Способ измерения расхода диэлектрического вещества и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода однородных диэлектрических жидкостей и газов. Цель изобретения расширение области применения. С контролируемым веществом в потоке взаимодействует по меньшей мере одна из встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру (кольцевому волноводу 1), выводимая из кольца и вводимая в него вновь после взаимодействия с веществом, перемещаемым по трубопроводу 2. Введенная снова в кольцо волна распространяется в первоначальном направлении. Движение вещества оказывает влияние на собственную частоту электромагнитных колебаний резонатора. При этом собственные частоты колебаний резонатора для встречных бегущих волн смещаются в ( противоположные стороны, увеличивая разность этих частот. Измеряя разность частот, определяют расход вещества . 2 с.п.ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВБТСНИХ

РЕСПУ БЛИН

„SU„„1624

А1 (д) С 01 F 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2I) 4452448/10 (22) 29.06.88 (46) 30.01.91 Бюл. М 4 (71) Институт проблем управления (72) А,С.Совлуков (53) 681.121.89(088 ° 8) (56) Бобровников Г.Н. и др. Бесконтактные расходомеры. М.: Машиностроение, !985, с.55-58.

Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. M. Наука, 1978. с.260-269. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода однородных диэлектрических жидкостей и газов. Цель изобретения

2 расширение области применения, С контролируемым веществом в потоке взаимодействует по меньшей мере одна из встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру (кольцевому волноводу I), выводимая из кольца и вводимая в него вновь после взаимодействия с веществом, перемещаемым по трубопроводу 2 ° Введенная снова в "кольцо" волна распространяется в первоначальном направлении. Движение вещества оказывает влияние на собственную частоту электромагнитных колебаний резонатора. При этом собственные частоты колебаний резонатора для встречных бегущих волн смещаются в противоположные стороны, увеличивая разность этих частот. Измеряя разность частот, определяют расход вещества. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1624263 Л где С вЂ” скорость света;

n — показатель преломления неподвижной среды;

1 угол между направлениями световой волны и потока среды.

С контролируемым однородным веществом в потоке взаимодействует по меньшей мере одна из встречных волн, 50 распространяющихся по замкнутому контуру (кольцевому волноводу 1), выводимая из "кольца" и вводимая в него вновь после взаимодействия с веществом, перемещаемым, например, по трубопроводу 2 (фиг.1). Введенная снова в "кольцо" волна распространяется в первоначальном направлении.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода однородных диэлектрических жид5 костей и газов.

Цель изобретения — расширение области применения, На фиг.1 изображена схема, показывающая взаимодействие одной (а) или 10 обеих (б) встречных волн, распространяющихся по замкнутому контуру, с веществом в потоке; на фиг.2 — схема устройства, реализующего способ, устройство содержит кольцевой вол- 15 новод 1, трубопровод 2, направленные ответвители 3 и 4.передающую антенну 5, приемную антенну 6, СВЧ-генератор 1, элемент 8 возбуждения колебаний, элемент 9 съема колебаний, час-,20 тотный преобразователь 10 регистратор 11.

Сущность способа заключается в следующем.

В основу способа положено использование эффекта Френеля-Физо, нашедшего применение в расходометрии в оптическом диапазоне частот электромагнитных волн. Измерение расхода на основе данного эффекта и СВЧ-ди30 апазоне электромагнитных волн позволяет контролировать потоки оптически непрозрачных диэлектрических веществ, в первую очередь нефти и нефтепродуктов.

Согласно эффекту Френеля-Физо— эффекту "увеличения света" - скорость

V света в движущейся со скоростью ч среде выражается следующей формулой

Ч вЂ” + ч (1 - ---) cos g (1)

С 1 40 и п е

Для выведения волн из "кольца" и их введения в него могут служить направленные ответвители 3 и 4.соответственно, а взаимодействие волн с веществом в потоке осуществляется с помощью передающей 5 и приемной 6 ан". тени.

Таким образом, движение вещества оказывает влияние на собственную частоту электромагнитных колебаний резонатора, соответствующих бегущим волнам только одного направления (фиг,1а) или бегущим волнам обеих встречных волн, если каждая из них выводится иэ "кольца" и вводится в

его после взаимодействия с движущимя веществом (фиг.lб). При этом собственные частоты колебаний резонатора для встречных бегущих волн смещаются в противоположные стороны, увеличивая разность этих частот.

Для получения полезной информации о расходе вещества путем определения частотного сдвига волн могут быть использованы встречные волны, возбуждаемые в "кольце" с помощью ненаправленной связи от генератора электромагнитных колебаний, при этом измеряют частотный сдвиг этих встречных волн при взаимодействии с веществом в потоке по меньшей мере одной из них, а также однонаправленные волны, возбуждаемые в "кольце" с помощью направленной связи (с помощью направленного ответвителя) от генератора электромагнитных колебаний, при этом измеряют частотный сдвиг этих волн после взаимодействия с движущимся веществом по отношению к частоте "кольца" в отсутствие такого движения, т.е. к опорной частоте.

Получают соотношения для c iðåäåления частотного сдвига волы в кольцевом волноводе, обусловленного движением вещества. Эти соотношения можно найти, записывая условия резонанса для волн в "кольце".

