Способ определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к аэродинамике и газодинамике и может быть использовано для определения расхода газового потока и плотности ионизации в нем, например, в системах контроля мощности газоаэрозольно)го выброса через вентиляционную трубу атомной станции. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений. Спо- . соб заключается в том, что после подачи ионизированного газового потока в измерительный канал 1 производят разделение зарядов в электрическом поле введенного в канал плоского конденсатора 2, измеряют в цепи последнего ионизационный ток блоком 6 регистрации и по величине тока оценивают электропроводность. Воздействие на поток газа электромагнитным полем осуществляют подачей на обкладки конденсатора 2 импульсов отрицательного напряжения прямоугольной формы, с частотой следования, определяемой из выражения 03 fTCr/Ј 0 , где G электропроводность; Е0 - электрическая постоянная. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. с е (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 P 5 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автоескоью свидкткльствм

2 ной станции. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей .и повышение точности измерений. Спо; соб заключается в том, что после по-! дачи ионизированного газового потока в измерительный канал 1 производят разделение зарядов в электрическом поле введенного в канал плоского конденсатора 2, измеряют в цепи последнего ионизационный ток блоком

6 регистрации и по величине тока оценивают электропроводность. Воздействие на поток газа электромагнитным полем осуществляют подачей на обкладки конденсатора 2 импульсов от.рицательного напряжения прямоугольной формы, с частотой следования, определяемой из выражения Q (%7 /Я,, где G — электропроводность; E — электрическая постоянная. 2 с.п.ф-лы, (5 ил

Фиа 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4430362/10 (22) 27.05.88 (46) 23.03.9I- Бюл. Р 11 (71) Научно-производственное объединение Энергия" (72) А.П. Елохин, С.Н.Макеев, Д.Ф.Рау и Н.И.Филатов (53) 532.574(088.8) (56). Авторское свидетельство СССР

Ф 152747, кл. G 01 P 5/08, 1963. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И СКОРОСТИ ПОТОКА ИОНИЗИРОВАННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к аэродинамике и газодинамике и может быть использовано для определения расхода газового потока и плотности ионизации в нем, например, в системах контроля мощности газоаэрозольного выброса через вентиляционную трубу атомÄÄSUÄÄ 1636775 A 1

1636775

Изобретение относится к области аэродинамики и газодинамики и может быть использовано для измерения мощности радиоактивного газоаэрозольного выброса через вентиляционные трубы атомных электростанций, а также параметров двйжения нейтральной газовой плазмы при нормальном давлении.

Целью изобретения является повышение точности измерений скорости потока газовой плазмы, На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1, на !5 фиг.3 — распределение пространственного заряда в межэлектродном промежутке, на фиг. 4 — система координат, в которой рассчитаны составляющие магнитного поля от продольного ур тока ионов, на фиг. 5 — диаграмма импульсов электрического поля (а), подаваемых на конденсатор и соответствующих импульсов магнитного поля (б) и индукционного тока (в).

Устройство для осуществления способа содержит измерительный канал 1 прямоугольного сечения, выполненный из диэлектрического материала, например тефлона, два плоских электрода 2, размещенных на противоположных стенках внутри измерительного канала, генератор 3 униполярного переменного напряжения, соединенный с одним из электродов, индукционную катушку 4, расположенную по центру канала на равном расстоянии от электродов, блок 5 регистрации, индукционного -,îêà, соединенный с индукционной катушкой, 40 и блок 6 регистрации ионизационного тока, соединенный с вторым электродом. Для исключения воздействия внешних магнитных полей на индукционную катушку служит магнитный экран 7, размещенный снаружи канала. Катушка 4 размещена в канале 1 так, что нормаль к плоскости витка перпендикулярна нормали к плоскостям электродов 2. Последние вы— полнены из коррозионно-стойкого материала и имеют длину, определяемую из ,выражения

1> (Ue кс Ь, P V ° (1) 55 где U ц„ — максимальное значение скорости истечения газового потока, Lo — расстояние между электродами;

Py — подвижность ионов.

Способ реализуется следующим образом.

