Способ определения количества твердого и/или жидкого материала, транспортируемого газообразной средой

 

Предпочтительной областью использования изобретения является определение количества пневматически транспортируемой угольной пыли, а также обнаружение шнуров. В измерительном отрезке трубопровода на частоте, меньшей частоты его отсечки, возбуждают переменное электрическое поле. Определяют затухание указанного поля по длине измерительного отрезка как функцию частоты. Во время транспортировки смеси определяют сдвиг области частот, соответствующей опорному линейному участку в пределах наиболее крутой части переходной кривой затухания, по которому рассчитывают концентрацию твердого материала или жидкости. Наличие шнуров обнаруживают путем определения содержания частиц по различным азимутальным направлениям возбуждаемого переменного электрического поля. Изобретение обеспечивает высокую чувствительность при очень низких концентрациях или их незначительных изменениях. 9 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение описывает способ определения количества твердого и/или жидкого материала, транспортируемого газообразной средой. Предпочтительной областью применения изобретения является определение расхода угольной пыли, подаваемой пневматическим способом по пылепроводу в котел на твердом топливе.

Уровень техники Транспортировка твердого и/или жидкого материала в форме очень мелких частиц посредством газообразной транспортирующей среды происходит в турбулентном потоке с обеспечением достаточно высокой скорости переноса, а также высоким удельным массовым расходом твердого и/или жидкого материала. При транспортировке мелких твердых частиц часто возникает явление "сепарации пыли", когда в определенных участках поперечного сечения подающего трубопровода возникают области с повышенной концентрацией твердого материала. Такие области с повышенной концентрацией распыленного материала или так называемые "шнуры" (отдельные струи в общем потоке) могут располагаться в каком-либо участке поперечного сечения и подолгу сохранять свои параметры в этом положении. В других случаях они могут быстро менять свое расположение по поперечному сечению, а также изменять геометрию и/или плотность (то есть удельную концентрацию твердого материала в шнуре). В каждом месте разветвления трубопровода (то есть в месте разветвления трубы на несколько других труб) распределение массового расхода твердого материала в отходящих трубопроводах может в значительной мере определяться явлением сепарации. Поэтому из-за того, что угольный шнур в подводящем трубопроводе не распределится поровну между отходящими трубопроводами, массовые расходы твердого материала в нескольких трубопроводах, расходящихся от общей подводящей трубы, скорее всего, окажутся неодинаковыми. Таким образом, определение расхода материала, транспортируемого пневматическим способом, является важной задачей, особенно в системе с разветвлением на несколько отдельных трубопроводов.

Известные способы измерения, такой, например, как изокинетический многоточечный метод отбора проб, не обеспечивают высокой точности измерения, поскольку они статистически достоверно не учитывают шнуры в поперечном сечении. Кроме того, эти измерения занимают очень много времени, их результаты могут быть получены только через несколько часов. Поэтому измерения такого типа не могут быть использованы в системах управления с обратной связью.

Для обеспечения управления процессом подачи и для выравнивания расхода транспортируемого твердого материала по трубопроводам необходима быстродействующая измерительная система, работающая в реальном масштабе времени. В течение длительного времени предпринимались попытки использовать для этих целей сверхвысокочастотные (СВЧ) измерительные системы. В таких системах СВЧ колебания определенных частот вводились в трубопровод в определенном месте, а затем вверх или вниз по потоку производилось измерение как амплитуды, так и фазы СВЧ колебаний. Физическая основа таких измерений состоит в том, что от концентрации твердого материала или жидкости в транспортирующем газе зависит изменение комплексной диэлектрической постоянной в пределах измерительной секции трубопровода, а затухание и фазовый сдвиг СВЧ волн определяются величиной этой диэлектрической постоянной. Способ измерения, соответствующий этому физическому принципу, описан в патентах ЕР 0717269, ЕР 0669522 или US 5177334 (ближайший аналог). В патенте США 5177334 описан способ определения количества твердого и/или жидкого материала, транспортируемого по трубопроводу газообразной средой, заключающийся в том, что поток газообразной среды с транспортируемым материалом пропускают через измерительный отрезок трубопровода, в измерительный отрезок трубопровода вводят электромагнитную энергию и измеряют ее затухание, по которому определяют количество транспортируемого материала. Чувствительность этих методов при использовании СВЧ колебаний для транспортирующих пневматических систем такого типа недостаточна, особенно если вследствие разветвления трубопроводов количество транспортируемого материала значительно изменяется от трубопровода к трубопроводу и если шнуры, распределение которых по поперечному сечению каждого трубопровода крайне неравномерно, приводят к огромным различиям в концентрации твердого или жидкого материала в отдельных точках поперечного сечения. Для типового случая измерения концентрации распыленного угля при использовании на электростанции с котлом на твердом топливе требуется разрешающая способность измерения, составляющая 1 г твердого материала на 1 м³ транспортирующего газа.

