Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости Советский патент 1988 года по МПК G01N29/02 

ел

го

иг.1

Изобретение относится к устройствам для определения концентрации свободного газа в жидкостях акустическим методом и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 896544.

Целью изобретения является повышение достоверности и расширение функциональных возможностей за счет измерения также и размеров пузырей газа в жидкости.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений; на фиг. 3 - зависимости, поясняющие суть изобретения с физической точки зрения.

Устройство состоит из погруженных в жидкость 1 гидрофона 2, двух излучателей 3 и 4 и дополнительного гидрофона 5. Излучатель 3 соединен с генератором 6 высокочастотных колебаний, а излучатель 4 - с генератором 7 низкочастотных колебаний. Дополнительный гидрофон 5 через формирователь 8 прямоугольных импульсов, счетчик 9, схему ИЛИ 10 подключен к генератору 6 высокочастотных колебанИ й. Гидрофон 2 подключен к селективным усилителям И и 12. Первые входы измерителя 13 временных интервалов через счетчик 15 подключены к выходу селективного усилителя 11. Вторые входы измерителей 13 и 14 временных интервалов через счетчик 16 соединены с выходом селективного усилителя 12. Генератор 17 синхроимпульсов соединен с генератором 7 низкочастотных колебаний, измерители 13 и 14 временных интервалов, счетчиками 9, 15 и 16 и предназначен для синхронизации их работы во времени.

Устройство работает следуюш,им образом.

Генератор 17 синхроимпульсов вырабатывает последовательность видеоимпульсов, частота посылок которых определяется требуемой дискретностью отсчета (фиг. 2а). Под воздействием этих импульсов счетчики 9, 15 и 16 и измерители 13 и 14 временных интервалов приводятся в исходное состояние, а генератор 7 низкочастотных колебаний вырабатывает радиоимпульс (фиг. 26), подводимый к излучателю 4. Излученные акустические колебания принимаются гидрофоном 2 и дополнительным гидрофоном 5, имеющим непосредственный акустический контакт с излучателем 4. Дополнительный гидрофон моделирует работу основного гидрофона 2, обеспечивая одинаковые с ним фазовые сдвиги Дф при изменении температуры среды (фиг. 2в). Для устранения погрешности измерения, образующейся за счет этих сдвигов, генератор высокочастотных колебаний в устройстве запускается электрическими колебаниями от дополнительного гидрофона 5. Низкочастотные колебания с гидрофона 5 формирователем 8 прямоугольных импульсов преобразуются в прямоугольные (фиг. 2, эпюра 4) и подаются на счетчик 9, который

0

5

0

5

0

5

0

5

подсчитывает число периодов низкочастотных колебаний и выполняет роль задержки генерирования высокочастотных радиоимпульсов (фиг. 2ж) относительно начала низкочастотных колебаний (фиг. 2в). Счетчик 9 в данном устройстве подключен двумя своими выводами через схему ИЛИ 10 к генератору 6 высокочастотных колебаний и запускает последний импульсами (фиг. 2д, е). Если импульс е, как и в известном устройстве, соответствует старшему периоду колебаний г, то импульс д формируется счетчиком 9 в начале колебаний в (в данном случае он соответствует второму периоду колебаний). Таким образом, в пределах одной посылки низкочастотных колебаний излучается два высокочастотных импульса, причем один из них синхронизирован, с низкочастотным радиоимпульсом в самом начале его, а второй- в стационарной части (порядка 5-10 периодов от начала низкочастотного импульса). Это сделано для того, чтобы произвести измерение разности времен пробега д t, и низкочастотного и высокочастотного ультразвуковых сигналов для разной степени возбуждения пузырей газа в исследуемой жидкости под действием низкочастотного ультразвукового поля. Переходной процесс установления вынужденных колебаний пузырей резонансных и околорезонансных размеров длится з начительное время и занимает 5-10 периодов низкочастотного сигнала (это зависит от добротности пузырей). В пределах переходного процесса установления колебаний пузыря фазовые соотношения его колебаний и ультразвуковой волны претерпевают значительные изменения, что обусловливает переменное (возрастающее) воздействие пузырей на скорость распространения низкочастотного сигнала. Пузыри, слабо возмущенные ультразвуковой волной (в начале переходного процесса), обеспечивают малое значение разности Л ti, пузыри, колеблющиеся в установившемся режиме (по крайней мере сильно возмущенные ультразвуковой волной), обеспечивают большие значения разности .i (фиг. 2 п, р).

