Способ измерения физических свойств вещества в трубопроводе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения физических свойств веществ, перемещаемых по трубопроводам. Цель изобретения повышение точности измерения. Способ заключается в проведении многократного последовательного зондирования вещества в потоке в поперечном к нему направлении под разными углами и измерении параметров волн по завершении процесса зондирования. Устройство, реализующее данный способ измерения, представляет собой резонатор, содержащий К нар (гдк К 1,2...), состоящих каждая из приемной антенны и соответствующей ей передающей антечны 2, расположенных на трубопроводе 1 диаметрально противоположно в поперечной к нему плоскости со смещением по угловой координате. Информативным параметром служит собственная (резонансная ) частота электромагнитных колебаний такого резонаторе. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ()5 С 01 11 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4725033/09 (22) 31.07.89 (46) 30.10.91„ Бюл. Р 40 (71) Институт проблем управления (72) А.С. Совлуков (53) 621,317,39(088.8) (56) Ветров В.В. и др. Электроннотехническое измерения при физико-химических исследованиях, Л.: Изд-во ЛГУ, 1979, с. 3-145.

Патент США Ф 3501692,кл. 324-58.5, 1970. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА В ТРУБОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения физических свойств веществ, перемещаемых по трубопроводам. Цель изобретения—

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения физических свойств веществ, перекачиваемых в трубопроводах.

Цель изобретения — повышение точности, На фиг,, 1 приведена схема осуществ ления способа измерения физических свойств вещества в трубопроводе; на фиг. 2 — структурная схема устройства, реализующего способ измерения физических свойств вещества в трубопроводе; на фиг. 3 — схема устройства для осуществления способа измерения физических свойств вещества в трубопроводе по и. 2 формулы изобретения.

„„SU„, 1688157 А 1 повышение точности измерения. Способ заключается в проведении многократного последовательного зондирования вещества в потоке в поперечном к нему направлении под разными углами и измерении параметров волн по завершении процесса зондирования. Устройство, реализуюшее данный способ измерения, представляет собой резонатор, содержащий К пар (гдк К = 1,2...), состоя" щих каждая из приемной антенны 3 и соответствующей ей передаюшей антечны 2, расположенных на трубопроводе диаметрально противоположно в поперечной к нему плоскости со смещением по угловой координате. Информативным параметром служит собственная (резонансная) частота электромагнитных колебаний такого резонатора. 2 с.п, ф лы 3 ил, Устройство. реализующее способ измерения физических свойств вещества в трубопроводе, включает размещенные на трубопроводе 1 K пар передающих антенн и приемных антенн, причем к входу передающей антенны 2 первой пары подключен генератор 5, а вьйод приемной антенны К-й пары подключен к входу. регистратора 6. При этом выход приемной антенны 3 (i-1)"й пары подключен к входу передающей антенны, i-й пары 2 (i = 2,3...К) с помощью тракта 4, Устройство для осуществления способа измерения физических своиств вещества в трубопроводе поп.2 формулы изобретения (см. фиг. 3) . аналогично по построению устройству, 1688157

pe IJIH ) ë0Ùeму способ 1! амер ения (!)II. и че(ких свойств ве)))ест!)а в трубопровоДЕ „3d ИСКЛ)ОЧЕН)!Е. ТO) О Ч ТО BhlXOJI приемной антенны К-и пары нодсоедгп)ен

5 к входу передаю)!(ей ан Ганны первой пары. При этом ;eíep()тэр 5 и регистратОр 6 в состав датчика не входят, СУЩность спосОб<1 и )мерения (Ъизи че I(II>1 свойств I)el)((. .cT)3e l) трубопро 1О воде заключается в слспующем.

В отличие от прототипа, в предлагаемом способе осуществляется многократное последовательное -)ондирование вещества в потоке принимаемыми волна- 15

MH под разными углами н поперечной к потоку плоскос) и. :. а (11!г. 1! показано схематично такое зондирование, осуществляемое в опном к том же поперечном сечении трубопровода. Б частност!л, зондирование )!Ох(е" быть осуществ. лено под одинаковы)!11 углами !! /k, IJ)e k — 1 =- 1,2... — число зондирований.