Таким низким концентрациям угля соответствуют крайне малые изменения комплексной диэлектрической постоянной, поэтому и влияние на затухание и фазовый сдвиг СВЧ колебаний также очень невелико.

При измерении потока материала с использованием СВЧ колебаний также возникают серьезные проблемы, связанные с отражением волн. В случае низких концентраций затухание СВЧ колебаний в трубопроводе (который действует как волновод) также очень невелико, и волны распространяются почти без потерь и могут проходить очень большие расстояния, в результате чего при каждом изменении поперечного сечения трубопровода (так же, как и в местах разветвления трубопровода) происходит отражение волны, которая распространяется в обратном направлении, создавая в трубопроводе стоячую волну. Это приводит к возникновению в трубопроводе резонансных явлений, влияющих на результаты измерений и снижающих их достоверность. Другим недостатком известных СВЧ методов является то, что необходимы значительные изменения конструкции трубопроводов. Обычно требуется использовать отдельный участок трубопровода подачи угля, изготовленный с применением очень высоких допусков, а также очень хорошо согласованные передающие и приемные антенны. Этот специальный отрезок трубы должен быть вставлен в существующий трубопровод. Введение щелевых ответвителей, используемых в качестве передающей и приемной антенн, также представляет собой очень сложную и дорогую процедуру.

Сущность изобретения Задачей изобретения является способ определения количества твердого и/или жидкого материала (вещества), транспортируемого в газообразной среде, который может быть применен при очень низких концентрациях или при очень малых изменениях в концентрации угля и который в то же время не требует значительных изменений в существующей системе трубопроводов. Таким образом, ставится задача создания способа измерения, обеспечивающего разрешение до 1 г материала на 1 м³ транспортирующей среды и который в то же время не накладывает очень жестких ограничений на геометрию измерительного участка трубопровода.

В соответствии с изобретением эта задача решается с использованием известного физического соотношения между частотой и затуханием переменного электрического поля вдоль отрезка волновода с неизменными параметрами на частотах ниже частоты отсечки, в соответствии с которым затухание линейно уменьшается от высокого затухания на низких частотах к низкому затуханию на высоких частотах. Форма этого перехода от высокого затухания к низкому затуханию на частотах ниже частоты отсечки сохраняется неизменной, на эту форму не оказывает заметного влияния изменение диэлектрической постоянной, вызываемое, например, введением в транспортирующий газ твердого или жидкого материала даже в сравнительно высоких концентрациях. При введении в измерительный участок твердого или жидкого материала переходная часть кривой смещается в направлении низких частот, а величина частотного сдвига может быть использована для оценки концентрации твердого или жидкого материала в транспортирующем газе.

Объектом изобретения является способ определения количества твердого и/или жидкого материала, транспортируемого по трубопроводу газообразной средой, заключающийся в том, что поток газообразной среды с транспортируемым материалом пропускают через измерительный отрезок трубопровода, в измерительный отрезок трубопровода вводят электромагнитную энергию и измеряют ее затухание, по которому определяют количество транспортируемого материала.

Отличие предложенного способа от вышеупомянутого ближайшего аналога состоит в том, что электромагнитную энергию вводят в виде переменного электрического поля, возбуждаемого в первой точке измерительного отрезка на частоте, меньшей частоты отсечки трубопровода, и измеряют напряженность переменного электрического поля во второй точке измерительного отрезка, расположенной на расстоянии от первой точки вдоль оси трубопровода, с определением затухания переменного электрического поля между первой и второй точками.

При осуществлении способа предварительно определяют затухание переменного электрического поля как функцию частоты при отсутствии в измерительном отрезке трубопровода транспортируемого материала или при наличии в измерительном отрезке трубопровода определенного количества транспортируемого материала, определяют в основном линейный участок в пределах наиболее крутой части переходной кривой затухания между верхним пороговым значением затухания с соответствующей ему нижней пороговой частотой и нижним пороговым значением затухания с соответствующей ему верхней пороговой частотой и запоминают этот участок кривой в качестве опорного участка.

