Способ определения концентрацииНЕОдНОРОдНОСТЕй B жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N29/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В )ДКОСТИ 381 Известен также способ определения степени загрязненности жидкости тверды- ми частицами, основаш-ый на измерении порога кавитации. Известно, что порог : кавитании значительно понижается при на-личий в жидкости дефектов в виде твер. дых частиц. Для осуществления этого способа жидкость облучается удыраэвуком на частотах 15-30 кГц, Амппитуду увепичивают до появления кавитации, которую регистрируют по возникновению шумов на тех же частотах. Предполагают, что части цы представиякл собой несмачиваемые сферы. Это предположение позволяет свя зать порог кавитадки с размерами час тш 3. Однако такое предаоложенйв необосновано йля реалыа 1х неоднородноетей в жидкости. Этот способ непригоден для смачиваемых, но содержащих газовые зародыши Б микротрещинах частиц,.таких, как кварца, окиси алюминия стекпа, а также дяя яю х несферических частиц. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения концентрации неоднороаност1Эй в жидкости, заключающийся в том, что жидкость облучают ультразвуковыми им- пушзсамиа пришмают сгчгнап вызванный возникшей в жиокости кавитацией, к пре образуют его в электрический сигнан, из которого выделяют информацион11Ь5й параметр, которьзм является порог кавитааийо Напичие в жидкости частиц резко снижа™ ет порог кавнтацкНо Присутствие в жидкости твердой фазы устанавпивается по вепичине порога кавитации p-J Недостатком известного способа явпя-ется малая точность определения концент™ рашш. Способ дает только качественное представление о чйстоте жидкости так как щга аозникиовеш-ш кавитации доста).точно одной частиае появиться в зоне об; лучения. Кроме того, отсутствие фокусировки в этом методе, не позволяет отличить кавитацию, вызванную присутствием твердой фазы, от кавитации, вызываемой пузырьками газау которые могут су шествовать в микротрещииах иа стенках сосуда. Цель изобретения повышение точнос ти определения конаентрвиии неоднородно тей в жидкости. Поставиеяная цепь дости гается тем, что обнучение жидкости производят фокусированным упьтразвуковым импульсом, вызывающем кавитацию в ограниченном объеме жидкости, а вз принятого и преобразованного электрического сигнапа выделяют в качестве информаци- 9 онного -параметра импульсь, вызванные кавитацией на отдельных неоднородностях, измеряют количество этих импульсов и промежуток между первым и последним импульсом, а концейтрацию неоднородностей определяют как отношение числа импульсов к произведению намеренного промежутка времени на скорость звука в жидкости. Способ осуществляют следующим образом. Жидкость, находящуюся в непрозрачном сосуде, облучают ультразвуковым импульсом, сфокусированным в центре сосуда вдали от стенок, UMeioiieM интенсивность, достаточную для возникновения кавитации от Вт/см до 1О Вт/см и частоту от 1О Гд до 1О Гц. Интенсивность ультразвукового импульса подбирается таким офазом, ЧТО& в ЖИДКОСТИ возникала кавитацйя в течение минимального числа периодов синусоидального сигнала, заполняющего импульс, начиная с первого периода. Частоту облучения выбирают такой, чтобы длина волны была меньше объема, в котором создается интенсивный ультразвуковой имиульс. При облучении жидкости ушзтразвуком : во время полуволны отрицательного давления образуются кавитационные пузырьки газа или пара. Эти пузырьки образуются на неоднородностях в жнд14ости. Во время по/южительной полувоша давления происходит схлопывание этих пузырьков, сопровождающееся образованием ударных волн. Ударные воины преобразуют в электрические сигналы и подсчитывают их чиспо.