Способ определения локального объемного влагосодержания газожидкостных потоков

1154Изобретение относится к областиисследования и Физико-химическогоанализа газожидкостных сред. с помощью оптических методов и можетнайти применение в химической и нефтеперерабатывающей промышленности,авиационной технике,Известен способ определения объемного влагосодержания многокомпонентных сред, по которому среду облучают электромагнитными волнами и по ихпоглощению определяют величину влагосодержания Г 13Недостатком способа являетсянизкая точность измерения, обусловленная влиянием эффекта рассеянияволн на границе раздела компонентсреды. Эффект рассеяния увеличивается в газожидкостных и дисперсныхсредах,Наиболее близким по техническойсущности к изобоетению является способ определения локального влагосодержания газожидкостных потоков,заключающийся в том, что исследуемыйпоток облучают неселективным источником света, регистрируют сигналыослабления на двух длинах волн -аналитической, поглощаемой жидкимкомпонентом потока, и эталонной, накоторой этот компонент прозрачен,30и по отношению этих сигналов определяют объемное влагосодержание. Эталонную длину волны выбирают такимобразом, чтобы влияние эффекта рассеяния .на двух длинах волн было оди- Мнаково, например Ддн= 1,93-0,045 мкми Лу= 1,83 +- 0,05 мкм Г 23,Этот способ обладает низкой точностью определения локального объемного влагосодержания нестационарных 40газожидкостных потоков, так как эфФект рассеяния на заранее выбранныхдлинах воли будет различным в зависимости от изменения форм поверхностираздела Фаз, т,е, структуры потока.45Низкая точность измерений при работена длинах волн 1,930,045 мкм и1,830,05 мкм определяется следующим При выборе в качестве аналитической длины волны 1,975 мкм, а эта- з 0лонной - 1,780 мкм когда существен"но влияние эффекта поглощения нааналитической длине волны, влияниеэффекта рассеяния на этих длинахволн неодинаково для характерных ззразмеров оптической неоднородностисреды д = (3 " 5)Л., так как сравнительно велика разность между ра598 2 бочнми длинами волн (О, 195 мкм). С другой стороны, если рабочие длины волн составляют 1,885 мкм и 1,880 мкм, то разность оптических плотностей среды на этих длинах волн становится незначительной, что вызывает рост погрешности измерений. Следует отметить, что использование длин волн, лежащих в инфракрасной области спектра ( А - 1 мкм) снижаетП д параметр дифракции Р =по сравнению с длинами волн, лежащимиА в видимой области спектра. Это обстоятельство приводит к различному влиянию эффекта рассеяния.Целью изобретения является повышение точности измерений. Эта цель достигается тем, что согласно спосо- бу определения локального объемного влагосодержания газожидкостных потоков, заключающемуся в том, что ис- следуемый поток облучают неселективным источником света., регистрируют сигналы ослабления на двух длинах волн - аналитической, поглощаемой жидким компонентом потока, и эталон- ной, на которой этот компонент прозрачен, и по отношению этих сигналов определяют объемное влагосодержание, предварительно измеряют коэффициент корреляции К между сигналами ослабления на двух длинах волн, находят диапазоны длин волн, для которых К = 0,9 - 1,0, в жидкость при формировании газожидкостного потока вводят маркирующий раствор, имеющий элекгронный или ионный спектр поглощения в найденных диапазонах, изме" ряют коэффициент корреляции в одном из этих диапазонов н при определении объемного влагосодержания за эталонную и аналитическую принимают дЛины волн нз указанного диапазона, сигналы ослабления на которых имеют значение коэффициента корреляции К = 0,05 - О, 1.