Для определения собственных частот f1 волн кольцевого резонатора. для волн, выводимых из "кольца" и вводимых в него вновь после их взаимодействия с веществом в потоке, имеют

P1(-йL) + Pl, +)1

21k, k 1,2,, (2)

2Фf/5, I где 1 -- — — — — постоянная распроС странения для волн в кольце

162426

2 и й< Г

С е

R y

f, (ч) I — — -) Es где 1 О

50 постоянная распространения для волн в волноводном трак" те вне кольца

II и. 5 постоянная распространения для волн в движущемся веществе; периметр- "кольца";

Q Ь вЂ” участок длины "

"кольца" между точками вывода иэ него и ввода вновь в него электромагнитной энергии;

1 < — суммарная длина волноводного тракта вне кольца

1 — длина пути волн в контролируемом веществе; ., f E вв п — диэлектрическая

2 проницаемость,соответственно вещества в нкольце увещества в волноводном тракте вне

„ „,„, о ЗО лируемого вещества, При этом считают, не нарушая общности получаемых результатов, постоянство Ет в тракте и отсутствие дис-, персии (частотной) в "кольце", 35 волноводном тракте вне "кольца" и в контролируемом веществе.

С учетом (I) вмревемме две (3в можно записать так а 2 i Е,4 s Г ч-Ие 1

40 а . Гl -- (1 х сов

Из соотношения (2) после преобразования следует 45, м"Уе + 1к

f + (- -----) --- ч (1

<0 С

cos $

kC ю. .вт

Ь-5L+ 1,ф: + 1 (Следовательно, в случае однонаправленной волны, имеют

Гю 1 ч(Ев-l > 55 (v)-f -(— )-

I С k х cos

При использовании обеих встречных волн (фиг. l б) для получения полезной

3 6 информации о расходе вещества измеряемый частотный сдвиг удваивается, что также, помимо замедления волн, является путем повышения чувствительности измерений.

В устройстве (фиг.2), реализующем способ, осуществляется измерение разности частот (частотного сдвига) волн в кольцевом резонаторе I. .Этот частотный сдвиг является функцией скорости потока, а следовательно, расхода g. вещества, перемещаемого по трубопроводу 2. Зондирование вещества в трубопроводе производится по меньшей мере одной из встречных волн с помощью внешней по отношению к резонатору 1 цепи, в состав которой входят направленные ответвители 3 и 4, а также подсоединенные к ним соответственно передающая 5 и приемная 6 антенны.

Возбуждение колебаний в резонаторе 1 осуществляется от генератора 7 частотно-модулированных колебаний с помощью элемента 8 — зонда — в случае возбуждения встреЧно-направленных волн с помощью такой ненаправленной связи генератора с резонатором или направленного ответвителя — в случае возбуждения волн одного какого-либо направления в "кольце" с помощью такой направленной связи.

При возбуждении в "кольце" встречно-направленных волн собственные (резонансные) частоты для встречных волн отличны друг от друга за счет

1введения внешней цепи хотя бы для одной из этих волн даже при скорости потока равной нулю, что позволяет независимо наблюдать соответствунлцие резонансные импульсы, поскольку при наличии этой цепи данные импульсы (собственные частоты) отстоят друг от друга по частотной оси на достаточное для их разделения расстояние, не накладываясь один на другой.

Это расстояние регулируется выбором электрической длины внешней цепи.

Резонансные импульсы выделяются с помощью элемента 9 съема колебаний на выходе частотного преобразователя 10.

Разность частот Qf соответствующих нм встречных волн, а следовательно, расход вещества определяют в блоке 11.

Частотный преобразователь 10 осуществляет в случае возбуждения в "кольце" встречно-направленных волн определение разности частот Еу для чего в

1624263 расширения области применения, направляют волны в дополнительный контур, параллельный основному и (или) являющийся частью основного контура.

Формула изобретения

Составитель Л.Васильков

Техред А.Кравчук Корректор Т.Палий

Редактор И.Касарда

Подписное

Заказ 1786 Тираж 429

ВНИИП!1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 его состав может входить генератор опорной частоты, соответствующий величине Д1 при нулевой скорости потока.

В случае возбуждения в кольце однонаправленных волн частотный преобразователь 10 может содержать аналогичный генератор, имеющий фиксированную частоту, равную собственной (резонансной) частоте для этих однонаправлен- 10 ных волн при нулевой скорости потока вешества.

1. Способ измерения расхода диэлектрического вещества, заключающийся в зондировании потока вещества направленными электромагнитными волнами, распространяющимися по основному замк-20 нутому контуру, и определении сдвига собственных частот колебаний, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

2. Устройство для измерения расхода диэлектрического вещества, содержащее СВЧ-генератор, передающую и приемную антенны, о тл ич ающе е с я тем, что, с целью расширения области применения, введены кольцевой волновод, элемент возбуждения колебаний, направленные ответвители, элемент съема колебаний, частотный преобразователь и регистратор, при этом ксльцевой волновод через элемент возбуждения соединен с СВЧ-генератором через направленные ответвители с приемной и передающей антеннами, на кольцевом волноводе закреплен элемент съема колеба" ний, подсоединенный к регистратору через частотный преобразователь.