Датчик локальной толщины жидкостной пленки

 

1. ДАТЧИК ЛОКАЛЬНОЙ ТОЩИНЫ ЖИДКОСТНОЙ ПЛЕНКИ, содержащий металлическое основание и заделанный в нем заподлицо с поверхностью основания электроиэолированный кон:тактный щуп, о т л и ч a ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения толщины во шовых пленочных течений на ерацаюцемся диске, он снабясен не менее, чем двумя выполненными идентично первому эяектроизолированными контактными щупами, расположениями в вершинах прямоугольного треугольника, образованного этими щупами, основание датчика выполнено в виде диска, един из катетов треугольника, образованного щупами, ориентирован по радиусу диска, a диаметр 3 отверстий в диске под контактные щупы выбирается из соотношение: . гр d 0,3 Л где Л - длина волн на псжерхностй жидкостной пленки; ш максимальная тощина жидкостной пленю1 На .гребне волны. 2. Датчик по п. 1, о т л и ч a ющ и и с я тем, что, с целью измерения фазовой скорости волн на поверхности пленки, расстояние между контактными щупами по катетам треугольника равно 2-3 диаметрам d отверстий ;о to в диске. о -И . ut.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ1

РЕСПУБЛИН

ЯЦ;Ä 1019229 дд) G 01 В /06,ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ .И ОТКРЫТИЙ (21) 3375431/25-28 (22) 03.01 82 (46) 23.05.83.. Бюл. и 1Р (72) Б.Г. Покусаев, С.В. Алексеенко, С.И. Беседйн, В..Г. Риккерт, П.А. Барабащ и А.А. Иужилко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт -им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) 1. Чернобыльский й,й. и Воронцов В.Г. Прибор для измерения температуры и толщины пленки жидкости.-"Вест. Киевск. политехн. ин-та.

Сер. химического мавиностроения и технологии". Киев, Изд-во КГУ, 1965, И 1, с. 141-144.

2. Авторское свидетельство СССР

И 629441, кл. -G 01 В 7/00, 1976. (54} (57) ., 1. ДАТЧИК ЛОКАЛЬНОЙ ТОЛЩИHti ЖИДКОСТНОЙ ПЛЕНКИ, содержащий металлическое основание и заделанный в нем заподлицо с поверхностью основания электроизолированный кон,тактный щуп, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения точности измерения толцины волновых пленочных течений на вращающемся диске, он снабжен не менее, чем двумя выполненными идентично первому электроизолированными контактными щупами, расположенными в вервинах прямоугольного треугольника, образованного этими щупами, основание датчика выполнено в виде диска, сдин из катетов треугольника, образованного щупами, ориентирован по радиусу диска, а диаметр Я отверстий в диске под контактные щупы выбирается из соотношения:

5d гр (8 < 0,3Л где Л - длина волн на поверхности жидкостной пленки; о " - максимальная толщина жидкостной пленки на гребне волны.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью измерения 4азовой скорости волн íà поверхности пленки, расстояние мвжду контактными щупами по катетам треугольника равно 2-3 диаметрам и отверстии в. диске.

1ц19229

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для изменений во времени локальных параметров текучей жидкой среды (толщины слоя жидкости, дли-5 ны и частоты волн на поверхности жидкой среды, фазовой скорости волново"

ro течения j, например, при научных исследованиях, в химической технологии или промышленной теплоэнергетике. 10

Известны устройства для измерения толщины движущейся жидкостной пленки, основанные на методе касания и содержащие щуп и микрометрический винт 1 ).

Однако эти устройства не обеспечи" 15 вают достаточно" точности измерения при волновом течении слоя жидкости, так как наличие постороннего элемента в патоке (острия щупа )вносит возмущение в течение жидкостной пленки да- 20 же при ее ламинарном течении.

Наиболее близким техническим реше" нием к данному изобретению является. датчик локальной толщины жидкостиой пленки, содержащий металлическое осно"25 вание и заделанный в нем заподлицо с поверхнсстью основания электроиэоли". рованный контактный щуп. В качестве основания датчика использован валок прокатного стана, между ним и прокатом измеряется толщина смазочной пленки. Измерение толщины этой пленки осуществляется путем измерения ее электропроводности между электроиэолированным щупом и металлическим основанием 2 3.

Однако известный датчик позволяет измерять лишь среднее значение толщины жидкостной пленки в то время, как при волновом ее течении, например, на вращающемся диске, возникает необходимость измерения локальных параметров жидкостной пленки в .радиальном и в окружном направлениях и их изменения времени, которые могут быть измерены известным датчиком. неточно.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины волно" вых пленочных течений на вращающемся диске, а также измерение фазовой скорости волн на поверхности пленки. . 50

Указанная цель достигается тем, что датчик локальной толщины жидкостной пленки, содержащий металлическое основание и заделанный в нем заподлицо с поверхностью основания электро" изолированный контактный щуп, снабжен не менее чем двумя выполненными иден" тично первому электроиэолированными контактными щупами, расположенными в вершинах прямоугольного треугольника, образованного этими щупами, основание датчика выполнено в виде диска, один из катетов треугольника, образованного щупами, ориентирован по радиусу диска, а диаметр д отверстий в диске под контактные щупы выбирается из соотношения

5d" г.р (d < 0,3Ь где Ъ - длина волн на поверхности жидкостной пленки;

К р- максимальная толщина жидкостной пленки на гребне волны.

