Способ определения типа колебаний парогазовых включений в жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерениям свойств газонасыщенных жидких сред и может быть использовано в науке и технике, связанных с процессами измерения и контроля свойств таких сред, находящихся в движущемся состоянии или под действием знакопеременных давлений и градиентов температур, а также в состоянии гидродинамической или акустической кавитации.

Изобретение может быть эффективно использовано как в лабораторных условиях, так и в условиях технологического процесса, в том числе непрерывного, а также при определении типа колебаний парогазовых включений в натурных морских условиях.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости , надежности,упрощение процесгл измерения.

Способ определения типа колебаний парогазовых включений в жидкости в акустическом поле известной частоты заключается в выделении исследуемого объекта жидкости и регистрации частотного спектра заданной физической характеристики среды. К исследуемому объему среды прикладывают переменное электромагнитное поле с частотой, большей частоты акустического поля, в качестве физической характеристики выбирают электропроводность среды, а о типе колебаний судят по частотному спектру электропроводности -исследуемого объекта среды. Мгновенное изменение электропроводности газожидкостной среды непосредственно связано с мгновенным изиенением объема непроводящих газовых, паровых и газопаровых включений в зависимости от их проI

СЛ

Ј

W

Р

сл

хождения (акустическая кавитация, ка-, витация кипения и т.п.).

Способ осуществляется следующим образом.,

Измеряют изменение электропровод15

ности среды, в которой возможно газовыделение или кавитация. Для этого могут быть использованы, например, известные мостовые схемы, каждая с JQ двумя электролитическими ячейками, одна из которых является защищенной от кавитации, с последующей регистрацией и спектральным анализом разностного сигнала на выходе моста.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит генератор высокой частоты 1, питающий измерительВ результате экспериментального и следования, проведенного с целью изу чения зависимости от времени изменения электропроводности жидкости в акустическом поле, в спектре изменения электропроводности отстоявшейся воды обнаружены линии, соответствующие гармоникам основной частоты акус тической волны, создающей кавитацию 15 (2-я, ), и субгармоника fak, /2 со своими гармониками. Появление каждой из этих спектральных составляющих связано с определенной величиной аку тического давления, а величина их яв

ную мостовую схему 2. К выходу мосто- 20 ляется Функцией газбсодержания воды

вой схемы через селектирующий прибор 3, например узкополосный усилитель, подключается индикатор или измеритель- . ный прибор k. Мостовая схема содержит измерительную 5 и эталонную 6 ячейки. 25 Измерительная ячейка помещается в изучаемую область жидкости, а эталонная помещается в звуконепроницаемый экран. Ячейка представляет собой пару электродов.30

Измерение электропроводности производят с использованием переменного напряжения питания моста от генератора

величины акустического давления.

Исследования показали насыщение и спад функции амплитуды гармонических составляющих пЈак изменения электропроводности от акустического давлени Причиной этого может быть уменьшение при некоторых давлениях числа пузырь ков, имеющих размеры, близкие к резо нансному, из-за их разрушения при колебаниях большой амплитуды.

Наличие гармонических составляющи свидетельствует о наличии нелинейных колебаний пузырьков, а субгармоничес ких - о процессе их схлопывания в пе

Изменение электропроводности исследовали в отстоявшейся и свежей водопроводной воде при комнатной температуре.

В результате экспериментального исследования, проведенного с целью изучения зависимости от времени изменения электропроводности жидкости в акустическом поле, в спектре изменения электропроводности отстоявшейся воды обнаружены линии, соответствующие гармоникам основной частоты акустической волны, создающей кавитацию (2-я, ), и субгармоника fak, /2 со своими гармониками. Появление каждой из этих спектральных составляющих связано с определенной величиной акус- тического давления, а величина их является Функцией газбсодержания воды

величины акустического давления.

