Устройство для определения кавита-циОННОй пРОчНОСТи жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N29/02 

Изобретение отндсится к ультразвуковой технике и может быть применено для исследования кавитационных свойств жидкости, а также в системах регулирования выходной мощности генераторов, возбуждающих гидроакустические излучатели. Известны устройства для определения кавитационной прочности жидкости включающие акустический излучатель, генератор, приемник акустического давления, фильтр, детектор и схему вычитания, основанные на использовании таких факторов, как регистрация порогового значения интенсивности кавитационных шумов и рёгастрааия порогового значения коэффициента нелинейных искажений кавитащюнного сигнала 1 и 2. Недостатком указанных устройств является малая точность опредеяения момента наступления кавит1ации. Это объясняется теМ, что основным фактором, по которому судят о ее наступлении, служит наличие шумов кавитации, которые в начальной стадии ее развития имеют малый уровень, а сле довательно, требуют 3начительно ю усиления. Учитывая нестабильность усилительных устройств, процесс уси ления создает дополнительные погрешности. Кроме этого, эти устройства . основаны на определении характерно- j тик звукового поля излучателя с помощью акустического приемника, расположенного вблизи поверхности излучателя и имеющего самую высокую погрешность измерения по сравнению с погрешностями других элементов схем. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения кавитационной прочности жидкости, содержащее генератор, акустический излучатель, подключенный к выходу генератору, cxew шйштания, к выходу которой , подключен регистратор, а также включенные последовательно в цепь напряжения генератора фильтр и детектор, выход которого подключен к одног КЗ входов схемы вычитания, при этом устройство содержит канал излучения и канал приема, включающий пркемякк акустического давления. Устройство определяет момент наступления кавитации по эффекту нелинейной зависимости напряжения первой гармоники основной частоты на приемнике акустического давления от напряжения первой гармоники основной частоты на выходе задающего генератора 3 . , Недостаток этого устройства также заключается в малой точности определения момента возникновения кавитации. Это объясняется тем, что оценка момента возникновения акустической кавитации осуществляется с помощью приемника акустического давления, точность измерений которого ограничена точностью стандартных акустичес ких измерений. Цель изобретения - повышение точ.ности определения момента наступления кавитации. Поставленная цель достигается тем что устройство, содержащее генератор акустический излучатель, подключенны к выходу генератора, схему вычитания к выходу которой подключен регистратор, а также включенные последовател но в цепь напряжения генератора филь и детектор, выход которого подключен к одйому их входов схемы вычитания, снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена в токовую цепь генератора а также пос ледовательно соединенными дополнитель ным фильтром, дополнительным детектором и компаратором, выход которого соединен со вторымвходом схемы вычи т,ания, при этом вторичная обмотка трансформатора тока подключена ко входу дополнительного фильтра. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - эквивалентная схема акустического излучателя. Устройство содержит генератор 1 с акустическим излучателем 2.. В выходную цепь напряжения генератора включены последовательно соединенные фильтр 3 и детектор 4, а в выходную цепь тока - трансформатор 5 тока, вторичная обмотка которого соединена с после 1овательно включенными дополнительным фильтром б, дополнительным детектором 7 и компаратором 8. Кроме того, устройство содержит схему 9 вычитания, к одному из входов которой подключен детектор 4 цепи напряжения а ко второму входу - дополнительный детектор 7 цепи тока. Выход схемы 9 вычитания подключен ко входу блока 10 регистрации. Эквивалентная схема акустического излучателя Jcoдёpжит сопротивление 11 излучения.-(-)/ сопротивление 12 элек ромеханических потерь (-J), эквивалентную гибкость 13(-) , эквивалентную массу 14(-), сопротивление 15 электрических потерь (Rg ) , электри-г ческую емкость 16 (Сэл), где п - коэффицйент трансформации. В качестве информационного критерия момента наступления кавитации используется эффект нелинейного уменьшения внутреннего сопротивления акус тического излучателя в процессе акустической кавитации, что происходит по следующей причине. Увеличение излучаемой акустической мощности приводит к тому, что. механические напряжения, возникающие в водной среде при излучении, достигают величины, превышающей предел механической прочности среды, в результате чего происходит разрыв ее плотности и образование парогазовых полостей. Эти полости уменьшают волновое сопротивление среды р, (гдер - плотность среды, а С - скорость звука в ней) в основном за счет падения величины С, что в конечном итоге сказывается на величине сопротивления излучения акустического излучате-: ля, которая прямо пропорциональна волновому сопротивлению р, В связи с тем, что сопротивление излучения входит в эквивалентную схему акустического излучателя, то общее внутреннее сопротиЁление его с наступлением кавитации также уменьшается. Уменьшение внутреннего сопротивления акустического излучателя, фиксирующего наступление кавитации, можно отметить, лишь определив отношение напряжения в цепи излучателя к величине тока, протекающего через негр. Устройство работает следующим образом,. С генератора 1 подается возбуждающее напряжение на акустический излучатель 2, внутреннее сопрогивление которого в докавитационном режиме не изменяется. В цепи напряжения с помащью фильтра 3 выделяется сигнал первой гармоники основной частоты, который затем детектируется и поступает на схему 9 вычитания. В цепи тока на вторичной о,бмотке трансформатора 5 развиваемся напряжение, пропорциональное протекающему через акустический излучатель току. После .этого с помощью дополнительного фильтра б выделяется сигнал первой гармоники основной частоты, который3атем детекти-руется и поступает на компаратор 8. Роль последнего состоит в том, чтобы в отсутствие кавитации уравнять напряжения в цепи тока и цепи напряжения. В результате этого в отсутствие кавитации сигнал на выходе схемы вычитания равен нулю. с началом кавитации сопротивление излучения акустического излучателя, а следовательно, его внутреннее сопротивление начинает уменьшаться, Напряжение, подаваемое на излучатель, при этом падает, а ток, подводимый к нему, а значит, и напряжение на вторичной обмотке трансформатора 5 увеличивается и на схеме вычитания вырабатывается разностный сигнал, свидетельствующий о наступлении кавитации, который и фиксируется блоком 10 регистрации.