Способ контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01N29/02 

Изо.бретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения сплошности и режима течения потока зкидкости в трубопроводе при эксплуатации различ ных гидродинамических систем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей с пособа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний,распространяющихся в стенке трубопровода.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для реализации способа контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - зависимость амплитуды ультразвукового импульса, прошедшего пр. стенке трубопровода, от концентра ции газовой фазы об .

Устройство содержит установленные на противоположных сторонах трубопровода 1 ультразвуковые (УЗ) передающий и приемный преобразователи 2 и 3 соответственно, генератор 4 электрических колебаний, выход которого подключен к передающему преобразователю 2, усилитель 5, вход которого подключен к приемному преоб4

tc

00

разователю 3, последовательно соеди- HEHiibie первый детектор 6 и регистратор 7, последовательно соединенные блок 8 задержки, первьй формирова™ тель 9 стробирующих импульсов и первый аналоговый ключ И), выход которого подкл}рчен к входу первого детектора 6, и последовательно соединенные вторые, формирователь 11 стробирующих импульсов, вход которого подключен к второму выходу генератора 4 элект- рических колебаний, аналоговый ключ 12 и детектор 13, выход которого подключен к второму входу регистратора 7, вторые входы первого и второго аналоговых ключей 10 и 12 объединены и подключены к выходу усилителя 5, а вход блока 8.задержки подключен к выходу второго формирователя 11 стробирующих И№ УЛЬСОВ.

Позициями 14-21 обозначены выходы сигналов с блоков устройства контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе .

Устройство работает следующим образом.

Генератор 4 электрических колебаний периодически генерирует -высокочастотные радиоимпульсы с фиксированной амплитудой, которые передающим преобразователем 2 преобразуются в ультразвуковые импульсы 14. Этими импульсами прозвучивают трубопровод 1 с контролируемой средой. Сигнал на выходе приемного преобразователя 3 в общем;случае представляет собой сумму двух импульсов: импульса И1, прошедшего через исследуемую жид- кость (позиция 16), и импульса U2, прошедшего по стенке трубопровода (позиция 15). Амплитуда им1ульса U1 зависит от концентрации газовых пузырьков в потоке. Амплитуда же импульса U2 зависит от площади .внутрен ней поверхности трубопровода,контактирующей с жидкостью, т.е. от режи- ма течения. Так, например, при снарядном режиме течения, когда внутреняя псозерхность трубопровода в зоне контроля контактирует с газовой прокой, практически вся ультразвуковая энергия, излученная преобразователе 2 в стенку трубопровода, попадает н приемный преобразователь 3. При пузырьковом режиме течения, когда вся внутренняя поверхность трубопровода . контактирует с жидкостью, часть ульразвуковой энергии, распространяющейся по стенке трубопровода, излучается в жидкость, .и позтому на приемный преобразователь 3 сигнал прит ходит максимально ослабленным.При расслоенном режим.е течения амплитуда импульса U2 зависит от объемного га

5

0

5

0

35

зосодержания oi

в объеме

45

55

V гага

мерного участка трубопровода Vrp. На фиг.З показан образец экспериментально полученной зависимости амплитуды импульса U2 от oi для трубопровода (р 40 мм на частоте F 2,0 мГц.

По изменению амплитуд импульсов U1 и U2, прошедших через исследуемую жидкость и по стенке трубопровода, можно определить не только концентрацию газовой фазы в потоке жидкости, но и режим течения - пузырьковый, расслоенный и др.

Прием и выделение ультразвуковых и fflyльcoв U1 и U2 осуществляют следующим образом.

При прозвучивании металлических трубопроводов импульс U2 всегда приходит к приемному преобразователю 3 раньше импульса И, т.к. практически для всех жидкостей скорость звука в них в 2-3 раза меньше скорос- ТИ звука в металлах. Однако из-за эффектов послезвучания и реверберации исключить взаимное наложение во времени импульсов U2 и U1 путем уменьшения длительности излучаемого импульса практически не удается.Дпя селекции импульсов U1 и U2 результирующий сигнал 17 с выхода приемного преобразователя 3 после усиления в усилителе 5 подают на вторые входы аналоговых ключей 10 и 12. Импульсом 18 с выхода формирователя 11 стробирующих импульсов открывается аналоговый ключ 12.

Длительность стробирующего импульса 18 выбирается такой, чтобы на, детектор 13 подавалась лишь та часть приемного импульса U2 (позиция -19), на которую не накладывается импульс Л. После детектирования импульс постоянного тока подается на регистратор 7. Для селекции импульса U1 на первый вход аналогового ключа.10 формирователя 9 стробиругащих импульсов подается импульс 20, длительность которого и время .задержки относительно прихода импульса-U2 выбирают таким образом, чтобы на детектор 6 пор(ава51

лась та часть импульса U1 (позиция 21), на которую не накладывается импульс U2, После детектированрш импульс постоянного тока подается на первый вход двухканального регистратора У,- Время задержки стробирукще- го импульса регулируется блоком 8 задержки. Для определения характера нарушения сплошности потока жидкости измеряют амплитуды видеоимпульсов, соответствующих ультразвуковы м импульсам U1 и U2, прошедшим через контролируемую среду и по стенке трубопровода. По изменению их значения во времени судят о концентра- и,ш1 газовой фазы и режиме течения. При этом руководствуются характерными особенностями изменения сигналов U1 и U2, присущими каждому режиму течения.

