Способ определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации нерастворенного газа в газожлдкостной смеси в нефтяной, газовой и химической отраслях промышленности. Целью изобретения, является повьш1ение точности за счет исключения ошибок, вызываемых флуктуациями параметров контролируемой среды. Согласно изобретению в исследуемой газожидкостной смеси возбуждают цилиндрическую волну звуковой частоты, распространяющуюся в трубе постоянного сечения в направлении, перпендикулярном образующей трубы, измеряют давление смеси в области распространения волны, измеряют низшую резонансную частоту § колебаний га-зожидкостной смеси в объеме , ограниченном стенками трубы, и по соотношению этих величин определяют концентрацию свободного газа. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. ся

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 N 29/02

1 Ц

В@дд»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4211834/25-28 (22) 19. 03.87 (46) 15. 11. 88. Бюл. Р 42 (71) Харьковский государственный университет им. А.M. Горького (72) О.M. Гетманец, Н.M. Пелихатый

Т.А. Пилипенко, В.Г. Горожанкин и Ю.П, Смышляев (53) 620. 179. 16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 530243, кл. С 01 N 29/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9 934356, кл. 9 01 N 29/02, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

СВОБОДНОГО ГАЗА В ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СРЕДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь„„SU„„1437772 А 1 зовано для измерения концентрации нерастворенного газа в газожидкостной смеси в нефтяной, газовой и химической отраслях промышпенности. Целью изобретения является повьш ение точности за счет исключения ошибок, вызываемых флуктуациями параметров контролируемой среды. Согласно изобретению в исследуемой газожидкостной смеси возбуждают цилиндрическую волну звуковой частоты, распространяющуюся в трубе постоянного сечения в направлении, перпендикулярном образующей трубы, измеряют давление сме-, си в области распространения волны, измеряют низшую резонансную частоту колебаний газожидкостной смеси в объеме, ограниченном стенками трубы, и по соотношению этих величин определя" ют концентрацию свободного газа.

2сп. флы, 1 ил.

1437772

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь2

4 4 р К 1 " зоваио для измерения концентрации нерастворенного газа в газожидкостной смеси в нефтяной, газовой и химической отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения ошибок, вызываемых флуктуациями пара- lð метров контактируемой среды.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения концентраций свободного газа в гаэожидкостной среде. 15

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 низкочастотных колебаний и электроакустический излучатель 2, генератор 3 сиихроимпульсов и последоватеиьно соединенные гидрофон 4, усилитель 5 и ,Измеритель 6 временных интервалов, Второй вход которого подключен к выходу генератора 3 сиихроимпульсов, генератор 7 пилообразных колебаний, 25 выход которого подключен к входам .генератора 1 низкочастотных колебаний и генератора 3 синхроимпульсов, и последовательно соединенные датчик 8 давления и вычислитель 9, второй вхоц 30

Которого подключен к выхоцу измерителя 6 временных интервалов. Электроакустический излучатель 2 выполнен в

Виде стержневого излучателя цилиндрической звуковой волны, а генератор

1 низкочастотных колебаний выполнен управляемым по частоте.

Кроме того, на чертеже показан отрезок трубы 10 с контролируемой средой, в котором установлен электро- 4 акустический излучатель 2, гидрофон

4 и датчик 8 давления.

Способ определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде осуществляют следующим образом. 45

Излучают в среду звуковую волну, принимают звуковую волну, прошедшую среду, и измеряют ее параметры, по которым судят о концентрации свободно" го газа в среде. При этом используют цилиндрическую звуковую волну, час50 тоту который линейно увеличивают, измеряют низшую резонансную частоту колебаний в гаэожидкостной среде, измеряют давление в контролируемой среде и по соотношению измеренных ве. 55 личин судят о концентрации (х) свободного газа. Указанное соотношение имеет вид где P — давление в контролируемой среде; плотность жидкости, р93 — низшая резонансная частота колебаний в газожидкостиой среде, находящейся в трубе радиусом К ; (ot р — значение первого корня

1 функции Бесселя нулевого порядка.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с генератора 7 пилообразного напряжения, период Т повторения которого определяется быстродействием вычислителя 9 и поперечными размерами трубы l0 поступают на вход генератора 1 низкочастотных колебаний и генератора 3 синхроимпульсов,.

