Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкофазных средах Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительным устройствам, предназначено для оперативного контроля с высокой точностью концентрации свободного газа в жидкости и является усовершенствованием авт. св. СССР № 1603288.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений за счет исключения погрешности преобразования временного интервала при приведении к одному значению частот двух каналов.

На чертеже приведена структурная схема измерителя.

Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости содержит кварцевый генератор 1, выход которого соединен с входом первого усилителя-ограничителя 2, выход его соединен с входом делителя 3 частоты с коэффициентом деления, равным, например (реализовать который возможно последовательным включением восьми делителей частоты на

два),-выход которого соединен с входом фильтра 4 нижних частот. Выходы усилителей 5 и 6 мощности соединены с входами акустических излучателей 7 и 8. Выход приемника 9 акустических колебаний, расположенного на равных расстояниях I от излучателей 7 и 8, соединен с входами селективных усилителей 10 и 11. Выход усилителя 10 соединен с входом умножителя 12 частоты с коэффициентом умножения, равным, например, 2 16.Выход усилителя 11 соединен через усилитель-ограничитель 13 с входом делителя 14 частоты с коэффициентом деления, равным, например. . Выходы делителя 14 частоты и усилителя-ограничителя 15 соединены с входами измерителя 16 разности фаз, выход которого соединен с входом регистратора 17,

Работает устройство следующим образом.

Непрерывные колебания (например, с частотой 1024 кГц) усиливаются первым усилителем 6 мощности и излучаются в исслесо

с

о 1

СП

44 ел ел

Ю

дуемую жидкость, содержащую свободный газ, первым акустическим излучателем 7. Те же высокочастотные колебания поступают также на вход первого усилителя-ограничителя 2, с выхода которого прямоугольные импульсы типа меандр подаются на первый делитель 3 частоты с коэффициентом деления, равным, например 256. Прямоугольные импульсы типа меандр с частотой 4 кГц с выхода делителя 3 частоты фильтруются фильтром 4 нижних частот с частотой среза 4 кГц, после чего синусоидальные колебания, снимаемые с выхода фильтра 4 нижних частот, с частотой 4 кГц усиливаются вторым усилителем 5 мощности и излучаются в жидкость акустическим излучателем 8. Из- за различной скорости распространения в жидкости с пузырьками газа акустических волн с частотами 1024 и 4 кГц на вход приемника 9 низкочастотный сигнал приходит с запаздыванием At по отношению к высокочастотному сигналу. Величина задержки At определяется концентрацией свободного газа в жидкости. С выхода приемника 9 электрические сигналы фильтруются и усиливаются с частотами селекции соответственно 4 и 1024 кГц. Отселектированные сигналы с частотой 1024 кГц усиливаются и ограничиваются по уровню, делятся по частоте с коэффициентом деления 16. Прямоугольные импульсы типа меандр с частотой 64 кГц поступают на первый вход измерителя 16. Отселектированные синусоидальные сигналы с частотой 4 кГц с выхода поступают на вход умножителя 12 частоты с коэффициентом умножения 16, с выхода которого синусоидальные сигналы с частотой 64 кГц усиливаются и поступают на второй вход измерителя 16. По измеряемой разности фаз Дуэ, определяемой временем задержки низкочастотного сигнала относительно высокочастотного сигнала при распространении их в жидкости с пузырьками газа, с помощью тарировочной кривой (11) определяют концентрацию свободного газа в жидкости U.

При делении частоты сигнала в основном изобретении уменьшается (делится) не

только его частота, но и тот самый фазовый сдвиг, обусловленный запаздыванием низкочастотного сигнала относительно высокочастотного, величина которого однозначно

связана с измеряемой концентрацией свободного газа в жидкости, что ведет к уменьшению точности измерения фазового сдвига.

Точность измерения концентрации свобедного газа в жидкости при одной и той же разрешающей способности измерителя разности фаз можно существенно повысить, например, в десять раз. Для этого достаточно поделить высокочастотный сигнал

не на 100, а на 10, а частоту низкочастотного сигнала умножить на 10, чтобы сигналы различных частот (1 МГц и 10 кГц) привести к одной частоте (100 кГц) для осуществления фазовых измерений. Кроме повышения точности измерений возрастает чувствительность данного устройства по сравнению с прототипом. Например, если в прототипе изменение объемной концентрации воздуха в жидкости на 1-Ю вызывало изменение

скорости звука на 8%, что обуславливало дополнительный временной сдвиг между ВЧ- и НЧ-сигналами A мкс, который в прототипе в результате деления частоты ВЧ-сигнала на 100 также уменьшался в 100

раз и составлял 0,09 мкс (чувствительность прототипа, определяемая изменением временного сдвига At между разночастотными сигналами с изменением объемной концентрации воздуха на единицу (в примере на

составляла 0,09 мкс , то в данном устройстве этот временный сдвиг уменьшается при делении частоты ВЧ-сигнала всего в 10 раз, следовательно, чувствительность данного устройства увеличивается в 10 раз.

Формула изобретения

Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкофазных средах по авт. св. СССР N 1603288, отличающееся тем, что, с целью повышения

точности, оно снабжено умножителем частоты, включенным между выходом второго селективного усилителя и входом второго усилителя-ограничителя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении концентрации свободного газа в жидкости. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения погрешности преобразования временного интервала при приведении к одному значению частот двух каналов. Исследуемая жидкость зондируется сигналами разных частот - низкочастотным и высокочастотным, После приема этих сигналов и преобразования к одному значению частоты определяют временной интервал запаздывания низкочастотного сигнала, по которому судят о концентрации газа. В одном канале низкочастотный сигнал умножается по частоте до среднего частотного значения, а в другом канале высокочастотный сигнал делится по частоте до этого же значения, что позволяет сохранить без изменений измеряемый временной интервал. 1 ил.