Использование: при определении параметров двухфазного потока в парогенерирующих каналах различного назначения. Способ включает измерение в течение времени Т экспозиции сигнала U, возникающего при взаимодействии зонда с двухфазным потоком, измерение по зависимости U = f(
) при некотором установленном уровне дискриминации Uд времени взаимодействия зонда с паровой фазой ![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
i и определение истинного объемного паросодержания
л по формуле
При этом многократно определяют истинное объемное паросодержание
л при различных уровнях дискриминации Uдi, выбранных в интервале Uмах - Umin, и определяют оптимальный уровень дискриминации Uд по местоположению точки перегиба на зависимости
л= f(Uд). Технический результат: повышение точности определения истинного объемного паросодержания. 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения истинного объемного паросодержания двухфазных потоков и может быть использовано при определении параметров двухфазного потока в парогенерирующих каналах различного назначения.
Физически двухфазная смесь представляет собой несущую фазу со статистически распределенными в ней включениями другой фазы. В силу их конечного размера локальные характеристики двухфазной смеси имеют дискретный характер. Например, газосодержание в произвольной точке двухфазного объема в любой момент времени может принимать только два значения: либо ноль, либо единицу. Длительность таких скачкообразных переходов определяется размерами, скоростью и формой фазовых включений. Для проведения измерений используются датчики, принцип действия которых основан на различных физических принципах (электроконтактные, волоконно-оптические, акустические).
Определение истинного объемного паросодержания
л с помощью зондовых методов рассмотрим на примере работы электроконтактного датчика, работа которого основана на различии электрических свойств жидкой и паровой фаз.
При проведении измерений электроконтактный зонд включается в последовательную электрическую цепь, в простейшем случае состоящую из источника питания, нагрузочного резистора и включенного параллельно ему электроизмерительного прибора для регистрации падения напряжения при изменении проводимости между электродами датчика. Для исключения эффекта поляризации электродов для питания электрической цепи в основном используется переменный ток высокой частоты
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/247.gif)
100 кГц.
На фиг. 1 схематично представлен процесс прохождения газовых пузырьков через чувствительный элемент зонда (а) и соответствующее этому процессу изменение сигналов при питании измерительной цепи переменным током высокой частоты (б). При нахождении зонда в жидкости в измерительном устройстве регистрируется некоторое значение сигнала U
ж в силу конечного значения проводимости между электродами. В случае прохождения газового пузырька сила тока в измерительной цепи значительно уменьшается, и напряжение на выходе принимает значение U
г. Для более качественного разрешения этих сигналов необходимо, чтобы величина (U
ж - U
г) была максимально возможной в данных конкретных условиях. Для определения
л с минимальной погрешностью необходимо, чтобы сигналы, вызванные прохождением пузырей, имели бесконечно малое время нарастания фронта, т.е. они должны иметь вид прямоугольных "провалов" или "всплесков" на соответствующих сигналах баланса. В действительности же, время релаксации сигнала присутствия фазы
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
* в каждом конкретном случае определено соотношением размеров электродов зонда и регистрируемых паровых включений, а также их скоростью и формой. Учитывая эти факты принято при определении
л устанавливать уровень дискриминации сигналов зонда.
Уровень дискриминации определяет долю времени, в течение которой паровая (газовая) фаза присутствует в точке замера. С этой целью на зависимости U = f(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
) выбирается некоторый условный уровень (уровень дискриминации), начиная с которого считается, что чувствительный элемент зонда находится в той или иной фазе. Основной источник погрешностей при измерении
л связан с некорректным выбором уровня дискриминации U
д.
При изменении режимных параметров (динамические режимы), свойств жидкости или зонда происходит неконтролируемое изменение амплитуды сигнала, соответствующего фазе "жидкость". На фиг.2 изображены предельные случаи, когда из-за некорректного выбора уровня дискриминации измерения становятся практически невозможными. Для устранения этого недостатка используют различные подходы.
