Устройство для измерения истинного объемного газосодержания Советский патент 1982 года по МПК G01N9/36 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к радиоизотопным приборам для измерения истинного объемного газосодержания или средней плотности двух фазных сред и может быть использовано для,исследования гидродинамики двухфазных потоков и для контроля- работы промышленных установок в энергетике, химической, атомной, нефтяной и других отраслях промыщленности. Известно устройство для измерения истинного объемного газосодержания или средней плотности двухфазных сред, содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, детектор ирнизирующего излучения и электронный блок обработки информэг ции 1. Недостатком данного устройства является тот факт, что оно дает информацию лищь о среднем значении истинного объе 1ного газосодержания и не позволяет судить о пульсациях и структурной функции измеряемого параметра. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для экспрессного определения сплошности движущихся по трубопроводу жидкостей, содержащее источник ионизируюьцего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, и детектор ионизирующего излучения, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импулъсов, вход которого соединен с выходом детектора, а также инт енсиметр, вход которого соединен с выходом формирователя, пересчетные устройства, накопительный счетчик, коммутатор, счетчик результата, схемы совпадения, управляющие триггеры, делитель частоты, задающий генератор и формирователь опроса, выход интенсиметра соединен с перфоратором 2. Известное устройство позволяет определять лишь усредненное за различные промежутки времени значение истинного объемного газосодержания или средней плотности двухфазного потока и не дает оперативной информация о пульсациях измеряемых параметров. Последние данные необходимы, например, для контроля режима работы парогенерирующих каналов атомного реактора канального типа, для контроля различных технологически-х процессов, для предотвращения аварийных ситуаций в котлах и парогенераторах, где -пульсации газосодержания могут привести к кризису теплопередачи и разрушению конструкции.

Кроме того, при исследовании газожидкостных потоков часто возникает необходимость в определении структурных функций Т(Т) контролируемых параметров, которые в обплем случае определяются следующим образом:

ТГО P(t+t)-P(t)

где p(t)-контролируемый параметр; , - временной сдвиг.

Структурные функции позволяют судить о стационарности процесса и -выявлять его скрытые периодичности. Для стационарных процессов структурные функции тесно связаны с корреляционными функциями.

Известное устройство также не позволяет непосредственно определить структурную функцию пульсаций газосодержания.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем дополнительного определения дисперсии и структурной функции измеряемого параметра.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения истинного объемного газосодержания, содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, и детектор ионизирующего излучения, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом детектора, а также интенсиметр, вход которого соединен с выходом формирователя, введены формирователь интервала, схема И, управляемый генератор тактовой частоты, схема задержки, схема усреднения и устройство индикации, при этом выход формирователя импульсов соединен с первым входом схемы И и входом формирователя интервала, выход которого через схему задержки подключен ко второму входу схемы И, выход которой через схему усреднения соединен с устройством индикации, а управляемый, генератор тактовой частоты подключен к управляющим входам формирователя интервала и схемы задержки.

Измерение интенсивности пульсаций газосодержания или дисперсии средней плотности двухфазной среды основано на использовании экспоненциальной зависимости частоты следования импульсов на выходе формирователя от средней плотности Контролируемой среды. В частности, эта зависимость имеет место в случае просвечивания последней узким пучком JT-излучения

b boexp(-ЛЛ,

,

где DO - частота следования импульсов в отсутствии контролируемой среды внутри контролируемого объекта;

Л - коэффициент ослабления излучения; Р - средняя плотность контролируемой

среды.

Рассмотрим отношение двух некоррелированных значений частоты следования импульсов

6 (t+T) 6oexp -Af (t+T) «(t)froexp -AfCt)l

(t + u)-/(t) .

Разложим экспоненту в степенной ряд и произведем временное усреднение. Пренебрегая членами ряда, начиная с пятого и учитывая, что среднее значение нечетных степеней этого ряда равно нулю, получим:

.М .,, .ШШШШЕ.., .,4.

где к - коэффициент пропорциональности;

6/ - дисперсия средней плотности. Средняя плотность двухфазной среды f связана с истинным объемным газосодержанием следующим выражением

-Рж-ч(/ж-4)

где f-, j - плотности жидкости и газа соответственно. Тогда среднеквадратичные интенсивности пульсаций газосодержания и плотности связаны соотношением

VJ

(Л-Л)

Таким образом, измеряя среднее значение отношения частот следования импульсов на выходе формирователя, соответствующих некоррелированным значениям плотности, и вычитая постоянную составляющую, можно оценить среднеквадратичную интенсивность или дисперсию контролируемого параметра.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения истинного объемного газосодержания двухфазных сред содержит источник ионизирующего излучения 1, помещенный в защитно-коллимирующее устройство 2, и детектор ионизирующего излучения 3, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов 4, интенсиметр 5, формирователь интервала 6, схему задержки 7, управляемый генератор тактовой частоты 8, схему И 9, схему усреднения 10 и устройство индикации II. Выход детектора ионизирующего излучения 3 через формирователь импульсов 4 соединен с входами интенсиметра 5 и формирователя интервала 6. Выход формирователя 4 соединен также с первым входом схемы И 9, второй вход которой через схему задержки 7 соединен с выходом формирователя интервала 6. Выход схемы И 9 через схему усреднения 10 сое-, динен с устройством индикации 11. Выход управляемого генератора тактовой частоты 8 подключен к управляющим входам формирователя интервала 6 и схемы задержки 7.

