SU525010A1 - Device for measuring the continuity of fluid flow - Google Patents

Description

образом, по изменению резонансной частот контура можно судить о средней диэлектрической проницаемости, т.е. о сплошности измер емой среды. При такой конструкции чувствительного элемента получение равномерной плотности энергии электрического пол  в мерном объ ме трубопровода  вл етс  трудной задачей, котора  решаетс  полуэмпирически, специально подобранньш распределением отрезко длинной линии в мерном объеме трубопровода . Нарушение этого распределени  за сче провисани  отрезков в объеме или технологических неточностей может привести к искажению однородности пол  и к увеличению методической погрешности. Трудно обе печить воспроизводимость такого подобранного распределени  от одного чувствительного элемента к другому. Дл  более точно го закреплени  отрезков линии в объеме пр ходитс  устанавливать специальные пилоны которые создают дополнительное сопротив- .joHJie дл  протекающей жидкости. того. в таком чувствительном у ;гге возбуждаетс  сто ча  электро- ;.гн::Т: - волна, следствием чего  вл етс  неоднори,цносУ1Ь электромагнитного пол  вдоль линии, г.стпжение относительной однородности электромагнитного по.ч  требует размещени  в wepHoiv/ ибьеме большого чис ла отрезков линии, что /.: всегда возможно 13 конструктивных условий. Размещение ДЛИН - . внутри трубопроводз приво . к возмущению первоначального потока жидкости. С целью повышени  точности контрол  объема газовой фары в потоке и уменьшен BO3Myjju.Truyi потока жидкости в предлагае .;Г1м ycxpoiicTBe чувствительный элемент а лполБек в виде спиральной линии ,.дер/кки в экране с попоречными :,;-Ор(И ,л; и поvieuioH f-i iiSi.i. :: ;;:.:гг;-гоч о. ои широкололосiioi-o ус.):;;те.1и, ь:р;Г;-:,; дл  со./,ц;1{ИГ p3;jномернсго йчгкг;.;; :vCAL ro ПОЛЯ внутри спир лн сг:,. ,,:v;;:;; ,: аадррй-;К1т выполнена с VCJiOI3i:s С г -f Ъ) - S 0,5 : боП:це;- ;п,)й параметр спирали; Л- длина волнь; генераруемых колебаний; И - шаг спирали. На фиг. 1 изображена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2спиральна  лини  задержки в экране с поперечными ребрами, сбщий вид; на фиг. 3график зависимости частоты енерации от сплошности измер емых сред. Устройство дл  измерени  сплошности потока жидкости (см. фиг.1) представл ет собой генератор электромагнитных колебаний и содержит широкополосный усилитель 1 и чувствительный элемент 2, включенный в цепь обратной св зи усилител . В качестве широкополосного усилител  используетс  R С-усилитель с глубокой отрицательной обратной св зью по посто нному току. Чувствительный элемент 2 (см. фиг. 2) выполнен в виде спиральной линии задержки в экране с поперечными ребрами и состоит из внутреннего проводника свернутого в спираль 3, экрана с поперечными ребрами 4 итрубы 5 дл  протекающей жидкости. Труба изготавливаетс  из такого диэлектрического материала, как, например, фторопласт. Спираль может помещатьс  как снаружи трубы, так и внутри . Диэлектрик может заполн ть весь объем между ребрами, спиралью и экраном. Выбор такой конструкции чувствительного элемента обусловлен тем, что при выполнении услови  ,f внутри спирали создаетс  достаточно равномерное электрическое поле. Применение экрана с поперечными ребрами позвол ет повысить плотность энергии электромагнитного пол  внутри спирали , т.е. обеспечивает необходимую чувствительность всего устройства. Кроме того, изличи-:- экрана и расположенных близко к С тирали ребер позвол ет согласовать чувствительный элемент с соединительными кабел ми , которые, в свою очередь, согласованы со входом и выходом широкополосного усилител . При этом во всей цепи обратной св зи создаетс  режим бегущей электромагнитной волны. Дл  того, чтобы широкополосный усилитель с помощью цепи обратной св зи превратить в генератор, на входе усилител  надо обеспечить услови  баланса фаз и баланса амплитуд .c.i « cPo-c.l угол сдвига по фазе между сигналами на входе и выходе усилител ; SQJ. -угол сдвига по фазе между сигналами на входе и выходе цепи обратной св зи; п - натуральное число; К (, - коэффициент . ени  усилител ; Р JJ -коэффициент передачи цепи обратной св зи. Условие балансе амплитуд выполн етс  путем подбора KO3rf:4 ;j;:: -нта усилени  усиител . Ус.