Устройство для определения газосодержания в жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров двухфазных сред, транспортируемых по трубопроводам.

Цель изобретения - повышение точности за счет учета изменений плотности среды, вызванных изменениями гидростатического давления.

На чертеже приведена блок-схема устройства для определения газосодержания в жидкости.

Устройство для определения газосодержания в жидкости содержит последовательно соединенные генератор 1 синусоидального напряжения, усилитель 2 мощности, пьезоэлектрический излучатель 3 и последовательно соединенные пьезоэлектрический приемник 4 акустических колебаний, согласующий усилитель 5, полосовой фильтр 6, выпрямитель 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и первый буферный регистрЭ, второй буферный регистр 10, перBt i и второй компараторы 11 и 12, триггер ю,элемент И 14, генератор 15 импульсов и счетчик 16 импульсов и блок 17 вычислений, выход готовности данных АЦП 8 соединен с входом стробирования первого буферного регистра 9, выходы данных первого и второго буферных регистров 9 и 10 подключены к соответствующим входам блока 17 вычислений, выход управления которого соединен с входами разрешения ввода данных первого и второго буферных регистров 9 и 10 и с входом запуска АЦП 8, выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с входом первого компаратора 11, выход которого подключен к установочному входу триггера 13, выход фильтра б соединен с входом второго компаратора 12, выход последнего подключен к входу сброса триггера 13, прямой выход которого соединен с входом стробирования второго буферного регистра 10 и с первым входом элемента И 14, второй вход которого соединен с генераО

ю о

Ј о

тором 15 импульсов, а выход - со счетным входом счетчика 16 импульсов, выход которого соединен с входом данных второго буферного регистра 10. Позицией 18 обозначена труба с контролируемой жидкостью. Устройство работает следующим образом.

С помощью генератора 1, усилителя 2 мощности и пьезоизлучателя 3, вмонтированного заподлицо в стенку трубы 18, с потоком исследуемой жидкости, содержащей газовые пузыри, возбуждают акустические колебания с частотой, меньшей резонансной частоты газовых пузырей.

Далее акустические колебания среды воспринимаются пьезоприемником4. Сигналы с выхода последнего усиливаются усилителем 5 и фильтруются полосовым фильтром 6. На выходе выпрямителя 7 получают сигнал, пропорциональный звуковому давлению Р. В усилителе 2 мощности поддерживается постоянство напряжения на излучателе 3, т.е. обеспечивается постоянство колебательной скорости v.

Далее сигнал с выпрямителя 7 поступает на аналоговый вход АЦП 8.

По окончании преобразования АЦП 8 вырабатывает сигнал Готовность данных. По этому сигналу цифровой код с цифровых выходов АЦП 8 записывается в буферный регистр 9, а из него по сигналу Чтение, подаваемому на регистр 9 из блока 17 вычислений, записывается в память последнего.

Одновременно синусоидальное напряжение с генератора 1 поступает на компаратор 11, который формирует импульс при переходе через ноль синусоидального напряжения, вырабатываемого генератором 1. Импульс, генерируемый компаратором 11, в момент перехода через ноль с отрицательной полуволны на положительную синусоидального напряжения, вырабатываемого генератором 1, устанавливают триггер 13 в состояние 1. Этот сигнал поступает на первый вход элемента И 14, который начинает пропускать импульсы с генератора 15 на счетный вход счетчика 16. В это время задержанный при прохождении в среде синусоидальный сигнал с фильтра 6 поступает на аналогичный компаратор 12, формирующий импульс в момент перехода через ноль с отрицательной полуволны на положительную сигнала фильтра 6.

Этот импульс устанавливает триггер 13 в состояние О, который запрещает поступление через элемент И 14 счетных импульсов с выхода генератора 15 на счетчик 16. Число, записанное в счетчике 16, пропорции

онально времени прохождения акустического сигнала между стенками трубы. По времени распространения акустического сигнала от одной стенки трубы до противоположной, т.е. от излучателя 3 до приемника 4, и известному расстоянию между последними в блоке 17 вычислений определяется значение скорости звука в контролируемой среде.

Цифровой код счетчика 16 записывается в буферный регистр 10 сигналом строби- рования. подаваемым на регистр 10 с триггера 13 в момент окончания сиета. Блок 17 вычислений, подавая на буферные регистры 9 и 10 сигнал разрешения ввода, считывает коды из этих регистров и одновременно запускает АЦП 8 для выполнения следующего цикла. В то время, когда АЦП 8 проводит цикл преобразования, блок 17 вычислений, имея в своей памяти значение звукового давления Р, полученное из АЦП 8, время Т распространения звукового сигнала от одной до другой стенки по диаметру трубы, значение колебательной скорости v,

диаметр трубы d и плотность жидкости , введенные в память заранее, вычисляют газосодержание/3 по формулам:

30

А М1-/3), РС,

V Г

C d/T.

Излучатель 3 и приемник 4 устройства

могут быть выполнены из пьезокерамики ЦТС-19. В качестве АЦП 8 может быть использована микросхема К1113ПВ1. буферные регистры 9 и 10 - микросхема КР580ИР82, блок 17 вычислений может быть

выполнен на основе ДВК-3 с контроллером связи.

Предлагаемое устройство характеризуется более высокой точностью, так как измеренное значение скорости звука позволяет учесть изменение плотности среды с пузырями, происходящее с изменением гидростатического давления. При этом исключается методическая погрешность и повышается точность определения газосодержания. Кроме того, инструментальная погрешность устройства меньше на величину погрешности измерителя уровня жидкости, применяющегося при градуировке известного устройства, который отсутствует в данном устройстве.

Формула изобретения Устройство для определения газосодержания в жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, пьезоэлектрический излучатель и последовательно соединенные пьезоэлектрический приемник, согласующий усили- тель, полосовой фильтр и выпрямитель, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, первым и вторым компараторами, первым и вторым буферны- ми регистрами, триггером, генератором импульсов, элементом И, счетчиком импульсов и блоком вычислений,выход выпрямителя соединен с аналоговым входом аналого- цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами данных первого буферного регистра, выход готовности данных аналого-цифрового преобразователя соединен с входом стробирования первого буферного регистра, выходы данных первого и второго

буферных регистров подключены к соответствующим входам блока вычислений, выход управления которого соединен с входами разрешения ввода данных первого и второго буферных регистров и с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с установочным входом триггера, выход фильтра соединен с входом второго компаратора, выход которого соединен с входом сброса триггера, прямой выход триггера соединен с входом стробирования второго буферного регистра и с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к генератору импульсов, а выход - к счетному входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом данных второго буферного регистра, а вход сброса подключен к выходу первого компаратора.

I