Костров А в, Костров В А, Смирнов Л І, Стріковскій Л В, Янін Д В Інститут прикладної фізики РАН м Нижній Новгород, вулиця Ульянова, д 46, 603950, Росія Тел : +7 (8312) 164853, e-mail: smimov@applsci-nnovru

Анотація – За допомогою резонансного НВЧ-зонда на відрізку двухпроводной ЛІНІЇ досліджена динаміка зміни ГУСТИНИ сипучих середовищ у газовому потоці Розроблено та виготовлено промисловий високотемпературний датчик ГУСТИНИ киплячого шару в реакторі дегідрірованія

I                                       Введення

Киплячий шар – це сипкий матеріал, зважений у прохідному через нього потоці газу або рідини Неоднорідність структури киплячого шару і, в першу чергу, локальної щільності істотно впливає на технологічні процеси, наприклад, на реакції в газі, що продувається через каталізатор

У даний роботі вивчаються можливості резонансного НВЧ-зонда на відрізку двухпроводной лінії стосовно до діагностики ступеня неоднорідності (щільності) киплячого шару і його динаміки ВО часу

II                               Основна частина

Резонансна вимірювальна система, схематично зображено на мал1 Зонд являє собою СВЧ-резонатор 1 у вигляді півхвильового відрізка двопровідної лінії, виконаного з проводу нержавіючої сталі діаметром 2мм, який кріпиться до металевого екрану 2 за допомогою керамічних шайб 3 Збудження резонатора і прийом його відгуку здійснювалися за допомогою петель магнітного звязку

4 і 5 діаметром 10мм, розташовані в металевому екрані Зонд взаємодіє з досліджуваної середовищем вимірювальної частиною резонатора 6 довгою 30мм Власна частота резонансної системи – 860МГц, добротність – 150 Наявність речовини з відмінною ВІД одиниці діелектричної проникністю в області квазістатичного поля вимірювальної частини резонатора призводить до зміщення резонансної частоти і зміну добротності резонатора Так як розміри зонда малі в порівнянні з обємом реактора, методика дозволяє проводити локальні вимірювання ГУСТИНИ киплячого шару

Відзначимо, ЩО аналогічні вимірювальні системи успішно застосовуються для діагностики низькотемпературної плазми [1] і дослідження внутрішньої структури неоднорідних діелектричних обєктів, в тому числі і біологічних тканин без порушення їх цілісності [2]

Для теоретичного опису роботи СВЧ-зонда на відрізку двухпроводной лінії стосовно до діагностики нестаціонарних процесів, що відбуваються в киплячому шарі, скористаємося підходом, розвиненим в [1, 2]

При виконанні умови s4s «I (s – довжина вимірювальної частини резонатора, ε – комплексна діелектрична проникність середовища, I – повна довжина резонатора) контакт датчика з досліджуваної середовищем еквівалентний появі на замкнутому кінці вимірювальної частини резонатора навантаження з імпедансом Ζχ, малим ПО порівнянні з хвильовим опором 1/1/двухпроводной лінії

Рис 1 Схема датчика на відрізку двухпроводной лінії

Fig 1 Scheme ofthe sensor based on the two-wire line section

1 – СВЧ резонатор: 2 – металевий екран 3 – керамічні шайби 4, 5 – приймальня і збудлива петлі звязку 6 – вимірювальна частина резонатора

За аналогією з [2], аналізуючи систему телеграфних рівнянь для струму і напруги в двухпроводной лінії, неважко отримати рівняння резонансної кривої ίΐΓβείω) –

де ωο – власна частота резонатора Qo – власна добротність резонатора Uo – амплітуда напруги зондуючого хвилі в збудливою лінії

Імпеданс Ζχ, характеризує властивості досліджуваної середовища і, згідно (1), визначає зрушення резонансної частоти mres-coov \ амплітуду в максимумі max (Ures) .

