Устройство для определения параметров электропроводного взвешенного слоя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТ,ЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.11.80 (21) 2999826/18-25 1511М. Кп.з с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

G N 27/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 543.275 (088.8) Опубликовано 07.0882. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 07. 08. 82 (72) Авторы изобретения

Ф.Н.Луцко и В.А;Жуков

Опытное конструкторско-техноло Кристалл с опытным произво технологического институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам по определению параметров взвешенных слоев.

Известно устройство, содержащее вертикальный ряд изолированных, плотно прилегающих друг .к другу электродов, диаметром 0,2-0,3 мм с. неизолированными торцевыми частями, смещенными друг относительно друга, причем расстояние между верхним и нижним электродами перекрывает возможные колебания уровня, быстродействующий коммутатор, предварительный усилитель и два шлейфовых гальванометра причем электроды с неизо лированными торцевыми частями через коммутатор, предварительный усилитель и один из шлейфовых гальванометров соединены с землей (металлический корпус пенного аппарата заземлен), а другой шлейфовый гальва нометр имеет вспомогательную электрическую связь с быстродействующим коммутатором $1).

Однако известное устройство требует ручной обработки осциллограмм, так как только один сигнал с самого верхнего электрода несет информацию о высоте слоя в данный момент и автоматизировать обработку непосредственных сигналов можно только с помощью мощной ЭЦВМ. Кроме того,, устройство не дает непрерывного сигнала, требует коммутации и нуждается в подгонке электродов к зоне колебаний высоты слоя, а также позволяет определять лишь один периметр слоя периодически за некоторое время набора статистических данных.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения параметров электропроводного взвешенного слоя, содержащее градиентную цепь с последовательно включенными. парой треугольных электродов, вершины которых направлены на дно слоя с измерителем и источником тока, и неградиентиую цепь с последовательно отключенными парой стержневых элек-. тродов с измерителями и источником тока, причем. источники тока стабилизированы по напряжению, а обе пары

2з электродов установлены вертикально внутри слоя с высотой, превышающей высоту слоя и выполнены сплошными (2).

Недостатком известного устройства

30 является пРисущее ему противоречие

949466 между повышением точности устройства с увеличением угла треугольного электрода, лежащего на дне слоя, и одновременным уменьшением точности в результате затрудненного сообщения межэлектродного пространства с остальным объемом слоя и возникающего искажения структуры, а также противоречие между повышением точности устройства при уменьшении межэлектрод. ного расстояния (связанного с увели- 10 чением градиента) и соответствующим искажением структуры слоя между электродами. . Кроме того, для нахождения высоты слоя Н в среде иной электропровод-15 ности требуется переградуировка.

Целью изобретения является повышение точности и достижение инвариантности (независимости) при измерениях высоты слоя в различных средах. 20

Цель достигается тем, что в устройстве для определения параметров. электропроводного взвешенного слоя, содержащем градиентную цепь с последовательно включенными парой треугольных электродов, вершины которых направлены на дно слон, с измерителем и источником тока, и неградиентную цепь с последовательно включенными парой стержневых электродов 3у» с измерителем и источником тока, причем источники тока стабилизированы по напряжению, а обе пары электродов установлены вертикально внутри слоя с высотой, превышающей высоту слоя, и выполнены сплошными, электроды в каждой паре выполнены плоскими, снабжены системой сквозных каналов и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, которое в 2040 раз меньше их средней ширины и запьлнено плоскими, элементами, выполненными из несмачиваемого изоляционного материала с системой сквозных каналов, сечение которых в 520 раз больше, чем у электродов. 45

Устройство состоит из градиентной цепи, которая содержит последовательно включенные лару треугольных электродов 1, имеющих вершины на дне слоя, измеритель 2 тока, источник 3 тока, а также из неградиентной цепи, которая содержит последовательно включенные пару стержневых электродов 4, выполненных в виде плоских прямоугольников, измеритель 5 тока, источник 6 тока.

Углы при вершинах треугольных о электродов составляют 30-60

Причем к измерителям тока параллельно подключены конденсаторы емкос- 50 тью (3-7} 10 мкФ.

На фиг.1 изображена общая схема устройства1 на фиг.2 — узел E на ьиг.1.

Источники тока 3 и 6 стабилизированы по напряжению, что позволяет

Избежать искажений за счет падения напряжения в цепи. Конденсаторы 7 и

8 шунтируют измерители 2 и 5 тока.

