Устройство для контроля газосодержания в жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N29/02 

Фиг.1

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

Известно устройство, реализующее способ определения концентрации нерастворенного газа в жидкости. Устройство содержит акустический излучатель, акустический приемник и вторичную аппаратуру преобразования и обработки принятых сигналов, в которой осуществляется сравнение сигналов, прошедших различные расстояния в жидкости с газовыми пузырьками. О газосодержании судят по изменению коэффициента ослабления сигнала 1.

Недостатком этого устройства являются невысокие чувствительность и точность в диапазоне газосодержаний 0-4%.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, которое выбрано за прототип, является устройство для определения газосодержания в жидкости 2. Устройство-прототип состоит из последовательно соединенных генератора, усилителя мощности, пьезоизлучателя, пье- зоприемника, согласующего усилителя, полосового фильтра и выпрямителя, а также содержит АЦП, первый и второй компараторы, триггер, элемент И, генератор импульсов, счетчик и вычислительное устройство. АЦП формирует цифровой код значения звукового давления Р в исследуемой среде. С помощью компараторов, триггера, элемента И, генератора и счетчика определяется скорость звука в исследуемой среде С. Значения звукового давления Р и скорости звука С вводятся в память вычислительного устройства, в котором по известным соотношениям вычисляется газосодержание.

Недостатком устройства-прототипа является сложность и связанная с этим недостаточно высокая надежность. Сложность обусловлена наличием в составе устройства для определения газосодержания вычислительного устройства и ЦАЦП.

При использовании устройства-прототипа в производственных условиях (например на ТЭЦ) для контроля газосодержания в рабочей жидкости и для отключения подачи жидкости при превышении газосодержания в ней некоторого значения выход из строя вычислительного устройства (как наименее надежного) может привести к аварии.

Целью изобретения является повышение надежности.

Для достижения поставленной цели в устройство контроля газосодержания о жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности и пьезоизлучатель, последовательно соединенные пьезоприемник, согласующий усилитель, полосовой фильтр и выпрямитель, последовательно соединенные первый компаратор,

вход которого подключен к выходу генератора синусоидального сигнала, триггер, элемент И и счетчик и второй компаратор, включенный между выходом полосового фильтра и вторым входом триггера, а выход

первого компаратора подключен к входу

сброса счетчика, снабжено управляемым по

частоте генератором, включенным между

выходом выпрямителя и входом элемента И.

Введение в известное устройство генератора управляемого напряжения по частоте позволяет существенно упростить устройство для контроля газосодержания, а именно исключить из его состава АЦП, вычислительное устройство, его периферийные устройства (печать, дисплей, НГМД), интерфейс связи вычислительного устройства с устройством контроля. Такое упроще- ние устройства контроля приводит к существенному повышению его надежности, упрощению обслуживания и к снижению его стоимости. Отпадает необходимость в разработке и отладке программы.

В то же время предлагаемое устройства контроля обеспечивает повышенную точность по сравнению с известными, так как алгоритм его работы включает операции по определению значений звукового давления Р, скорости звука С и определению значения сплошности потока, равный (1 -/3), где Р- газосодержание. Коэффициент пропорциональности предлагаемого устройства контроля подбирается при регулировке и настройке путем совместных измерений газосодержания предлагаемым устройством и устройством-прототипом, которое в этом случае используется как высокоточное образцовое устройство.

Сущность изобретения поясняется

структурной схемой, приведенной на фиг. 1 и временными диаграммами на фиг. 2, поясняющими работу устройства.

Устройство для контроля газосодержания в жидкости содержит последовательно

соединенные генератор синусоидального напряжения 1, усилитель мощности 2, пье- зоизлучатель 3 и последовательно соединенные пьезоприемник 4, согласующий усилитель 5, полосовой фильтр Ь, выпрямитель 7, управляемый по частоте напряжением генератор 8, выход генератора 1 соединен с входом первого компаратора 9, подключенного сооим выходом к установочному входу триггера 10, выход фильтра 6

соединен с входом второго компаратора 11, подключенного своим выходом к входу сброса триггера 10, прямой выход которого соединен с первым входом элемента 12 И, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора 8, выход элемента 12 И соединен со счетным входом счетчика 13, вход сброса которого соединен с выходом компаратора 9.

