Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах Советский патент 1992 года по МПК G01N29/02 

сл

С

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для определения газосодержания в газожидкостных средах. Целью изобретения является повышение точности измерений, что достигается за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости, который заключается внутри цилиндрического излучателя. Концентрация растворен- . ного газа в жидкости определяется по уровню звукового давления в волне разностной частоты, образующейся в результате взаимодействия акустических волн с частотами fi и f2, область взаимодействия которых известна и определяется внутренним объемом цилиндрического излучателя. Уровень звукового давления в волне разностной частоты зависит от нелинейного параметра среды в области взаимодействия волн накачки, который определяется концентрацией выделившихся в известном внутреннем объеме цилиндрического излучателя кавитационных газовых пузырьков. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для определения концентрации свободного и растворенного газа в газожидкостных средах.

Известно устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модулятора, два усилителя мощности, два излучателя, приемник, селективный усилитель, ключ, схему задержки, регистратор, в котором при облучении исследуемой жидкости с газовыми пузырьками акустическими сигналами двух различных частот по уровню рассеянного сигнала разностной частоты обнаруживают пузырьки газа фиксированного размера.

Недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно определение концентрации растворенного газа в жидкости, значение которой необходимо знать в ряде практически важных случаев, например для определения кавитационной прочности рабочих жидкостей с целью оптимизации кавитационных качеств гидромашин или энергетической эффективности параметрических излучателей звука.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора, четыре модулятора, три усилителя мощности, два излучателя, фокусирующий излучатель, акустический приемник, селективный усилитель, три формирователя пряМ-N оо vj

00

со

моугольных импульсов, регистратор, с помощью которого возможно определение не только концентрации свободного газа в жидкости, но также и концентрации растворенного в ней газа. Для этого растворенный в жидкости газ предварительно переводят посредством кавитации в свободное состояние. Выделяющиеся в фокальной области фокусирующего излучателя кавитационные пузырьки затем облучаются акустическими волнами двух различных частот и по уровню рассеянного пузырьками сигнала разностной частоты определяется концентрации растворенного газа в жидкости.

Однако при использовании известного устройства выделение растворенного в жидкости газа происходит не только в фокусе фокусирующего излучателя, где образуются кавитационные пузырьки, но и в фокальной области, находящейся в окрестности фокуса фокусирующего излучателя, что уменьшает точность определения концентрации растворенного газа в жидкости из-за различного расположения выделяющихся газовых пузырьков в озвучиваемом объеме исследуемой жидкости, а также из- за того, что облучаемый объем жидкости не имеет определенных границ, т.е. он не локализован в пространстве.

Цель изобретения - повышение точности определения концентрации растворенного газа в жидкости за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первые схему задержки, формирователь прямоугольных импульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторые формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, третий формирователь прямоугольных импульсов, третий модулятор и регистратор, последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которого связан с вторым входом третьего модулятора, первый кварцевый генератор, подключенный к второму входу второго модулятора, и второй и третий кварцевые генераторы, снабжено линейным смесителем, входы которого подключены к выходам второго и третьего кварцевых генераторов, а выход - к второму входу первого модулятора, второй акустический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра, а акустические оси

первого акустического излучателя, акустического приемника и пьезоэлектрического цилиндра совмещены.

На фиг. 1 приведены структурная схема устройства; на фиг. 2- временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах содержит генератор 1 видеоимпульсов, выход которо0 го соединен с входом схемы 2 задержки, выход которой связан с входом формирователя 3 прямоугольных импульсов. Вход модулятора 4 соединен с выходом формирователя 3 прямоугольных импуль5 сов, а выход его соединен с входом усилителя 5 мощности, нагруженного на акустический излучатель 6. Вход формирователя 7 прямоугольных импульсов соединен с выходом генератора 1

0 видеоимпульсов, а выход его связан с входом модулятора 8. Вход усилителя 9 мощности соединен с выходом модулятора 8, а выход его соединен с входом акустического излучателя 10, который выполнен в виде