Известен способ определения истинного объемного паросодержания
л, в котором для устранения погрешности этого рода используется дополнительный зонд, в течение измерения находящийся в жидкой фазе и используемый для выработки опорного сигнала (А.С. 1181379 СССР, MKИ
3 G 01 N 15/00. Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы в парожидкостной смеси /Ю.П. Джусов, А.А. Цыганок, Н.Н. Митяев и др. //Открытия. Изобретения. 1986. 7). В этом случае обеспечивается автоматическое отслеживание за изменением электропроводящих свойств жидкости или зонда и поддержание уровня дискриминации на требуемом уровне. Однако поскольку невозможно обеспечить полную идентичность измерительного и дополнительного зондов, свойства которого изменяются с течением времени, использование этого подхода проблематично.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения истинного объемного паросодержания
л, включающий измерение в течение времени экспозиции сигнала U, возникающего при взаимодействии зонда с двухфазным потоком, измерение по зависимости U = f(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
) при некотором установленном уровне дискриминации U
д, времени взаимодействия зонда с паровой фазой
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
пi и определение истинного объемного паросодержания
л по формуле
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/48/481852.gif)
(Свистунов Е.П, Севастьянов В.П., Шанин В.К., Крюков В.М. Оценка спектра размеров паровых включений методом электрозондирования //Инженерно-физический журнал, т. 55, 5, 1988).
Основной недостаток такого способа заключается в том, что точность измерений
л невелика. Последнее связано с тем, что при проведении измерений изменяются условия взаимодействия зонда с двухфазной смесью, а уровень дискриминации остается неизменным. Для корректного определения
л необходимо уровень дискриминации изменять в соответствии с изменившимися условиями.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности определения истинного объемного паросодержания
л, что обеспечивается тем, что многократно определяют истинное объемное паросодержание
л при различных уровнях дискриминации U
дi, выбранных в интервале U
max-U
min и определяют оптимальный уровень дискриминации U
д по местоположению точки перегиба на зависимости
л = f(U
д). Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения истинного объемного паросодержания
л обеспечивается тем, что при определении
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
i- времени пребывания паровой фракции в зоне чувствительного элемента зонда, а, соответственно, и
л используется оптимальный с точки зрения минимальной погрешности уровень дискриминации.
На фиг.3 показана зависимость
л = f(U
д), на основе которой определяется оптимальный уровень дискриминации. Как видно из фиг.3 существует область инвариантности
л от уровня дискриминации. Эта область определяется точкой перегиба на зависимости
л = f(U
д). Область инвариантности и соответствует оптимальному уровню дискриминации. При этом уровне дискриминации истинное объемное паросодержание определяется наиболее точно. На фиг.3 представлены два вида зависимостей - на фиг.3а показана зависимость
л = f(U
д), когда максимальный сигнал имеет место при взаимодействии зонда с паровой фазой (U
мах= U
п, U
min= U
ж) на фиг.3б, когда максимальный сигнал имеет место при взаимодействии зонда с жидкой фазой (U
мах=U
ж, U
мax=U
n). Вид сигнала U = f(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
) зависит от настройки прибора.
В качестве примера рассмотрим способ определения истинного объемного паросодержания
л для случая взаимодействия электроконтактного зонда с двухфазным потоком в трубе. Режимные параметры - давление 3,0 МПа, массовая скорость пароводяной смеси 1500 кг/м
2![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
с, паросодержание (относительная энтальпия) 0,02. На фиг.4 представлена зависимость
л = f(U
д) для этого случая. Как видно из фиг.4, при выборе уровня дискриминации меньше 0.3, U
д<0.3 или U
д > 0,6 (меньше или больше того уровня, при котором
л не зависит от уровня дискриминации) значение истинного объемного паросодержания
л отличается от истинного на 25-30%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить точность определения истинного объемного паросодержания
л.о
Формула изобретения
Способ определения истинного объемного паросодержания
л, включающий измерение в течение времени экспозиции сигнала U, возникающего при взаимодействии зонда с двухфазным потоком, измерение по зависимости U = f(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
) при некотором установленном уровне дискриминации U
д времени взаимодействия зонда с паровой фазой
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
i и определение истинного объемного паросодержания
л по формуле
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/48/481853.gif)
где Т - время экспозиции (измерения);
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
i - время пребывания паровой фракции в зоне чувствительного элемента зонда;
n - количество включений пара, прошедших через чувствительный элемент зонда;
отличающийся тем, что многократно определяют истинное объемное паросодержание
л при различных уровнях дискриминации U
дi, выбранных в интервале U
мах - U
min, и определяют оптимальный уровень дискриминации U
д по местоположению точки перегиба на зависимости
л= f(U
д).
РИСУНКИ
Рисунок 1,
Рисунок 2,
Рисунок 3,
Рисунок 4