Устройство для диагностики двухфазного потока Советский патент 1982 года по МПК G01N29/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах, предназначенных для определения параметров двухфазных сред при помощи акустических волн в условиях высоких температур и давлений.

Известно устройство для диагностики - определения внутоенних локальных параметров - двуфазных потоков, основанное на определении длительности импульсов тока, возникакачих при прохождении пузырьками межэлектродного пространства , образованного точечными электродами, содержащее два изолированных электрода, расположенных коаксиально, причем один из них выполнен в виде стержня, а другой - в виде трубки, образующих зонд, который помещается одним своим концом в трубопроводе с измеряемым потоком, а ко второму его концу, выведенному за пределы трубопровода, подключена вторичная схема для измерения сопротивления между электродами, измеряемым наиболее часто является пароводяной -поток. Вследствие относительно высокой проводимости воды сопротивление указанной цели невелико. При поп 1даиии парового пузырька, нанаходящегося в потоке,на кончик зонда цепь размыкается на время, определяемое временем нахождения пузырь ка на кончике зонда, и вторичная схема регистрирует длительность импульса тока. Анализируя распределение идшульсов по длительности и их количество, можно определить локальное, паросодержание, распределение пузырь10ков по размерам, т.е. осуществить диагиоститику потока в межэлектро ном пространстве. Перемещая зонд, можно получить такие данные в любой точке потока 1.

15

Недостатком известного устройства является его чрезвычайно низкая надежность , вызванная бнстрым разруюением изоляционного материала, используемого в качестве изолятора зонда.

20 Кроме того, электронные устройства для обработки сигнала электрического зоида подвержены электромагнитным помехам, поскольку регистрируемый сигнал имеет низкую частоту, близ 5 кую к промышленной, а в условиях работы мощного оборудования уровень помех весьма высок.

