Емкостной преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ CI V®V

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<1ц800854 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 061278 (21)2692058/18-25 (53)М. Кл Э с присоединением заявки H9 (23) Приоритет—

6 01 и 27/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 300181. Бюллетень 89 4 (33) УДК 543,812 (088.8) Дата опубликования описания 390 1р1 (72) Автор изобретения

С.С. Колотуша

Всесоюз ный научно-исследовательский институт.. аналитического приборостроения (71) Заявитель (54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛБ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургической, энергетической, химической, пищевой и строительной промышленностях в составе уЧтройств для бесконтактного измерения концентрации, скорости и расхода дисперсных материалов, транспортируемых по .трубопроводам.

Известны емкостные преобразователи для измерения параметров измельченных материалов, транспортируемых. потоком воздуха, в которых применяются противолежащие потенциальные и нулевые электроды P1) .

Недостаток данных преобразователей заключается в их низкбй температурной стабильности. Это обусловлено тем, что при нагреве диэлектрической трубы происходит изменение ее размеров вызывающее изменение положения потенциальных электродов относительно нулевых, а также изменение расстояния между каждой парой потенциальных и нулевых электродов. При этом происходит также изменение диэлектрической проницаемости материала трубы и размеров электродов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является емкостный преобразователь, содержа.щий противолежащие винтовые потенциальные и нулевые, электроды,закрепленные на поверхности диэлектричес-, кой трубы 2).

Недостатком этого преобразователя является низкая точность измерения в диапазоне температур вследствие того, что изменение температуры транспортируемого потока или окружающей среды вйзывает изменение диэлектрической проницаемости материала трубы и взаимного положения каждой пары винтовых потенциальных и нулевых электродов друг относительно друга.

При этом определяющую величину в изменение начальной емкости преобразователя вносит изменение положения винтовых нулевых электродов относитеЛьно потенциальных. Это вызвано тем, что нулевые электроды расположены в зазоре между потенциальными электродами, вследствие чего значительная часть электрического поля потенциальных электродов замыкается на нулевых электродах. Таким образом, начальная емкость реобразователя весьма чувствительна к сме-

800854 щению положения нулевых электродов относительно потенциальных.

Формирование компенсационного сигнала креплением на поверхности потенциальных измерительных электродов компенсационного электрода невинтовой формы через диэлектричес-. кую прокладку неэффективно, так как компенсационный сигнал не содержит информации о смещении нулещях электродов относительно потен.-. циальных учитывая, что коэффициент линейного расширения фторопласта имеет нелинейную зависимость по температуре, а температура диэлектрической трубы и фторопластовой прокладки отличаются между собой вследствие различия их тепловых режимов при нагреве высокотемператур ным потоком,, изменение рабочей емкости не может происходить по закону изменения емкости компенсационного электрода.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров высокотемпературного потока.

Поставленная цель достигается тем, что потенциальный электрод

BHBoJlHQH по крайней мере,из двух изолированных частей, причем по длине одной из них в диэлектрической трубе установлен цилиндрический нулевой электрод, экранирующий электрическое поле, потенциальных электродов.

На фиг. 1 схематически изображен емкостной преобразователь; на фиг. 2 — разрез А;А на фиг.1.

Емкостной преобразователь содержит закрепленные на диэлектрической трубе 1 и заключенные в металлический экран (на чертежах не показан) противолежащие винтовые электроды

2 и 3 нулевого потенциала, между которыми установлены винтовые потенциальные электроды 4-6. Электроды

2-6 представляют собой части металлической трубы, разделенные винтовыми спиральными зазорами, проекции образующих которых на плоскость касательную к их цилиндрической поверхности представляют собой участки синусоидальиых кривых. Винтовые потенциальные электроды 4 и 5 закреплены на одну сторону диэлектрической трубы 1, а винтовой потенциальный электрод б — с ее противоположной стороны. Все винтовые потенциальные электроды 4 — б. выполнены равными по ширине. Длина электродов

4 и 5 подбирается Из условий равенства емкостей между электродами 4, б и 5,6, при закреплении по длине винтового потенциального электрода

5 в диэлектрической трубе 1,. цилиндрического электрода 7 нулевого потенциала. Цилиндрический электрод

7 нулевого потенциала полностью экранирует электрическое поле вин овосвязью смежных плеч (на чертежах не показан). Включенные в смежные плечи моста начальные емкости между электродами 4, 6 и 5 6 скомпенсированы элементами настройки моста при отсутствии частиц в емкостном преобразователе. Емкостный преобра15 зователь монтируется в трубопроводе, по которому транспортируются частицы. еО конструкции и достигается линейность расходной характерис65 тики.

30 го потенциального электрода 5 н частично экранирует электрическое поле винтового потенциального электрода б

Емкости между электродами 4, 6 и 5, б включены на вход дифференциального измерителя емкости, выполненного, например, в виде моста переменного тока с тесной индуктивной

При подаче напряжения на потенциальные электроды 4-6 и отсутствии между ними электродов 2 и 3 нулевого потенциала в рабочем объеме диэлектрической трубы 1 создается неравномерное электрическое поле, напряженность которого увеличивается к оси рабочего объема. Наличие области повышенной напряженности определяется вогнутой формой и постоянным соотношением ширины винтовых потенциальных электродов 4-6.

