Устройство для измерения скорости жидкости в двухфазном потоке

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости жидкой фазы и локального газосодержания в двухфазном газожидкостном потоке. Целью изобретения является повышение точности измерений. При подключении спая 6 термопары к вторичной обмотке 4 трансформатора 1 происходит выделение джоулевой теплоты. Сигнал термо- ЭДС отделяется в фильтре 8 нижних частот от переменного напряжения нагрева спая термопары и подается на вход ключа 12. Протекание по термоэлектродам термопары переменного тока обуславливает появление на спае 6 электрического потенциала и возникновение тока через жидкость и входное сопротивление первого входа сумматора 10, на второй вход которого поступает опорное напряжение с вторичной обмотки 11 трансформатора 1. Разность этих напряжений поступает на вход формирователя 13, а после формирования - на управляющий вход ключа 12, который пропускает на регистрирующий прибор 14 сигнал термо - ЭДС только в те моменты, когда спай 6 находится в жидкой фазе. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ1543349 (51) 5 С 01 Р 5/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 :.НОВАЯ

Я "-"

Ь.,16; iC Е: °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4044595/24-10 (22) 28.03.87 (46) 15.02.90. Вюл. Р 6 (71) Московский инженерно-физический институт (72) О.А.Лавров, А.Н.Олехнович и Ю.Е,Похвалов (53) 532.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 699432, кл. G 01 Р 5/08, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЖИДКОСТИ В ДВУХФАЗпОИ ПОТОКЕ (57) Изобретение относит"я к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости жидкой фазы и локального газосодержания в двухфазном газожидкостном потоке °

Целью изобретения является повышение точности измерений. Нри подключении спая 6 термопары к вторичной обмотке 4 трансформатора 1 происходит выделение джоулевой теплоты, Сигнал термоЭДС отделяется в фильтре 8 нижних частот от переменного напряжения нагрева спая термопары и подается на вход ключа 12. Протекание по термоэлектродам термопары переменноГо тока обуславливает появление на спае 6 электрического потенциала и возникновение тока через жидкость и входное сопротивление первого входа сумматора 10, на второй вход которого поступает опорное напряжение с вторичной обмотки 11 трансформатора 1. Разность этих напряжений поступает на вход формирователя 13, а после формирования — на управляющий вход ключа 12, который пропускает на регистрирующий прибор 14 сигнал термоЭДС только в те моменты, когда спай 6 находится в жидкой фазе. 3 ил.

1543349

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для измерения скорости фазы локального газосодержания в двух5 фазном газожидкостном потоке.

Цель изобретения — повышение точности измерений, На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения скорости жидкос-1р ти в двухфазном потоке; на фиг . 2— .эквивалентная схема подключения термопары; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений.

Устройство для измерения скорости жИдкости в двухфазном потоке содержйт трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого подключена к генератору 3 переменного напряжения. Первая вторичная обмотка 4 трансформатора 1 2О подключена через разделительный конденсатор 5 параллельно со спаем 6 термопары, являющимся одновременно одним из электродов кондукционного датчика, к входам дифференциального усилителя 25

7 выход которого подключен к входу фильтра 8 нижних частот. Один из термоэлектродов.спая б термопары подключен через RC-цепь к нулевой шине 9 и к первому входу сумматора 10, к второму входу которого подключена вторая вторичная обмотка 11 трансформа тора 1. Выход фильтра 8 нижних частот подключен к ключу 12, управляющий вход которого подключен к формирова- 35 телю 13, вход которого подключен к выходу сумматора 10. Выход ключа 12 подключен к регистрирующему прибору 14. Спай 6 термопары расположен в заполненной исследуемой средой ме- 40 таллической трубе 15, также соединенной с нулевой шиной 9.

Устройство работает следующим образом.

При подключении спая 6 термопары 45 к вторичной обмотке 4 трансформатора 1 происходит выделение джоулевой теплоты. При этом температура спая

При постоянной величине переменного тока зависит только от коэффициента теплоотдачи, определяемого скоростью омывающей спай жидкости.

Сигнал термоЭДС отделяется в фильтре 8 нижних частот от переменного напряжения нагрева термопары и подается на вход ключа 12. Кроме того, при протекании по термоэлектродам перек<енного тока на спае возникает электрический потенциал, обуславливающий электрический ток через жидкость и входное сопротивление первого входа

° сумматора 10, величина которого и, следовательно, падение напряжения на входном сопротивлении первого входа сумматора 10 зависят от того, в какой фазе потока находится неизолированный спай 6 термопары. Падение напряжения на первом входе сравнивается с опорным напряжением, задаваемым при подключении к второму входу сумматора 10 вторичной обмотки 11 трансформатора 1. Разность этих напряжений подается на вход формирователя 13, который в зависимости от величины разности напряжений, определяемой фазой потока, формирует различные по величине сигналы, поступающие на управляющий вход ключа 12, который пропускает на регистрирующий прибор 14 сигнал термоЭДС только в те моменты времени, когда спай 6 находится в жидкой фазе.