5 пьезоэлектрического цилиндра. Вход схемы 11 задержки соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход ее соединен с входом формирователя 12 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вхо0 дом модулятора 13. Выход модулятора 13 соединен с входом регистратора 14. Выход акустического приемника 15соединен с входом селективного усилителя 16, выход которого соединен с вторым входом модулятора

5 13. Выход кварцевого генератора 17 соединен с вторым входом модулятора 8. Выходы кварцевых генераторов 18 и 19 соединены с входами линейного смесителя 20, выход которого соединен с вторым входом модулято0 ра 4. Акустические оси излучателей и приемника совмещены.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывные гармонические колеба5 ния с частотами f 1 и f2 с выходов кварцевых генераторов 18 и 19 поступают на входы линейного смесителя 20, на выходе которого образуются непрерывные биения колебаний двух частот, которые поступают на

0 сигнальный вход модулятора 4, на выходе которого образуются радиоимпульсы с би- гармоническим заполнением, которые усиливаются усилителем 5 мощности и излучаются в водную среду акустическим

5 излучателем 6. Период следования сигналов накачки определяется периодом следования синхроимпульсов И1, образующихся на выходе генератора 1 видеоимпульсов, задержанных схемой 2 задержки во время Јзад. Задними фронтами видеоимпульсов ИЗ

длительностью тг3ад запускается формирователь 3 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы ИЗ длительностью ги, под воздействием которых на выходе модулятора 4 формируются сигналы накачки. В начале измерений задними фронтами синхроимпульсов И1 запускается формирователь 7 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы I/14 длительностью Тич, под воздействием которых из непрерывных гармонических колебаний с частотой, генерируемых кварцевым генератором 17, на выходе модулятора 8 образуются радиоимпульсы с гармоническим заполнением И5, которые усиливаются усилителем 9 мощности и излучаются в водную среду фокусирующим цилиндрическим излучателем 10. Под воздействием фокусируемых акустических колебаний с. частотой f внутри цилиндрического излучателя 10 выделяется растворенный в жидкости газ. В следующий момент времени в водную среду с выделившимися при дегазации жидкости газовыми пузырьками излучаются сигналы накачки И6 акустическим излучателем 6.

В результате нелинейного взаимодействия акустических волн накачки с частотами fi и fa в среде с выделившимися при дегазации газовыми пузырьками образуются волны разностной частоты F fi - f2, уровень звукового давления в которых зависит от концентрации выделившегося при дегазации растворенного газа. Сигналы разностной частоты принимаются акустическим приемником 15, расположенным на акустической оси излучателя 6, усиливаются селективным усилителем 16, стробируются модулятором 13 и регистрируются регистратором 14. Для уменьшения уровня шумов принимаемые сигналы разностной частоты стробируются во времени.

Селекция сигналов осуществляется с помощью схемы 11 задержки, запускаемой задними фронтами синхроимпульсов И1 и формирующей на своем выходе видеоимпульсы И7 длительностью Тзад стр, задними фронтами которых запускается формиро(ва- тель 12 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы

И8 длительностью Тотр, управляющие модулятором 13, который пропускает на вход регистратора 14 сигналы И9 разностной частоты, уровни которых несут информацию о

концентрации растворенного газа в жидкости. По регистрируемому уровню принимаемых сигналов с помощью тарировочной кривой определяют концентрацию растворенного газа в жидкости.

Преимущество изобретения заключается в повышении точности измерений концентрации растворенного газа в жидкости, что позволит, например, уточнить методики определения кавитационных качеств гидромашин.

Формула изобретения Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первые схему задержки, формирователь прямоугольных импульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторые формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно

соединенные вторую схему задержки, вход которой связан с выходом генератора видеоимпульсов, третий формирователь прямоугольных импульсов, третий модулятор и регистратор, последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которого связан с вторым входом третьего модулятора, первый кварцевый генератор, подключенный к второму входу .второго модулятора, и второй и третий

кварцевые генераторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено линейным смесителем, входы которого подключены к выходам второго и третьего кварцевых генераторов, а выход к второму входу первого модулятора, второй акустический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра, а акустические оси первого акустического излучателя, акустического приемника и рьезоэлектрического цилиндра совмещены.