Во время транспортирования твердого и/или жидкого материала определяют сдвиг области частот, соответствующей указанному опорному участку переходной кривой, по этому сдвигу определяют изменение относительной диэлектрической постоянной смеси газообразной среды и транспортируемого ею материала, из которого определяют количество транспортируемого материала.

Таким образом, задача изобретения решается посредством введения переменного электрического поля с помощью передающей антенны и определения величины этого переменного электрического поля вверх или вниз по потоку в заданном измерительном отрезке, тогда как переходная кривая сначала регистрируется с пустым трубопроводом, а затем определяется сдвиг частоты для расчета количества твердого или жидкого материала в транспортирующем газе с использованием известного соотношения между содержащейся массой материала и диэлектрической постоянной, а также сдвигом частоты. С этой целью определяется линейный участок переходной кривой, заключенный между верхним значением затухания на соответствующей нижней частоте и нижним значением затухания на соответствующей верхней частоте. При использовании реального приемника с конечной величиной отношения сигнал/шум на переходной кривой может быть найдена точка перегиба, что несложно сделать путем дифференцирования кривой. В пределах этого практически линейного участка кривой любое изменение частоты приводит к значительному изменению затухания. Поэтому определение измерительных точек, а также измерительных интервалов в пределах этого линейного участка может быть сделано с высокой точностью.

Существует несколько вариантов использования изобретения. Один из них заключается в определении характеристического значения затухания на соответствующей частоте в пределах линейного участка переходной кривой для пустого трубопровода. Для определения количества материала в трубопроводе частота ступенчато увеличивается от нижней начальной частоты, пока измеренное значение затухания не достигнет опорного значения, определенного для пустого трубопровода. Начальная частота должна быть выбрана меньшей или равной самой нижней частоте, до которой может сместиться линейный участок переходной кривой в условиях конкретного использования. Эта начальная частота может быть определена путем вычитания из значения минимальной частоты, соответствующей практически линейному участку переходной кривой, максимального значения Δf, которое может иметь место при типичном максимальном уровне концентрации в условиях применения. Этот сдвиг частоты Δf может быть определен из следующего уравнения: где f₀ - опорная частота, соответствующая пустому трубопроводу или каналу, μ_r - относительная магнитная проницаемость, а ε_r - относительная диэлектрическая постоянная смеси транспортирующего газа и некоторого количества твердого и/или жидкого материала.

Разница частот, соответствующих характеристическому значению затухания в пустом трубопроводе и трубопроводе, заполненном материалом, служит мерой концентрации твердого или жидкого материала в трубопроводе.

Легко понять, что для достижения максимальной чувствительности желательно выбирать опорную точку на самой крутой части переходной кривой, то есть в пределах в основном линейного участка переходной кривой, на котором точка перегиба является наиболее подходящей точкой на кривой.

Для ускорения процесса измерения желательно выбирать неизменным шаг ступенчатого изменения и увеличивать частоту ступенчато, а поиск опорной точки проводить интерполяцией затухания между соседними дискретными значениями. Разница в частоте между опорным значением, соответствующим затуханию в пустом трубопроводе, и значением, соответствующим такому же затуханию в заполненном трубопроводе, представляет собой, как отмечалось выше, меру концентрации твердого или жидкого материала в трубопроводе.

Конечно, также возможно определить опорную точку, используя две отдельные измерительные точки в пределах в основном линейного участка переходной кривой и рассчитать Δf заполненного трубопровода, используя другое характеристическое значение затухания, измеренное на заполненном трубопроводе.

Важным преимуществом описанного способа является то, что к измерительному отрезку, в пределах которого выполняются измерения, не предъявляются жесткие требования в отношении его геометрии, как например цилиндричность трубы или точность соблюдения формы. Для измерений подходит, например, обычная стальная труба, изготовленная с допусками по стандарту DIN. Чувствительность способа измерения даже при использовании подобных стандартных труб оказывается очень высокой и превосходит 1 г материала на 1 м³ транспортирующего газа.

Другое преимущество способа состоит в том, что возбуждение переменных электрических полей осуществляется очень короткими рассогласованными антеннами. Это же относится и к приемным антеннам. Благодаря этому любые изменения формы и длины антенн вследствие абразивного износа не оказывают влияния на точность измерений и замена антенн из-за их эрозии становится не столь необходимой. Кроме этого, для введения подобных коротких антенн в трубопровод не требуется серьезных механических доработок. Предлагаемый способ имеет особенно большие преимущества в случае, если поток содержит шнуры твердого материала или жидкости. Для измерения параметров этих шнуров необходимо использовать две пары антенн, смещенных в азимутальном направлении на 90^o, и произвести измерение переходной кривой и смещения ее почти прямолинейного участка в зависимости от частоты, как это было описано выше.