Работа устройства контроля газосодержания в жидкости происходит следующим образом.

Пьезоизлучателем 3, вделанным заподлицо в стенку трубы и запитываемым от генератора 1 через усилитель мощности 2, в потоке исследуемой жидкости, содержащей газовые пузырьки и транспортируемой по трубе, возбуждают акустические колебания (фиг. 2а) с частотой, меньшей резонансной частоты газовых пузырей.

Известно, что звуковое давление, колебательная скорость, плотность среды и скорость звука в ней связаны соотношением

V

где Р - звуковое давление; v - колебательная скорость; р- плотность среды, (-р).(2)

ро - плотность .жидкости; / - газосодержание; С - скорость звука в среде, С f( / ); в данном конкретном случае

(3)

где d - диаметр трубы;

t - время распространения звукового сигнала от одной стенки трубы до противоположной.

Из (1), (2), (3) получается соотношение

О-Я-р Р- Ю

В усилителе мощности 2 поддерживается постоянство напряжения на излучателе 3, а значит обеспечивается и постоянство колебательной скорости v. Так как /5о и d также являются постоянными величинами,

то весь множитель . . является в (А)

масштабным коэффициентом, который учитывается при настройке устройства.

Акустические колебания среды воспринимаются пьезоприемником 4, усиливаются усилителем 5 и проходят полосовой, фильтр 6, где выделяется синусоидальный сигнал (фиг. 26), модулированный по амплитуде, который поступает на выпрямитель, на выходе которого получают сигнал, пропорциональный звуковому давлению Р.

Этот сигнал, пропорциональный звуковому давлению Р, поступает в цепь управления частотой генератора 8 и модулирует его частоту, поэтому частота сигнала на выходе

генератора 8 о каждый момент времена пропорциональна звуковому давлению Р.

Одновременно синусоидальное напряжение с генератора 1 поступает на компаратор 9, на выходе которого в момент

перехода синусоидального напряжения через ноль формируется импульс (фиг. 2в), который устанавливает триггер 10 в состояние 1 и сбрасывает счетчик 13 в исходное состояние.

С триггера 10 логическая 1 поступает на первый вход элемента 12 И, который начинает пропускать счетные импульсы, поступающие на его второй вход с управляемого генератора 8. С выхода элемента 12 И счетные импульсы поступают на счетчик 13, который начинает их счет.

В это время синусоидальный сигнал с фильтра б поступает на компаратор 11, на выходе которого в момент перехода сигнала

через ноль формируется импульс (фиг. 2г), сбрасывающий триггер 10 в состояние О, который запрещает поступление счетных единиц на счетчик 13. При этом длительность сброса, формируемого триггером 10

(фиг. 2д), равна t и, так как частота счетных импульсов, как указано выше, пропорциональна Р, то число, записанное в счетчик 13 (фиг. 2е), пропорционально Р -t, т.е. пропорционально сплошности, равной (1 - /5 ) в (4),

При повышении газосодержания заданного значения срабатывает исполнительный механизм, управляемый счетчиком 13, т.е. выполняется выдача контроля. Формула изобретения

Устройство для контроля газосодержания в жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности и пьезои лучатель, последовательно соединенные пьезоприемпик, согласующий усилитель, полосовом фильтр и выпрямитель, последовательно соединенные первый компаратор, вход которого под- ключен к выходу генератора

синусоидального сигнала, триггер, элемент И и счетчик и второй компаратор, включенный между выходами полосового фильтра и вторым входом триггера, а выход первого компаратора подключен к входу сброса

счэтчика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено управляемым по частоте генератором, включенным между выходом выпрямителя и вторым входом элемента И.

а

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля газосодержания жидкости в трубопроводе. Цель изобретения - повышение надежности. Зондируемый сигнал принимается пьезоприемником и запрещает прохождение импульсов через счетчик, которые начинают поступать туда в момент начала зондирования. Число импульсов от генератора счетных импульсов меняется в зависимости от амплитуды принятого сигнала, а время подсчета импульсов в счетчике зависит от скорости ультразвука в жидкости. Это позволяет одновременно при контроле учитывать и давление и скорость ультразвука. 2 ил.

S

7

m

JH