Более подробно принцип работы устройства поясняется эквивалентной схемой термопары (фиг, 2), где Е < и 4< сопротивления термоэлектродов спая 6 термопары; Z 3 —. жидкостное сопротивление между чувствительным элементом (спаем термопары) и стенкой трубы; сопротивление RC-цепи; Zc — сопротивление разделительного конденсатора 5; Z» <,Z t«<. z — входные сопротивления дефферЕнциального усилителя 7; Zв„3 — входное сопротивление первого входа сумматора 10; U — напряжение, .снимаемое с обмотки 4 трансформатора 1; U < — напряжение на первом входе сумматора 10.

RC-цепь является определенным образом подобранной нагрузкой по перемен-. ному току для получения максимального разностного сигнала от жидкой и газовой фаз потока. Конденсатор 5 необходим для разрыва цепи нагрева термопары по постоянному току.

Z (Z3+Zy ll » !! Евхз )

,+ +, !! 2, „„1!,„3

Z с< Е3+Z4 Ц 4»а !! 4 в< 3, 4В< Ф Е4 .

ЕсаН вх3 3 Z4 R6„<» R» R»q ll R»3»

)> Е, где 1 - — действительная часть комплексного сопротивления, то

Z@Zg о (Z<+Z,) (Z,+Z+) напряжение термоЭДС спая 6 термопары, подаваемое на вход дифференци5 15 альvore усилителя 7, практически не зависит от сопротивления R» так как по постоянному току 4 =oo(rmevvo для

Ф этого КС-цепь состоит из последовательно соединенных k и С) и поэтому не шунтирует сопротивление R 1) R вк вход выделяемая на термопаре мощность практически постоянна и не зависит от величины Z з .

B этом случае температура спая, а следовательно, и возникающая термоЭДС, зависят только от коэффициента теплоотдачи, который определяется скоростью жидкости и тем, в какой фазе потока находится чувствительный элемент. С цепью компенсации изменений температуры жидкости в разрыв цепи в точке А (фиг. 1) возможно подключение дополнительной термопары, спай которой должен находиться в потоке.

Так как сигнал с выхода дифференциального усилителя 7 имеет две составляющие: термоЭДС и переменное напряжение нагрева спая 6 термопары, а величина термоЭДС много меньше ве.личины этого переменного напряжения, .то выделение сигнала термоЭДС осуществляется с помощью активного фильтра 8 нижних частот. При этом частота напряжения питания датчика должна значительно превышать наибольшую ожидаемую частоту в спектре исследуемых пульсаций скорости и газосодержания.

На фиг. З,а показан сигнал с выхода фильтра 8 нижних частот.

Если 4 — сопротивление между стен кой трубы и чувствительным элементом в те моменты времени, когда спай термопары находится в жидкой, à 4 — в (/ газовой фазе, то

43349

Формула из обре тен ия

Устройство для измерения скорости ,жидкости в двухфазном потоке, содержащее двухэлектродный кондукционный датчик, емкость с электролитом, генератор переменного напряжения, ключ, . формирователь, фильтр нижних частот, 40 ВЫХОД котОРОГО подключен к ключу управляющий вход которого подключен к выходу формирователя, а выход — к регистрирующему прибору, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

45 повышения точности, в него введены трансформатор с двумя вторичными обмотками, сумматор, дифференциальный усилитель и RC-цепь, а один из электродов кондукционного датчика образован спаем термопары, причем генератор переменного напряжения подключен к первичной обмотке трансформатора, первая вторичная обмотка которого подключена через разделительный кон. денсатор параллельно со спаем термопары к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, а один из термоэлектродов термопары подклюU (4 ) =А-,—,--,—;

4 4

4 +4+ в U (4 )=A-р- —, 4 +Т4

42 где А=U —.— —,—. о4 +4

Идеальный сигнал на первом входе сумматора 10 имеет вид, показанный на фиг. З,о.

В сумматоре 10 напряжение U< снимаемое с обмотки l1 трансформатора 1., алгебраически суммируется с напряжением Ц (4 ) таким образом, что U<(4в)+

+U 0.

Таким образом, при накатывании пузырька на изолированный спай 6 термопары, на выходе сумматора 10 появля-.. ется сигнал, отличный от нуля и равный по величине сумме напряжений:

U,(4 )+U„- И,(4 )-Б,(4 ).

Идеальный сигнал с выхода сумматора 10 показан на фиг. 3, О..

При этом электроизоляция всей, за

10 исключением спая 6, термопары поз во-. ляет определить на нем наличие газовой. фазы. Затем сигнал поступает на формирователь 13, который преобразует

его в прямоугольные импульсы, пока15 занные на фиг. 3,<. Сигнал от формирователя 13 поступает на управляющий вход ключа 12. При этом, если на управляющем входе напряжение "0", ключ пропускает аналоговый сигнал со своего входа на регистрирующий прибор 14.

Если же на управляющем входе "1", то ключ 9 запирается н на его выходе сигнал равен нулю.. Напряжение на выходе ключа 9 представлено. на фиг. 3,$.

Путем соответствующей обработки этого сигнала на регистрирующем приборе 14 можно получить среднее и среднеквадратическое значения и другие спектральные характеристики скорости жид-.

30 кой фазы в газожидкостном потоке.

1543349

Z 6Х1

Zg и, Фиг. Я

Составитель Е.Никитин

Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Редактор А,Лежнина

Заказ 398

Тираж 449

Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 чен к первому входу сумматора и через

РС-цель к нулевой шине, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена к второму входу сумматора, выход которого подключен к входу формирователя, I