Способ определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N29/02 

4 СА9 1 Ч ts9

где Р

Р

fi3o6peTeHue относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации нерастворенного газа в газожидкостной смеси в нефтяной, газовой и химической отраслях промьшшеиности.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения оигибок, вызываемых флуктуаидями пара- JQ метров контактируемой среды, На, чертеже представлена блок-схема устройства для определения кон- центраид1й свободного газа в газожидкостной среде.15

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 низкочастотных колебаний и электроакустический излучатель 2, генератор 3 синхроимпульсов и последоватепьно соединенные гидрофон 4, усилитель 5 и змеритель 6 временных интервалов, Ьторой вход которого подключен к.выходу генератора 3 синхроимпульсов, генератор 7 пилообразных колебаний, выход которого подключен к входам .генератора 1 низкочастотных колебаний И генератора 3 синхроимпульсов, и Последовательно соединенные датчик 8 давления и вычислитель 9, второй вход 30 где f Которого подключен к выходу измерителя 6 временных интервалов. Электроакустический излучатель 2 выполнен в Виде стержневого излучателя ьрлинд- рической звуковой волны, а генератор 1 низкочастотных колебаний выполнен управляемым по частоте.

Кроме того, на чертеже отрезок трубы 10 с контролируемой

давление в контролируемой

среде;

плотность жидкости;

20

25

35

PC S резонансная частота колебаний в газожидкостной среде, находящейся в трубе радиусом RJ

значение первого корня функции Бесселя нулевого порядка.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с генератора 7 пилообразного напряжения, период Т повторения которого определяется быстродействием вьиислителя 9 и поперечньши размерами трубы 10, поступают на вход генератора 1 низкочастотных колебаний и генератора 3 синхроимпульсов

Генератор 1 вырабатьшает сигнал постоянной амплитуды, частота которого лежит в звуковом, диапазоне и изменяется от времени по линейному закону

f fi + KU,

начальная частота; К ()

конечная частота; период колебаний генератора 7 пилообразного напряжения. Значение начальной частоты f, т

бирается в диапазоне нескольких герц.

Она должна превышать характерную ча- средой, в котором установлен электро- Q стоту работы насосов (1+2 Гц) для ис- акустический излучатель 2, гидрофон ключения помех, связанных с пульса4 и датчик 8 давления,

Способ определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде осуществляют следующим образом.

Излучают в среду звуковую волну, принимают звуковую волну, прошедшую среду, и измеряют ее параметры, по , которым судят о кoнцeнтpaп и свободно- го газа в среде. При этом используют цилиндрическую звуковую волну, частоту который линейно увеличивают, измеряют низшую резонансную частоту колебаний в газожидкостной среде,

измеряют давление в контролируемой

... 55

среде и по соотношению измеренных величин судят о концентрации (х) свободного газа. Указанное соотношение имеет вид

циями давления. Значение конечной частоты f выбирается в соответствии с оценками диапазона изменения низшей дс резонансной частоты трубопровода с контролируемой средой и составляет в еличину порядка Гц, что существенно ниясе наименьшей возможной частоты резонансных колебаний пузырьков газа в жидкости.

Генератор 1 возбуяодает излучатель 2, который излучает цилиндрическую волну звуковой частоты. Колебания, возникающие в газожидкостной смеси, принимаются гидрофоном 4 и преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вход усилителя 5, обеспечивающего усиление и селекцию принятых сигналов.

50

где Р

Р

Q 5

0 где f

давление в контролируемой

среде;

плотность жидкости;

0

5

5

PC S резонансная частота колебаний в газожидкостной среде, находящейся в трубе радиусом RJ

значение первого корня функции Бесселя нулевого порядка.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с генератора 7 пилообразного напряжения, период Т повторения которого определяется быстродействием вьиислителя 9 и поперечньши размерами трубы 10, поступают на вход генератора 1 низкочастотных колебаний и генератора 3 синхроимпульсов

Генератор 1 вырабатьшает сигнал постоянной амплитуды, частота которого лежит в звуковом, диапазоне и изменяется от времени по линейному закону

f fi + KU,

начальная частота; К ()

конечная частота; период колебаний генератора 7 пилообразного напряжения. Значение начальной частоты f, т

бирается в диапазоне нескольких герц.

5

циями давления. Значение конечной частоты f выбирается в соответствии с оценками диапазона изменения низшей с резонансной частоты трубопровода с контролируемой средой и составляет в еличину порядка Гц, что существенно ниясе наименьшей возможной частоты резонансных колебаний пузырьков газа в жидкости.