Знаходження Ζχ зводиться до вирішення електростатичної задачі про погонной ємності двухпроводной лінії, вміщеній в середу з діелектричної проникністю ε та процедуру перерахунку імпедансу Для випадку однорідної середовища Ζχ має наступний вигляд:

Оцінки показують, що імпеданс Ζχ прямо пропорційний ГУСТИНИ р киплячого шару Наявність випадкової нестаціонарної компоненти щільності середовища ήο (/) викликає зміну резонансної частоти зонда

Для випадку однорідного киплячого шару оптимальний вибір робочої точки на резонансної кривої в області її найбільшої крутизни, при цьому SUves ​​(t) виявляється повязаної з Sp (t) простий аналітичної залежністю:

де Q – добротність системи в киплячому шарі

Запропонована методика дозволяє визначати параметри збурень, тривалість яких τ більше характерного часу відгуку резонансної системи на зміну параметрів середовища:

Оцінки показують, що датчик може реєструвати відносні коливання щільності киплячого шару δρ / ρθΊ ​​1 до значення 10 ®

На рис2 наведена характерна осциллограмма пульсацій щільності киплячого шару Вона коливається біля значення, відповідного середньої щільності киплячого шару ~ р1 до 0,8 (- щільність порошку)

Аналіз осцилограм для різних швидкостей потоку газу показав, що частота пульсацій лежить в інтервалі 2-ЗОгц: відхилене інтегральної по перетину щільності щодо середнього значення не більше 50%

Рис 2 Характерна осциллограмма пульсації відносної щільності киплячого шару в поперечному перерізі кварцового циліндра

Fig 2 Characteristic oscillogram of fluctuations of relative boiling-bed density in the cross section of a quartz cylinder

III                                   Висновок

в даний час розроблений і виготовлений промисловий високотемпературний СВЧ-датчик для діагностики щільності киплячого шару в реакторі дегідрірованія (робочий діапазон температур 200 – 600 ° в атмосфері изопентана)

IV                           Список літератури

[1] і м Кондратьєв, А В Костров, А І Смирнов,

А В Стріковскій, А В Шашурін / / Фтта плазми, 2002 Т 28 № 11 С977-983

[2] А В Костров, А І Смирнов, Д В Янін, А В Стріковскій, Г А Пантелєєва Н Известия РАН Серія фізична 2005, тому 69, № 12, с 1716-1720

DIAGNOSTIC OF THE BOILING BED USING A RESONANCE MICROWAVE PROBE BASED ON THE TWO-WIRE LINE SECTION

A V Kostrov, V A Kostrov, A I Smirnov A V Strikovskiy, D V Yanin Institute of Applied Physics,

Russian Academy of Sciences 46, Uliyanov Str, Nizhniy Novgorod, 603950, Russia

Abstract- Dynamics of variations of loose-medium density in a gas flow is studied using a resonance microwave probe based on a section of the two-wire line An industrial high- temperature sensor measuring the boiling-bed density in a dehydrogenation reactor has been developed and manufactured

I                                         Introduction

The boiling bed is a loose medium suspended in a flow of a gas or fluid running through it Inhomogeneity of the structure of the boiling bed and, primarily, of the local density influences significantly the technological processes, e g on the reactions in the gas blown through a catalytic agent

II                                        Main Part

The scheme of the resonance measuring system is shown in Fig 1 The sensor probe is made as a microwave resonator

(1) in the form of a half-wave section of a two-wire line made of a stainless-steel wire with 2-mm diameter, which is fixed on a metal screen (2) by means of ceramic spacers (3) The resonator was excited and its response was received using magnetic- coupling loops (4 and 5) 10 mm in diameter, which are located in the metal screen The probe interacts with the studied medium via the measuring part of the resonator (6) being 30 mm long The eigenfrequency of the resonance system is 860 MHz, its Q-factor is 150 The presence of a substance, which has the dielectric permeability differing from unity in the region of the quasi-static field of the measuring resonator part, results in a shift of the resonance frequency and a change in the resonator Q-factor Since the size of the probe is small as compared with the reactor volume, this method allows performing local measurement of the density of the boiling bed

We will use the method developed in [1, 2] to describe theoretically the operation of the microwave probe based on a section of the two-wire line to be used to diagnose the nonstationary processes running in the boiling bed

Figure 2 shows a characteristic oscillogram of boiling-bed density fluctuations

III                                       Conclusion

The proposed method makes it possible to determine the parameters of the perturbations with their duration r exceeding the characteristic time of the resonance line response to changes in the medium parameters:

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р