Устройство для измерения числа и массы твердых частиц в потоке жидкости или газа

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа потоков дисперсных сред. Целью изобретения является повышение точности измерения числа и массы частиц механических примесей в потоке жидкости или газа в гидроили пневмосистемах. Поток исследуемой жидкости или газа из трубопровода обтекает протектор пьезокристалла. Частицы вследствие инерционности ударяются о протектор. Амплитуда электрического сигнала пьезокристалла при ударе частицы пропорциональна произведению массы частицы на сумму скорости ее в момент удара и скорости в момент отскока. Скорость при отскоке зависит от упруго-пластических свойств материала частицы, ее формы и других неинформативных факторов. С целью уменьшения погрешности измерения числа и массы частиц путем уменьшения влияния скорости отскока частиц протектор покрыт слоем твердого пластичного материала, не обладающего адгезией к материалу частиц, например свинца. 1 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) Al

yg 4 G 01 N 15/06

®я г р тг "л g

1 l3,",, ц

ИЮЛИ& Е д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4061380/29-25 (22) 17.02.86 (46) 23.02.88. Бюп. ¹ 7 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) Е.И.Поминов и Л.M.Ëoãâèíîâ (53) 539.215 ° 4(088.8) (54) УСТРОЙСТВО Д3И ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСЛА

И MACCbl ТВЕРДЪ|Х ЧАСТИЦ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА (57) Изобретение относится к измери.тельной технике и предназначено для анализа потоков дисперсных сред. Целью изобретения является повышение точности измерения числа и массы частиц механических примесей в потоке жидкости или газа в гидро- или пневмосистемах. Поток исследуемой жидкости или газа из трубопровода обтекает протектор пьезокристалла.

Частицы вследствие инерционности ударяются о протектор. Амплитуда электрического сигнала пьезокристалла при ударе частицы пропорциональна произведению массы частицы на сумму скорости ее в момент удара и скорости в момент отскока. Скорость при отскоке зависит от упруго-пластических свойств материала частицы, ее формы и других неинформативных факторов.

С целью уменьшения погрешности измерения числа и массы частиц путем уменьшения влияния скорости отскока частиц протектор покрыт слоем твердого пластичного материала, не обладающего адгезией к материалу частиц, например свинца. 1 ил.

137б003

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа потоков дисперсных сред.

Целью изобретения является повыше5 ние точности измерения числа и массы отдельных частиц путем уменьшения влияния вариации упруго-пластических свойств материала частиц и условий соударения. 10

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит корпус 1, в который ввернуты друг против друга трубопровод 2 для направления потока 15 на чувствительную поверхность и держатель 3 с пьезокристаллом 4. Пьезокристалл представляет собой, например, цилиндрическую дискообразную пластину из пьезокерамического мате- 20 риала. Торцовые поверхности пьезокристалла имеют электроды для съема электрических сигналов. Торец, направленный к трубопроводу, защищен проводящим протектором 5, например, 25 из латуни, с наружным слоем б, обращенным к трубопроводу и подвергающимся ударам частиц. Этот слой выполнен, например, из свинца или подобного материала, имеющего малый коэффициент восстановления при ударе, толщина которого на единицы-десятки мик-. рометров превышает глубину внедрения частиц.при ударе. Пьезокристалл прижат к протектору пружиной 7 через изолятор 8, касающийся пьезокристалла в отдельных точках задней поверхности, например, по периферии.

Электрод пьезокристалла, контактирующий с протектором, электрически сое- 40 динен с земляной шиной. Электрод, обращенный к изолятору, подключен электрически проводником 9 к входу блока электроники, предназначенного для измерения амплитуды и числа элект45 рнческих импульсов. Блок электроники состоит из усилителя 10 и последовательно включенного за ним N êàíàëüного амплитудного анализатора, содержащего N компараторов 11, входы которых соединены параллельно. К выходам компараторов подключены входы каналь.ных счетчиков 12 импульсов.

Устройство работает следующим обаэом.