Углы при вершинах пары треугольных электродов 1 которые расположены

У

Ь на дне слоя, составляют 30-60 . Обе пары, электродов 1 и 4.выполнены из одного материала, например стали, и содержат систему сквозных каналов

9 (например сетчатой структуры), а также имеют одинаковое расстояние между электродами 10, которое в 2040 раз меньше средней ширины пар электродов 1 и 4.

Расстояние между электродами 10 заполнено плоскими элементами 11 и

12, которые выполнены из несмачиваемого средой изоляционного материала (для водных электролитов, например капрон). Плоские элементы имеют систему сквозных каналов 13, причем сечение сквозных каналов в элементах в 5-20 раз больше, чем у электродов.

Устройс во работает следующим обр аз ом.

При пропускании газа снизу вверх сквозь слой первоначально сплошной среды (например электропроводной жидкости) высотой Ь, с скоростью

Иг при помощи газораспределитель- . ной решетки, внутри него образуются газовые пустоты, за счет которых высота газожидкостного слоя возрастает и составляет величину Н.

При этом электропроводная среда замыкает часть площади изолированных друг от друга электродов в паре треугольных 1 и прямоугольных 4 электродов.

Как в градиентной цепи, так и в неградиентной цепи под действием электрического поля источников тока, соответственно 3 и 6, возникают электрические токи, которые измеряются с помощью измерителей 2 и 5 тока (например миллиамперметров) . По величине этих токов измеряют объем жидкости во взвешенном слое, отнесенный к площади его горизонтального сечения,,т.е. высоту h<, интегральную потенциальную энергию взвешенной среды Е„, высоту центра тяжести слоя Ьцт, высоту слоя Н, абсолютное и относительное У„ газо. содержание.

Для выравнивания, усреднения значений токов во времени, в .устройстве параллельно измерителям 2 и 5 тока подсоединены электрические конденсаторы. Испытания, проведенные в пенном аппарате сечением 0,26 :0,125 м при скоростях газа 0,5-3 м/с, и высотах слоя Н 0,1-0,5 м, показали, что для различных условий оптималь949466

При выполнении плоскими, прямоугольной формы и из того же материа- Я) ла, что и треугольные, и обеспечении равных расстояниЯ между электродами в обеих парах, по отношению тока градиентной цепи к току неградиентной можно определить высоту слоя, При 65

Таким .образом, устройство, в котором выполнено указаннОе соотношени элементов, может быть использовано для измерения уровня (и высоты) не только взвешенных газом слоев жидным является емкость конденсаторов (3-7), 10э мкф

В экспериментах по подбору наилучшего угла при вершинах треугольных электродов и расстояния между электродами было установлено, что 5 оба пути повышения .точности устройства (за счет увеличения градиента и уменьшения расстояния между электродами) можно совместить и добиться повышения точности, если электроды 1() выполнить проницаемыми для электропроводной плотной среды и газа снабдив их системой сквозных каналов 9 (например, изготовив электроды из металлической сетки). ) Г

Благодаря такому решению устраняется затрудненность в сообщении межэлектродного пространства и всего объема взвешенного слоя, что обеспечивает сохранение реальной структу 20 ры слоя в межэлектродном пространстве и, следовательно, повышение точности измерений. Оптимальным являет ся угол при вершине треугольного электрода 30-60, лежащий на дне слоя, и расстояние между электродами, которое в 20-40 раз меньше, чем их средняя ширина.

Уменьшение расстояния между электродами позволяет сократить потерю в величине градиента, который задается геометрической формой электрода, т.е. описанным углом треугольника, в результате рассеивания тока.

Сближение электродов в парах вызывает опасность короткого замыкания в, измерительных цепях и, помимо этого, большое значение приобретает точное выдерживание расстояния между электродами по всеЯ их площади, в противном случае возника- 4Q ют погрешности в градиенте, которые могут заметно влиять на точность измерений.

Установлено, что техническое противоречие устраняется, если меж- 45 ду проницаемыми электродами разместить плоские элементы (благодаря которым обеспечивается точное выдерживание расстояния), которые выполнены из несмачиваемого средой материала, (что препятствует образованию ложных цепей между электродами). Эти элементы снабжены также системой сквозных. каналов, причем лишь элементы, сечение каналов которых в 5-20 раз больше, чем у элект родов, отвечают предъявляемым требо ваниям. такой взаимосвязи элементов отношение токов между плоскими электродами строго пропорционально отношению их смоченных площадей. Рассмотрим фиг.l

На фиг.l выделены треугольная и прямоугольная части электродов, погруженные в смесь. Площадь этих фигур определяется выражениями 1 и 2, соответственно, а отношение площадей — уравнением 3.

