Емкостной концентратомер

Союз Советскик Социапистическик Республик(61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 28,02.79 (21) 2730316/18-25 с присоединением заявки Но(23) ПриоритетОпубликовано 231280. Бюллетень М 47 Дата опубликования описания 26,12,80(51)М. Кл. С 01 М 27/22 Государственный комитет СССР по делам изобретенийн открытий(72) Авторы изобретения М.А.Новосельский и Е.С.Свистунова Ташкентский политехнический институт им. Беруни(54) ЕМКОСТНСЙ КОНЦЕНТРАТОМЕР Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения объемного содержания компонентов в двухфазных жидких средах,Известны емкостные концентраторы для измерения объемного содержания компонентов в жидких средах, содержащие емкостный датчик, рабочий и опорный генераторы, усилитель и индикатор, блок статистической обработки информации 1.Недостатком устройств является неспособность измерять объемное содержание компонентов в двухфазных жидких средах с границей раздела фаз. 15Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является концентратомер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде диэлектрического основания, на котором уста " новлены три плоскопараллельных электрода и измерительную схему 21 .Недостатком данного устройства является необходимость разделения перед измерением водонефтяной эмульсии на свободные нефть и воду. Как было указано ранее, с этой целью к электродам датчика прикладывается высоковольтное градиентное импульсное поле. Такой способ требует исполь зования дополнительных источников энергии. Отсутствие непрерывности измерения является также большим недостатком способа и устройства для его реализации.Цель изобретения - обеспечение непрерывности измерения за счет исключения из процесса измерения предварительного разделения дисперсной фазы на свободные компоненты с помощью градиентного высоковольтного импульсного поля и повышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем, что в емкостном концентратомере два плоскопараллельных электрода профилированы идентично и закреплены в общем корпусе инверсно друг другу относительно горизонтальной оси и расположены на равном расстоянии от третьего электрода, выполненного в виде экрана, а на общем основании закреплены дополнительно еще два плоских электрода.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства 1 на фиг.2 а и б . - конструкция датчика;на фиг,3 график шкалы концентратомера.Предлагаемое устройство содержит погружаеьый в контролируемую среду(5) 35 Ер-Хс Е Е датчик 1, два равновеликих конденсатора С 2 и СЗ датчика 1, включенные в канал измерения положения границы раздела фаз, конденсатор С 4,закрепленный в корпусе датчика 1и включенный в канал измеренияобъемного содержания компонентов вдисперсной фазе, генератор 5 высокойчастоты, питающий конденсаторы, двадиодных, встречно-включенных детекторных устройства б и 7 в канале измерения уровня для выпрямления высокочастотных токов конденсаторов С 2 иСЗ датчика 1, регистрирующее устройство 8 в канале измерения уровня,детекторное устройство 9 в каналеизмерения концентрации компонентовв дисперсной фазе, регистрирующееустройство 10 в канале измерения концентрации компонентов, источник 11постоянного напряжения для питанияизмерительной схемы.Конденсаторы С и Сз образованытремя плоскопараллельными пластинами 12-14, а конденсатор С 4 образо ван плоскими пластинами 15 и 16.Пластины 12 и 14, являясь равновеликими, имеют одинаково профилированные грани и закрепляются в общемкорпусе 17 инверсно друг другу относительно горизонтальной оси симметрии. Пластина 13, установленнаяпосредине между пластинами 12 и 14,выполнена в виде экрана и являетсяобщим электродом конденсаторовС 2 и СЗ, образованных соответственно парами электродов 12 и 13,13 и14, конденсаторы С 2 и СЗ являютсяравновеликими. Такая конструкциядатчика обеспечивает измерение положения границы раздела сред с исключением влияния начальной емкости(емкости датчика, заполненного однойсредой),Характеристики конденсаторовимеют видС=" (ЕЬ Ес,и)"+о 2, (1) где С 2 - емкость конденсатора, заполненного контролируемойсредойСЗ - емкость конденсатора СЗ,заполненного контролируемой средой;Х, и К - конструктивные коэффициен 2ты конденсаторов соответственно;Ь - положение границы разделафаз ,Е и- диэлектрические проницаеЬ чмости свободной фазы исмеси, разделенных границей разделаСоЦ Со 4- емкости конденсаторов при=О.В силу равновеликости конденсаторов С 2 и СЗ, Со 2=СдЗ. Поэтому, при включении в разно тную схему двух конденсаторов датчика, выходная характеристика имеет видЕх =А Кх 1(Е Е ) Ь-К(Е Е ) (3) 5 где К : К, К,Характеристика конденсатора С 4записывается 10 С,=К(Е -Е ) +Е(4)где С 4 - емкость конденсатора канала измерения объемной концентрации;15 КЗ - конструктивный коэффициент,зависящий от конструкцииконденсатора,Есм - диэлектрическая проницаемость смеси;рабочая длина электродовконденсатора,- положение границы разделаКак видно из этой характеристикипо известному положению границыразделаи измеренному значению 25 емкости конденсатора Сй можно определить- диэлектрическую проницаемость смеси, т.