигнала датчика.Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект состоит в повышении быстродействия системуправления различными криогенными установками, что увеличивает надежность и экономичность их работы.Поставленная цель достигается тем. чтов датчик расхода двухфазных криопродуктов, содержащий корпус и установленную внем с кольцевым зазором вставку. выполненную в виде последовательно установленных первого обтекателя издиэлектрического материала, первой и второй пары квазисосредоточенных элементов, включающих металлический цилиндр истержень, второго обтекателя и узлов вводаи вывода высокочастотного электромагнитного излучения, введена третья пара квазисосредоточенных элементов, размещеннаяпоследовательно соосно первым двум, вкаждой паре цилиндр расположен послестержня и его длина не превышает длиныстержня.На чертеже представлена конструкциядатчика и функциональная схема, обеспечивающая его работу.Датчик содержит металлические (например, из меди) корпус 1, цилиндры 2-4,стержни 5 - 8, перемычки 9 и 10, узлы ввода11 и вывода 12 высокочастотного электромагнитного излучения, диэлектрические (на 1839234пример, из фтороплэста) обтекатели 13 и4 и кольца 15-18,Корпус 1 имеет цилиндрический и конические участки на входе и выходе и герметично подсоединяется своими торцами к трубопроводу, Цилиндры 2 - 4, стержни 5-8, перемычки 9 и 10, обтекатели 13 и 14 и кольца 15 - 18 образуют вставку. установленную коаксиально в корпусе 1 с кольцевым зазором. На концах вставки расположены конические обтекатели 13 и 14, закрепленных на перемычках 9 и 10, центрирующих вставку в корпусе 1. К перемычке с другой стороны крепятся стержни 5 и 8, размещенные внутри колец 15 и 18. Стержни 5 и 8 с другой стороны ступенчато переходят в цилиндры 2 и 4 более чем в 3 раза большего диаметра, которые ступенчато переходят в центральные стержни 6 и 7, размещенные внутри колец 16 и 17, Стержни 6 и 7 ступен чато переходят в цилиндр 3. Узлы ввода 11 и вывода 12 высокочастотного электромагнитного излучения выполнены в виде металлических, например из медной проволоки, петель,Электрическая схема датчика представляет собой коаксиальный полуволновый резонатор с кваэисосредоточенными емкостными и индуктивными элементами. Резонатор образован перемычками 9 и 10, стержнями 5-8. цилиндрами 2-4 и цилиндрическим участком корпуса 1, В этом резонаторе диаметр цилиндров 2 - 4 по крайней мере втрое больше диаметра центральных стержней 5 - 8, а длина каждого цилиндра меньше либо равна длине стержня. Эти условия превышают коаксиальный резонатор в квазисосредоточенный. индуктивные элементы сосредоточены на участках, содержащих стержни 5 - 8 и соответствующие им участки корпуса 1, а емкостные элементы - в кольцевых зазорах между цилиндрами 2-4 и соответствующим им участкам корпуса 1, Однородность поперечного электрического поля в емкостных зазорах обеспечивается выбором диаметра с цилиндров 2-4 и внутреннего диаметра О цилиндрического участка отрезка трубы в соответствии с соотношением (2),Функциональная схема устройства, обеспечивающая работу датчика, содержит СВЧ- генератор 19 качающейся частоты, блок 20 детектирования и выделения резонансной частоты, вычислитель 21 плотности среды. анализатор 22 спектра и умножитель 23.10 15 20 2530 35 40 ды. Сюда не поступает сигнал из вычислителя 21, пропорциональный плотности потока. На выходе умножителя 23 получаем сигнал, пропорциональный массовому расходу потока криопродукта.(56) (аззасп 6,0. Зао-ревазе йод чеоссу аеазогегпепс озп 9 габасоп псепзсу согеГасопАОм. пзсгопс, - РссзЬогсЬ. 1975, - Чо.30, Рагс 3, р,745/1-745/3.Авторское свидетельство СССР М 1795709, кл. 6 01 Р 1/704, 1986. Датчик работает следующим образом.Через датчик, торцами герметично подключенный к трубопроводу, пропускают контролируемый поток, который, переходя из трубопровода круглого сечения в кольцевой зазор в датчике, не встречает дополнительного гидравлического сопротивления, так как кольцевой зазор рассчитан по формуле (1). Кроме того, поток с; еды вплоть до звуковых скоростей дополнительно не турбулизуется, так как обтекатели 13 и 14 имеют угол встречи не более 23 О, Через элемент связи датчик возбуждается от СВЧ-генератора 19 качающейся частоты. В датчике возникает стоячая волна с частотой, соответствующей резонансной частоте, зависящей от плотности контролируемого потока. Электрический сигнал через элемент связи и блок 20 подается на вычислитель 21 плотности среды и на анализатор 22 спектра. По резонансной частоте сдатчика вычислитель 21 определяет плотность р потока криопродукта по градуировочной кривой р Щ, полученной при предварительной тарировке датчика, Поток двухфазной среды имеет диэлектрические неоднородности, которые вызывают колебания резонансной частоты датчика, В анализаторе 22 спектра вычисляется зависимость спектральной плотности мощности сигнала датчика от частоты колебаний этого сигнала, определяется абсцисса пика на этой зависимости, соответствующая частоте. равной скорости потока, деленной на расстояние между емкостными элементами, и вычисляется обьемный расход путем перемножения частоты, соответствующей абсциссе пика на кривой спектральной плотности мощности, фиксированного расстояния между емкостными элементами и площади проходного сечения датчика. С выхода анализатора 22 на вход умножителя 23 поступает сигнал, пропорциональный обьемному расходу сре, РедакторМ.Стрельникова орректор М.Куль аказ 3406 Тираж НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб.,Подписное роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул. Гагарина, 101 Формула изобретенияДАТЧИК РАСХОДА ДВУХФАЗНЫХ, КРИОПРОДУКТОВ, содержащий корпус и установленную в нем с кольцевым зазором 5 вставку, выполненную в виде последовательно установленных первого обтекателя из диэлектрического материала, первой и второй пар кваэисосредоточенных элемен-, тов, включающих металлический цилиндр 10 и стержень, второго обтекателя и узлов ввода и вывода высокочастотного электромагнитного излучения, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, вставка снабжена третьей парой квазисосредоточенных элементов, размещенной последовательно соосно с первыми двумя, в каждой паре цилиндр расположен после стержня и его длина не превышает длины стержня.