Поток к -квантов от источника ионизирующего излучения 1, сформированный защитно-коллимирующим устройством 2, после взаимодействия с веществом контролируемой двухфазной среды поступает на детектор ионизирующего излучения 3, где преобразуется в последовательность электрических импульсов, поступающих на вход формирователя импульсов 4.

Формирователь импульсов 4 представляет собой пороговое устройство, осуществляющее амплитудную дискриминацию входных импульсов в Соответствии с энергией первичных у-квантов и формирование импульсов по амплитуде и длительности. С выхода формирователя последовательность электрических импульсов поступает на входы интенсиметра 5, формирователя интервала 6 и схемы И 9.

В интенсиметре 5, представляющем робой дискретное устройство и содержащем типовые функциональные узлы-счетчики, регистр, преобразователь код-напряжение, частота следования импульсов преобразуется в двоичный код и в постоянное напряжение, соответствующее значениям контролируемого параметра. Как двоичный код, так и постоянное напряжение могут быть использованы в качестве выходного сигнала.

Формирователь интервала 6 запускается тактовым импульсом от управляемого генератора тактовой частоты 8 и формирует аременной интервал, длительность которого обратно пропорциональна частоте входных импульсов. Этот интервал задерживается- в схеме задержки 7 на такт работы и затем поступает на вход схемы И 9, где заполняется входными импульсами, поступающими на первый вход этой схемы.

Таким образом, сигнал на выходе схемы И 9 пропорционален отношению числа импульсов, соответствующих значению контролируемого параметра в текущем такте ра-„

боты устройства к числу импульсов, зарегистрированных в предшествующем такте.

Формирователь интервала 6 содержит схе.му И, делитель частоты и управляющий триггер. В состав схемы задержки входят два формирователя .интервала, аналогичных описанному. Отличие состоит в том, что запуск их поочередно осуществляется задним фронтом выходного импульса формирователя интервала 6, а на вход поступают импульсы непосредственно от задающего генератора, входящего в состав управляемого генератора тактовой частоты 8.

В схеме усреднения 10, включающей в себя накопительный счетчик и регистр памяти, происходит суммирование импульсов, прошедших через схему И 9 и вычитание постоянной составляющей.

Сигнал на выходе схемы усреднения 10 соответствует среднему квадрату приращения контролируемого параметра за промежуток времени, длительность которого определяется величиной тактовой частоты..Минимальное значение промежутка времени выбирается из условия, чтобы разделенные им значения процесса изменения средней плотности не были бы коррелированы, и определяется по структурной или автокорреляционной функции процесса изменения средней плотности, измеренной при минимальной скорости исследуемого потока.

С выхода схемы усреднения 10 код, соответствующий дисперсии контролируемого параметра, поступает в устройство индикации 11, представляющее собой трехдекадный двоично-десятичный счетчик импульсов с индикацией. Для определения среднеквадратичной интенсивности пульсаций истинного объемного газосодержания в состав устройства индикации 11 может быть введено устройство для извлечения корня.

Изменяя частоту следования импульсов управляемого генератбр.тактовой частоты 8 и, тем самым, длительност1 промежутка времени, за который определяется средний квадрат приращений контролируемого параметра и регистрируя при этом показания устройства индикации 11, можно определить структурную функцию контролируемого параметра.

Введение в известное устройство для из.мерения истинного объемного газосодержания новых отличительных признаков дает воз.можность, используя особенности радиоизотопных измерительных устройств, а именно, нелинейный, в частности, экспоненциальный характер основного уравнения измерения, определитьдисперсию и структурную функцию измеряемого параметра, т.е. расширить функциональные возможности известного устройства.

Применение данного устройства может быть полезно для контроля работы промышленных установок, в которых используются двухфазные потоки. Оперативная информация о пульсациях истинного объемного газосодержания позволит предотвратить возможные аварийные ситуации, связанные с изменением режима,течения потока, приводящие к появлению вибраций, кризиса теплопередачи и разрушению конструкции.

Определение структурной функции с помощью данного устройства может улучщить экономическую эффективность при исследовании двухфазных потоков за счет снижения затрат, связанных с обработкой результ атов измерений, полученных известными устройствами, средствами вычислительной техники.

Формула изобретения

Устройство для измерения истинного объемного газосодержания двухфазных сред.