Способ измерения концентрации нерастворенного газа в жидкости Советский патент 1985 года по МПК G01N29/02 

1

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕРАСТВОРЕИНОГО ГАЗА В ЖИДКОСТИ, закпючакжчийся в том, что исследуемзпо жидкость облучают акустическими колебаниями на двух частотах, превьппающих резонансную частоту наименьших по размеру пузьфьков газа, отличающийся тем, целью повышения точности измерений, первую частоту i, акустических колебаний выбирают в 1,1-1,5 раза большей резонансной частоты указанных пузьгрьков газа в жидкости, а вторую частоту ij акустических колебаний - большей первой частоты ff не менее, чем в 1,7 раза, для каждой частоты , и g определяют затухание колебаний и отношение К этих затуханий, а по тарировочному графику М- (:) определяют значение поправочного коэффициента М , с уче(Л том которого определяют концентрацию нерастворенногогаза в жидкости по затуханию колебаний на второй частоте in ,

..:. Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол эовано для измерения количества не растворённого газа в жидкости при эксплуатации различных систем - гид равлических, топливных, охлаждения и других; Известен .способ измерения конце трации нерастворенного газа в жидкости, заключакщийся в генерировании акустической волны на частоте, превышающей резонансную частоту са мых мелких пузырьков, прозвучивании исследуемой среды, регистрации волны, прошедшей через нее, и последующем сравнении величин сигнало прошедших различное расстояние в жидкости, и определении концентрации . нерастворенного газа в жидкост по изменению коэффициента затухания О. Недостатком известного способа является зависимость результатов измерения от размеров пузырьков (при одной и той же их концентрации), что приводит к большой погреш ности определения объемной концентрации нерастворенного газа. Наиболее близким к изобретению является способ измерения концентрации нерастворенного газа в жидкости, заключахнцийся в том, что исследуемую жидкость облучают акустическими колебаниями на двух часто тах, щ е8ышающшс резонансную частоту наименьвих по размеру пузырьков газа. |0 наличии газа в жидкости судят по уровню рассеянного жидкостью сигнала, измеренного на разностной частоте этих колебашсй 2 Однако этот способ дает большую погрешность из1 1ерею1Я при определении концентрации газа в жидкости np одновременном наличии в ней пузьфьков газа различных размеров. Цель изобретения - повышение точ ности измерений концентра цш нераст воренного газа в жидкости с пузырьками различных размеров. Поставленная достигается тем, что согласно способу измерения концентрации нерастворенного газа в жидкости, заклмщающемуся в том, что исследуемую жидкость облучают акустическими колебаниями на двух частотах, превышаю1чих резонансную частоту наименьших по размеру пузырьков газа, первую частоту , аку тических колебаний выбирают в 1,1-1,5 раза большей резонансной частоты указанных пузырьков газа в жидкости, а вторую частоту ij акус1:ических колебаний - большей первой частоты-f, не менее, чем в 1,7 раза, для каждой частоты 1, и ij определяют затухание колебаний и отношение К этих затуханий, а.по тарировочному графику М- (К) определяют значение поправочного коэффициента М/, с учетом значения которого определяют концентрацию нерастворенного газа в жидкости по затуханию колебаний на второй частоте 2 Сущность способа заключается в следующем. Известно, что затухание звука, вносимое пеленой пузырьков одного размера и выраженное в децибелах, определяется выражением Р 20eg- 20.0,434-n-de-r J (1) где РО - амплитуда звуковых колебаний, прошедших исследуемую среду без пузырьков;Ч - амплитуда звуковых колебаний, прошедших расстояние по области, содержащей пузырьки со средней плотностью распределенияп в единице объемаj поперечное сечение затухания энергии пузырьком Сз. Из выражения (1) видно, что затухание звука пропорционально количеству пузырьков К п- г и поперечному сечению затухания d , которое определяется следующим вьфажением; 41 Я{8| 1 la/l-O+S -радиус пузырьков,-резонансная частота пузырька, - частота акустических ко- лебаний, - постоянная затухания, 2 г - волновой коэффициент; 1 - длина волны акустических колебаний. Из выражения (2) следует, что при фиксированной частоте i«fo поперечное сечение затухания jg нз-; меняется пропорционально изменению радиуса пузырька R , в то время как количество пузырьков N При постоянной их объемной концентрации ОС пропорционально 1/R А это означает, что при одинаковой концентрации пузырьков, но отличающих ся друг от друга размерами R , затухание звука в среде будет различ ным. Так, например, при изменении радиуса пузырьков в 10 раз затухание звука изменяется на 100 дБ, вследствие чего появляется большая ошибка измерения. Из выражения (2) следует также, что при неизменном радиусе пузырька R зависимость dg от частоты акустических колебаний носит нелинейный характер, что и положено в основу описанного мето да измерения, при котором один и тот же объем жидкости прозвучивают на двух разных частотах. При этом одну частоту акустических колебани if вьй}ирают близкой к максимальной резонансной частоте пузырьков, а другую ij - значительно вьше. Прозвучивание одного и того же объема жидкости позволяет считать расстояние г и количество пузырьков N для каждой частоты одинаковыми. в этом случае изменение амплиту да звуковых колебаний для каждой ч тоты и отношение К затуханий коле баний можно записать в иде Рв1 гОВ у-20-0.434. N.de,j 20eg-px20.0,4M-M б„-, ФЗначение К при изменении радиу са пузырьков R (при фиксированных частотах 1 и i ) не остается пос тоянным, а меняется определенным - с уменьшением радиуса пу зырька отношение увеличивается. При этом каждсжу размеру пузьфьков соот ветствует вполне конкретное значение отношения К, Следовательно, изменяя затухание звука для каж{1ой частоты акустических колебаний и определяя отношение К затуханий, с помсэдью зависимости ) можно определить размер пузырьков, присутствую1чкх в жидкости. Для корректировки измеренного затухания звука на частоте ,ij в соответствии с размерами пузырьков R вводят поправочный коэ41фициент М, который находят по тарировочному графику М f ();) и измеренному значению отношения . Измеренное затухание звука На частоте 1 « по которому определяют концентрацию нерастворенного газа в жидкости, умножшот на найденный коэффициент М. Практически поправочный котффи циент АИ определяют из условия, чтобы затухание звука для. любого размера пузырьков при «(: const быпо одинаковым. Этому условию удовлетворяет соотношеюсе /о М- поперечное сечение затухания , соответствующее произвольно выбранному радиусу пузырька R,, внутри диапазона размеров пузырьков, присутствующих в жидкости; поперечное сечение затухания пузырька с радиусом К-П Таким образе прозвучивание одного и того же объема исследуемой среды на двух разных частотах позволяет определять размер пузырьков в исследуемой среде, а следовательно, и соответствующий им поправоч1ШЙ коэффициент и тем г. значительно снизить погрешность измерения, обусловленную зависимостью затухания звука от размеров пузырьков. При измерении концентрации нерастворенного газа в,жидкости, содержащей пузырьки различных размеров, общее затухание звука равно сумме затуханий, вносимых каждым пузырьком в отдельности. При этом результирующая кривая затухания получается эквивалентной какому-то одному размеру пузырьков, для которого и определяют поправочный коэффициент М по формуле (3). Точность измерений данным слособом зависит от соотношения частот акустических колебаний и резонансных частот пузырьков. Установлено, что максимальная точность измерения обеспечивается в случае, если д6полнительное прозвучивание жидкости