Устройство для измерения концентрации вещества в трубопроводе

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В ТРУБОПРОВОДЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Любецкий Николай Васильевич Ковшар Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для измерения концентрации веществ в трубопроводе, содержащее измерительный участок в виде диэлектрической трубы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, образующие электрическую емкость два металлических электрода, изготовленные по форме в виде сегментов диэлектрической трубы и установленные внутри ее диаметрально противоположно, которые последовательно соединены с генератором и блоком обработки, отличающееся тем, что дополнительно снабжено термодатчиком, установленным внутри стенки диэлектрической трубы и соединенным с первым входом блока обработки, направленным ответвителем, включенным между электродами и генератором, и детектором, соединенным со вторым выходом направленного ответвителя и вторым входом блока обработки.(56) 1. Лексиков А.А., Лупенских А.В. Микрополосковый датчик для контроля состава жидкостей в трубопроводе. Материалы 15-й Международной Крымской конференции СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии, 12-16 сентября 2005. - Севастополь С. 825-826. 2. Белячиц А.Ч., Курило Н.И., Сметанко А.Л., Титовицкий И.А. Микроволновый датчик концентрации веществ в водных суспензиях. Материалы Международной научно-технической конференции Приборостроение-2008, 12-14 ноября 2008. - Минск. - С. 47-48. 3. Патент РФ 2246721, МПК 01 27/00,01 27/22, 2005. 58782009.12.30 Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для экспрессного контроля состава сыпучих и жидких веществ, перемещаемых по трубопроводам. Она может найти применение в пищевой, химической, строительной и других промышленностях для определения влаги в муке, сахаре, цементе, песке и т.д. содержания соли в воде количества воды в кислотах и спиртах. Известно устройство для определения состава жидкостей в трубопроводе 1, содержащее измерительный участок в виде диэлектрической трубы с внутренним диаметром,равным внутреннему диаметру трубопровода, образующие электрическую емкость два металлических электрода, которые выполнены по форме в виде сегментов диэлектрической трубы и установлены на ее внутренней поверхности диаметрально противоположно,и измерительный блок, подключенный к электродам. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения из-за влияния переменной электропроводности, вследствие непосредственного контакта электродов с контролируемой жидкостью и без учета ее температуры. Известно устройство для определения концентрации веществ в водных суспензиях 2,содержащее измерительный участок в виде отрезка трубы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, образующие электрическую емкость два металлических электрода, которые установлены внутри отрезка и диаметрально противоположно, а также измерительный блок, подключенный к электродам. Недостатками данного устройства являются недостаточная точность и небольшой диапазон контроля вследствие измерения только одного информативного параметра принятого сигнала (частоты сдвига автогенератора), по которому судят о величине концентрации. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для определения концентрации сыпучего материала в трубопроводе 3, содержащее измерительный участок в виде диэлектрической трубы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, образующие электрическую емкость два металлических электрода, изготовленные по форме в виде сегментов диэлектрической трубы и установленные внутри ее диаметрально противоположно, которые соединены с измерительным блоком,содержащим последовательно соединенные генератор и блок обработки с индикатором. Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения и небольшой диапазон контроля вследствие неучета влияния температуры и измерения только одного информативного параметра принятого сигнала (частоты сдвига автогенератора), по которому судят о величине концентрации. Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения диапазона контроля и повышения точности измерения. Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что она состоит из измерительного участка в виде диэлектрической трубы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, образующих электрическую емкость двух металлических электродов, изготовленных по форме в виде сегментов диэлектрической трубы и установленных внутри ее диаметрально противоположно, которые последовательно соединены с генератором и блоком обработки, дополнительно снабжено термодатчиком, установленным внутри стенки диэлектрической трубы и соединенным с первым входом блока обработки, направленным ответвителем, включенным между электродами и генератором, и детектором, соединенным со вторым выходом направленного ответвителя и вторым входом блока обработки. Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является наличие термодатчика, соединенного с первым входом блока обработки, направленного ответвителя, включенного между электродами и генератором, и детектора, соединенного со вторым выходом направленного ответвителя и вторым входом блока обработки, при этом обеспечивается одновременное измерение температуры контролируемого вещества(жидкости), частоты и амплитуды резонансной зависимости, что позволяет повысить точность и диапазон контроля. 2 58782009.12.30 Предлагаемая полезная модель представлена на фигуре. Согласно фигуры, она состоит из диэлектрической трубы 1, металлических электродов 2 и 3, индуктивности 4, направленного ответвителя 5, генератора 6, детектора 7,блока обработки 8 и термодатчика 9. Работа устройства осуществляется следующим образом. На измерительном участке трубопровода, по которому перемещается контролируемый сыпучий материал (или жидкость), установлена диэлектрическая труба 1 с тем же внутренним диаметром, как и у трубопровода. При этом не нарушается динамика потока сыпучего материала (жидкости). Внутри этой трубы установлены (утоплены) диаметрально противоположно два металлических электрода 2 и 3, которые выполнены в виде вогнутых сегментов поверхности трубы 1. Они образуют электрическую емкость, величина которой является функцией концентрации перемещаемого вещества. Выбором глубины погружения этих электродов 2 и 3 в материал трубы 1, а также из поперечных и продольных размеров можно регулировать чувствительность данного устройства. При включении питания блок обработки 8 формирует управляющее напряжение, которое через его выход управляет перестройкой частоты генератора 6, изменяя ее отдо . Время перестройки частоты составляет доли микросекунды, так как используются генераторы, управляемые напряжением (например, фирмы -), частота которых изменяется в требуемом диапазоне при изменении заданного управляющего напряжения. Сигнал переменной частоты с генератора 6 проходит через направленный ответвитель 5 (например, фирмы / 8721, 100100 ) и поступает на электроды 2 и 3, которые совместно с индуктивностью 4 образуют резонансную систему. Отраженная от измерительного участка электромагнитная волна попадает в направленный ответвитель 5 и через его второй выход поступает на детектор 7. Продетектированный сигнал несет информацию об амплитудночастотной зависимости резонансной системы, образованной электродами 2 и 3, индуктивностью 4 и контролируемым веществом, который перемещается по трубопроводу. Этот сигнал поступает на второй вход блока обработки 8, которое определяет значения резонансной частоты рез и уровень сигнала (амплитуду). С помощью этих данных и градуировочных зависимостей, занесенных в память блока обработки 8, определяется величина концентрации и уточняется в зависимости от температуры контролируемого вещества,значение которой поступает с термодатчика 9 на первый вход блока обработки. Термодатчик 9 устанавливается внутри стенки диэлектрической трубы и непосредственно касается контролируемого вещества. Экспериментальные исследования для трубопровода диаметром 65 мм с медными электродами размерами 5050 мм показали, что резонансная частота изменяется от 90 до 50 МГц при протекании по нему воды с концентрацией поваренной соли от 0,001 до 10 миллиграммов на литр. Изменение частоты от концентрации соли имеет нелинейную зависимость, так при изменении концентрации от 0,001 до 0,1 миллиграмма на литр (на два порядка) частота изменяется только на 10 МГц (от 90 до 80 МГц, что составляет 25 от общего изменения). Однако при этом амплитуда резонансной зависимости изменяется от 900 до 400 милливольт (55 от общего изменения). Аналогичные зависимости были установлены при проведении экспериментальных исследований по определению содержания концентрации спиртов и кислот в воде. Было установлено, что определение величины концентрации перемещаемых веществ по трубопроводу по двум параметрам (частоте смещения резонансной характеристики и ее амплитуде) и учете температуры контролируемого вещества позволяет повысить точность и расширить диапазон контроля по сравнению с известными устройствами. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3