Устройство для определения параметров электропроводного взвешенного слоя

(22)Заявлено 03,11.80 (21) 2999826/18-25 1511 М,КП,З с присоединением заявки МВ(23) Приоритет 0 01 Б 27/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 07.0682. Бюллетень Мо 29 Дата опубликования описания 07,08.82(72) Авторы изобретения Ф.Н,Луцко и В,А;Жуков Опытное конструкторско-технолог Кристалл с опытным производтехнологического института 1) Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ 5 Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам по определению параметроввзвешенных слоев.Известно устройство, содержащеевертикальный ряд изолированных,плотно прилегающих друг .к другуэлектродов, диаметром 0,2-0,3 мм с.неизолированными торцевыми частями,смещенными друг относительно друга,причем расстояние между верхним инижним электродами перекрывает возможные колебания уровня, быстродействующий коммутатор, предварительный усилитель и два шлейфовых гальванометра причем электроды с неизолированными торцевыми частями черезкоммутатор, предварительный усилитель и один из шлейфовых гальванометров соединены с землей (металлический корпус пенного аппарата заземлен), а другой шлейфовый гальванометр имеет вспомогательную электрическую связь с быстродействующимкоммутатором ) 11,Однако известное устройство требует ручной обработки осциллограмм,так как только один сигнал с самоговерхнего электрода несет информациЮо высоте слоя в данный момент и автоматизировать обработку непосредственных сигналов можно только спомощью мощной ЭЦВМ. Кроме тогоустройство не дает непрерывного сигнала, требует коммутации и нуждается в подгонке электродов к зонеколебаний высоты слоя, а также позво.ляет определять лишь один периметрслоя периодически за некоторое время набора статистических данных.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения параметровэлектропроводного взвешенного слоя,содержащее градиентную цепь с последовательно включенными. паройтреугольных электродов, вершины которых направлены на дно слоя с измерителем и источником тока, и неградиентиую цепь с последовательноотключенными парой стержневых элек-.тродов с измерителями и источникомтока, причем. источники тока стабилизированы по напряжению, а обе пары 25 электродов установлены вертикальновнутри слоя с высотой, превышающейвысоту слоя и выполнены сплошными (21.Недостатком известного устройства 30 является присущее ему противоречиемежду повышением точности устройствас увеличением угла треугольногоэлектрода, лежащего на дне слоя, иодновременным уменьшением точностив результате затрудненного сообщениямежэлектродного пространства с остальным объемом слоя и возникающегоискажения структуры, а также противоречие между повышением точностиустройства при уменьшении межэлектродного расстояния (связанного с увеличением градиента) и соответствующимискажением структуры слоя между электродами,Кроме того, для нахождения высоты слоя Н в среде иной электропровод ности требуется переградуировка.Целью изобретения является повышение точности и достижение инвариантности (независимости) при измерениях высоты слоя в различных средах.Цель достигается тем, что в устройстве для определения параметров.электропроводного взвешенного слоя,содержащем градиентную цепь с последовательно включенными парой треугольных электродов, вершины которыхнаправлены на дно слон, с измерителем и источником тока, и неградиентную цепь с последовательно включенными парой стержневых электродов 3 ус измерителем и источником тока,причем источники тока стабилизированыпо напряжению, а обе пары электродовустановлены вертикально внутри слояс высотой, превышающей высоту слоя,и выполнены сплошными, электродыв каждой паре выполнены плоскими,снабжены системой сквозных каналови расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, которое в 2040 раз меньше их средней ширины и 40заполнено плоскими, элементами, выполненными из несмачиваемого изоляционного материала с системой сквозных каналов, сечение которых в 520 раз больше, чем у электродов. 45 Устройство состоит из градиентной цепи, которая содержит последовательно включенные лару треугольных электродов 1, имеющих вершины на дне слоя, измеритель 2 тока, источник 3 тока, а также из неградиентной цепи, которая содержит последовательно включенные пару стержневых электродов 4, выполненных в виде плоских прямоугольников, измеритель 5 тока, источник 6 тока. 65 Углы при вершинах треугольныхо электродов составляют 30-60Причем к измерителям тока параллельно подключены конденсаторы емкос тью (3-7) 10 мкФ.