СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ВЕЩЕСТВА В ПОТОКЕ
METHOD TO MEASURE MASS FLOW RATE OF SUBSTANCE IN FLOW

Предлагаемое техническое решение относится к области косвенных измерений массы вещества в потоке и может быть использовано для более точного измерения массового расхода, например, угольной пыли, проходящей в пылепроводе.
Аналогичные технические решения известны, см., например, журнал «Автоматизация в промышленности», 2008 г., №4, с.27-30, в котором охарактеризован способ измерения массового расхода вещества (угольной пыли) в потоке, проходящем в пылепроводе, техническая сущность которого заключается в следующем:
- размещают проводящий зонд (электрод) в потоке угольной пыли, проходящей в металлическом пылепроводе;
- отводят постоянную составляющую зарядного тока с проводящего зонда, возникающего вследствие взаимодействия частиц вещества (угольной пыли), проходящих в трубопроводе, на корпус металлического пылепровода;
- измеряют величину переменной составляющей зарядного тока с проводящего зонда;
- по величине переменной составляющей зарядного тока с проводящего зонда измеряют массовый расход вещества в потоке, проходящем в металлическом пылепроводе.
Все вышеперечисленные признаки аналогичного технического решения являются общими с признаками заявляемого технического решения для патентования.
Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №322627, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, сущность которого заключается в следующем:
- размещают электрод в потоке веществ, проходящих в металлическом трубопроводе;
- формируют переменное напряжение;
- подают сформированное переменное напряжение на электрод относительно корпуса металлического трубопровода;
- отводят постоянную составляющую зарядного тока с электрода, возникающего вследствие взаимодействия частиц вещества, проходящих в металлическом трубопроводе и соприкасающихся с поверхностью электрода, на корпус металлического трубопровода;
- измеряют величину переменной составляющей зарядного тока с электрода;
- по величине переменной составляющей зарядного тока с электрода измеряют массовый расход вещества в потоке, проходящем в металлическом трубопроводе.
Все перечисленные признаки прототипа являются общими с признаками заявляемого технического решения для патентования.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из вышеохарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в измерении зарядного (перезарядного) тока в узком диапазоне частот относительно заранее заданной и фиксированной частоты формируемого переменного напряжения, обеспечивающего более высокую точность измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что в известных аналогичных технических решениях измерение величины переменной составляющей зарядного тока электрода проводят в широком диапазоне частот, что приводит к искажению результатов измерений вследствие наличия в зарядном (перезарядном) токе электрода электрических помех в широком частотном диапазоне от 0 до СВЧ диапазона, возникающих вследствие собственного заряда частиц вещества, трибоэлектрических процессов на электроде и внешних помех от технологического оборудования, что, в конечном итоге, не обеспечивает точности измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, обладающих более высокой точностью измерения, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в способе измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, заключающемся в том, что размещают электрод в потоке, проходящем в металлическом трубопроводе, формируют переменное напряжение, подают сформированное переменное напряжение на электрод относительно корпуса металлического трубопровода, отводят постоянную составляющую тока с электрода, возникающую вследствие процессов заряда (перезаряда) частиц вещества, проходящих в металлическом трубопроводе и соприкасающихся с поверхностью электрода, на металлический трубопровод, измеряют величину переменной составляющей зарядного тока с электрода и по его величине измеряют массовый расход вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, при этом переменное напряжение формируют заранее заданной и фиксированной частоты, подают сформированное переменное напряжение заранее заданной и фиксированной частоты на электрод относительно металлического трубопровода, отводят дополнительно переменную составляющую зарядного тока с частотой, выходящей за пределы заданного узкого частотного диапазона заранее заданной и фиксированной частоты, с электрода на корпус металлического трубопровода и измеряют величину переменной составляющей тока с электрода в узком диапазоне заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения.