Генератор 1 возбуяодает излучатель 2, который излучает цилиндрическую волну звуковой частоты. Колебания, возникающие в газожидкостной смеси, принимаются гидрофоном 4 и преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вход усилителя 5, обеспечивающего усиление и селекцию принятых сигналов.

0

Уровень ограничения входного сигнала определяется уровнем шумов и выбирается таким образом, чтобы только резонансный сигнал мог пройти и усилиться. Этот усиленный сигнал подается на один из входов измерителя 6 временных интервалов и останавливает его.

Запуск измерителя 6 временных интервалов производит сигнал с генератора 3 синхроимпульсов, который подается одновременно на шину Сброс (не показана) измерителя 6 временных интервалов, сбрасывая показания последнего от предыдущего измерения.

Таким образом, на выходе измерителя 6 временных интервалов вырабаты- .вается сигнал, пропорциональный времени -С с момента запуска генератора 1, управляемого по частоте напряжением до момента генерирования сигнала с низшей резонансной частотой:

f , + КС,

/. f ргъ - f,

. К:

5 костной среды измеряют низшую резонансную частоту колебаний и давление, по соотношению которых судят о концентрации свободного газа,

2,Устройство для определения конценЭтот сигнал поступает на один из входов вычислителя 9. На второй вход вычислителя постоянно поступает сиг- 30 трации свободного газа в газожидкостнон нал с датчика 8 давления. Вычислитель среде,содержащее последовательно сое- производит вычисления концентрации х свободного газа по формуле

диненные генератор низкочастотных колебаний и электроакустический излучатель, генератор синхроимпульсов и по21Я

(01 т

,R4fi+K e)2

Пример, В лабораторных условиях бьши проведены измерения концентрации свободного газа в газожидкост- юй смеси, текущей в трубе радиусом R 0,2 м. Газожидкостная смесь представляла собой систему вода - углекислый газ (о 10 кг/м) при давлении Р . Стержневой излучатель был закреплен вблизи стенки трубы и имел длину 200 мм. На противоположной стенке трубы были закреплены гидрофон и датчик давления. Газожидкостная смесь прокачивалась с расходом 2-10 м с. Период (Т) повторения генератора 7 пилообразного напряжения составлял 1 с. Начальная частота генератора 1, управляемого напряжением, выбиралась

Конечная частота 1U Гц.

равной f 5 Гц, была равна 5 5

Измеренное значение концентрации g свободного газа в газожидкостной смеси составило X 0,03.

Ошибка измерения составляет порядка 1%.

формула изобретения

1. Способ- определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде, заключакяцийся в том, что излу5 чают в среду звуковую волну, принимают звуковую волну, прошедшую среду, и измеряют ее параметры, по которым судят о концентрации свободного газа в среде, отличающийся тем,

0 что, с целью повышения точности, в качестве излучаемой в среду волны используют цилиндрическую звуковую волну, частоту которой линейно увеличивают, а в качестве параметров газожид5 костной среды измеряют низшую резонансную частоту колебаний и давление, по соотношению которых судят о концентрации свободного газа,

2,Устройство для определения концен0 трации свободного газа в газожидкостнон среде,содержащее последовательно сое-

30 трации свободного газа в газожидкостнон среде,содержащее последовательно сое-

диненные генератор низкочастотных колебаний и электроакустический излучатель, генератор синхроимпульсов и по35 следовательно соединенные гидрофон, усилитель и измеритель временных интервалов, второй вход которого под- ,ключен к выходу генератора синхроимпульсов, отличающееся тем,

40 что оно снабжено генератором пилообразных колебаний, выход которого подключен к входам генератора низкочастотных колебаний и генератора синхроимпульсов, и последовательно соеди45 ненными датчиком давления и вычислителем, второй вход которого подключен к выходу измерителя временных интервалов, электроакустический излучатель выполнен в виде стрежневого

50 излучателя цилиндрической звуковой волны, а генератор низкочастотных колебаний вьтолнен управляемым по частоте.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации нерастворенного газа в газожлдкост- ной смеси в нефтяной, газовой и химической отраслях промышленности. Целью изобретения, является повьш1ение точности за счет исключения ошибок, вызываемых флуктуациями параметров контролируемой среды. Согласно изобретению в исследуемой газожидкостной смеси возбуждают цилиндрическую волну звуковой частоты, распространяющуюся в трубе постоянного сечения в направлении, перпендикулярном образующей трубы, измеряют давление смеси в области распространения волны, измеряют низшую резонансную частоту § колебаний га-зожидкостной смеси в объеме, ограниченном стенками трубы, и по соотношению этих величин определяют концентрацию свободного газа. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. ся