На фиг.1 изображена общая схема устройства; на Фиг.2 - узел Е на Фиг.1. Источники тока 3 и 6 стабилизированы по напряжению, что позволяетИзбежать искажений за счет падениянапряжения в цепи. Конденсаторы 7 и8 шунтируют измерители 2 и 5 тока.Углы при вершинах пары треугольныхэлектродов 1 которые расположеныФна дне слоя, составляют 30-60 . Обепары, электродов 1 и 4,выполнены изодного материала, например стали,и содержат систему сквозных каналов9 (например сетчатой структуры), атакже имеют одинаковое расстояниемежду электродами 10, которое в 2040 раз меньше средней ширины парэлектродов 1 и 4,Расстояние между электродами 10заполнено плоскими элементами 11 и12, которые выполнены из несмачиваемого средой изоляционного материала (для водных электролитов, напримеркапрон), Плоские элементы имеют систему сквозных каналов 13, причемсечение сквозных каналов в элементах в 5-20 раз больше, чем у электродов.Устройсво работает следующимобраз ом.При пропускании газа снизу вверхсквозь слой первоначально сплошнойсреды (например электропроводнойжидкости) высотой Ь , с скоростьюИг при помощи газораспределитель- .ной решетки, внутри него образуютсягазовые пустоты, за счет которыхвысота газожидкостного слоя возрастает и составляет величину Н.При этом электропроводная среда замыкает часть площади изолированныхдруг от друга электродов в паре треугольных 1 и прямоугольных 4 электродов.Как в градиентной цепи, так ив неградиентной цепи под действиемэлектрического поля источников тока,соответственно 3 и 6, возникаютэлектрические токи, которые измеряются с помощью измерителей 2 и 5 тока (например миллиамперметров) . Повеличине этих токов измеряют объемжидкости во взвешенном слое, отнесенный к площади его горизонтального сеченият.е. высоту Ь, интегральную потенциальную энергиювзвешенной среды Е, высоту центратяжести слоя Ь т, высоту слоя Н,абсолютное и относительное У газосодержание. Для выравнивания, усреднения значений токов во времени, в .устройстве параллельно измерителям 2 и 5 тока подсоединены электрические конденсаторы. Испытания, проведенные в пенном аппарате сечением 0,26 ф:0,125 м при скоростях газа 0,5-3 м/с, и высотах слоя Н 0,1-0,5 м, показали, что для различных условий оптимальТаким образом, устройство, в котором выполнено указаннОе соотношени элементов, может быть использовано для измерения уровня (и высоты) не только взвешенных газом слоев жидным является емкость конденсаторов (3-7) 10 мкф.В экспериментах по подбору наилучшего угла при вершинах треугольных электродов и расстояния между электродами было установлено, что 5 оба пути повышения .точности устройства (за счет увеличения градиента и уменьшения расстояния между электродами) можно совместить и добиться повышения точности, если электроды 10 выполнить проницаемыми для электро- проводной плотной среды и газаснабдив их системой сквозных каналов 9 (например, изготовив электроды из металлической сетки). ) ГБлагодаря такому решению устраняется затрудненность в сообщении межэлектродного пространства и всего объема взвешенного слоя, что обеспечивает сохранение реальной структу 20 ры слоя в межэлектродном пространстве и, следовательно, повышение точности измерений. Оптимальным является угол при вершине треугольного электрода 30-60 , лежащий на дне слоя, и расстояние между электродами, которое в 20-40 раз меньше, чем их средняя ширина.Уменьшение расстояния между электродами позволяет сократить потерю в величине градиента, который задается геометрической формой электрода, т.е. описанным углом треугольника, в результате рассеивания тока.Сближение электродов в парах вызывает опасность короткого замыка- З 5 ния в, измерительных цепях и , помимо этого, большое значение приобретает точное выдерживание расстояния между электродами по всеЯ их площади, в противном случае возника ют погрешности в градиенте, которые могут заметно влиять на точность измерений.