В одном из возможных вариантов решения такой задачи по очереди производится измерение в направлениях 0 и 90^o и так, как описано выше, определяется сдвиг частоты для каждой отдельной пары антенн (выровненных вдоль оси). Наличие шнуров приведет к возникновению различных сдвигов частоты для различных направлений измерений (0 или 90^o). При усреднении результатов полная измеренная концентрация даст среднюю концентрацию твердого материала по всему поперечному сечению трубопровода.

Способ по изобретению также дает возможность определить расположение и интенсивность шнура в поперечном сечении трубопровода. Для этого два переменных электрических поля, возбуждаемые в двух антеннах, сдвинутых по азимуту на 90^o, имеют одинаковую частоту и постоянный фазовый сдвиг. Определяется сдвиг области частот, соответствующей почти линейному участку переходных кривых для этих переменных электрических полей вдоль измерительных отрезков. Возбуждение обоих полей и измерение сдвигов частоты для них выполняется одновременно. При наложении обоих переменных электрических полей образуется результирующее переменное электрическое поле. Аналогично, результирующий сдвиг области частот, соответствующей почти линейному участку переходной кривой, используется как мера концентрации для результирующего азимутального направления результирующего переменного электрического поля. Путем изменения амплитуд отдельных переменных электрических полей, подводимых к двум смещенным по азимуту на 90^o антеннам, результирующее переменное электрическое поле можно вращать в азимутальном направлении. Желательно поддерживать амплитуду результирующего электрического поля почти постоянной. При выполнении повторных измерений при различных азимутальных ориентациях для результирующего переменного поля будут определены максимальное и минимальное значения сдвига области частот, соответствующей почти линейному участку переходной кривой. При наличии шнура максимальный и минимальный сдвиги частоты должны быть смещены на 90^o по азимуту. Зная азимутальный угол для максимального и минимального сдвигов, можно определить азимутальное расположение шнура. В результате будет получено два возможных значения угла, поскольку электрическое переменное поле симметрично и возможны две интерпретации положения максимума и минимума. Это означает, что ориентация азимутального угла переменного электрического поля при максимальном значении сдвига частоты может выражаться следующей формулой: α_St = α_F+n180° где α_St - азимутальный угол положения шнура,
α_F - азимутальный угол переменного электрического поля, а
n - целое число.

Это означает, что обнаруженный шнур может с равной вероятностью располагаться в одном из двух противоположных квадрантов поперечного сечения.

Отношение сдвигов частоты Δf в минимуме и в максимуме может быть использовано для определения отношения минимальных и максимальных значений напряженности электрического поля, воздействующего на шнур. При известном распределении напряженности переменного электрического поля в поперечном сечении трубопровода может быть определено и радиальное расположение шнура.

Для исключения неопределенности в азимутальном положении шнура необходимо выполнить еще одно измерение, чтобы определить, в какой половине поперечного сечения, верхней или нижней, находится шнур. Согласно изобретению это выполняется путем определения значений переменного тока, наводимого в обеих приемных антеннах, смещенных по азимуту на 90^o. Если принять азимутальную ориентацию передающей антенны за 0^o, тогда в азимутальном положении 180^o будет измерено переменное электрическое поле той же напряженности, но противоположной полярности. В азимутальном положении 90^o при условии, что поперечное сечение заполнено равномерно, напряженность электрического поля, а значит и наведенный электрический ток в антенне, расположенной в этом месте, будут равны нулю. Как только в той половине поперечного сечения, где расположена передающая антенна, появляется шнур, возникает искажение переменного электрического поля, в результате которого в смещенной по азимуту на 90^o приемной антенне будет зарегистрировано электрическое поле противоположной полярности. Это поле наведет электрический ток, имеющий обратную фазу (180^o) относительно переменного тока, возбуждающего передающую антенну. В том случае, если шнур расположен в другой относительно передающей антенны половине поперечного сечения трубопровода, в приемной антенне появится переменный ток, имеющий ту же фазу, что и в передающей антенне. Желательно менять между антеннами функции передачи и приема. Таким образом можно обнаружить шнуры, расположенные вблизи передающей или приемной антенн.