Кроме того, расстояние между контактными щупами по катетам треугольника равно 2-3 диаметрам cf отверстий в диске.

На фиг. 1 показано расположение контактных щупов на поверхности вращающегося диска на фиг. 2 - датчик в разрезе; на фиг, 3 - осциллограмма изменений локальной толщины жидкост ной пленки; на фиг. 4 - схема обработки сигнала датчика.

Датчик локальной толщины жидкостной пленки содержит контактные щу-. пы 1-3, заделанные в тело металлического основания - диска 4 и электроизолировамные от него слоем диэлектрика 5. На поверхности диска контактные щупа 1-3 расположены по .вершинам прямоугольного треугольника, один иэ катетов которого ориен.тирован .по радиусу диска.

Расстояние 6 между щупами, изме ренное лр катетам треугольника, выбирается равным 2-3 диаметрам д отверстий в теле диска 4 под электроизолированные. щупы 1-3, а величина диаметра Q отверстий ограничена снизу усло- вием 3 1 5 сггр, обеспечивающим линейную зависимость электропроводности . датчика от толщины жидкостной пленки, и orраничена сверху условием 3(0,3А для предотвращения осреднения параметров волнового течения жидкостной пленки на поверхности вращающегося диска, Схема обработки сигналов датчика

: содержит разделительный трансформатор &, первичная обмотка которого включена в линию питания датчика, идущую от генератора 7 переменного тока к контактным кольцам 8-9, закрепленным на оси вращения диска 4 и присоединенным к какой-либо. иэ пар контактных щупов, условно изображенных йа фиг.4 в виде переменного резистора 1О. Вторичная обмотка трансформатора б.подключена к входу уси29.. 4

1,5 кГц. Благодаря разделительному трансформатору 6, предотвращается шунтирование контактных ulynob в слу- чае использования металлического основания датчика — диска 4 в качестве токосъемного элемента.

При,измерении Фазовой скорости распространения волн:на поверхности жидкостной пленки на шлейфовом осцил-лографе 14 записывают одновременно две осциллограммы изменения. локальной толщины пленки в Функции времени, для чего используются одновременно две пары контактных щупов 1-3 и 3-2, каждая из .которых подсоединяется че" рез индивидуальную схему обработки сигналов к соответствующему шлейфу осциллографа 14, Так как крнтактные щупы в каждой паре смещены на расстояние В = 2-3 8, на осциллограммах может быть определен Фазовый сдвиг между гребнями волн и вычислена Фазовая скорость Ч по Формуле

C V

Ф 6% где Чф - скорость развертки осцилло графа1

ЬЬ вЂ” смещение гребней волй на осциллограммах.

Благодаря. тому, то расстояние между контактными щупами датчика меньше длины Л волн на поверхности пленки, оказывается возможным регистриро вать волновое изменение толщины жид.костной пленки над парами контактных щупов по ходу движения волн как ,,в радикальном, так и в окружном направлениях.

Тарировка датчика может быть осуществлена с помощью образцовых плас" тин Фиксированной толщины.

Датчик позволяет более точно определять локальную. толщину жидкостной пленки при ее волновом движении на поверхности вращающегося диска.

3 10192 лителя 11, к выходу которого присо" единены детектор 12, Фильтр 13 и. регистратор, например, шлейфовый осциллограф 14, питающийся через выпрямитель. 15 от сети переменного тока.

Датчик локальной толшины жидкост1 ной:пленки работает следующим образом. . При подведении напряжения перемен- io ного. тока от генератора 7 к.соответ-ствующей паре контактных щупов 1-3 или 2-3:через кольца 8-9 в зависимос" ти от толцины д жидкостной пленки .на поверхности диска 4 изменяется д сила тока в этой цепи, так как из- . меняется электропроводность: пленки между данной. парой щупов, т.е. corlpo" тивление резистора 10. В результате этого изменяется и падение напряжения 2в на контактных щупах датчика. Мгновенное значение силы тока, протекающего через тонкий жидкостный слой d" и кон- тактные щупы, характеризует локальную : толщину пленки и регистрируется на влейфовом осциллографе 14.

Напряжение переменного тока, подаваемое на щупы 1-3, не должно превышать

1,4 В для предотвращения разложения воды в области щупов, благодаря чему .; исклочается выделение пузырьков газа . при исследовании жидкостей с ионной.. проводимостью. Для устранения поляри-. зации контактных щупов подводимое к ним напряжение .от генератора 7 должно быть переменного тока, желатель но с частотой 8 -кГц..Высокочастотные пульсации измеренного тока датчика:отделяются с помощью фильтра 13.

Верхняя. граница пвопускания Фильт" ра выбрана равной 2 кГц, что позволя- ет регистрировать весь частотный диаюленки,так как.верхний предел частоплкни, так как верхний предел частоты следования волн на поверхности вращающегося.диска не превышает, -как по- <>казывает .эксперимент в данном олучае, 103 9229 ВНИИПИ Заказ 3686/33 Тираж 602 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4