1.Пузырьковый режим течения. Амплитуда импульса U меняется от

максимального значения до О в зависимости от концентрации пузырьков. Амплитуда импульса U2 во времени не меняется и равна минимальному значению U2,,, .

2.Расслоенный режим течения. Амплитуда импульса U1 0. Ампли-

туда импульса U2 меняется в пределах

от максимального .c ° минимального U2

мин

значении в зависимости газовой сЬазы Oi

от концентрации (фиг.З).

3. Снарядный режим течения.

На время прохождения газовой пробки амплитуды U1 0, а U2 U2 у

Д. Дисперсно-кольцевой режим -течения .

Амплитуда импульса U1 0; U2 - ,ц.

Дпя выделения и пyльcoв U и U2 необходимо длительности стробирующих импульсов 18 и 20 и их задержку относительно друг друга ж.естко привязать к временному положению принимаемого ультразвукового импульса 17, Это осуществляется с помощью органов регулировки, которыми снабже}1Ы соответствующие блоки устройства и двухлуче- вого осциллографа, развертка которого запускается импульсами от генератора 4 электрических колебаний. Один вход вертикального отклонения подключается к выходу усилителя 5, второй вход последовательно под2шючают к бло кам 9 и 11, формирующим стробируюгаие импульсы.

Q

25

ЗО

5

20

После уста :оБКи преобразователей 2 и 3 на трубопровод, не запол :е 1 ный жидкостью, по развертке осциллографа определяется временное положение заднего фронта импульса U2, прошедшего по стенке трубопровода, При заполнении трубопровода исследуемой жидкостью по экрану осциллографа выявляют начальный участок радиоимпульса U2, на который не накладывается радиоимпульс U1. Подключив второй вход осциллографа к выходу формирователя 115 регулировкой длительности импульсов 5-станави ивают такую длительность строб ирующего импульса,чтобы его задний фронт совпал с концом этого Участка,

Затем второй вход осциллографа подключается к выходу формирователя 9, и регулировкой временн задержки в бло1 :е 8 совмещают передний фронт второго стробирующего импульса 20 с окончанием радиоимпульса U2, прешедшего по стенке трубопровода. Регулировкой длительности импульса в формирователе 9 устанавливают такую длительность стробирующего импульса 20, чтобы его заданий фронт совпадал с задним фронтом радиоимпульса 17.

После выполнения указанных регулировок устройство 1 отово к контролю сплошности потока х.идкости в данном трубопроводе. При установке преобразователей на трубопровод другого диаметра настройку измерительного 5 строй- ства необходимо произвести заново,

Ф о р f у л а изобретения

40

1,Способ контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе,заключающийся в прозвучивапии трубопровода с контролируемой средой ультраjj звуковыми импульсами п регистрации амплитуды прошедших через среду импульсов, по величине которой судят о сплошности потока, отличаю- U( и и с я тем, что, с целью расши50 рения функциональных возможностей, дополнительно осуществляют прием ультразвуковых импульсов, пр.ошедшнх по стенке трубопровода, измеряют их амплитуду, а о концентрации газовой фазы в потоке и о режиме течения судят по измеренным параметрам,

2.Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее установленные на противо35

55

положных сторонах трубопровода ультразвуковые передающий и приемный преобразователи, генератор электрических колебаний, выхой которого подключен к передающему преобразоцателю, усилительэ вход которого нодюночен к приемному преоб разователЮ), и последовательно соединенпЕ,ш первьш детектор и регистратор о т л и чающее с я тем, что,, с целью расширения функциональных позмо аюстен.,оно снабжено последовательно соединенными блоком задержки, первым формирователем стробируюших импульсов и первым аналоговым ключом, выход кото

рого подключен к входу первого детектора, и последовательно соединенными вторыми формирователем строби- рук)щих импульсов, вход которого под- ключен к второму выходу генератора электрических колебаний, аналоговым ключом и детектором, выход которого подключен к второму входу регистратора, вторые входы первого и второго аналоговых ключей объединены и подключены к выходу усилителя, а вход блока задержки подключен к вы- ходу второго формирователя стробирую- щих импульсов.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения сплошности и режима течения потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинамических систем. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний, распространяющихся в стенке трубопровода. Изобретение позволяет определять концентрацию газовой фазы в газожидкостном потоке и режим его течения путем прозвучивания трубопровода ультразвуковыми колебаниями. При этом измеряют отдельно амплитуды ультразвуковых сигналов, прошедших через поток и в стенке трубопровода, а затем по их величинам судят о режиме течения и газосодержания потока. Использование в устройстве для осуществления способа двух формирователей стробирующих импульсов, блока задержки, двух аналоговых ключей и второго детектора позволяет отделять друг от друга методом временной селекции импульсы, прошедшие через контролируемую среду и по стенке трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг.1