Устройство для определения концентрацииНЕРАСТВОРЕННОгО гАзА B жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N29/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля концентрации нерастворенного газа в жидкостях, преимущественно транспортируемых по трубопроводам.

Известны устройства для измерения концентрации газовой фазы в потоке жидкости, содержащие полый цилиндрический датчик, подключенный через резистор к ультразвуковому генератору. Индикатор концентрации газовой фазы подключен непосредственно к датчику tl .

Однако имеется недостаточная точность измерения, особенно при измерении небольших концентраций газовой фазы.

Известны также устройства для определения объема газовых пузырей в жидкости содержсццие генератор ультразвуковых импульсов, которыми озвучивается исследуемая жидкость на длине волны, сравнимой с размерами пузырей, приемник эхо-сигналов от пузырей и индикатор {2,

Недостаткг1ми этого устройства является также недостаточная точность измерения и трудности практического использования его для измерения газо

содержания в жидкостях, протекающих по трубопроводу.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее установленные на противоположных сторюнах отрезка трубопровода ультразвуковой из луча- тель, подключенный к выходу генератора электрических колебаний, и

0 приемник, подключенный к последовательно соединенным усилителю, де,тёктору и индикатору Гз.

Однако большая зависимость резуль5татов измерения от температуры жидкости обусловлена тем, что внутренние стенки трубопровода являются хорошими отражателями для ультразвуковых колебаний, вследствие чего

0 сигнал на выходе приемника представляет собой результат интерференции двух кЪлёбаний - прямой и отраженной волн.

При изменении температуры или дав5ления среды меняется скорость распространения ультразвуковых колебаний,а следовательно, и фазовые соотношения между прямой и отраженной волнами, что приводит к значительным колеба0ниям уровня сигнала на выходе приемника при одной и той же концентрации нерастворенного газа в жидкости.

Цель изобретения - повышение точности измерения при изменении температуры и давления контролируемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены усилитель-ограничитель , фазовращатель, ограничитель амплитуды, блок автоматической перестройки частоты и фазовый детектор, один вход которого через усилитель-ограничитель соединен с выходом усилителя, другой вход через последовательно соединенные ограничитель амплитуды и фазовращатель подключен к выходу генератора а выход фазового детектора соединен со входом блока автоматической перестройки частоты, выход которого подключен к генератору.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство состоит из двух пьезоэлектрических преобразователей - излучателя 1 и приемника 2, установленных на противоположных сторонах отрезка трубопровода 3, генератора 4 электрических колебаний, подключенного к излучателю 1, усилителя 5 детектора 6, индикатора 7, усилителяограничителя 8, фазовращателя 9, ограничителя амплитуды 10, блок 11 автоматической подстройки частоты и фазового детектора 12. Один из входов фазового детектора 12 через усилитель-ограничитель 8 соединен с выходом усилителя 5, другой вход фазового детектора 12 через последоват€;льно соединенные ограничитель амплитуды 10 и фазовращатель 9 подключен к выходу генератора 4. Выход фазового детектора 12 соединен со входом блока 11 автоматической подстройки частоты, выход которого подключен к генератору 4.

Принцип работы устройства основан на прозвучивании контролируемой среды в трубопроводе ультразвуковыми колебаниями с частотой, выбранной выше резонансных частот пузырьков в жидкости, и измерении амплитуды электрических колебаний на выходе приемного преобразователя, по величине которой находят концентрацию нерастворенного газа в жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 4 электрических колебаний вырабатывает непрерывные электрические колебания фиксированной амплитуды, которые подводятся к излучателю 1. Прошедшие через исследуемую жидкость ультразвуковые колебания приемника 2 преобразуются в электрические и после усиления усилителем 5 и детектирования детектором б поступают на индикатор 7. Амплитуда напряжения на выходе приемни

ка 2 зависит как от величины затухания, вносимого пузырьками газа, так и от фазовых соотношений между прямой и отраженной волнами в трубопроводе. При равенстве фаз между этими волнами результирующая амплитуда сигнала на выходе приемного преобразователя максимальная, поэтомуприменительно к конкретной жидкости и трубопроводу частота ультразвуковых колебаний предварительно устанавливается такой, чтобы фазы прямой и отраженной волн были равны. Для устрнения влияния температуры и давления среды на результаты измерений частота ультразвуковых колебаний в устройстве в процессе измерения автоматически перестраивается таким образом, чтобы прямые и отраженные волны приходили на приемник 2 всегда в одной фазе при любых значениях температуры и давления контролируемой среды Перестройку частоты осуществляет блок 11 автоматической перестройки частоты, на вход которого подается управляющее напряжение с выхода фазового детектора 12. Величина и знак управляющего напряжения пропорциональны величине и знаку фазового сдвига между электрическими сигналам на излучателе 1 и приемнике 2.

Для преобразования фазового сдвига в напряжение на один вход фазового детектора с выхода усилителя 5 через усилитель-ограничитель В подается нормализованный по амплитуде сигнал, совпадающий по фазе с электрическим сигналом на приемнике 2. На другой вход через фазовращатель 9 и ограничитель амплитуды 10 подается .нормализованный по амплитуде, но сдвинутый по фазе, электрический сигнал с приемника 2. Сдвиг по фазе Б фазовращателе 9 устанавливается предварительно и выбирается таким, чтобы при равенстве фаз прямой и отраженной волн на приемнике 2 сдвиг фаз между нормгшизёванными сигналами , подаваемыми на входы фазового детектора 12, бып равным 90°. В этом случае напряжение на выходе детектора 12 равно нулю.

При изменении температуры и давления жидкости фазовый сдвиг между нормализованными сигналами уже не будет равным 90, и на выходе фазового детектора 12 появляется управляющее напряжение, величина и знак которого определяются величиной и знаком фазового сдвига между нормализованными сигналами. Под воздействием управляющего напряжения исполнительный элемент в блоке 11 автоматической перестройки частоты перестраивает частоту генератора 4, а следовательно, и фазовые соотношения между прямой и отраженной волнами до тех пор, пока фазы между ними не станут равными. При этом управлякхцее напряжение становится равным нулю и перестройка частоты прекращается. Таким образом введение в предлагаемое устройство дополнительных элементов, обеспечивающих перестрой ку частоты ультразвуковых колебаний при изменении температуры и давлени контролируемой жидкости, позволяет исключить колебания уровня сигнала на выходе приемника и тем самым существенно повысить точность измерения. Формула изобретения Устройство для определения концентрации нерастворенного газа в жидкости, содержащее установленные противоположных сторонах отрезка трубопровода ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генерат ра электрических колебаний, и прием ник, подключенный к последовательно соединенным усилителю, детектору и индикатору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено усилителем-ограничителем/ фазовращателем, ограничителем амплитуды, блоком автоматической перестройки частоты и фазовым детектором, один вход которого через усилительограничитель соединен с выходом усилителя, другой вход через последовательно соединенные ограничитель амплитуды и фазовращатель подключен к выходу генератора, а выход фазового детектора соединен со входом блока автоматической перестройки частоты, выход которого подключен к генератоИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №427641, кл. G 01 N 29/00, 1978. 2.Патент США 3974683, кл. 77-43, 1977. 3.Патент США № 3974681, кл. 74-43, 1977.