Прецлагаемое многократное зондиро- 25 ванне означает ())актически удлинение

Б K pс!э,цлины пу ти„ прОХОдимОГО Вол нами в контролируемом вешестве, Если (.— диаметр трубопровоца„ то волны теперь проходят в попере ..нои к пото.ку направления путь длиной d), — — kd, что в соответствукгщее число раз увеличивает степень изменения информативных параметров.

При этом имеют .!есТО следующие

35 преимущества: знач;.»)ельно снижено число неконтролируемых Областей B поперечном сечении, что Озволяет получить более точную усредненную инфорMàöè)o о физических свойствах, осущеСтВЛяЮТСя ТаКИЕ МНOI OэекдОВЫЕ ИЗМЕрЕния в узлом слое поперечного сечения грубопровода, тол)цина ко-:орого определяется диаграммой направленности антенн. 45

Поскольку скорое "1. во IH (эпектро )лагнитпых, акустических,! почти всегда ча практике значительно больше скорости потока, такое многократное последОВательнОе зондирование пОзволяеT получить пнформац) ю о текущем (мгновенном) значении интересующего параметра в контролируемом сечении.

1 :а Фиг. 2 приведе! а схема устройства, реализующего данный способ. Здесь

55 вещество, перемещаемое по трубопровэцу 1.,зондируют многократно и последовательно с приме))ен)!(=.. I< 1()р,К вЂ” 1,2... „, передающей 2 и соств; т(".Нующей ей

8,686() WtJ(с, + ) Г, (!) модуль коэффицпснI а отра,к ния поверхности раздела

"!1нтенна — контролируемое вещество"; влажность вещества; толщина слоя вещества, т.е. в данном cJlучае диаметр трубопровода," эмпирическая константа,учитывающая структуру вещества! где Г

W (1 — плотность 1 лажного вещества;

М Р, — коэф&и!)ие1!. зат тхания воды. приемной 3 антенн, Каждая предыдущая приемная антенна сое1)инена с последующей переда)ощ(й антенной с помощью волновода 4. ))ля возбуждения зондирующих поток волн служит генератор 5. Принимаемые после многократного зондирования волны с приемной антенны 3 К-й пары поступа!от на регистратор 6. В зависимости от выбранного информативного параметра (амплитуды, фазы и др.) этот регистратор содержит необходимые для вь)деления полезной информации блоки. 1(апример, при измерения амплитуды принимаемой волнь) выход приемной ан— тенны 3 К-й пары подкг!ючается к детектору, а затем сигнал = вьгхода детектора поступает на индикатор измеряемого параметра. При измерении Йазы волны регистратор 6 содержит фазовый детектор, один из двух входов которого подсоединен к выходу антенны К-й пары, а д,ругой — и выходу генератора 5; так осуществляется определение относительHoI î измерения фазы волны в зависимости от вепичины измер !емого параметра.

Увеличение чувствительности информативных параметров н предлагаемом способе по сравнению с прототипом, которое в конечном счете также (наряду с м1)огократ1)ым поперечным зондированием) является (рактором, способствующим повышению точности измерения, следует и иэ рассмотрения аналитических соотношений. Рассмотр)л)л выражение для информативного параметра в случае амплитудных и фазовых измерений.

При амплитудных измерениях измеряемым параметром язляется изменение величины принимаемого сигнала. Так

\ прн измерениях влажности вещества выходным сигналом может служить затухание N,. выражен1!Ое в децибе".àõ

1)88 f 57

Отсюда видна 111)ямопропорцио??альная TIBtnti?III ?t .3JI);TTP?IHB зле кт))0магHHTHOII воп—

l зависимость величины N от толщины ны из точки,лежащей на 111 тре?1111 и поТ1 просвечиваемого слоя вещества. При верхности трубопрс?30да в ?taHpaI3JIeIIHH

О130!) 33 Н 3Ч!) !Н?!Е11?)И проведении Е зондировании, т.е. при перпен;?икулярном прсдол?1?о?3 оси трубс— прохождении волнами пути длиной kd провода, прием электрсмаг?1??т?!01 113)л!1ы в соответственно увеличивается величина пиаметрально противоположной точке

