Емкостной концентратомер

 

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п}7897 1 9 (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(22) Заявлено 28.02.79 (21) 2730316/18-25 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 231280 Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 26,12,80 (51)М. Кл.

G 01 N 27/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 551.508. 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.А.Новосельский и Е.С.Свистунова

Ташкентский политехнический институт им. Беруни (71) Заяви ель

-.. ««,l (54) ЕМКОСТНСЙ КОНЦЕНТРАТОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения объемного содержания компонентов в двухфазных жидких средах.

Известны емкостные концентраторы для измерения объемного содержания компонентов в жидких средах, содержащие емкостный датчик, рабочий и опорный генераторы, усилитель и индикатор, блок статистической обработки информации (1).

Недостатком устройств является неспособность измерять объемное содержание компонентов в двухфазных жидких средах с границей раздела фаз. 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является концентратомер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде диэлектрического основания, на котором уста- 20

" новлены три плоскопараллельных электрода и измерительную схему 21 .

Недостатком данного устройства является необходимость разделения перед измерением водонефтяной эмульсии на свободные нефть и воду. Как было указано ранее, с этой целью к электродам датчика прикладывается высоковольтное градиентное импульсное поле. Такой способ требует исполь- 30 зования дополнительных источников энергии. Отсутствие непрерывности измерения является также большим недостатком способа и устройства для его реализации.

Цель изобретения — обеспечение непрерывности измерения за счет исключения из процесса измерения предварительного разделения дисперсной фазы на свободные компоненты с помощью градиентного высоковольтного импульсного поля и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостном концентратомере два плоскопараллельных электрода профилированы идентично и закреплены в общем корпусе инверсно друг другу относительно горизонтальной оси и расположены на равном расстоянии от третьего электрода, выполненного в виде экрана, а на общем основании закреплены дополнительно еще два плоских электрода.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства1 на фиг.2а и б, — конструкция датчика;на фиг.3 график шкалы концентратомера.

Предлагаемое устройство содержит погружаеьый в контролируемую среду

789719 датчик 1, два равновеликих конденсатора С2 и СЗ датчика 1, включенные в канал измерения положения гранйцы раздела фаз, конденсатор С4> закрепленный в корпусе датчика 1 и включенный в канал измерения объемного содержания компонентов в дисперсной фазе, генератор 5 высокой частоты, питающий конденсаторы, два диодных, встречно-включенных детекторных устройства б и 7 в канале измерения уровня для выпрямления высокочастотных токов конденсаторов С2 и

СЗ датчика 1, регистрирующее устройство 8 в канале измерения уровня, детекторное устройство 9 в канале измерения концентрации компонентов в дисперсной фазе, регистрирующее устройство 10 в канале измерения концентрации компонентов, источник 11 постоянного напряжения для питания измерительной схемы.

Конденсаторы С и СЗ образованы тремя плоскопараллельными пластинами 12-14, а конденсатор С4 образо ван плоскими пластинами 15 и 16.

Пластины 12 и 14, являясь равновеликими, имеют одинаково профилированные грани и закрепляются в общем корпусе 17 инверсно друг другу относительно горизонтальной оси симметрии. Пластина 13, установленная посредине между пластинами 12 и 14, выполнена в виде экрана и является общим электродом конденсаторов

С2 и СЗ, образованных соответственно парами электродов 12 и 13,13 и

14, конденсаторы С2 и СЗ являются равновеликими. Такая конструкция датчика обеспечивает измерение положения границы раздела сред с исключением влияния начальной емкости (емкости датчика, заполненного одной средой).

Характеристики конденсаторов имеют вид

C ® Еьи) +Со<, (1) где С2 — емкость конденсатора, заполненного контролируемой средой

СЗ вЂ” емкость конденсатора СЗ, заполненного контролируемой средой;

Х, и К вЂ” конструктивные коэффициен2 ты конденсаторов соответственно;

h — положение границы раздела фаз, — диэлектрические проницаеЬ . -ьм мости свободной фазы и смеси, разделенных границей раздела

%g> о4- емкости конденсаторов при

h=0.

В силу равновеликости конденсаторов С2 и СЗ, Со2=СдЗПоэтому, при включении в разно."гную схему двух конденсаторов датчика, выходная характеристика имеет вид

С -С = (К„-К КЕ -C ) Ф,=К(Е -Е ) Ь, l(3)

3 где K = K -K>.

Характеристика конденсатора С4 записывается

30 С4 "З(Е Есм) * (4) где С4 — емкость конденсатора канала измерения объемной концентрации, 35 К вЂ” конструктивный коэффициент, зависящий от конструкции конденсатора, Е м — диэлектрическая проницаемость смеси; рабочая длина электродов конденсатора, — положение границы раздела °

Как видно из этой характеристики по известному положению границы раздела .Ь и измеренному значению

25 емкости конденсатора 4 можно определить Š— диэлектрическую проницаемость смеси, т.е. дисперсной фазы. Диэлектрическая проницаемость смеси также вычисляется по известнор0 му из электродинамики соотношению, связывающему концентрации -компонентов с их диэлектрическими проницаемостями, т.е. (5)

35 где (см — диэлектрическая проницае40 . мость смеси; концентрация компонентов смеси;

D„ — плотность компонентов;

Š— диэлектрическая проницае45 мость компоненты.