Под коэффициентом корреляции двух сигналов ослабления 1. и 1 поднимаете 2 ся отношение ковариации сигналов ослабления к произведению их средних квадратичных отклоненийб, Ю,Величина 1 является переменной вследствие изменения формы поверхности раздела фаз в газожидкостном потоке. Для длин волн, на которых рассеяние не зависит от длины волны,1154598коэффициент корреляции имеет значение равное единице. При вводе маркирующего раствора за счет поглощения,которое пропорционально объему раст-,вора на просвечиваемай длине, поглощение на аналитической длине волныбудет отличаться как по амплитуде,так и по частоте от сигналов ослаб"ления за счет рассеяния ча другихдлинах волн. Так как форма поверх рности жидкой фазы не коррелируетсяс ее объемом, то сигналы в полосепоглощения и вне ее становятся некоррелированными а.их ковариация равнанулю. 15Таким образом, признаком того,что при измерении аналитическая волна оказывается в полосе поглощенияраствора, а эталонная вне ее, служиткоэффициент корреляции, стремящийся к нулю. В действительности этисигналы оказываются слабокоррелированными, так как на сигнал поглощения наложится сигнал от рассеяния.Выбор ненулевого нижнего значения ркоэффициента корреляции К = 0,1 - 0,05определяется, с одной стороны, наложением сигналов ослабления засчет рассеяния и поглощения, с другой стороны, нижнее ограничение диктуется невозможностью полностьюизбавиться от паразитных помех вэлектронных приборах, которые оказываются слабокоррелированными, Потой же причине помех и наводок вэлектронной аппаратуре коррелирован 35ные сигналы только за счет рассеянияимеют значение К 0,9 - 1,0,На чертеже представлена схемаконкретного устройства для реализации способа,Устройство для определения локального объемного влагосодержания состоит иэ.емкости 1 с маркирующим растворам 1, расходомера 2, дроссельного крана 3, измерительного участка 4 с исследуемым газожидкостным потоком, неселектнвного источника 5 света, линзы 6, формирующей плоско- параллельный пучок света, щелевой о диафрагмы 7, снабженной механизмом 8 для регулирования размеров щели, прозрачных плоских стекол 9, вмонтированных в стенку измерительного участка 4 по ходу светового пучка, ээ спектографа 10, фотоприемников 11, электрически подсоединенных через согласующие усилители 12 к вольтфметрам 13, аналогового коррелятора 14, решающего блока 15 и цифропечатающего устройства 16,Способ осуществляется следующимобразом,С помощью неселективнога источника 5 света и оптической линзы 6, формирующей плоскопараллельный пучоксвета, исследуемый газожидкостныйпоток облучают электромагнитным излучением, Размерами щелевой диафрагмы 7 фиксируют облучаемый объемсреды. На спектографе 10 световоеизлучение разлагается в спектр и спомощью фотоприемников 11 (показана только два фотоприемника), усилителей 12 и вольтметров 13 регистрируются сигналы ослабления интенсивности света на различных длинахволн Ь 1 = (1)о, где (1 д,)аф 11соответственно интенсивности светана длине волны 1 до и после прохождения газожидкостной среды. С помощью коррелятора 14 измеряют коэффициент корреляции К между сигналами ослабления пар длин волн в областиизлучения источника 5 света и определяют диапазон длин волн с К == 0,9 - 1,0. Затем в жидкую фазугазожидкостной среды из емкости 1вводят маркирующий раствор, имеющийэлектронный или ионный спектр поглощения в найденном диапазоне длинволн, что позволяет увеличить оптическую плотность среды на аналитической длине волны, Например для1,5 й-наго ваднога раствора марганцовокислогокалия, применяемого в качестве маркирующего раствоРа, Аон =- 0,48 мкм. Дроссельным краном 3 устанавливают определенный расход маркирующего раствора, величина которогоизмеряется расхадомером 2 и поступаетв решающий блок 15 для вычисления кон"центрации маркирующего раствора в.