Устройство для определения параметров газожидкостных сред

 

Изобретение предназначено для определения содержания газа в жидкости и распределения по размерам пузырьков газа. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения не только2концентрации газа, но и распределения пузырьков газа по размерам и повышение разрешающей способности измерения концентрации газа. Зондирование среды .производят фокусирующими излучателями с фокусом в одной точке. Информация о концентрации газовых пузырьков, резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, регистрируется регистратором, где. на одном информационном поле его расположены графики (один под другим) о размерах пузырьков (радиусах), резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, о концентрации газа данного размера в озвучиваемом объеме среды. 2 ил.с Ш

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1709207

А1 щ)g G 01 iV ?9/02

ОПИСАНИЕ ЙЗОБРЕ7ЕЯИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4763501/28 (22) 04.12,89 (46) 30.01.92. Вюл. 1 4 (75) Ю.И.Кабарухин (53) 620.179.16{088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 725014, кл. с 01 N 29/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

NÃ 1620931, кл. с 01 N 29/02, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ГАЗОЖИ li(OCTHbiX СРЕД (57) Изобретение предна значено для определения содержания газа в жидкости и распределения по размерам пузырьков газа. Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет измерения не только

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для определения распределения газовых пузырьков по размерам с высоким пространственным разрешением.

Известно устройство для обнаружения пузырьков газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модулятора, два усилителя моцности, два акустических излучателя, акустический приемник, селективный усилитель, ключ, схему задержки, регистратор, в котором при облучении исследуемой, жидкости с газовыми пузырьками акустическими сигналами двух различных частот по уровню рассеянного пузырьками сигнала разностной частоты обнаконцентрации газа, но и распределения пузырьков газа по размерам и повышение разрешающей способности измерения концентрации газа. Зондирование среды производят фокусирующими излучателями с фокусом в одной точке. Информация о концентрации газовых пузырьков, резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, регистрируется регистратором, где на одном информационном поле его расположены графики (один под другим) о размерах пузырьков (радиусах), резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, о концентрации газа данного размера в озвучиваемом объеме среды. 2 ил. руживают пузырьки газа фиксированного размера, Недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно определение концентрации растворенного газа в жидкости и распределения га; зовых пузырьков по размерам, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах., содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора, четыре модулятора, три усилителя мощности, три акустических излучателя, один из которых фокусирующий, акустический приемник, селективный усилитель, три формирова170920,;

-,спя прямоугольных импульсов, регист-. ратор, За счет дегазации исследуемой жидкости в фокальной сбласти фокуси5 рующего излучателя появилась возможность определения концентрации растворенного газа в жидкости, однако прототип обладает малой пространственной разрешающей способностью, ко- 10

iорая обусловлена конечными размерами апертуры акустических излучателей.

Кроме того, невозможно определение распределения газовых пузырьков по размерам. 1

Цепью изобретения я вляется р",ñøèрение функциональных возможностей за счет определения не только концентрациии газа, но и распределения газовых пузырьков по размерам и повышение разрешающей способности измерения концентрации газа.

Поставленная цель достигается ".à

-..чет одновременного облучения исследуемой газожидкостной среды, находящейся в общей фокальной области фокусирующих излучателей, сфокусированными волнами с частотами f и fq„ частота одной из которых f дискретно меняется от посылки к посылке в широком диапазоне частот, и регистрации уровней рассеянных газовыми пузырьками сигналов рзаностных частот (f „ — f ), несущих информацию о концентрации газовых пузырьков в широком 35 диапазоне их радиусов, резонансных изменяющейся разностной частоте зондирующих сигналов.

На фиг„ 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, Устройство для определения параметров газожидкостных сред содержит генг нератор 1 видеоимпульсов, выход которого соединен с входом схемы 2 задержки, выход ее соединен с входом формирователя 3 прямоугольных импульсов. Выход генератора 4 соединен с первым (сигнальным) входом модулятора 5, второй (управляемый) вход которого соединен с выходом формирователя 3 прямоугольных импульсов.