Из соотношения (5) видно, что, определив диэлектрическую проницаемость смеси, не трудно вычислить концентрацию компонентов.

Концентратомер работает следующим образом. На емкостный датчик 1, погруженный в контролируемую среду и содержащий два равновеликих, с плоскопараллельными электродами конденсатора С2 и СЗ, но с различной геометрией электродов, и один дополнительный конденсатор С4, подается напряжение с генератора 5 высокой частоты. Ток, протекающий В измерительной цепи уровнемера, после кон40 денсаторов С2 и С3 выпрямляется двумя включенными диодными детекторными устройствами б и 7. За счет встречного включения детекторных устройств б и 7 на ре55 гистрирующее устройство уровнеме789719 ра 8 поступает ток, пропордиональныи измерению разности емкостей С2 и СЗ.

Ток, текущий на регистрирующее устройство уроннемера, описывается соотношением ь см) 6)

Ток,протекающий через дополнительный конденсатор С4 питаемый напряжением высокой частоты, выпрямляется детекторным устройством 9 и поступает на регистрирующее устройстно 10, проградуированное в единицах объемного содержания компонентов в дисперсной среде.

Этот ток дается соотношением

) =()ь хМЕь . Ð + Ч) где J — ток н цепи измерения уров4 ня;

U,„- выходное напряжение генератора;

6 иРсц — диэлектрические проницаемости свободной и дисперсной фаз соответственно, К,А К вЂ” коэффициенты пропорциональности, зависящие от конструкции датчика;

3 — высота электродов датчика; положение границы раздела фаз.

Таким образом, по измеряемым двум величинам — положению границы раздела фаз и объемному содержанию компонентов в дисперсной фазе — находится распределение объемного содержания компонентов в двухфазной среде с границей раздела фаз (свободная фаза-дисперсия, раствор).

В качестве шкалы концентратомера используется заранее построенная гомограмма (фиг.3). Номограмма построена в относительных единицах следующим образом. По оси ординат вверх отложены значения емкости конденсатора. По оси абсцисс отложены значения положения границы раздела (свободная фаза — дисперсия, раствор)

Ь/6 в относительных единицах, где рабочая нысота элетродов конденсатора преобразователя.

В системе координат (С4,%/6 ) построено семейство характеристик

C4=f(h)t) при Е =const, Е „ =const по уравнению (4). Диэлектрическая проницаемость дисперсной фазы Ecg вычисляется по соотношению (5) для известных E.„

Справа, параллельно оси.ординат, построена дополнительная ось, на которой отложены значения концентрации b) компонентов в дисперсной фазе, расчитанные по соотношению (5) и общая объемная концентрация компонентов М, рассчитанная по следующему очевидно у соотношению

Ф (8)

>g = — + (8- — ) 4) „

В

По оси ординат нниэ отложены значения /АС/от ед. вычисленные по сот-. ношению (3). В системе координат

ЬС=Г(h/f) построены соответствующие 0 графики, при jE. q E. во вв, при

СЬ

h/К=О и при h/6 0. Измерив C4 =f (h/Ф) находим точки СН и С „ . Точка С соответствует концентрации диспврсной фазы У . Эная концентрацию 5 дисперсной фазы ш„.,т.е. Е,М по графикуАС=Г(h/Й) для известного м или по графику C4=f (h/Ô) для того же находим положения h/ Й. Емкость при известном ГСщ и h соответствует щ общей концентрации компонентов ч

При этом конструкция концентратомера для измерения положения границы раздела фаз обеспечивает его иннариантность к начальному значению емкостей конденсаторов датчика, что существенно понышает точность измерения.

Обеспечение непрерыВности измерения делает возможным использование концентратомера в системах антоматического регулирования соответствующих технологических процессов.

Формула изобретения

Емкостной концентратомер. для измерения объемного содержания компонентов в двухфазных жидких средах, 40 содержащий емкостной датчик, выполненный в виде диэлектрического основания, на котором установлены три плоскопараллельных электрода и измерительную схему, о т л и ч а ю4$ щ и Й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, два плоскопараллельных электрода профилированы идентично и закреплены в общем корпусе инверсно

gp друг другу относительно горизонтальной оси и расположены на равном расстоянии от третьего электрода, выполненного в.виде экрана, а на общем основании закреплены дополнительно еще два плоских электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

Р 220578, кл. G 81 N 27/22, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР

Щ Р 337708, кл. G 01 N 27/22, 1972 (прототип).

789719 сн

У,4

Составитель A. Платова

Редактор Л.Кеви Техред М.Кузьма Корректор И.Муска

Заказ 90 3 3 Тираж 1019 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4