Кмh

А 2 (li

s,= к )i; (2) =Бд fs =- — = —. h = zh, (3)

К h K р 2К ) 2К где Бд, Бр — геометрйческие площади, соответственно, частей треугольного и прямоугольного электродов, погруженных в слой (м ; h †-,, высота слоя (м), как это видно. из обозначений н а фиг. 1; К < — отношение величины основания всего треугольного электрода 1 к его высоте (ширина Ь основания заштрихованного треугольника есть величина переменная, b=K„ h, т.е. ширина Ь линейно зависит от высоты слоя.

Коэффициент линейной зависимости и составляет К,.как это обозначено на фиг.l. К, — ширина прямоугольного электрода как показано на.фиг.lвеличина постоянная, не зависящая от высоты слоя; К =К„ /2К вЂ” результирующий коэффициент в (3) — формуле для расчета отношения площадей треугольника и прямоугольника И,, Соотношение для М соответствует более наглядному геометрическому. подходу к объяснению принципа действия устройства при измерении главного параметра — высоты слоя. Токи в каждой из пар параллельных электродов пропорциональны их смоченным площадям, поэтому отношение токов будет равно отношению площадей.

Видно, что ширина треугольника— величина переменная и линейно зависит от высоты, поэтому величина смоченной площади треугольника, обозначенная. штриховкой, находится интегрированием Ь (h) по высоте.

Ширина прямоугольника не зависит от высоты. Простые преобразования приводят к уравнению (3). Таким образом, коэффициент К можно легко определить еще на стадии изготовления пар электродов, и он останется для них постоянным, так как все остальные сомножители,в частности электропроводность среды, сократятся. Отношение токов будет равно к.h

949466 кости, но и для сплошных жидких слоев самой разнообразной электропроводности. Устройство пригодно для применения его и как во взвешенных газом слоях твердых электропроводных частиц, так и в сплошных зер- 5 нистых слоях, где оно может получить самое широкое распространение в народном хозяйстве. Особый интерес может вызвать качественно новая, неожиданная способность находить с 10 помощью этого устройства не только высоту сплошного слоя порошка или зерен, но и их влажность, поскольку зная величину тока через прямоугольные электроды, и высоту слоя,- можно определить удельный ток, который пропорционален влажности материала. Это свойство с учетом простоты устройства, его изготовления и эксплуатации может получить широкое распрост- 20 ранение в сельском хозяйстве и проьыаленности.

Формула изобретения

1 . Устройство для определения параметров электропроводного взвешенного слоя,. содержащее градиентную цепь с последовательно включенными парой треугольных электродов, вершины которых направлены на дно слоя, с измерителем тока и источником тока, и неградиентную цепь с последовательно включенными парой стержневых электродов с измерителем и источником тока, причем источники тока стабилизированы по напряжению, а обе пары электродов установлены вертикально внутри слоя.с высотой, превышающей высоту слоя, и выполнены сплошными, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что., с целью повышения точности и достижения инвариантности при измерении высоты слоя в различных средах, электроды в каждой паре выполнены плоскими, снабжены системой сквозных каналов и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, которое в 20-40 раз меньше их средней ширины и заполнено плоскими элементами, выполненными из несмачиваемого изоляционного материала с системой сквозных каналов, сечение которых в 5-20 раз больше, чем у электродов. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что углы при вершинах треугольных электродов составляют 30-60 °

3. Устройство по п.1, о т.л ич а ю щ е е с я тем, что к измерителям тока параллельно подключены конденсаторы емкостью (3-7}-10 мкФ.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тарат Э.Я., Березин Р.В., Туболкин A.Ô. и др. Новые измерения высоты газожидкостного слоя в пенном аппарате с переливом пены .

ЖПХ 1977 т, 50 Р 1, с. 80-84.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2760736, кл. 6 01 Н, 1979 (прототип).

949466

Срставитель Н.Проскурина

Редактор A.màíäîð Техред Т.Маточка Корректор С.Шекмар

Заказ 5735/30 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная 4