е. дисперснойфазы. Диэлектрическая проницаемостьсмеси также вычисляется по известно- рО му из электродинамики соотношению,связывающему концентрации компонентов с их диэлектрическими проницаемостями, т.е. где Есл - диэлектрическая проницае 40 . мость смеси;концентрация компонентовсмеси;0 - плотность компонентовф,- диэлектрическая проницае 45 мость компоненты,Из соотношения (5) видно, что,определив диэлектрическую проницаемость смеси, не трудно вычислить концентрацию компонентов,Концентратомер работает следующимобразом. На емкостный датчик 1, погруженный в контролируемую среду исодержащий два равновеликих, с плоскопараллельными электродами конденсатора С 2 и СЗ, но с различнойгеометрией электродов, и один дополнительный конденсатор С 4, подаетсянапряжение с генератора 5 высокойчастоты. Ток, протекающий В измерительной цепи уровнемера, после конЮО денсаторов С 2 и С 3 выпрямляетсядвумя включенными диодными детекторными устройствами б и 7. Засчет встречного включения детекторных устройств б и 7 на ре 65 гистрирующее устройство уровнеме 789719ра 8 поступает ток, пропордиональныи измерению разности емкостей С 2 и СЗ.Ток, текущий на регистрирУющее устройство уроннемера, описывается соотношением фь см) (6) Ток,протекающий через дополнительный конденсатор С 4 питаемый напряжением высокой частоты, выпрямляется детекторным устройством 9 и поступает на регистрирующее устройстно 10, проградуированное в единицах объемного содержания компонентов в дисперсной среде.Этот ток дается соотношением) "у=ьыхМь с,й) ф+с,игде 7 - ток н цепи измерения уровня;Оц- выходное напряжение генератора;ГиРсм - диэлектрические проницаемости свободной и дисперсной фаз соответственно,К,Ь К - коэффициенты пропорциональности, зависящие отконструкции датчика;В, - высота электродов датчика,"положение границы разделафаз.Таким образом, по измеряемым двумвеличинам - положению границы раздела фаз и объемному содержанию компонентов в дисперсной фазе - находитсяраспределение объемного содержаниякомпонентов в двухфазной среде сграницей раздела фаз (свободная фаза дисперсия, раствор),В качестве шкалы концентратомераиспользуется заранее построеннаягомограмма (фиг.3). Номограммапостроена в относительных единицахследующим образом. По оси ординатвверх отложены значения емкости конденсатора. По оси абсцисс отложенызначения положения границы раздела(свободная фаза - дисперсия, раствор)и/6 в относительных единицах, гдерабочая нысота элетродов конденсатора преобразователя,В системе координат (С 4,%/3 ) построено семейство характеристикС 4=Г(Ь)Ю) при Е =сопь, Е=сопятпо уравнению (4). Диэлектрическаяпроницаемость дисперсной фазы Ес(вычисляется по соотношению (5) дляизвестных 6Справа, параллельно оси.ординат,построена дополнительная ось, на которой отложены значения концентрации Ь);компонентов в дисперсной фазе, расчитанные по соотношению (5) и общая объемная концентрация компонентов М, рассчитанная по следующему очевидному соотношению(8)ф = - + (ВдВПо оси ординат нниэ отложены значения /ЬС/от ед. вычисленные по сот-.ношению (3), В системе координатЬС=Г(п/1) построены соответствующие 10 графики, при Е р Е сота, прип/В=О и при Ь/60. Измерив С 4 =Г(Ь/Ф)находим точки СН и С, . Точка Ссоответствует концентрации диспврсной фазы У . Эная концентрацию 15 дисперсной фазы ш ,т.е. 1 М по графикуАС=Г(Ь/Й) для известного ом илипо графику С 4=Г(Ь/ 6) для того женаходим положения И/ В. Емкостьпри известном ГСм и Ь соответствует щ 0 общей концентрации компонентов мПри этом конструкция концентратомера для измерения положения границы раздела фаз обеспечивает его иннариантность к начальному значению емкос тей конденсаторов датчика, что существенно понышает точность измерения.Обеспечение непрерыВности измерения делает возможным использование концентратомера в системах антоматического регулирования соответствующих технологических процессов.35Формула изобретенияЕмкостной концентратомер.для измерения объемного содержания компонентов в двухфазных жидких средах,40 содержащий емкостной датчик, выполненный в виде диэлектрического основания, на котором установлены триплоскопараллельных электрода и измерительную схему, о т л и ч а ю 4 щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, два плоскопараллельных электрода профилированы идентично изакреплены в общем корпусе инверсно50 друг другу относительно горизонтальной оси и расположены на равном расстоянии от третьего электрода, выполненного в виде экрана, а на общемосновании закреплены дополнительноеще два плоских электродаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССРР 220578, кл. С 81 й 27/22, 1968.2.Авторское свидетельство СССРЩ Р 337708, кл. с 01 й 27/22, 1972789719 РХ, 15 М Щг. Ф У,4 Составитель А. Платоваеви ТехредМ.Кузьма Корректор И.Муск едакто Зака филиал ППП Патент", г.ужгород,ул.Проектная 90 3 3 Тираж 1019ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рау одписноеета СССРкрытийкая наб., д,4/5