Поток исследуемой жидкости или rasa направляется из трубопровода 2 на поверхность протектора 5 и обтекает ее. Массивные твердые частицы при (2) этом отклоняются от линий тока жидкости или газа и ударяются. о поверхность протектора. Возникающие на электродах пьезокристалла при ударе частиц импульсные электрические сигналы усиливаются усилителем 10 и анализируются амплитудным анализатором, распределяющим сигналы в зависимости от амплитуды по соответствующим каналам. Когда амплитуда сигнала превышает пороговое напряжение компаратора 11 К-ro канала, на выходе компаратора возникает импульс, который засчитывается счетчиком 12 соответствующего канала. Пороговое напряжение

К-ro компаратора соответствует амплитуде сигнала от частиц заданной массы тп„. Число импульсов, зарегистрированных К-м счетчиком, равно числу частиц с массой, превышающей m

Электрический сигнал пьезокристалла при ударе частицы о поверхность протектора прямо пропорционален ударному импульсу

/г

s= ) p()ae., (1) о где p(t) — сила удара; — время;

à — длительность удара

Ударный импульс равен изменению количества движения частицы при ударе s f=m„(v,„-v„), где m — масса частицы;

V< — скорость частицы в момент удара;

Vq<, — скорость частицы в момент отскока.

Так как

vq ву4„9 (3) где R — коэффициент восстановления, то, подставляя (2) в (1) получаем

fsl =m v „ (1+к) ° (4)

Величина коэффициента восстановления R зависит от многих факторов, в частности от пластичности материалов частиц и поверхности соударения (с этим связано рассеяние механической энергии), упругости указанных материалов (с этим связан переход части энергии в энергию механических колебаний); изменения общего характера движения (например, от появления вра-. щения при нецентральном ударе несферических частиц). Все это приводит к вариации значений коэффициента восстановления R от 1 до О.

137б003

Но, как видно из выражения (4), в случае вариации значений коэффициента восстановления R частицы, обладающие одинаковыми массой m4 и скоростью соударения U4>, имеют различные ударные импульсы и, следовательно, электрические сигналы на выходе пьезокристалла имеют различные амплитуды.

С этим связано появление погрешности при измерении массы частиц.

Относительная погрешность

Uvaa П мин

Э где U — - амплитуда сигнала.

Так как амплитуда сигнала U пропорциональна ударному импульсу S, то с учетом (4) получаем

R макс К мин

«+Кмакс) «+Кмин)

Для крайнего случая пластичности материала частицы R „ =0 и относительная погрешность равна

)rl =- З

К ма с (5) г +к„.„, Кроме отмеченной погрешности, при большой скорости частицы в момент отскока U<, пропорциональной R (3), велика вероятность повторной регистрации частицы, что увеличивает погрешность измерения числа частиц.

Для уменьшения указанных погрешностей необходимо снизить значение коэффициента восстановления R и его вариации до минимума. При этом сводятся к минимуму и погрешности при измерении массы частиц из различных материалов.

Это достигается нанесением на проводящий протектор пьезокристалла слоя из твердого пластичного материала.

Условие (1) достижения необходимои погрешности, вносимой изменениями условий соударения частиц измерения, может быть получено из выражения (5)

1+ — — — - — ) т

g,кос где А„ (— допустимая относительная погрешность.

Точность измерения повышается с увеличением пластичности материала слоя и уменьшением максимально воз15 можного для этого материала значения коэффициента восстановления К„, „

Пластичный материал может быть нанесен на протектор химическим или гальваническим путем, вакуумным напылением или лужением. Этот материал должен быть в твердом состоянии, что позволит исключить налипание частиц на измерительную поверхность, так как для частиц, для измерения которых предназначено устройство, явление прилипания существенно только при наличии нанесенной на поверхность пленки жидкости.

Рмулаиз обретения

Устройство для измерения числа и массы твердых частиц в потоке жидкости или газа, содержащее пьезоэлектрический кристалл, защищенный протекто35 ром из проводящего упругого материала, трубопровод для направления потока на пьезокристалл, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения числа и массы отдельных частиц, на протектор нанесен слой из твердого пластичного материала,с коэффициентом восстановления при ударе упругих частиц

К„„,кс не более 0,3.

13 /6003

Составитель М.Рогачев

Редактор Н.Лазаренко Техред И.Дидык Корректор С.Шекмар

Заказ 782/43 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4