И; имеет место увеличение чувствитель- исследуемого сечения трубопровода, ности в k раэ по сравнению с прототи- измерение параметров принятого сигнапом (k = 1) ла, по которым судят о физических

Устройство для осуществления сйо-. свойствах вещества, о т л и ч а ю— соба измерения физических свойств ., шийся тем, что, с целью повыше— вещества в трубопроводе работает сле- " ния точности, прин?тый сигнал переда дующим образом (см, фиг. 3). Иэлучае- ют по тракту в соседнюю точку исслемые антенной 2 первой пары волны пос- 15 дуемого сечения трубопровода, отстоятупают на соответствующую приемную щую от точки приема на угол Т К, антенну 3, откуда по волноводу 4 нап переизлучают его в направлении оси равляются на передающую антенну 2 трубопровода в его исследуемом сечевторой пары и излучаются этой антенной нии, принимают переизлученный сигнал в сторону приемной антенны 3. Такая 2р в диаметрально противоп1.".ложной точке операция зондирования потока последо- исследуемого сечения трубопровода, вательно проводится 1 раз. Особенно- повторяют цикл передачи сигнала ?3 стью данной схемы по сравнению со соседнюю точку исследуемого сечения схемой на фиг. 2 является образование трубопровода, переизлучения его и резонатора, для чего выход приемной . 25 приема К раз, а измерение параметров антенны 3 К-й пары соединен с входом принятого сигнала выполняют для К-го передающей антенны 2 первой пары. Та- приема сигнала, где К вЂ” число пар ким образом синтезирован резонатор, в точек излучения и приема. котором колебания возбуждены в попе-, 2 ° Устройство для измерения фиэиречной к направлению потока плоскости 3р ческих свойств вещества в трубопровои производится многократное зондирова- де, включающее отрезок трубы,в котором ние потока в этой плоскости стоячими размещены передающая и приемная антенили бегущими волнами. При образовании ны в диамеурально противоположных резонатора, в зависимости от схемы точках в сечении отрезка трубы, перего возбуждения, возможны режимы сто- пендикулярно его продольной оси

9 ячих и бегущих волн, в первом случае причем оси передающей и приемной анкаждая из антенн 2 и 3 каждой из пар теин перпендикулярны продоль ой оси является приемно-передающей, во вто- трубопровода, а передающая и приемная ром случае порядок прохождения волн . антенны размещены на внутренней попри многократном зондировании такой 1О верхности отрезка трубопровода, вход же, как и описанный вьппе. Информатив- .передающей антенны является входо:-: ным параметром в данном случае может для подключения генератора, а выход служить собственная частота колебаний приемной антенны является выходом для такого синтезированного резонатора. подключения приемника о т л и ч а юt

Таким образом, изобретение позволя-4g щ е е с я тем, что, с целью повыше-. ет проводить высокоточные измерения ния точности, в него введены дополни" свойств веществ, перемещаемых по тру- тельно (E<-1) пар передающей и приембопроводам. Они могут быть реализо- ной антенн, размещенных в одной плос" ваны также при использовании акусти- .кости с первой парой передающей и прйTIecEHx BoJIH P83JIHHHITE JIHaB83oIloI3 час- 5О емной антенн, пеРпенДикУлЯР1?ой осН тот с применением соответствующих : отрезка трубы,.причем в i-й паре переэтим волнам элементной базы и схем дающая и приемная. антенны располопостроения блоков вторичного преоб- жены в диаметрально противоположных разования информации, поступающей с точках поперечного сечения отрезка датчиков. 5 трубы на его внутренней поверхности ,Ф о р м у л а и э о б. р е т е н и я под углом М; = tt(i-1)/К к прямой, соединяющей передающую и приемную а?3

1. Способ измерения физических, . тенны первой пары, причем вход пересвоиств вещества в трубопроводе, вклю- дающей антенны i-и пары подключен к

7 1688157 8 2. f

Составитель П. Савельев

Texpep, N.ÄèäûK Корректор Н.Ренская

Редактор Н. Коляда

Заказ 3705 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственног > комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-изд 3тельский комбинат "Патент", г ° Ужгород, ул ° Гагарина, 101 выходу приемной антенны i-1)-й пары, (i = 2,3...К), а выход приемной антенны К-й пары подключен к входу передающей антенны первой пары.