Установлено, что техническое противоречие устраняется, если меж ду проницаемыми электродами разместить плоские элементы (благодаря которым обеспечивается точное выдерживание расстояния), которые выполнены из несмачиваемого средой материала, (что препятствует образованию ложных цепей между электродами), Эти элементы снабжены также системой сквозных каналов, причем лишь элементы, сечение каналов которых в 5-20 раз больше, чем у электродов, отвечают предъявляемым требованиям. При выполнении плоскими, прямоугольной формы и из того же материа- Ю ла, что и треугольные, и обеспечении равных расстояниЯ между электродами в обеих парах, по отношению тока градиентной цепи к току неградиентной можно определить высоту слоя, При 65 такой взаимосвязи элементов отношениетоков между плоскими электродамистрого пропорционально отношению ихсмоченных площадей. Рассмотрим фиг.1На фиг.1 выделены треугольная ипрямоугольная части электродов,погруженные в смесь. Площадь этихфигур определяется выражениями 1и 2, соответственно, а отношениеплощадей - уравнением 3,КЬЬ 2(1) Б,= КЬ; (2)М=Бд/Б =- - = в " Ь = КЬ, (3)К Ь К 1р 2 К,Ь 2 Кагде Б , Бр - геометрйческие площади,соответственно, частей треугольногои прямоугольного электродов, погруженных в слой (м ; Ь в , высота слоя(м, как это видно.из обозначенийна фиг.1; К - отношение величиныоснования всего треугольного электрода 1 к его высоте (ширина Ь осно"вания заштрихованного треугольникаесть величина переменная, Ъ=К Ь,т.е. ширина Ь линейно зависит отвысоты слоя.Коэффициент линейной зависимостии составляет К, как это обозначенона фиг.1. К, - ширина прямоугольного электрода как показано на.фиг.1 величина постоянная, не зависящаяот высоты слоя; К =К /2 К - результирующий коэффициент в (3) - формуле длярасчета отношения площадейтреугольника и прямоугольника И,Соотношение для М соответствует более наглядному геометрическому подходу к объяснению принципа действияустройства при измерении главногопараметра - высоты слоя. Токи вкаждой из пар параллельных электродов пропорциональны их смоченнымплощадям, поэтому отношение токовбудет равно отношению площадей,Видно, что ширина треугольника -величина переменная и линейно зависит от высоты, поэтому величинасмоченной площади треугольника,обозначенная. штриховкой, находитсяинтегрированием Ь (Ь) по высоте.Ширина прямоугольника не зависитот высоты, Простые преобразованияприводят к уравнению (3). Таким образом, коэффициент К можно легко определить еще на стадии изготовленияпар электродов, и он останется дляних постоянным, так как все остальные сомножители,в частности электропроводность среды, сократятся, Отношение токов будет равно к,Ь, 949466кости, но и для сплошных жидких слоев самой разнообразной электропроводности. Устройство пригодно для применения его и как во взвешенных газом слоях твердых электропроводных частиц, так и в сплошных зер нистых слоях, где оно может получить самое широкое распространение в народном хозяйстве. Особый интерес может вызвать качественно новая, неожиданная способность находить с 10 помощью этого устройства не только высоту сплошного слоя порошка или зерен, но и их влажность, поскольку зная величину тока через прямоугольные электроды, и высоту. слоя, можно определить удельный ток, который пропорционален влажности материала. Это свойство с учетом простоты устройства, его изготовления и эксплуатации может получить широкое распрост ранение в сельском хозяйстве и проьыаленности.Формула изобретения1. Устройство для определения параметров электропроводного взвешенного слоя, содержащее градиентную цепь с последовательно включенными парой треугольных электродов, вершины которых направлены на дно слоя, с измерителем тока и источником тока, и неградиентную цепь с последовательно включенными парой стержневых электродов с измерителем и источником тока, причем источники. тока стабилизированы по напряжению, а обе пары электродов установлены вертикально внутри слоя.с высотой, превышающей высоту слоя, и выполнены сплошными, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что., с целью повышения точности и достижения инвариантности при измерении высоты слоя в различных средах, электроды в каждой паре выполнены плоскими, снабжены системой сквозных каналов и расположены на.одинаковом расстоянии друг от друга, которое в 20-40 раз меньше их средней ширины и заполнено плоскими элементами, выполненными из несмачиваемого изоляционного материала с системой сквозных каналов, сечение которых в 5-20 раз больше, чем у электродов.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что углы при вершинах треугольных электродов составляют 30-60 ф.3, Устройство по п.1, о т,л ич а ю щ е е с я тем, что к измерителям тока параллельно подключены конденсаторы емкостью (3-7).10 мкф.Ф Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Тарат Э.Я., Березин Р,В.,Туболкин А.ф. и др, фНовые измерения высоты газожидкостного слоя впенном аппарате с переливом пеныф.ЖПХ 1977 т, 50 9 1, с, 80-84,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2760736, кл. 6 01 Н,1979 (прототип).949466 Редактор н ПодписиСССР у Де Филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 5735/30 ВНИИПИ по 113035