жидкой фазе, Вторично измеряют коэффициент корреляции между сигналами ослабления интенсивности света в диапазоне длин волк Д = (0,5 - 1,5)Аьйи находят две длины волны с К0,05 О, 10. Длину волны с максимальным значением сигнала ослабления в указанном диапазоне принимают за аналитическую, а с минимальным - за эталонную. Максимальное значение сигналаослабления соответствует1 Аон 0,5(1 дн)о, а минимальное - Ь 10,2 хх(1 д) , Сигналы ослабления светана аналитической и эталонной длинах5 115459волн поступают в решающий блок 15,где по разности оптических плотностей среды на двух длинах волн Адни3вычисляется объемная концентрация влаги в потоке. Результаты измерений поступают на цифропечатающееустройство 16.Для определения объемного влагосодержания необходимо знать объемнуюконцентрацию маркирующего раствора 16в жидкой фазе. При вводе маркирующего раствора непосредственно в газожидкостный поток, например с помощьюпористых вставок, для измерения объемной концентрации раствора, например оптическим компенсационным методом, из измерительного участка сисследуемьвч газожидкостным потокомотбирают пробу раствора, Однако предпочтительнее вводить маркирующее ве- зощество в магистраль подвода жидкойфазы, В этом случае концентрация раствора определяется из балансового .соотношения расходов жидкой Фазы и маркирующего вещества, 25В качестве маркирующего растворавыбирается вещество, имеющее узкуюполосу поглощения в растворе жидкойФазы потока и большое значение коэффициента экстинкции. Таким требованиям отвечают растворы солей металлов, имеющие электронный или ионныйспектр поглощения. Главная полосапоглощения раствора должна находитьсяв видимой области спектра, что позволит при реализации предлагаемого спо 33соба использовать простые оптическиеприборы, обладающие высокой разрешающей способностью, например, приисследовании газоводяиых потоков можно использовать водице растворы марганцовокислого калия, имеющего максимальное поглощение на длине волны0,48 мкм, или медного купороса,имеющего максимальное поглощение на4 фдлине водны 0,83 мкм. Длина волны, на которой маркирующий раствор имеет максимальное поглощение, является аналитической. Зталонную длину волны выбирают таким образом, чтобы разность между аналитической и. эталонной длинами волн была минимальной, а сигналы ослабления на этих длинах волн имели минимальный коэффициент корреляции. Как правило, слабокоррелированными сигналами являются сигналы, имеющие коэффициент корреляции менее 0,1, Так как выбранный маркирующий раствор имеет в спектре очень узкую полосу поглощения, то разность между аналитической и эталонной длинами волн не превосходит 0,005 мкм н определяется разрешаемой способностью используемых оптических приборов. Это позволяет существенно повысить точность измерений и расширить функциональные возможности способа, так как в этом случае рассеяние на аналитической и эталонной длинах волн будет одинаково независимо от структуры газожидкостных нотоков. Как показали проведенные исследования газожидкостных потоков, использование предлагаемого способа позволяет повысить точность определения локального объемного влагосодержания более чем в три раэа -с 1 О до ЗХ.Для реализации предлагаемого способа использовалась следующая . аппаратура: источник света - ленточная лампа накаливания СИ 8 - 200 у, щелевые диафрагмы типа УФ, фотоприемники на базе Фотодиода ФДк с операционным предусилителем, собранным на микросхемах КТЧТ 40 Т, вольт метр средних квадратичных значений55 Д 35 Ива, аналоговый коррелятор типа 55 Д 70 Ива, Измеренные уровни сигналов ослабления и коэффициентов корреляции К составили по амплитуде (0,1 - 1,0) В при значении К = 0,91 (до ввода маркирующего раствора) и К 0,08 (при вводе маркирующего раствора). При этом поФревяость. измерения не превысила 2,Я, что в 3 раза выше точности измерения традиционным радиоизотопным методом.Редак Патрушев ор С. Шекм Заказ 270 одаисн СССР де тент", г. Ужгород, ул, Проектная илиал 38НИИПИ Госпо делаи035, Иоск ставитель В. Калечицхред Л.Коцюбняк К Тираж 897арственного комитетзобретений и открыт