юЕне г5е -1;- г:;;;. фаз определ ет астоту генераики. котирую можно мен ть утем набега фазы ; : нале в цепи ой св зи. Дл  работы выбираем первую зону генерации , т. е. сумма набегов фаз в усилителе и цепи обратной св зи равна 2 К. При заполнении диэлектрической жидкостью внутренней полости спирали измен етс  электрическа  длина спиральной линии задержки и, следовательно, частота генерации Заполн   чувствительный элемент жидкостью полностью, определ ем полный уход частоты т. е. производим тарировку устройства. Пропуска  затем двухфазный поток жидкости через чувствительный элемент, по изменению частоты генерации судим о сплошности потока жидкости. Поскольку электрическое попе внутри спирали достаточно равномерно, изменение частоты генерации инвариантно дл  двухфазных потоков жидкости равной сплошности, но с различным распределением газовой и жидкой фазы в объеме мерного участка трубопровода. Частота генерации устройства монотонно и линейно мен етс  в зависимости от сплошности потока жидкости и. зарегистрированна  (измеренна ) вторичной аппаратурой,  вл етс  мерой сплошности потока жидкости. На фиг. 3 пр мые 6 и 7 показывают зависимость частоты генерации устройства от сплошности измер емых сред при заполнении чувствительного элемента фторопластом и маслом с диэлектрическими проницаемост - ми, равными, соответственно, 2 и 2,6. Уход частоты получаетс  равным 130 кГц дл  фторопласта и 150 кГц дл  масла на основной частоте около 10 мГц. Во всем диапазоне измерени  сплошности частота генерации измен етс  линейно. Приведенна  относительна  погрешность при измерении сплошности не превышает 3%. Частота измер етс  электронно-счетным частотомером. При испы тании генератора на долговременную стабиль ность уход частоты составл ет 1 кГц в час. Испытани  на температурную стабильность эказиг.ют , .то частота генерации i.,-..:; егс  не ± 1C кГц при изменении темп Э-у-ры sneMeiiTriB усилител  на + 3 С, пс:,тому при работе устройстБв необходимо осу с-ствить термостабклизацию усилител . Поскольку чувствительный элемент полый, в трубопроводе нет преп тствий дл  протекани  жидкости, что особенно важно в криогенной технике, поэтому предлагаемое устройство можно использовать дл  измерени  сплошности криогенных жидкостей. Форк5ула изобретени  1.Устройство дл  измерени  сплошности потока жидкости, содержащее чувствительный высокочастотный элемент и широкополосный усилитель, отличающеес  тем, что. с целью повышени  точности контрол  объема газовой фазы в потоке и уменьшени  возмущени  потока жидкости, чувствительный элемент выполнен в виде спиральной линии задержки в экране с поперечными ребрами и включен в цепь обратной св зи широкополосного усилител . 2.Устройство по п.1, отличающеес  тем, что спиральна  лини  задержки вьшолнена с соблюдением услови  о (Zil) с -ТТГгде обобщенный параметр спирали; 1} - радД1гус спирали: Д - цлина эолнъ; генерируемых колебаний; |j - шаг спирал. Источк1;.ки информации, прин тые во внимание прл экспертизе; 1.Патент США 3258964, кл. 73-194. О5.07,36, 2.А;у;. ев, -140585, МКл. & OJ. Н 21/12 14.08.:;;,Thus, the change in the resonant frequency of the circuit can be judged on the average dielectric constant, i.e. on the continuity of the measured medium. With this design of the sensing element, obtaining a uniform energy density of the electric field in the measured volume of the pipeline is a difficult task, which is solved semi-empirically, specially selected by the distribution of a long line in the measured volume of the pipeline. Violation of this distribution due to sagging of segments in the volume or technological inaccuracies can lead to a distortion of the homogeneity of the field and to an increase in the methodological error. It is difficult for both to bake the reproducibility of such a matched distribution from one sensing element to another. In order to more accurately fix the line segments in the volume, it is necessary to install special pylons that create additional resistance to the flowing fluid. Togo. in such a sensitive g; gge, a hundred electro-; gn :: t: wave is excited, which results in ambiguity, the value of the electromagnetic field along the line, the increase in the relative homogeneity of the electromagnetic field requires that a large number of la line segments that / .: 13 possible constructive conditions are always possible. LENGTH LOCATION -. inside pipelines privo. to perturbation of the initial fluid flow. In order to improve the accuracy of controlling the volume of the gas headlight in the stream and reduce the flow rate of the BO3Myjju.Truyi in the offer. and byvieuioH fi iiSi.i. :: ;;:.: yy; -ht. oi oi wide-banding i-o us.): ;; those.1, and b: p; D; -:,; for so ./, c; 1 {IG p3; jnumberingly;;;; : vCAL ro FIELD inside spir ln cr:,. ,,: v ;;: ;; ,: airrry-; K1t is made with VCJiOI3i: s С r -f b) - S 0,5: boP: tse; -; п,) th parameter of the helix; L- wave length; generated oscillations; And - helix pitch. FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device; in fig. 2 spiral delay line in the screen with transverse ribs, sbsch view; in fig. Figure 3 shows the dependence of the generation frequency on the continuity of the measured media. The device for measuring the continuity of the fluid flow (see Fig. 1) is an electromagnetic oscillator and comprises a broadband amplifier 1 and a sensitive element 2 connected to the feedback circuit of the amplifier. An R C amplifier with deep negative DC feedback is used as a wideband amplifier. The sensing element 2 (see Fig. 2) is made in the form of a spiral delay line in a screen with transverse ribs and consists of an inner conductor coiled into a spiral 3, a screen with transverse ribs 4 and tubes 5 for flowing fluid. The pipe is made of such a dielectric material as, for example, fluoroplastic. The helix can be placed both outside the pipe and inside. The dielectric can fill the entire volume between the ribs, the coil and the screen. The choice of such a construction of a sensing element is due to the fact that, if the condition is satisfied, a sufficiently uniform electric field is created inside the helix. The use of a screen with transverse ribs makes it possible to increase the energy density of the electromagnetic field inside the helix, i.e. provides the necessary sensitivity of the entire device. In addition, the differences in: - the screen and the edges located close to the throat of the ribs allow the sensing element to be aligned with the connecting cables, which, in turn, are matched with the input and output of the broadband amplifier. In this case, a traveling electromagnetic wave mode is created throughout the feedback circuit. In order to transform a wideband amplifier with a feedback circuit into a generator, it is necessary to ensure phase and amplitude balance conditions at the amplifier input .c.i "cPo-c.l the phase angle between the input and output signals of the amplifier; SQJ. an angle of phase shift between the signals at the input and output of the feedback circuit; n is a natural number; K (, is the amplifier amplification coefficient; P JJ is the feedback circuit transfer coefficient. The amplitude balance condition is fulfilled by selecting KO3rf: 4; j; :: -nta amplification of the amplification. Us. ;;. phases determines the frequency of the generator. I quote, you can change the number of the phase incursion:: in the circuit; o. For the operation, select the first generation zone, i.e. When the inner cavity of the spiral is filled with the dielectric fluid, the electrical length of the spiral delay line and, consequently, the frequency of the gene walkie talkies Fill the sensitive element with a liquid completely, determine the complete frequency drift, i.e., calibrate the device. invariant for two-phase fluid flows of equal continuity, but with different distribution of the gas and liquid phases in the volume of the measured section of the pipeline. The frequency of generation of the device monotonously and linearly varies depending on the continuity of the fluid flow and. registered (measured) by the secondary apparatus, is a measure of the continuity of the fluid flow. FIG. 3, straight lines 6 and 7 show the dependence of the generation frequency of the device on the continuity of the measured media when the sensitive element is filled with fluoroplastic and oil with dielectric permeabilities equal, respectively, to 2 and 2.6. The frequency drift is obtained equal to 130 kHz for the fluoroplastic and 150 kHz for the oil at the fundamental frequency of about 10 MHz. Over the entire measuring range of the continuity, the generation frequency varies linearly. The relative error in the measurement of continuity does not exceed 3%. The frequency is measured by an electron counting frequency meter. When the generator is tested for long-term stability, the frequency drift is 1 kHz per hour. Tests for temperature stability ekazig.yut, .to the generation frequency i., - ..:; It is not ± 1C kHz when the tempo of the sneMeiiTriB amplifier changes by + 3 C, ps: the volume of the amplifier must be thermally stabilized when the devices are working. Since the sensor element is hollow, there are no obstacles in the pipeline for the flow of fluid, which is especially important in cryogenic engineering, therefore, the proposed device can be used to measure the continuity of cryogenic liquids. Fork of the invention 1. A device for measuring the continuity of a fluid flow, comprising a sensitive high-frequency element and a broadband amplifier, characterized in that. In order to improve the accuracy of controlling the volume of the gas phase in the flow and reduce the disturbance of the fluid flow, the sensing element is designed as a spiral delay line in a screen with transverse ribs and is included in the feedback circuit of a broadband amplifier. 2. The device according to claim 1, characterized in that the spiral delay line is executed in compliance with the condition (Zil) with -TTG where the generalized parameter of the helix; 1} - radD1gus helix: D - tslina ael; generated oscillations; | j - spiral step. Source 1.; information taken into account in the examination; 1. US Patent 3258964, cl. 73-194. O5.07.36, 2.A; y; EV, -140585, MKL. & Oj. H 21/12 14.08.: ;;,

////

/й 5i03S№ ,25 ,/ th 5i03S№, 25,

Pvs.2Pvs.2

Ы .ЗS.

ВОIN

т 7.t 7.

СплошностьContinuity