Устройство для измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля концентрации газовой фазы в двухфазных средах, преимущественно транспортируемых но трубонроводам. Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах за счет учета влияния температуры двухфазной среды. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство для измерения концентрации га.човой фазы в двухфазных средах (фиг. 1) содержит первый генератор 1 прямоугольных импульсов, пьезоэлектрический датчик 2, первый усилитель-формирователь 3, последовательно соединенные дифференцирующую цепь 4, схему 5 антисовнадений, счетчик 6 и измеритель 7 временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом схемы 5 антисовнадений, формирователь 8 блокируюц,его импульса, подключенный выходом к второму входу схемы 5 антисовпадений, генератор 9 синхроимпульсов, выход которого подключен к второму входу счетчика 6, последовательно соединенные второй генератор 10 прямоугольных импульсов и компаратор 11, к второму входу которого подключен выход первого генератора 1 прямоугольных liViпульсов, последовательно соединенные вюрой усилитель-формирователь 12 и схему ИЛИ 13, выходом подключенную к входу дифференпирующей цени 4. Входы усилителей-формирователей 3 и 12 объединень 1 и подключеиь: к выходу пьезоэлектрического датчика 2. Выход генератора 9 еинхроимнульсов нодключен к управляющим входам первого и второго генераторов 1 и 10 прямоугольных импульсов, формирователя 8 блокирую1цих импульсов и коммутатора 11. Позицией 14 обозначен согласующий элемент - резистор. Устройство работает следующим образом. Генератор 9 синхроимпульсов фор.мирует одиночные видеоимпульсы прямоуго.гьной формы (фиг. 2а), под воздействием которых генераторы 1 и К) прямоугольных импульсов одновременно вырабатывают видеоимнульсы различной длительности. Для возбуждения радиальных колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 ис 1ользуется геператор 1 прямоугольных импульсов, вырабатываюпщй импульс с длительностью, близкой (равной) к периоду продольпых (осевых) колебаний, распространяющихся вдоль образующей цилиндра пьезоэлектрического датчика 2 (фиг. 26). Для возбуждения продольньих, или «высотных колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 используется генератор 10 прямоугольных импульсов, вырабатывающий импульс с длительностью, близкой к периоду радиальных колебаний 1 5 (фиг. 2в). Прямоугольные импульсы от генераторов 1 и 10 подводятся к ко.ммутатору 11, который под воздействием и.мнульсов от генератора 9 синхроимпульсов обеспечивает поочередное нодключение генераторов 1 и 10 нря.моугольных импульсов к пьезоэлектрическому датчику 2 (фиг. 2г). Передний фронт каждого импульса возбуждает в ньезоэлектрическом датчике 2 свободные механические колебания на резонансных частотах. При этом задний фронт прямоугольного импульса от генератора 1 прямоугольных импульсов повторно возбуждает в пьезоэлектрическом датчике 2 продольные (осевые) колебания в противофазе с существующими и они взаимно ослабляются. Аналогичным образо.м ослабляются радиальные колебания при возбуждении пьезоэлектрического датчика 2 импульсов от генератора 10 прямоугольных импульсов. Таким образом, в пьезоэлектрическом датчике 2 поочередно возбуждаются преимущественно то радиальные, то продольные колебания. Благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту в процессе колебаний на электродах пьезоэлектрического датчика 2 возникают электрические колебания (фиг. 2Э), которые полосовыми усилителями-фор.мирователями 3 и 12 усиливаются и преобразуются в прямоугольные колебания (фиг. 2е). Полосовой усилитель-формирователь 3 настраивается на частоту, равную частоте продольных колебаний пьезоэлектрического датчика 2. Полосовой усилительформирователь 12 настраивается на частоту, близкую к частоте свободных колебаний пьезоэлектрического датчика 2, заполненного жидкой фазой. Прошедшие через схему ИЛИ 13 сформированные прямоугольные колебания дифференцируются дифференцируюп1ей цепочкой 4 (фиг. 2ж) и подаются на первый вход схемы 5 антисовпадений, которая управляется формирователем 8 блокирующих импульсов. Этот формирователь запускается импульсом от генератора 9 синхроимпульсов и вырабатывает прямоугольный видеоимпульс (фиг. 2з), которым схема 5 антисовпадений закрь вается на время подачи возбуждающего видеоимпульса и переходных процессов. Прощедщие через схему 5 антисовпадений импульсы используются для измерения периодов радиальных к продольных колебаний пьезоэлектрического датчика 2. Первый продифференцированный импульс, проп1едц1ий через схему 5 антисовпадений, запускает измеритель 7 временных интервалов, который поочередно измеряет временные интервалы ti и ta, соответствующие п периодам свободных радиальных и продольных ко.1ебаний пьезоэлектрического датчика. Импульс, соответствующий п периодам свободных колебаний, формируется счетчиком 6, емкость (разрядность) которого выбирается таким образом, что при поступлении на его вход (n-j-l)-ro импульса счетчик 6 выдает импульс (фиг. 2, 10), который поступает на второй вход измерителя 7 временных интервалов. Усредненное значение периода продольных («высотных) колебаний Tii и радиальных Тр колебаний получается путем деления измеренных временных интервалов ti и t2 на число измеренных периодов. Для определения температурного изменения периода (частоты) колебаний пьезоэлектрического датчика 2 предварительно снимаются тарировочные кривые (TC) и (Т°С) в заданном интервале температур. В процессе измерений по измеренному периоду Тп и тарировочной кривой (Т°С) определяется температура пьезоэлектрического датчика 2, а по найденной температуре и тарировочной кривой Тр (€) определяется температурный уход периода радиальных колебаний относительно какой-то заданной температуры. Так как частота радиальных колебаний зависит как от концентрации газовой фазы в среде, так и от усредненной температуры пьезоэлектрического датчика 2, а частота продольных («высотных) колебаний - только от температуры, и «высотные и радиальные колебания распространяются в одной и той же пьезокерамике, то влияние температуры пьезоэлектрического датчика 2 на эти резонансные частоты в относительных единицах оказывается одинаковым. Поэтому, контролируя изменения частоты продольных («высотных) колебаний при изменении температуры пьезоэлектрического датчика 2, .можно определить и соответствующее изменение частоты радиальных колебаний и тем самым внести температурную поправку в результаты измерений. Изобретение позволяет повысить точность измерения концентрации газовой фазы в Д15ухфазных средах при изменении температуры двухфазной среды в широких пр(делах, повысить достоверность результатов и надежность тепловых, гидравлических и других систем, эксплуатационные характеристики которых зависят от газосодержания рабочей жидкости. Формула изобретения Устройство для измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах, содержащее первый генератор прямоугольных импульсов, пьезоэлектрический датчик, первый усилитель-формирователь, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, схему антисовпадений, счетчик и измеритель временных интервалов, второй в.ход которого соединен с выходом схемы антисоБпадений, формирователь блокирующих импульсов, подключенный выходом к второму входу схемы антисовпадений, генератор синхроимпульсов, выход которого подключен к второму входу счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенны.ми вторым генератором прямоугольных импульсов и коммутатором, к второму входу KOTopoio подключен выход первого генератора прямоугольных импульсов, юследовательно соединенными вторым усилителем-формирователем и схемой ИЛИ, выходом подключенной к входу дифференцирующей цени, входы усилителей-формирователей объединены и подключены к выходу пьезоэлектрического датчика, выход генератора синхроимпульсов подключен к управляющим входам первого и второго генераторов прямоугольных импульсов, формирователя блокируюн их импульсов и коммутатора.