Генератор 1 вырабатывает сигнал постоянной амплитуды, частота кото— рого лежит в звуковом диапазоне и изменяется от времени по линейному закону где ʄ— начальная частота, К1 — конечная частота;

Т вЂ” период колебаний генератора 7 пилообразного напряжения, Значение начальной частоты f вы1 бирается в диапазоне нескольких герц.

Она должна превышать характерную частоту работы насосов (1+2 Гц) для исключения помех, связанных с пульсациями давления. Значение конечной частоты f выбирается в соответствии с оценками диапазона изменения низшей резонансной частоты трубопровода с контролируемой средой и составляет величину порядка 10 — 10 Гц, что существенно ниже наименьшей возможной частоты резонансных колебаний пузырьков газа в жидкости.

Генератор 1 возбуждает излучатель

2, который излучает цилиндрическую волну звуковой частоты, Колебания, возникающие в газожидкостной смеси, принимаются гидрофоном 4 и преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вход усилителя 5, обеспечивающего усиление и селекцию принятых сигналов.

1437772

Уровень ограничения входного сигнала определяется уровнем шумов и выбирается таким образом, чтобы только резонансный сигнал мог пройти и

5 усилиться. Этот усиленный сигнал подается на один из входов измерителя

6 временных интервалов и останавливает его.

Запуск измерителя 6 временных интервалов производит сигнал с генератора 3 синхроимпульсов, который подается одновременно на шину "Сброс" (не показана) измерителя 6 временных интервалов, сбрасывая показания последнего от предыдущего измерения.

Таким образом, на выходе измерителя 6 временных интервалов вырабатывается сигнал, пропорциональный времени с момента запуска генератора 20 управляемого по частоте напряжением дс момента генерирования сигнала с низшей резонансной частотой: (0

fpe =К +K i

1 25 (о!

ГРгъ — Е, K

1 х-2

Пример. В лабораторных условиях были проведены измерения концентрации свободного газа в газожидкост:.:ой смеси, текущей в трубе радиусом 40

R = 0,2 м. Газожидкостная смесь представляла собой систему вода — углекислый газ (о = 10 кг/м ) при давлении о

P = 10 Па. Стержневой излучатель был закреплен вблизи стенки трубы и имел 45 длину 200 мм. На противоположной стен. ке трубы были закреплены гидрофон и датчик давления. Газожидкостная смесь прокачивалась с расходом 2.10 2М /с.

Период (Т) повторения генератора 5п

7 пилообразного напряжения составлял

1 с. Начальная частота генератора 1, управляемого напряжением, выбиралась

Этот сигнал поступает на один из входов вычислителя 9. На второй вход вычислителя 9 постоянно поступает сиг- 0 нал с датчика 8 давления. Вычислитель производит вычисления концентрации х свободного газа по формуле равной f<= 5 Гц, конечная частота была равна f = 3 10 Гц. г

Измеренное значение концентрации свободного газа в газожидкостной смеси составило х = 0,03.

Ошибка измерения составляет порядка 17..

Формула изобретения

1. Способ. определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде, заключающийся в том, что излучают в среду звуковую волну, принимают звуковую волну, прошедшую среду, и измеряют ее параметры, по которым судят о концентрации свободного газа в среде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве излучаемой в среду волны используют цилиндрическую звуковую волну, частоту которой линейно увеличивают, а в качестве параметров газожидкостной среды измеряют низшую резонансную частоту колебаний и давление, по соотношению которых судят о концентрации свободного газа.

2.Устройство для определения концентрации свободного газа в газожидкостной среде, содержащее последовательно соединенные генератор низкочастотных колебаний и электроакустический излучатель, генератор синхроимпульсов и последовательно соединенные гидрофон, усилитель и измеритель временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено генератором пилообразных колебаний, выход которого подключен к входам генератора низкочастотных колебаний и генератора .синхроимпульсов, и последовательно соединенными датчиком давления и вычислителем, второи вход которого подключен к выходу измерителя временных интервалов, электроакустический излучатель выполнен в виде стрежневого излучателя цилиндрической звуковой волны, а генератор низкочастотных колебаний выполнен управляемым по частоте.

1437772

Составитель Г. Иаксимочкин

Техред А.Кравчук Корректор В, Гирняк

Редактор А. Огар

Заказ 5887/44

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г; Ужгород, ул. Проектная, 4