Изобретение также обеспечивает измерение скорости транспортирования переносимого материала. Для этого на двух разнесенных вдоль трубопровода измерительных отрезках производится регистрация изменения во времени плотности переносимого материала, которое возникает из-за турбулентности потока, и с помощью корреляционного фильтра определяется временной сдвиг между этими следами плотности. По этому временному сдвигу и расстоянию между двумя измерительными отрезками может быть вычислена скорость транспортирования переносимого материала. По известным средней концентрации и скорости транспортирования материала может быть рассчитан массовый расход материала.

Способ, соответствующий изобретению, описан на следующем примере осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Перечень чертежей и иных материалов
На фиг.1 представлен отрезок подводящего трубопровода горелки электростанции, работающей на угле.

На фиг. 2 представлена кривая, показывающая зависимость затухания от частоты в области резкого перехода между высоким затуханием и низким затуханием.

На фиг. 3 показано результирующее переменное электрическое поле, если шнур находится в пределах поперечного сечения подводящего трубопровода горелки (азимутальный угол 0^o).

На фиг. 4 показано результирующее переменное электрическое поле, если шнур находится в пределах поперечного сечения подводящего трубопровода горелки (азимутальный угол 90^o).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Задача состоит в том, чтобы внутри трубопровода (трубопровод имеет круглое поперечное сечение с диаметром 500 мм) электростанции, работающей на угле (твердом топливе), измерить количество угольной пыли в транспортирующем воздушном потоке, а также обнаружить шнуры в пределах поперечного сечения трубопровода. Температура трубопровода (волновода) 1 предполагается постоянной. Первые два отверстия в трубе сделаны вдоль ее оси. Расстояние между расположенными вдоль оси отверстиями составляет 1000 мм. В каждом из этих отверстий (50 мм) установлена рассогласованная антенна. Антенны могут быть установлены с помощью обычного коаксиального ввода. Желательно использовать короткие рассогласованные антенны, так как они меньше подвержены механическому износу под действием частиц угля. Кроме этого, механический износ будет в меньшей степени оказывать влияние на электрические характеристики антенн. Первая антенна 2 в потоке воздушно-угольной смеси используется в качестве передающей, а вторая антенна 3 используется как приемная антенна. Для того чтобы не допустить возбуждения в волноводе распространяющихся гармонических волн, каждая антенна снабжена заграждающим фильтром нижних частот, частота среза которого несколько выше частоты отсечки волновода 1.

Для определения параметров измерительного отрезка сначала определяется затухание переменного электрического поля в функции частоты для пустого трубопровода. Для этого в передающей антенне 2 возбуждается переменное электрическое поле, вводимое в волновод 1, а передача этого переменного поля (напряженность переменного поля) в приемную антенну 3 (затухание поля на приемной антенне), расположенную на расстоянии от передающей антенны по оси трубопровода, регистрируется как функция частоты. На фиг.2 показана типичная зависимость, когда затухание резко уменьшается в пределах диапазона 1,3 МГц, причем переходной участок кривой практически линеен. На полученной кривой определяется почти линейный участок переходной кривой между верхним и нижним значениями затухания. Верхнее значение затухания составляет около 45 дБ на нижней граничной частоте 348,5 МГц, а нижнее значение затухания составляет около 20 дБ на верхней граничной частоте около 349,8 МГц. В пределах этого опорного интервала может быть определена точка перегиба на частоте приблизительно 349,3 МГц, которой соответствует величина затухания приблизительно 32 дБ.

В пределах почти линейного участка переходной кривой градиент имеет максимальное значение, благодаря чему небольшие изменения в диэлектрическом заполнении трубопровода при постоянной частоте измерения вызывают значительные изменения в затухании. Абсолютные величины верхнего и нижнего пороговых значений затухания зависят от величины переменного электрического поля, а также от чувствительности приемника. Согласно диаграмме на фиг.2 значение частоты f₀, ниже которой распространение волн невозможно, может составлять около 350 МГц. Эта частота также называется частотой отсечки.

В приведенном примере осуществления изобретения максимальное содержание мелких угольных частиц составляет 1500 г на 1 м³ транспортирующего воздуха. Результирующая диэлектрическая постоянная такой воздушно-угольной смеси ε_r = 1,003. Относительная магнитная проницаемость μ_r приблизительно равна 1. С использованием соотношения рассчитывается соответствующее значение Δf, равное 523 кГц.