Измерительный канал i со смонтированными внутри плоскими электродами 2 и индукционной катушкой 4 выносят в поток газовой плазмы, например, помещают внутри вентиляционной трубы атомной электростанции.

Блоки 5 и 6 регистрирующей аппаратуры и генератор 3 униполярного напряжения размещают вне газового потока. Подают на один из электродов

2 постоянное напряжение V, величину которого выбирают из условия (3) M -пб/Е (2)

Р

При продольном переносе среды со скоростью, меньшей дрейфовой скорости носителей заряда, образующихся в результате ионизации воздуха в межэлектродном пространстве, устанавливается стационарное распределение заряда. Характерный вид распределения зарядов приводится на фиг. 3.

Ионы, возникающие в потоке ионизированного газа, увлекаясь потоком воздуха, проходят через измерительный канал, в котором под действием электрического поля в межэлектродном промежутке разделяются, создавая ионизационный ток (поперечный) и пространственный заряд в проэлектродных областях, создающий, в свою очередь, продольный ток при продольном переносе газа через измерительный канал.

Поэтому выбор условия V — Uìàêñ1.о7р обусловлен тем, что пространственныи заряд в приэлектродной области должен быть уже сформирован прежде, чем он переместится на заметное расстояние вдоль канала за счет продольной скорости U.

Размещение ка-,ушки в центре между электродами на равных расстояниях от их краев позволяет скомпенсировать в этой точке магнитное поле, обусловленное поперечным ионизационным током, так что катушка будет реагировать лишь на магнитное поле, обусловленное продольным переносом заряцов. При выполнении условия

5 16367 где Q — электропроводность ионизованного газового потока, С вЂ” электрическая постоянная, время продольного переноса заряда вдоль электродов должно быть больше времени прохождения зарядом межэлектродного промежутка. На фиг.5 представлено характерное изменение во времени электрического и магнитного 10 полей и индукционного тока. В катушке, размещенной в центре между электродами, индуцируется ЭДС индукции или течет ток Ь д при сопротивлении R н нагрузки. !5

По значению ионизационного тока, регистрируемого блоком 6 регистрации, находят электропроводность ионизированного газового потока из— выражения (4) i„<„ L /SV<

2и L 1 )7ОRр (<,Д, (»»,SZ. (arccg(— ) — — )п Jicc» где 1 х — параметр, имеющий размерность длины, м, определяемый из выражения

50 где с =

55 где i цц- значение ионизационного тока", S — площадь электродов.

По найденному значению электропроводности вычисляют частоту переменного униполярного напряжения из выражения Q6 hG/Я . Затем на электрод подают переменное униполярное напряжение величин6й V и частотой следования импульсов Я .

Переменное униполярное электрическое поде с частотой Q, создаваемое в межэлектродном промежутке, модулирует переменный продольный ток, обусловленный продольным переносом заряда в приэлектродных 6бластях. Продольный ток индуцирует пе— длина электродов плоского конденсатора,,1

i<<,1 — амплитудное значение инА- мако дукционного тока, .Кд †. сопротивление нагрузки, L - ширина электродов; (И вЂ” магнитная проницаемость, l Ро†магнитная постоянная, Г р/ggj — амплитудное значение прора кс изводной от безразмернои периодической функции, определяемой выражением . F = v(gе„-j/v,, — значение ионизационного йoí тока, 75 б ременное магнитное поле, которое индуцирует ЭДС или инцукционный ток в катушке 4, расположенной в центре измерительного канала между электродами. Поэтому выбор такой частоты позволяет пренебречь током смещения, который в противном случае (при больших частотах) давал бы вклад в переменное магнитное поле и создавал бы дополнительный ток в индукционной катушке. Кроме того, при такой частоте время разделения зарядов меньше времени их продольного пере- носа, что позволяет образовать в приэлектродных областях при заданном напряжении пространственный заряд ионов и фиксировать скорости его продольного переноса.

Переменный ток, индуцируемый в катушке 4, регистрируется блоком 5.

Таким образом, измеряя амплитудное значение производной от задаваемой периодической функции поперечного электрического поля (напряжения) и значение (поперечного) ионизационного тока, находят удельную активность среды, скорость газового потока в точке установки устройства и мощность дозы.