Q

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для контроля концентрации газовой фазы в двухфазных средах, преимущественно транспортируемых по трубопроводам. Целью изобретения является повышение точности за счет учета влияния температуры двухфазной среды на измеряемый параметр. Генератор синхроимпульсов формирует одиночные видеоимпульсы, под воздействием которых генераторы прямоугольных импульсов вырабатывают видеоимпульсы различной длительности, возбуждающие в пьезоэлектрическом датчике поочередно преимущественно то радиальные, то продольные колебания. На электродах пьезоэлектрического датчика возникают электрические колебания, которые полосовыми усилителями-формирователями усиливаются и преобразуются в прямоугольные импульсы. Прощедшие через схему ИЛИ сформированные прямоугольные колебания дифференцируются дифференцирующей цепочкой и подаются на первый вход схемы аптисовпадений, управляемой формирователем блокирующих 1 мпульсов. Прощедшие через схему антисовпадений импульсы используются для измерения периодов радиальнь х и продольных колебаний пьезоэлектрического датчика. Импульс, соответствующий п периодам свободных колебаний, формируется счетчиком, емкость которого выбирается такой, что при поступлении на его вход п-|-1 импульса счетчик выдает импульс на второй вход из мерителя временных интервалов, который поочередно 1-,змеряет временные интервалы h II i, соответствующие п периодам свободных радиальных и продольных колебаний. Усредненное значение периода продольных («высотных) Тв колебаний и радиальных Тр ко.чебаний получают путем деления измеренных временных мнтервалон Ю ti и iz на число измеренных периодов. В процессе измерения по измеренному пеО5 риоду и тарировочной кривой Тв(ТС) опЬО 00 Oi ределяют температуру пьезоэлектрического датчика, по этой температуре и rjiPiipoвочной кривой (T°C) определяю температурный уход периода радиальных колебаний относительно заданной температуры. 2 ил.

гп

о

t/vw

у.Л.Д- ,А,АА,АИ.

ГУ

гтпг

1 у у у у у

I

U

Zr

г