Для определения содержания распыленного угля в воздухе с помощью передающей антенны 2 возбуждается переменное электрическое поле с начальной частотой около 347,9 МГц (частота, соответствующая верхнему значению затухания в пустом трубопроводе, минус рассчитанное значение Δf) и определяется затухание поля на измерительном отрезке с помощью приемной антенны 3. Сначала величина затухания будет больше затухания на соответствующем почти линейном опорном участке. Затем частота переменного электрического поля ступенчато увеличивается, пока соответствующие значения затухания не попадут в интервал почти линейного опорного участка. Такая кривая, изображенная на фиг.2 пунктиром, показывает измеренные значения затухания при заполненном трубопроводе. При заполненном трубопроводе на частоте переменного электрического поля, равной 348,2 МГц, измеренное значение затухания составляет 44 дБ. Это значение затухания для заполненного трубопровода лежит в пределах почти линейного опорного интервала. При незаполненном трубопроводе это значение затухания достигается на частоте 348,6 МГц. Это означает, что почти линейный участок кривой затухания для заполненного трубопровода смещен на 0,4 МГц по сравнению с незаполненным (пустым) трубопроводом. При использовании соотношения этот сдвиг по частоте Δf почти линейного участка может быть использован для расчета изменения относительной диэлектрической постоянной ε_r воздушно-угольной смеси и, следовательно, определения концентрации угля в транспортирующем воздухе. В этом случае относительная магнитная проницаемость μ_r приблизительно равна 1. В приведенном примере могут быть определены концентрации до 0,16 г угля на 1 м³ воздуха. Для повышения чувствительности этого способа желательно определить точку перегиба на линейном участке кривой и при определении содержания угля в воздухе проводить изменение частоты до тех пор, пока значение затухания не сравняется со значением затухания в точке перегиба. Повышение чувствительности происходит за счет того, что градиент в пределах линейного участка переходной кривой максимален именно в точке перегиба.

Для ускорения процесса измерений желательно увеличить начальную частоту, равную нижнему значению частоты для полностью заполненного трубопровода, на величину разницы между верхним и нижним пороговыми значениями (в нашем примере это 1,3 МГц). Это гарантирует, что точка измерения, где значение затухания лежит в пределах линейного участка переходной кривой, будет достигнута при минимальном числе измерений. Для найденной точки может быть непосредственно рассчитан сдвиг области частот, соответствующей почти линейному участку переходной кривой, либо с использованием линейного уравнения найдена точка перегиба для определения Δf между заполненным и незаполненным состояниями трубопровода.

Для обнаружения шнуров необходимо в измерительный отрезок подводящего трубопровода 1 горелки установить две дополнительные антенны 4 и 5. Эти антенны (4 и 5) смещены по азимуту относительно антенн 2 и 3 на угол 90^o и установлены относительно друг друга на одной высоте, т.е. по линии, параллельной оси трубопровода. Для того чтобы установить степень заполнения, создаваемого шнуром, обычно определяется диэлектрическое заполнение с использованием антенн 2, 3 и 4, 5, как это описано выше, а также измеряется массовый расход материала путем усреднения результатов измерений для двух направлений. При этом в измерениях правильно учитывается и присутствующий в трубопроводе шнур. В результате усреднения результатов многократно повторенных измерений может быть получено более точное среднее значение, лучше характеризующее действительный массовый расход материала в трубопроводе. Желательно повторять цикл измерений до тех пор, пока изменения результирующего значения при наращивании числа измерений не станут совсем небольшими. Для обнаружения шнуров в антеннах 2 и 4 возбуждаются два переменных электрических поля. Эти электрические поля должны иметь одинаковую частоту и являться синфазными. Наложение этих двух полей в подводящем трубопроводе 1 горелки создает результирующее переменное электрическое поле. С помощью антенн 3 и 5 производится измерение напряженности переменных синфазных электрических полей с одинаковой частотой и определяется затухание результирующего переменного электрического поля вдоль измерительного отрезка. Путем изменения амплитуды переменных синфазных электрических полей, имеющих одинаковую частоту, наложенные друг на друга и смещенные на 90^o электрические поля можно поворачивать по азимуту на угол до 90^o. Если фазу одного из переменных электрических полей в одной из антенн изменить на противоположную, угол поворота результирующего переменного магнитного поля может быть увеличен до 180^o. Например, переменное электрическое поле возбуждается в подводящем трубопроводе 1 горелки диаметром 500 мм с помощью антенн 2 и 4 с ослаблением в +20 дБм (что соответствует передаваемой мощности около 100 мВт). Для того чтобы осуществить азимутальное вращение результирующего поля шагами по 22,5^o путем наложения двух электрических полей, смещенных на 90^o, сигналы в коаксиальных линиях, подводимые к возбуждающим антеннам, должны ослабляться в соответствии с табл.1.

