Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 

фиг.1

Изобретение относится к контрольно- змерительной технике и может быть исользовано для определения сплошности отока жидкости в трубопроводе при экслуатации различных гидродинамических истем.

Цель изобретения - повышение точноти контроля за счет различения большего исла режимов течения жидкости в трубоповоде и устранения температурной погрешности.

На фиг.1 представлена блок-схема устойства; на фиг.2 - эпюры напряжений в различных точках устройства.

Устройство состоит из приемоизлучаю- щего акустического преобразователя 1 и преобразователя 2, установленных на противоположных сторонах трубопровода 3 с контролируемой жидкостью. Они устанавливаются так, чтобы линия, проходящая через их оси, была перпендикулярна к поверхности раздела жидкость-газ при расслоенном режиме течения. На трубопроводе установлен также приемоизлучающий акустический преобразователь 4. Преобразователь 2 через последовательно включенные усилитель 5 и детектор 6 соединен с регистратором 7.

Преобразователи 1 и 4 через коммутатор 8 подключены входами к генератору 9 электрических колебаний, а выходами - ко входам схемы 10 ИЛИ, выход которой через усилитель-формирователь 11. триггер 12, блок 13 задержки и триггер 14 соединен с измерителем 15 временных интервалов. Второй выход генератора 9 электрических колебаний синхронизирующий соединен со вторыми входами коммутатора 8, триггера 12, схемы 16 ИЛИ, измерителя 15 временных интервалов и через последовательно соединенные блок 17 задержки, дифференцирующую цепь 18, схему 16 ИЛИ - со вторым входом триггера 14. Выход усилителя-формирователя 11 соединен с третьим входом схемы 16 ИЛИ.

Устройство работает следующим обра- зом,

Генератор 9 электрических колебаний периодически вырабатывает радиоимпульсы с фиксированной амплитудой (см. эпюру U1 на фиг.2) и синхроимпульсы (эпюра 2). Радиоимпульсы подводятся к коммутатору 8, который под воздействием синхроимпульсов обеспечивает поочередное подключение генератора 9 к преобразователям 1 и А. Синхроимпульсы подводятся также к блоку 17 задержки, вторым входам измерителя 15 временных интервалов, триггера 12 и через схему 16 ИЛИ ко второму входу триггера 14 и используются для сброса показаний

измерителя 15 и перевода триггеров 12 и 14 в исходное состояние.

Радиоимпульсы с частотой заполнения F 1 - 3,0 мГц поочередно возбуждают в

преобразователях 1 и 4 ультразвуковые колебания, которые через стенку трубопровода 3 излучаются в контролируемую среду. Для исключения влияния на скорость и затухание звука пузырьков резонансного размера частота заполнения радиоимпульсов выбирается значительно выше резонансных частот пузырьков, присутствующих в потоке жидкости. Если трубопровод 3 полностью заполнен жидкостью, то излученные

преобразователем 1 ультразвуковые импульсы принимаются преобразователем 2 и после преобразования их в электрические импульсы усиливаются в усилителе 5. детектируются детектором 6 и подаются на регистратор 7, При поялении в жидкости пузырьков газа (пузырьковый режим течения потока) амплитуда принятых преобразователем 2 ультразвуковых колебаний падает пропорционально объемной концентрации а пузырьков газа. По изменению показаний регистратора 7 определяется концентрация пузырьков газа при пузырьковом режиме течения. Для диагностики других режимов течения используются преобразователи 1 и 4, которые обеспечивают излучение и прием ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз. При этом идентификация режимов течения и определение концентрации газовой фазы в потоке осуществляется следующим образом.

В зависимости от режима течения преобразователи 1 и 4 принимают ультразвуковой импульс 1, отраженный от ближней

внутренней стенки трубопровода 3 (при любом режиме течения), а также импульс 2, отраженный от дальней внутренней стенки трубопровбда (однородный или пузырьковый режим течения), или импульс 3, отраженный от границ раздела фаз (расслоенный или кольцевой режимы течения). Эти импульсы на эпюрах U3 и U4 (фиг.2) обозначены соответственно цифрами 1, 2 и 3. На эпюре U3 для расслоенного режима течения

показаны отраженные импульсы, принимаемые преобразователем 1, а на эпюре U4 - импульсы, принимаемые преобразователем 4. При снарядном и обращенно-кольцевом режимах течения оба преобразователя 1 и 4

будут принимать только импульсы 1.

Импульсы 1 и 2, отраженные от внутренних стенок трубопровода, используются для определения скорости звука в контролируе- . мой среде, необходимой для определения

расстояния от внутренней стенки трубопровода до границы раздела фаз.

Для этого в усилителе-формирователе

11импульсы U3 и U4 усиливаются, детектируются, формируются в прямоугольные видеоимпульсы и дифференцируются. Сформированные усилителем-формирователем короткие импульсы положительной полярности (см.эпюру U5), полученные путем дифференцирования переднего фронта видеоимпульсов, подаются на вход триггера

12и через схему 16 ИЛИ на вход триггера 14. Триггеры 12 и 14 в совокупности со схемой , дифференцирующей цепью 18 и блоками 13 и 17 задержки предназначены для формирования измерительных импульсов с длительностью, зависящей от режима течения, Осуществляется это следующим образом.