Наиболее близким по технической сущности кПредлагаемому является

30 устройство для диагностики двухфаэного потока, содержащее генератор электрических импульсов, подключенный к его выходу датчик, выполненный в виде закрепленного на торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, подключенный к выходу второго волноводного датчика, установленного напротив первого датчика.При выборе промежутка между датчиками достаточно маленьким в нем может находиться в любойфиксированный момент времени либо газовая либо жидкая фаза, причем газовая фаза разрывает акустический контакт между звукопроводами. Подсчитывая число импульсов, не прошедших через звукопроводы вследствие разрыва акустического контакта между ними газовой фазой, можно определить паросодержание, распределение пузырьков по размеру и т.п. Поскольку в устройствах для реализации этого способа исключается применение нестойких в экстремальных условиях материалов, то оно может быть использовано в широком диапазоне давлений температур. Данным способом можно проводить диагностику любых двухфазных сред: как электропроводных, так и диэлектричес ких, прозрачных и непрозрачных и т.д. 2 . Недостатком известного устройства является малая точность измерений Вследствие торможения потока среды в зазоре между датчиками. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для диагностики двухфазного потока, содержащее генератор электрических импульсо подключенный к его выходу датчик, вы полненный в виде закрепленного на торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, снабжено последовательно подключенны ми к выходу электроакустического пре образователя усилителем, ключом, детектором ,и компаратором, а также фор мирователем строб-импульсов, вход ко торого подключен к выходу генератора импульсов, а выход - к управляющему входу ключа, и задатчиком порогового напряжения, подключенным ко второму входу компаратора, при этом блок регистрации выполнен-в виде измерителя отношения частот, входы которого под ключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу компаратора, и статистического анализатора числа импульсов в пачке, вход которого подключен-к выходу компаратора. На чертеже представлено устройств для диагностики двузфазного потока. Устройство содержит волноводный акустический датчик 1, который состоит из акустического преобразователя 2, выполненного, например, из пье зокерамики, закрепленного на верхнем торце волновода 3. К нижнему торцу волновода может быть прикреплен акустический резонатор Белла 4. Датчик 1 размещен в трубопроводе 5 с измеряеым потоком. Преобразователь 2 подключен к генератору 6 и усилителю 7. Выход усилителя 7 соединен через ключ 8 с детектором 9. Ключ 8 управляется формирователем 10. Детектор 9 подключен ко входу компаратора 11, второй вход которого соединен с задатчиком 12 напряжения. Выход компаратора 11 подключен к устройству 13 накопления данных, состоящему из измерителя 14 отношения частот и статистического анализатора 15 числа импульсов в пачке. Работает устройство следукячим образом. Видеоимпульс с выхода генератора 6 подается на преобразователь 2, где преобразуется в акустическйЯ .Акустический импульс по волноводу 3 попадает на резонатор 4 и возбуждает в нём резо,нансные колебания. Декремент затухания колебаний в резонаторе определяется плотностью среды, в котрой находится его кончик. Далее резонансный импульс по волноводу 3 возвращается вновь на преобразователь 2, преобразуется в электрический и через усилитель 7 подается на ключ 8. Одновременно ключ 8 открывается.стробимпульсом с выхода формирователя 10, и на вход детектора 9 подается выделенный резонансный импульс. Амплитуда резонансного импульса определяется декрементом затухания акустической волны на границе кончик резонатора среда. Когда на кончик резонатора накалывается газовый пузырек, доля акустической энергии, излучаемой в среду, резко уменьшается, так как разница удельных волновых сопротивлений металла и газа существенно выше, чем у металла и жидкости. Это ведет к уменьшению декремента затухания и увеличению амплитуды резонансного импульса, т.е. амплитуды напряжения на выходе детектора 9. Таким образом, если в момент прихода возбуждающего акустического импульса на резонатор его кончик находится в жидкости, то на выходе детектора 9 имеет место импульс относительно малой амплитуды, и наоборот, если кончик резонатора4 в газовой среде - импульс имеет большую амплитуду. Импульсы с выхода детектора 9 подаются на компаратор 11, который пропускает импульсы, если их амплитуда выше напряжения, определяемого задатчиком 12 напряжений, т.е. видеоимпульс с выхода генератора 6 формирует импульс на выхода компаратора 11 только тогда, если в момент прихода акустического сигнала на резонатор его кончик находится в газовой фазе. Т.е. эта часть схемы работает как датчик газовой фазы в контролируемой точке потока. Импулъсн с выхода компаратора И подаются на устройство 13 накопления . В нем при помощи измерителя 14 отношения частот измеряется отно шение средней частоты импульсов, ин дицирую1тих газовую Лазу в контролир емой точке потока к частоте следова ния зондирующих импульсов генератоpa 6. Это отношение равно локальном объемному газосодержанию в контроли руемой точке объема Накоплением статистических данных о числе импул сов в пачках индицирующих импульсов отвечающих накалыванию на кончик ре зонатора одиночных газовых пузырько при помощи анализатора 15 несложно определить распределение пузырьков по размерам. Предлагаемое устройство может быть использовано для измерений в экстремальных условиях., характерных для энергетического и -химического оборудования, в тех случаях, когда объемы для размещения первичного датчика минимальны. Диагностика не зависит от давления и температуры среды, скорости потока и т.п. Во вторичной аппаратуре могут быть использованы стандаотные ппиборы: генераторы, частотомеры, статистические анализатопы, серийно выпускаемы отечественной промышленностью. Формула изобретения Устройство для -диагностики двухфазного потока, содержащее генератор электрических импульсов, подключенный к его выходу датчик, выполненный в виде закрепленного на торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно подключенными к выходу электроакустического ппеобразователя усилителем, ключом, детектором и компаратором, а также фопмирователем строб-импульсов, вход КОТОРОГО подключен к выходу генератоса импульсов, а выход - к управляющему входу ключа, и задатчиком порогового напряжения, подключенным ко второму входу компаратора, при зтом блок оегистрацни выполнен в виде измерителя отношения частот, входы которого пбдключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу компаратора, и статического анализатора числа импульсов .в пачке, вход которого подключен к выходу компаратора. Источники инЛоомации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №243947, кл. G 01 N 15/00, 1967. 2.Автопское свидетельство СССР по заявке 2695055/25-10, кл. G 01 N 29/02, 1978 (прототип)

Ж

.