Для каждого указанного азимутального угла результирующего переменного электрического поля производится определение сдвига области частот, соответствующей линейному участку переходной кривой, и расчет заполнения воздушного потока распыленным углем так, как это было описано выше. Соответствующие величины сдвига частоты приведены в табл. 2.

Максимальная величина сдвига частоты имеет место при 90^o. Это означает, что при азимутальном угле в 90^o в поперечном сечении трубопровода имеется шнур. На фиг.3 и 4 изображено результирующее переменное электрическое поле в поперечном сечении подводящего трубопровода 1 горелки с азимутальным углом ориентации 0^o (фиг. 3) и азимутальным углом ориентации 90^o (фиг.4). Радиальное положение шнура может быть определено по соотношению максимального сдвига частоты (максимальная концентрация угля) и минимального сдвига частоты (минимальная концентрация угля). В данном случае это отношение составляет 1: 3, поэтому шнур расположен вблизи стенки трубопровода. Чем ближе величина отношения к 1, тем ближе должен быть расположен шнур к центру поперечного сечения трубопровода. Шнур, расположенный в центре поперечного сечения трубопровода, не может быть обнаружен.

Обнаружение шнура может быть полезным, если шнур не меняет своего положения в пределах поперечного сечения трубопровода и более или менее неподвижен. Можно считать, что в реальных условиях это выполняется, поскольку время измерения составляет несколько миллисекунд. Обычно шнуры обнаруживаются с целью их разрушения в потоке ниже точки измерения. Поэтому интерес представляют только квазистационарные шнуры.

Формула изобретения

1. Способ определения количества твердого и/или жидкого материала, транспортируемого по трубопроводу газообразной средой, заключающийся в том, что поток газообразной среды с транспортируемым материалом пропускают через измерительный отрезок трубопровода, в измерительный отрезок трубопровода вводят электромагнитную энергию и измеряют ее затухание, по которому определяют количество транспортируемого материала, отличающийся тем, что электромагнитную энергию вводят в виде переменного электрического поля, возбуждаемого в первой точке измерительного отрезка на частоте, меньшей частоты отсечки трубопровода, и измеряют напряженность переменного электрического поля во второй точке измерительного отрезка, расположенной на расстоянии от первой точки вдоль оси трубопровода, с определением затухания переменного электрического поля между первой и второй точками, при этом предварительно определяют затухание переменного электрического поля как функцию частоты при отсутствии в измерительном отрезке трубопровода транспортируемого материала или при наличии в измерительном отрезке трубопровода определенного количества транспортируемого материала, определяют в основном линейный участок в пределах наиболее крутой части переходной кривой затухания между верхним пороговым значением затухания с соответствующей ему нижней пороговой частотой и нижним пороговым значением затухания с соответствующей ему верхней пороговой частотой и запоминают этот участок кривой в качестве опорного участка, во время транспортирования твердого и/или жидкого материала определяют сдвиг области частот, соответствующей указанному опорному участку переходной кривой, по этому сдвигу определяют изменение относительной диэлектрической постоянной смеси газообразной среды и транспортируемого ей материала, из которого определяют количество транспортируемого материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменное электрическое поле возбуждают на частоте, смещенной на величину Δƒ, которая представляет собой сдвиг области частот в основном линейного участка переходной кривой затухания при максимальном, по условиям применения, заполнении газообразной среды транспортируемым материалом, рассчитываемое по формуле

,

где f₀ - частота отсечки незаполненного трубопровода или системы труб;

μ_r - относительная магнитная проницаемость;

ε_r - относительная диэлектрическая постоянная смеси газообразной транспортирующей среды и транспортируемого ей количества жидкого и/или твердого материала,