При подаче коротких импульсов 1 (эпюра У5)на входы триггеров 12 и 14 триггер 12 перебрасывается в 1 состояние (эпюра U6), а триггер 14 остается в исходном состоянии О. Передним фронтом перепада напряжения на выходе триггера 12 запускается блок 13 задержки, формирующий прямоугольный видеоимпульс длительностью, несколько превышающей длительность короткого импульса 1 (эпюра U7). Положительный импульс, полученный путем дифференцирования заднего фронта видеоимпульса U7, подается на вход триггера 14, вызывая перевод его в 1 состояние (см-.эпюра 8),

.При подаче на входы триггеров 12 и 14 импульсов 2 и 3, а также импульсов, многократно отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз, триггер 12 остается в 1 состоянии, а триггер 14 импульсом 2 или 3 возвращается в исходное состояние О (эпюра U8), В таком состоянии триггеры остаются до формирования генератором 9 очередного радиоимпульса.

В данном устройстве триггер 12 выполняет роль электронного ключа для триггера 14, пропускающего на первый вход триггера 14 только импульс 1 и блокирующего подачу на его вход других импульсов. Это обеспечивает работу триггера 14 таким образом, что на его выходе формируются импульсы постоянного тока, длительность которых равна Ti tnp2 - тз или Т2 tnp2 - тз, где tnpi и tnp2 - времена пробега ультразвуковыми колебаниями расстояния, равного удвоенному внутреннему диаметру dew трубопровода или удвоенному расстоянию 2d от . внутренней стенки трубопровода до границы раздела фаз соответственно; тз - время задержки в блоке задержки.

Измерение длительностей импульсов производится измерителем 15 временных интервалов, а скорость звука и растояние d определяются из известных соотношений

Сзв -

2 dBM

П+гз1

d C3B

По вычисленному расстоянию d опреде- 0 л я ют объемы жид кой и газовой фаз втрубоп-, роводе или концентрацию а газовой фазы в потоке. Преобразователь 4 при расслоенном режиме течения в зависимости от концентрации а принимает или отраженные 5 импульсы 1 и2от внутренних стеноктрубоп- ровода (при а 50%), или только импульс 1 (при а 50%). В последнем случае триггер

14возвращается в исходное состояние до формирования генератором 9 очередного

0 радиоимпульса, что позволяет увеличить время для отсчета показаний на измерителе

15временных интервалов. Возврат триггера 14 в исходное состояние осуществляется импульсом, сформированным блоком 17 за5 держки м дифференцирующей цепочкой 18. При подаче на вход блока 17 задержки син- хроимпульса U2 блок формирует прямоугольный выдеоимпульс с длительностью, несколько превышающей время пробега

0 tnpi (эпюра 9). После дифференцирования видеоимпульса дифференцирующей цепочкой 18 положительный импульс (эпюра 10) через схему 16 ИЛИ подается на вход триггера 14, вызывая его опрокидывание. При

5 этом на его выходе формируется импульс (см. эпюру U8 штриховая линия) с длительностью tnp3, которая свидетельствует, что в месте установки преобразователя 4 на внутренней стенке трубопровода образовалась

0 газовая фаза, характерная для снарядного и обращенно-кольцевого режимов течения.

Таким образом, по анализу длительностей импульсов, формируемых триггером 14 в процессе измерения, и амплитуд А2 им5 пульсов, принимаемых преобразователем 2, можно идентифицировать режим течения в потоке и определять концентрацию газовой фазы. ,В таблице приведены значения этих параметров, характерные для каждого

0 режима течения.

При обращение-кольцевом и на время прохождения газовой пробки при снарядном режимах преобразователи 1 и 4 будут принимать только импульсы 1, а триггер 14

5 сформирует импульсы одинаковой длительности, равной Тз. Дополнительная иденти- фикация этих режимов течения производится по характеру изменения измеряемых параметров во времени. При снарядном режиме течения наблюдается скачкообразный характер изменения параметров на время прохождения газовой пробки. При обра- щенно-кольцевом режиме течения значения измеряемых параметров постоянны во времени.

Определение режимов течения и концентрации газовой фазы при пузырьковом расслоенном и кольцевом режимах течения позволяет оперативно управлять гидродинамическими и тепломассообменными процессами при эксплуатации различных гидравлических систем и обеспечить безаварийность и надежность их работы. Формула изобретения Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее генератор электрических колебаний, первый и второй акустические преобразователи, установленные на трубопроводе противоположно один к другому, подключенный к выходу второго акустического.преоб- разЪвателя усилитель, первый блок задержки и последовательно соединенные детектор и регистратор, отличающееся тем. что, с целью повышения точности, оно

снабжено последовательно соединенными коммутатором, вход которого связан с выходом генератора электрических колебаний, третьим акустическим преобразователем,

установленным на поверхности трубопровода, первой схемой ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу первого акустического преобразователя, усилителем-формирователем, первым триггером,

вторым блоком задержки, вторым триггером и измерителем временных интервалов, последовательно соединенными дифференцирующей цепью, вход которой связан с выходом первого блока задержки, и второй

схемой ИЛИ, выход которой подключен к второму входу второго триггера, а второй вход-к выходу усилителя-ограничителя, выход усилителя соединен с входом детектора, синхронизирующий выход генератора электрических колебаний подключен к третьему входу второй схемы ИЛИ, к входу первого блока задержки и к управляющим входам коммутатора, измерителя временных интервалов и первого триггера, а второй выход

Коммутатора связан с входом первого акустического преобразователя.

w

/

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения различных режимов течения жидкости в трубопроводах. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет различения большего числа режимов и устранения температурной погрешности. С помощью трех акустических преобразователей 1,2 и 4, установленных на поверхности трубопровода 3, излучают и принимают сигналы. По зарегистрированной амплитуде сигнала судят о концентрации газа в жидкости при пузырьковом режиме. Для других режимов работы регистрируют длительности импульсов, образованных моментами отражения сигналов от внутренних первой и второй поверхности трубопровода. По различным сочетаниям значений временных интервалов, полученных преобразователями 1 и 4, и амплитуд сигнала с преобразователя 2 определяюттот или иной режим течения жидкости. 2 ил.