Формирование переменного напряжения заранее заданной и фиксированной частоты, его подача на электрод относительно корпуса трубопровода, дополнительный отвод переменной составляющей зарядного тока с электрода с частотами, выходящими за пределы узкого диапазона относительно заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения, на корпус металлического трубопровода и измерение переменной составляющей величины зарядного тока электрода в узком диапазоне частот относительно заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения, как это указано выше, позволяет в процессе формирования переменного напряжения заранее заданной и фиксированной частоты и подачи его на электрод относительно корпуса металлического трубопровода создать условия для протекания зарядного (перезарядного) тока с электрода, создаваемого электрическими зарядами частиц вещества, проходящих в металлическом трубопроводе и соприкасающихся с поверхностью электрода, осуществить отвод с электрода постоянной составляющей зарядного тока и переменной составляющей тока с частотами, выходящими за пределы узкого частотного диапазона заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения, на корпус металлического трубопровода и измерить величину переменной составляющей зарядного тока с электрода в узком диапазоне частот относительно частоты заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения и обеспечить, таким образом, более высокую точность измерения величины переменной составляющей зарядного тока с электрода, обусловленной электропроводностью потока, за счет исключения из измеряемого тока составляющих, вызванных трибоэлектрическими процессами, собственными статическими зарядами частиц вещества и помехами со стороны технологического оборудования, и по этой величине с более высокой точностью измерить массовый расход вещества в потоке, проходящем в металлическом трубопроводе. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведенный анализ предлагаемого технического решения показал, что ни одно из известных аналогичных технических решений не содержит всей совокупности существенных признаков, что позволило сделать вывод о его новизне. Так же как ни одно из известных технических решений не содержит отличительных признаков предлагаемого нами технического решения, что позволило сделать вывод о его соответствии критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Техническая сущность предлагаемого способа измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, заключается в следующем:
- размещают электрод в потоке вещества, проходящем в металлическом трубопроводе;
- формируют переменное напряжение заранее заданной и фиксированной частоты;
- подают сформированное переменное напряжение заранее заданной и фиксированной частоты на электрод относительно корпуса металлического трубопровода:
- отводят постоянную составляющую зарядного тока, возникающего при заряде (перезаряде) частиц вещества, проходящих в металлическом трубопроводе и соприкасающихся с поверхностью электрода, с электрода на корпус металлического трубопровода;
- отводят дополнительно переменную составляющую зарядного тока с частотами, выходящими за пределы узкого диапазона частот относительно заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения, на корпус металлического пылепровода;
- измеряют величину переменной составляющей зарядного тока с электрода в узком диапазоне частот;
- по величине переменной составляющей зарядного тока в узком диапазоне частот с электрода измеряют массовый расход вещества в потоке, проходящем в металлическом трубопроводе.
Предлагаемый способ измерения массового расхода вещества в потоке, проходящим в трубопроводе, поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором показана функциональная схема устройства для измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, которая содержит:
- трубопровод 1, выполненный, например, в виде металлической трубы;
- электрод 2, установленный электроизолированно относительно корпуса трубопровода 1 и размещенный в потоке, проходящем в трубопроводе 1;
- формирователь 3 переменного напряжения заранее заданной и фиксированной частоты, выполненный, например, в виде широко известного генератора электрических колебаний, одним выводом присоединенный к измерительному устройству 2, а другим выводом - к корпусу трубопровода;
- режекторный фильтр 5, выполненный, например, в виде параллельного LC-контура, настроенного на заданную частоту, присоединенного одним выводом к электроду 2, другим выводом к корпусу трубопровода 1;
- полосовой фильтр 6, выполненный, например, в виде последовательной LC-цепи, настроенной на заданную частоту, присоединенной одним выводом к электроду 2 и другим выводом к измерительному устройству 4, в качестве которого может быть использован микроамперметр переменного тока со шкалой, отградуированной в единицах расхода, например, кг/с.
Предлагаемый способ измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, можно пояснить, рассмотрев работу схемы устройства для измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе.
Устройство для измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, работает следующим образом.
Сформированное переменное напряжение заранее заданной и фиксированной частоты подают через измеритель 4 переменной составляющей зарядного тока электрода 2, измеряющего переменную составляющую зарядного тока электрода 2, в узком диапазоне частот относительно заранее заданной и фиксированной частоты формирователя 3 переменного напряжения подводят на электрод 2 относительно металлического корпуса трубопровода 1, обеспечивая, таким образом, создание электрического потенциала на поверхности электрода 2. Частицы вещества в потоке, проходящем в трубопроводе 1, при соприкосновении с поверхностью электрода 2 перезаряжаются до потенциала электрода, что приводит к возникновению зарядного электрического тока электрода 2 для последующего измерения измерителем 4 величины переменной составляющей зарядного тока электрода 2 в диапазоне заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения формирователем 3 переменного напряжения.
Все составляющие зарядного тока с электрода 2, кроме составляющих, соответствующих узкому диапазону частот относительно заданной частоты сформированного напряжения, шунтируются режекторным фильтром 5 на корпус металлического пылепровода 1.
Переменная составляющая зарядного тока электрода 2, соответствующая узкому диапазону частот относительно заранее выбранной и фиксированной частоты, отфильтровывается полосовым фильтром 6, измеряется микроамперметром переменного тока и отображается на его шкале, отградуированной в единицах (например, кг/с) расхода вещества в потоке трубопровода 1.
Таким образом, предложенный способ измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, за счет создания заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения для измерения переменной составляющей величины зарядного тока электрода в узком диапазоне частот относительно заранее заданной и фиксированной частоты сформированного переменного напряжения и определения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе, обеспечивает более высокую точность измерения массового расхода вещества в потоке, проходящем в трубопроводе.