затем измеряют затухание переменного электрического поля посредством приемной антенны и сравнивают измеренное затухание с затуханием, выбранным в качестве опорного на участке между пороговыми значениями затухания, взятыми на стадии предварительного определения затухания переменного электрического поля как функции частоты, затем ступенчато увеличивают измерительную частоту до тех пор, пока измеренное затухание не станет равным выбранному опорному значению затухания, после чего рассчитывают количество транспортируемого материала в измерительном участке трубопровода с использованием разницы в частоте (Δf) между частотой, соответствующей опорному затуханию в пустом трубопроводе в пределах опорного участка измерительной кривой, и частотой, на которой измеряется затухание в заполненном трубопроводе.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что на стадии определения предварительного определения затухания переменного электрического поля как функции частоты находят точку перегиба в пределах в основном линейного участка переходной кривой.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что точку перегиба используют в качестве опорной при определении Δf.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для определения количества транспортируемого материала используют начальную частоту, которая смещена на величину Δf относительно нижней частоты, определенной на стадии предварительного определения затухания переменного электрического поля как функции частоты для опорного участка, причем Δf представляет собой сдвиг области частот, соответствующей почти линейному участку переходной кривой при максимальном содержании транспортируемого материала в трубопроводе, измеренное значение затухания переменного электрического поля сравнивают с опорным участком кривой, затем частоту переменного электрического поля увеличивают на величину максимального различия между верхней и нижней частотами опорного участка переходной кривой, а шаги измерения затухания переменного электрического поля повторяют до тех пор, пока измеренное значение затухания не попадет в интервал между нижним и верхним пороговыми значениями затухания на опорном участке кривой, и после чего определяют количество транспортируемого материала на основании сравнения Δf и разницы между частотой, на которой измерено затухание, и частотой, на которой то же значение затухания на исходном опорном участке переходной кривой измерено в пустом трубопроводе.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что внутри отрезка системы электропроводящих трубопроводов в двух смещенных по азимуту на 90° точках поочередно возбуждают два переменных электрических поля, смещенных по азимуту на 90°, и регистрируют результаты измерений затухания этих переменных электрических полей на заданном расстоянии от указанных точек возбуждения вверх или вниз по потоку посредством двух приемных антенн, смещенных по азимуту относительно друг друга на 90°, каждая из которых установлена с одной из точек возбуждения по линии, параллельной оси трубопровода, после чего определяют количество транспортируемого материала и затем рассчитывают среднее значение на основании отдельных измерений в каждом азимутальном угловом направлении.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что измерения повторяют до тех пор, пока значение рассчитанной на основании всех измерений средней величины не перестанет быть ниже или выше определенного порогового значения при любом новом добавочном измерении в любом направлении.

8. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что внутри отрезка системы электропроводящих трубопроводов в двух смещенных по азимуту на 90° точках на одной частоте одновременно возбуждают два синфазных переменных электрических поля, смещенных по азимуту на угол 90°, регистрируют результаты измерения затухания результирующего поля, полученного наложением упомянутых переменных электрических полей, на заданном расстоянии от указанных точек возбуждения вверх или вниз по потоку посредством двух приемных антенн, смещенных по азимуту относительно друг друга на 90°, каждая из которых установлена с соответствующей ей точкой возбуждения по линии, параллельной оси трубопровода, и затем, посредством наложения двух переменных электрических полей получают результирующее переменное поле с возможностью его вращения по азимуту на угол до 180° посредством изменения амплитуд двух электрических полей, а также посредством изменения на 180° фазы одного из этих переменных электрических полей, далее используют результирующее переменное электрическое поле для расчета количества транспортируемого материала внутри трубопровода, при этом вращают результирующее переменное электрическое поле в азимутальном направлении до тех пор, пока не будут измерены максимальное и минимальное значения количества транспортируемого материала, и из этих значений, а также по их азимутальному положению определяют количество транспортируемого материала в трубопроводе, а также геометрическое положение и плотность имеющегося шнура, с учетом того, что азимутальное положение шнура может быть однозначно определено в диапазоне углов 180°.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что положение шнура определяют в пределах диапазона углов 360°, при этом однозначно определяют положение шнура в диапазоне углов 180°, а затем возбуждают переменное электрическое поле, частота которого соответствует в основном линейному участку переходной кривой, и регистрируют приемной антенной, которая смещена на 90° относительно передающей антенны, после чего однозначно определяют положение шнура с использованием информации о переменном токе, возбуждаемом в приемной антенне, причем при азимутальном положении передающей антенны, соответствующем углу 0°, угловое положение шнура определяют в интервале 90-270°, если переменный ток в передающей антенне и переменный ток в приемной антенне имеют одинаковую фазу, и угловое положение шнура определяют в интервале 270-90°, если переменный ток в передающей антенне и переменный ток в приемной антенне имеют противоположные фазы.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что переменное электрическое поле возбуждают и принимают посредством рассогласованных коротких антенн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6