Что касается нерезонансных пузырей, то их переходной процесс длится мало, они практически сразу возмущаются ультразвуковой волной до своих установившихся значений амплитуды и фазы. Это определяет одинаковость показаний интервалов времени как в начале ультразвукового низкочастотного импульса, так и в его стационарной части (Д t., Мг).

Зависимости ДС (), Ь.С() скорости распространения периодического ультразвукового возмущения частотой f для первого периода этого возмущения, а также для стационарного режима в жидкости с пузырями радиуса г приведены на фиг. 3. На рисунках заштрихованы участки кривых для околорезонансных частот сигнала. Видно, что на этих участках отклонения л С, и д Сг( сильно отличаются друг от друга на разных кривых (например, в точке 2). На незаштрихо- .ванных участках вдали от резонансной частоты fo пузырей (например, в точке 1) отклонения Д Q и Л GI. скорости распространения сигнала одинаковы как для первого периода сигнала, так и для стационарного режима.

Сравнивая величины показаний Д t ил1 двух измерителей 13 и 14 временных интервалов, можно судить удовлетворяет ли частота низкочастотного сигнала условию правильного выбора ее (в этом случае показа- нияд и . одинаковы) или пузыри выросли настолько, что условие выбора нарушилось ( Д t., « Ata). В последнем случае следует либо принять решение о понижении частоты измерительного сигнала для производства точных измерений, либо констатировать факты достижения пузырями определенного размера в процессе их роста и считать дальнейшие измерения концентрации неточными.

В дальнейшем работа устройства осуше- ствляется следующим образо м. Селективные усилители 11 и 12 обеспечивают необходимое усиление, селекцию и формирование принятых низкочастотных (фиг. 2з) и высокочастотных колебаний (фиг. 2и). Из низкочастотного колебания формируется меандр (фиг. 2о), из высокочастотных - импульсы (фиг. 2к). Последние поступают на первый вход измерителя 13 временных интервалов и вход счетчика 15. Первый из импульсов

0

5

(фиг. 2к) запускает измеритель 13, после чего вход последнего блокируется. Второй из импульсов (фиг. 2к) обеспечивает срабатывание счетчика 15 (фиг. 2л), в результате чего обеспечивается запуск по первому входу измерителя 14 вре.менных интервалов. Остановка счета измерителей 13 и 14 производится по вторым входам с помощью импульсов (фиг. 2п, р), вырабатываемых счетчиком 16. Функция последнего заключается в выделении из меандра (фиг. 2о) тех периодов, которые использовались для запуска высокочастотного генератора.

Формула изобретения

Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости по авт. св. № 896544, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и расщирения

0 функциональных возможностей за счет измерения также и размеров пузырей газа в жидкости, оно снабжено схемой ИЛИ, два входа которой подключены к выходам разных разрядов первого счетчика, а выход -- к входу генератора высокочастотных колебаний, и последовательно соединенными третьим счетчиком и вторым измерителем временных интервалов, второй вход которого подключен к второму выходу второго счетчика, выход усилителя высокочастотного

0 сигнала соединен с входом третьего счетчика, а выход генератора синхроимпульсов связан с входами сброса второго измерителя временных интервалов и третьего счетчика.

5

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение достоверности и расширение функциональных воз.можностей за счет определения также и размеров пузырей газа в жидкости. В исследуемую среду излучают низкочастотный радиоимпульс и два высокочастотных радиоимпульса в начале переходного процесса и в установившемся режиме низкочастотных колебаний. Гидрофоном 2 прини.мают акустические сигналы и селектируют их по частоте усилителями 11 и 12. На счетчик 15 поступают два высокочастотных радиоимпульса, второй из которых проходит на измеритель 14 временных интервалов. Первый импульс проходит на измеритель 13 временных интервалов. По показаниям измерителя 13 временных интервалов судят о концентрации газа в жидкости. По показаниям измерителя 14 временных интервалов судят о размере пузырьков газа в жидкости. По соотношению показаний этих измерителей принимают заключение об изменении частот излучаемых ультразвуковых колебаний. 3 ил. (Л

S

WV

JOJO-q rLTLnrb

АС

(tjl

1-ый, период периода- ческозо дльтраздуко - дого Возмущения

f

Стацаотрный режим периодического ультразбукобоёо дозпуш,еная

аг. 3