Исследования показали насыщение и спад функции амплитуды гармонических составляющих пЈак изменения электропроводности от акустического давления Причиной этого может быть уменьшение при некоторых давлениях числа пузырьков, имеющих размеры, близкие к резонансному, из-за их разрушения при колебаниях большой амплитуды.

Наличие гармонических составляющих свидетельствует о наличии нелинейных колебаний пузырьков, а субгармонических - о процессе их схлопывания в пе

Изобретение относится к гидродинамике и акустике и может быть использовано для измерения и контроля свойств газопаронасыщенных жидких сред. Цель изобретения - расширение области применения, упрощение и увеличение скорости измерения, повышение помехозащищенности. Способ заключается в выделении исследуемого объема среды, приложении к нему акустического и переменного электромагнитного полей. Частота электромагнитного поля больше частоты акустического поля. Регистрируют частотный спектр электропроводности, по частотам известных спектральных составляющих которого судят о типе колебаний газовых и паровых включений. 1 ил.

1 на частотах, позволяющих пренебречь „ РИ°ДЫ кратные отрицательному полупевлиянием приэлектродных явлений, отстроиться по частоте от электромагнитных помех и настроиться на частоту селектирующего прибора.

Перед измерением мостовая схема о предварительно балансируется потенциометром 7.

Из-за питания моста переменным током с частотой выше частоты акустического поля спектра напряжения на выхо- 45 де моста получается смещенным на частоту напряжения питания. Меняя последнюю, можно двигать спектр как целое относительно неподвижного селектирующего участка спектроанализатора. Выходной сигнал селектирующего прибора, пропорциональный амплитуде анализируемой спектральной составляющей, поступает на измерительный прибор. Акустическая кавитация создавалась в ванне 8 с водой магнитострикционным преобразователем 9. Акустическое давление в межэлектродном промежутке измерялось гидрофоном.

55

риоду волны основной акустической частоты.

Пример. Берут воду при нормальных условиях. Возбуждают акустическое поле частотой 23 кГц. Прикладывают к электролитическим ячейкам напряжение (переменное) с амплитудой 1 В и частотой 200 кГц Регистрируют спектр изменения электропроводности отстоявшейся воды. При акустических давлениях Р 0,02 атм парогазовые полости колеблются с частотой fQK, т.е. синхронно с частотой акустического поля. При давлениях в 0,05 атм появляются колебания пузырьков с частотой в 2 раза большей, а при давлениях 0,1 атм - колебания пузырей на половинной субгармонике , причем количество таких пузырей растет с ростом давления и при давлении 15 атм их объем вдвое превысит объем пузырей, колеблющихся с удвоенной частотой.

о

5

5

риоду волны основной акустической частоты.

Пример. Берут воду при нормальных условиях. Возбуждают акустическое поле частотой 23 кГц. Прикладывают к электролитическим ячейкам напряжение (переменное) с амплитудой 1 В и частотой 200 кГц Регистрируют спектр изменения электропроводности отстоявшейся воды. При акустических давлениях Р 0,02 атм парогазовые полости колеблются с частотой fQK, т.е. синхронно с частотой акустического поля. При давлениях в 0,05 атм появляются колебания пузырьков с частотой в 2 раза большей, а при давлениях 0,1 атм - колебания пузырей на половинной субгармонике , причем количество таких пузырей растет с ростом давления и при давлении 15 атм их объем вдвое превысит объем пузырей, колеблющихся с удвоенной частотой.

Формула изобретения

Способ определения типа колебаний парогазовых включений в жидкости,заключающийся в том, что на исследуемый объем воздействуют акустическим полем и регистрируют частотный спектр физической характеристики среды, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, на

дежности и упрощения процесса измерения, к исследуемому объему среды прикладывают переменное электромагнитное поле с частотой, большей частоты акустического поля, в качестве физической характеристики выбирают электропроводность среды, а по частотному спектру электропроводности выделенного объема среды судят о типе колебаний парогвг зовых включений.