устройство для измерения размеров капли воды

Формула изобретения

Устройство для измерения размеров капли воды, перемещаемой по трубопроводу, содержащее источник излучения, детектор, усилитель и индикатор, отличающееся тем, что в него введены импульсный модулятор, передающая и приемная рупорные антенны, закрепленные диаметрально на наружной поверхности трубопровода, причем импульсный модулятор через источник излучения соединен с передающей рупорной антенной, приемная рупорная антенна подключена к входу детектора, выход которого через усилитель соединен с входом индикатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов (см. О.В.Карпов, Е.В.Лесников, Г.Д.Петров. "Установка высшей точности для воспроизведения счетной концентрации и размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов". Измерительная техника, № 9, 1997, с.68-70), в котором метод малоуглового рассеяния лазерного излучения используется для измерения размеров частиц.

Недостатком этого известного устройства является сложность зондирования частиц лазерным лучом и анализа малоугловой индикатрисы рассеянного частицами излучения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип фотоэлектрическое устройство для измерения размеров частиц (см. Н.В.Красногорская, Ю.Я.Куриленко, М.М.Рыбин. "Исследование параметров частиц осадков в свободной атмосфере". Физика атмосферы и океана, том III, № 12, 1967, с.1292-1304), содержащее источник света, зеркальные линзы, шторки для формирования светового пучка и фотоумножитель. По принципу действия этого устройства амплитуда импульса на аноде фотоумножителя, возникающего при пересечении светового пучка частицей, является функцией размера частицы.

Недостатком этого устройства следует считать нестабильность из-за изменения светового потока источника света.

Задачей заявляемого изобретения является повышение стабильности измерения.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения размеров капли воды, содержащее источник излучения, детектор, усилитель и индикатор, введены импульсный модулятор, передающая и приемная рупорные антенны, закрепленные диаметрально на наружной поверхности трубопровода, при этом импульсный модулятор через источник излучения соединен с передающей рупорной антенной, приемная рупорная антенна подключена к входу детектора, выход которого через усилитель соединен со входом индикатора.

Существенными отличительными признаками указанной выше совокупности является наличие импульсного модулятора, передающей и приемной рупорных антенн.

В заявляемом техническом решении, благодаря свойствам перечисленных признаков, зондирование контролируемой капли воды импульсно-модулированным выходным сигналом источника излучения дает возможность решить поставленную задачу: обеспечить высокую стабильность измерения размеров капли воды, перемещаемой по трубопроводу.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит импульсный модулятор 1, источник излучения 2, соединенный выходом с передающей рупорной антенной 3, приемную рупорную антенну 4, детектор 5, подключенный выходом к входу усилителя 6, и индикатор 7. На чертеже цифрой 8 обозначен трубопровод.

Устройство работает следующим образом. Импульсным модулятором 1 осуществляют модуляцию электромагнитного сигнала источника излучения 2, т.е. на его выходе получают импульсно-модулированный по амплитуде электромагнитный сигнал с определенной длительностью, частотой следования и амплитудой. Этот сигнал далее с выхода источника излучения поступает в передающую рупорную антенну 3. С помощью этой антенны импульсно-модулированный сигнал через диэлектрическое окно вводят в трубопровод 8, по которому перемещается капля. Вывод сигнала из трубопровода через диэлектрическое окно осуществляют посредством приемной антенны 4, расположенной напротив передающей антенны. После этого сигнал передается на вход амплитудного детектора 5.

В общем виде для выходного сигнала (продетектированного) детектора можно написать:

где I - выпрямленный ток детектора, K - константа, характеризующая чувствительность детектора в выпрямленном режиме, P - поступающая на детектор мощность. В рассматриваемом случае ввиду того, что на диод детектора подается импульсная мощность, выражение (1) примет вид:

где P_и - подающая на диод импульсная мощность.

Выражение (2) с учетом площади под импульсом S_и и площади капли воды S_к можно записать как

Из этой формулы вытекает, что при отсутствии капли в трубопроводе значение выпрямленного тока максимальное, а при наличии капли значение тока становится функцией отношения (S_и-S_к)/S_и. Следовательно, максимальное значение I соответствует отсутствию капли в трубопроводе, а минимальное (I=0) - наличию капли с площадью, равной S_и. В силу этого однозначную зависимость тока I от изменения площади капли воды можно обеспечить условием S_и S_к.

Из выражения (3) для S _к имеем:

Последнюю формулу, как, например, при сферической форме капли, можно записать

где r - радиус сферической капли воды. Из этой формулы видно, что при постоянных значениях S_и , K и P_и измерением выпрямленного тока I можно судить о радиусе, т.е. геометрическом размере капли воды. Здесь следует отметить, что K выбирается из справочников; S_и можно варьировать амплитудой импульса U_и и его длительностью t_и; P_и определяется как U_и·I _и, где I_и - ток в импульсе. Кроме того, в каждом конкретном случае необходимо создать импульс формой, близкой форме контролируемой капли воды. Так, например, импульс синусоидальной формы может хорошо согласоваться с каплей воды сферической формы.

В предлагаемом устройстве для измерения тока I выходной сигнал детектора сначала усиливают в усилителе 6, а затем передают на индикатор 7, в качестве которого можно использовать, например, миллиамперметр.

Предложенное техническое решение может быть использовано для измерения размеров капель воды в сырой нефти.

Данное устройство может быть реализовано на базе микроволнового полупроводникового генератора ГЛПД-1 с частотой 9,3 ГГц и мощностью 10 мВт излучения.

Таким образом, в заявляемом техническом решении показано, что при взаимодействии импульсно-модулированного электромагнитного сигнала с контролируемой каплей воды в трубопроводе путем измерения тока продетектированного сигнала можно обеспечить повышение стабильности измерения.