Для оценки расхода газа при най-. денном значении скорости воздушного потока в точке расположения датчика используется эмпирическая зависимость скорости потока от расстояния у от внутренней поверхности трубы для турбулентного потока.

Скорости газового потока вычисляют по формуле

Я o X "" Р " L." (6)

12lc, arctic(— / yr)

Š— О, 3bI. ñ

-512 Й Ео(а 2bEo)/4 (2Ео/3?,) + ЗЫ.о)

KpGI/Р ;

1636775

25

Г1ииДЗУаКС

z ) 2оЬ1ЯV R а ИЬМ,t где L

V о

R (Н

8Я мдко

S-ns

L о х

l ион

fu/аа),„

К = 21(И /ЕŠ— скорость рекомбир о г.ации, 16

G = 2 ° 09"10 — радиационный выход, I — мощность дозы ионизирующего излучения;

Ео Uo/Lо 9 с, = fM „1а/К г, с — заряд электрона.

Величину 1 находят по измеренному значению ионизационного тока из уравнения и ь Г - иои 1о - с агс д(— ), (7) 15

21 (2Б1p)Va g) Приведенные в соотношениях (1}(7) величины имеют размерности, соот" ветствующие системе измерений CU. 20

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет обеспечить повышение точности измерения скорости и электропроводности в потоке нейтральной ионной газовой плазмы при нормальном давлении, например, скорости и электропроводности (мощности дозы) радиоактивного газоаэрозольного выброса атомной электростанции. р р яЬ arcing(— ) — — 1п аГ L х(о о х

1 ширина электродов, длина электродов плоско« го конденсаторами подвижность носителей заряда (ионов); напряжение;

Фэ сопротивление нагрузки; амплитудное значение индукционного тока магнитная проницаемость, магнитная постоянная, эффективная площадь индукционной катушки (n— число витков, s — площадь одного витка); расстояние между электродами, параметр, имеющий размерность длины; значение ионизационного тока,, — амплитудное значение производной безразмерной

Формула изобретения

1. Способ определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа, включающий подачу ионизированного газа в измерительный канал, воздействие на поток газа первичным электромагнитным полем, измерение тока, возбуждаемого в индукционной катушке, и оценку электропроводности и скорости потока газа, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений на поток газа воздействуют электростатическим полем введенного в измерительный канал плоского конденсатора, измеряют ионизационный ток в цепи .конденсатора, по величине которого оценивают электропроводность, а воздействие на поток газа электромагнитным полем осуществляют подачей на обкладки конденсатора импульсов нанряжения прямоугольной формы, частоту Я следования которых выбирают из выражения д < йG /Е,, где 6 - электропроводность<, Яо- электрическая постоянная, при этом оценку скорости U газового потока получают из соотношения: периодической функции

V(ue) /U,;

Ч(Я Й) — значение униполярного переменного напряжения; — частота переменного напряжения °

2. Устройство для определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа, содержащее измерительный канал, генератор переменного напряжения и индукционную катушку, соединенную с блоком регистрации индукционного тока, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит блок измерения ионизационного тока, два электрода в виде прямоугольных пластин, установленных на внутренних противолежащих стенках измерительного канала прямоугольного сечения, выполненного из диэлектрического материала, и образующих плоский конденсатор, в цепь которого последовательно включены ге-.

1636775

1мун 1 -41мин ) (4l0, С/7 >

700 нератор переменного напряжения и блок измерения ионизационного тока, а индукционная катушка размещена внутри конденсатора, йри этом ее oci» симметрии ортогональна оси измерительного канала и оси, проходящей через центры электродов, причем длина 1 электродов выбрана из выражения где 1мин= 6Ь,Ь о межэлектродное рас- стояние, 41 ц — максимальная длина электродов, характерная для максимальной скорости потока.

1636775 оyp)

Составитель Ю.Власов

Редактор Л.Гратилло Техред С.Мигунова Корректор Т.Малец

Заказ 813 Тираж 346 Подписное

ВНИИПИ 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