Для создания равномерного электрического поля в зазоре между потенциальными винтовыми электродами 4-6 установлены винтовые нулевые низкопотенциальные электроды 2 и 3. При этом электрическое поле выравнивается в поперечном сечении рабочего объема диэлектрической трубы 1.

Это обусловлено тем, что часть электрического поля, замыкаясь на поверхности электродов нулевого потенциала 2 и 3, уменьшает свою напряженность по оси рабочего объема.

Тем саьым достигается равномерность электрического поля в каждом поперечном сечении по высоте диэлектрической трубы 1. Так как нулевые электроды 2 и 3 воспроизводят по конфигурации изменение зазора по высоте преобразователя, равномерное электрическое поле создается внутри всего рабочего объема диэлектрической трубы 1. В связи с этим прохождение равной массы частиц материала через любую точку ее поперечного сечения вызывает одинаковые приращения емкости преобразователя, в результате чего достигается независимость чувствительности (коэффициента преобразования) от места прохождения частиц материала по сечению диэлектрической трубы 1. Тем самым практически исключается погрешность, возникающая за счет неравномерности электрического поля в преобразователях такой

800854

Формула изобретения

1. Авторское свидетельство СССР

9 441501е KJ1 ° G 01 N 27/22, 1974 °

2..Авторское свидетельство СССР 9 523340, кл. G 01 и 27/22, 1976 (прототип).

Достигнутая равномерность электрического поля дает возможность производить.градуировку преобразователя не только с помощью образцовых аэро,золбных потоков, создание которых . представляет сложную техническую задачу, но и с помощъю сосредоточенных масс контролируемого дисперсного материала, помещаемых в рабочий объем преобразователя в статическом положении.

При увеличении температуры двухфазного потока и окружакщей среды происходит нагрев диэлектрической .трубы 1 с винтовыми электродами 2-6.

Начальная емкость между электродами

4 и б состоит, в основном, из трех составляющих. Первая составляющая определяется расходом частиц через преобразователь, поскольку электрическое поле между электродами 4 и 6 проникает через рабочий объем диэлект-20 рической трубы 1. Вторая составляющая определяется, изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку электрическое поле потенциальных электродов 4 и 6 проникает в ра- 25 бочий объем через стенку диэлектрической трубы 1. Третья составляющая начальной емкости определяется размещением нулевых электродов 2 и 3 между потенциальными электродами 4 и 6, по- yg скольку электрическое поле потенциальных электродов 4 и 6 частично замыкается на поверхности винтовых нулевых электродов 2 и 3.

Изменение трех указанных составляющих при нагреве преобразователя транспортирующими частицами определяет формирование емкостного измерительного сигнала.

Начальная емкость электродов 5 и 6 состоит из двух последних состав- 40 ляющих. Первая составляющая определяется изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку электрическое поле между потенциальными электродами 5 и 6 45 проникает на глубину, равную толщине стенки диэлектрической трубы 1.Это обусловлено тем, что глубина проникновения электрического поля между электродами 5 и б ограничивается цилинд- gg рическим нулевым электродом 7. Вторая составляющая определяется размещением винтовых нулевых электродов 2 и 3 .между потенциальными электродами 5 и б.

Это обусловлено тем, что часть электрического поля потенциальных электродов 5 и б замыкается на поверхности винтовых электродов нулевого потенциала 2 и 3. Изменение указанных составляющих емкости при нагреве опре деляет формирование емкостного компейсационного сигнала.

Повышение температуры диэлектрической трубы 1 приводит к изменению ее геометрических размеров и вызывает смещение винтовых нулевых электродов

2 и 3 относительно потенциальных электродов 4-6. Так как винтовые потенциальные электроды 4 - 6 размещены между винтовыми нулевыми электродами

2 и 3, а электрические поля между ,электродами 4 — б взаимодействуют со стенкой диэлектрической трубы 1, изменение емкостного компенсационного сигнала происходит по закону изменения емкостного измерительного cHF нала. При этом определяющую величину в формирование измерительного и ком- . пенсационного сигнала ВНосНТ относительное смещение винтовых нулевых электродов 2 и 3 относительно винтовых потенциальных электродов 4-6, так как коэффициент линейного расшире ния диэлектрической трубы 1 на порядок превьнаает коэффициент линейного расширения металла электродов 2-6.

Так как еякости между электродами

4, 6 и 5, б включены в смежные плечи мостовой измерительной схемы (на чертежах не показана), происходят непрерывная автоматическая компенсация температурных изменений емкост.ного измерительного сигнала, обуслов; ,ленных относительным смещением винто вых электродов 2-6 и изменением диэлектрической проницаемости материа-. ла трубы 1

Емкостной преобразователь, содержащий потенциальные и нулевые электроды, закрепленные на дизлектрическбй трубе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ,измерения путем температуркой компенсации преобразователя, потенциальный электрод выполнен, по крайней мере, из двух изолированных частей, по длине одной из которых в диэлектричес-, кой. трубе установлен цилиндрический нулевой электрод так, что он образует экран потенциальных электродов со стороны рабочего объема преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

800854

Фие, 1

Ю

Pve. 2

Составитель A. Платова

Техред М. Голинка

Редактор И.Михеева

Корректор Н.Григорук

Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная, 4

Эаказ 10409/58 Тира 918

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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