Источники ударных вопи распределены в облучаемом объеме и находятся на различных расстояниях от приемника. Поэтому ударные волны прахойят к приемнику не одновременное, а в течение некоторого промежутка времени. Первый импульс соответствует ударной волне от ближайшего источника, последний - от наиболее удаленного. Число неоднородностей Н находящихся в облучаемсти объеме жидкости, определяют путем подсчета импульсов, соот ветствукщих ударным волнам, образовавшимся при схлопывании кааитационных пузырьке®. (Научаемый объем V определяют зная скорость звука в жидкости и промежуток вмени между приходом первого п поспедне1ч импульса. Концентрацию находят как отношение числа импульсов к объему. Для того, чтойл на результат измерения не влияли вторичные эффекты, облучение ультразвуком прекращают после ВОЗНИКнования ударных волн во время отрицательной попуволны давления, На чертеже изображена блок-схема уст ройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит сосуд 1 с жидкос тью, облучаемой ультразвуком, сфокусированным в центре сосуда, например, сферическим или цилиндрическим излучателем 2 генератор 3, модулятор 4 усилитель мощ ности 5, датчик 6, фильтр уснлитель 7, который служит для подавления гармоник облучающего сигнала и усиления сигнала, индикатор импульсов - осциллограф 8, система 9 счета импульсов и формирователь Ю импульса срыва облучения в момент приема первого кавитационного импульса, который подает на модулятор 4 сигнал, прекращая облучение жидкости. Количество неоднороаностей определяют, измеряя число.принимаемых импульсов. Число импульсов, соответствующее числу неоднородностей, измеряют подсчитывания число импульсов на экране осциллографа, или подавая сигнал на счетчик импульсов. Объем определяют путем измерения промежутка времени между первым и последним кавитационными импульсами, зная при этом скорость звука в жидкости. Например, если объем, в котором создается интенсивность звука, достаточная для возникновения кавитации имеет сферическую форму, а неоднородности распределены рав номерно, то концентрацию определяют по формуле tW-utp где N - число импульсов д4 - промежуток времени между пер вым и последним импульсами; V - скорость звука в жидкоста. При облучаемом объеме, имеющем про извошаную форму, принимнют имнушзСЫ несколькими датчиками, расположенными вокруг указанного объема, что позвояяет оценить его форму. . Предлагаемый способ позволяет проводить измерение ко1щентрации неоднородностей в жидкости, находящейся в закрытом непрозрачном сосуде ипн трубопроводе Жирисость может Оыть неподвижна или про текать по трубопроводу. 8 Предлагаемый способ может найти применение в тех областях техники, где применяются гидросистемы, например в транспорте, химической и нефтяной промышленности. Способ позволяет провоинть KOHTW роль чистоты жидкости в процессе ее эксплуатации и требует малых затрат i eмени. Это делает его удобным для контроля чистоты жидкости без останс ки гидросистемы. Формула изобретения Способ определения концентрации неоднородностей в жидкости, заключающийся IB том, что ЖИДКОСТЬ облучают упьтразву- ковыми импульсами, принимают сигнал, вызванный возникшей в жидкости кавитацией и преобразуклего в электрический сигнал, R3 которого выделяют ннфсфмационный параметр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации, облучение жидкости производят фокусирсванным ультразвуковым импульсом, вызывающем кавн- тадию в ограниченном объеме жваксХ:тн, а из принятого и преобразованного электрического сигнала выделяют в качестве информационного параметра импульсы, вызван1вые кавитацвёй на отдельных неодьЬ родностях, измеряют количество этих импульсов и промежуток времени между первым и последним импульсом, а концентрацию неоднородностей определяют как отношение числа импульсов к произведению промежутка времени на скорость звука в жидкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Большаков М. И. Измерение, копентраиин дисперсных систем. - ПИСУ, 1875. М 8. с. 21. 2.Носов В. А..Проектирование уиьтравуковой измерительной аппаратуры. М., Машиностроенне , 1972, с, 273. 3.ВдоБйн С. М. Акустический метоп предеяения микрочастиц твердой фазы в иак1ях . - Химия и техиопогия оплива, 1974, I 6, с. 38. 4.Патент США № 3608715, я. 209-111.9, 1971 (прототип).

Запуск