Вход усилителя 6 мощности соединен с выходом модулятора 5, а выход его соединен с входом акустического излучателя 7. Выход генератора 8 соеди нен с первым (сигнальным) входом модулягора 9, второй (управляемый) вход которого соединен с выходом

Форм -рова теля 3 прямоугольных импуль=с;o. Вход усилителя 0 мощности соединен с выходом модулятора 3, а выход его соединен с входом акусiиче=. êîi-о излучателя 11, Выход генератоpë 12 соединен с пеовьил (сигнальным) входом модулятора !3, выход которого соединен с входом усилителя 14 мощности, Выход усилителя 14 мощности соединен с входом фокусирующего акустического излучателя 1 . Акустические излучатели 7 и 11 выполнены Фокусирующими и сфокусированым в общем

Фокусе с фокусом излучателя 15. Вход схемы 16 задержки соединен с выходом енератора 1 видеоимпульсов, а выход ее соединен с входом Формирователя

17 прямоугольных импульсов, выход Ко торого соединен с первым (управляемым) входом модулятора 18. Вход Формирователя ",9 прямоугольных импульсов соединен с выходом генератора 1 видео. импульсов, а выход его соединен с вторь;м (упра вляемым) входом модулятора 13. Выход широкополосного акустического приемника 20 соединен с сигнальным входом перестраиваемого селективного усилителя 21, выход которого соединен с вторым (сигнальным) входом модулятора 18. Вход детектора

22 соединен с выходом модулятора l8, a,в. ыход его "îåäèíåí с первым (сигH-,ãüffûì) входом блока 23 выборки-хранения, Первый вход компаратора 24 соединен с выходом блока 23 выборкихранения, а его выход соединен с первым (сигнальным) входом коммутатора

25, выход которого соединен с первым (сигнальным) входом модулятора 26.

Вход Формирователя 27 прямоугольных импульсов соединен с выходом генератора видеоимпульсов, а его выход соединен с входом формирователя 28 пилообразных импульсов и с третьим (управляемым) входом коммутатора 25.

Первый вход компаратора 29 соединен с выходом формирователя 28 пилообразных импульсов, а его выход соединен с вторым (сигнапьным) входом коммутатора 25. Вход формирователя 30 прямоугольных импу-ьсов соединен с,выходом формирователя 27 прямоугольных импульсов, а егG:;iiõîä соединен с входом формирователя :. . пилообразных импульсов и управляемыми входами бпо1709207 ка 23 выборки-хранения и коммутатора 25. Второй вход компаратора 24 соединен с выходом формирователя 31 пилообразных импульсов, Вход формирователя 32 ступенчатого напряжения соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а его выход соединен с управляемыми входами генератора

8 и перестраиваемого селективного усилителя 21, а также с вторым входом компаратора 29. Выход генератора

33 колебаний соединен с вторым (управляемым) входом модулятора 26, выход которого соединен с входом регистратора 34, Устройство работает следующим образом.

Работу устройства синхронизируют синхроимпульсь! И 1, формируемые íà 20 выходе генератора 1 видеоимпульсов, задними фронтами которых запускается схема 2 задержки, на вь,ходе которой формируются видеоимпульсы И 2 с необходимои длительностью ° 3aA и и 25 скважностью, задними фронтами которых запускается Формирователь 3 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеои,пульсы И 3 длител ь ност ью v которь е Формируют излу- 0 чаемые зондирующие радиоимпульсы на.качки. Задними фронтами синхроимпульсов И 1 запускаются также формирователь 19 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются 35 видеоимпульсы И 4 длительностью и которые формируют излучаемые дегазирующие жидкость с растворенным в ней газом радиоимпульсы, и схема 16 задержки, на выходе которой формируют- 40 ся видеоимпульсы И 5 длительностью п дд, тР, задними Фронтами которых запускается Формирователь 17 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И 6 длительностью р, которые селектируют и во времени рассеянные газовыми пузырьками эхо-сигналы. Непрерывные гармонические колебания с постоянной частотой f с выхода генератора 4 и с изменяющейся частотой f с выхода управляемого генератора 8, частота генерируемых колебаний И 7 на выходе которого изменяется от посылки к посылке под воздействием ступен- чатого напряжения И 8 на его управляемом входе, поступают на сигнальные входы модуляторов 5 и 9, на выходах которых формируются радиоимпульсы И 9 и И 10, которые усиливаются усилителями 6 и 10 мощности и излучаются R исследуемую газожидкостную среду фокусирующими излучателями

7 и 11. Вначале измерений под воздействием видеоимпульсов И 4, формируемых на выходе формирователя 19 прямоугольных импульсов, из непрерывных гармонических колебаний с частотой f образующихся на выходе генератора 12, на выходе модулятора 13 формируются радиоимпульсы И 11, которые усиливаются усилителем 1"мощности и излучаются в среду фокусирующим акустиче ским излучателем 15, сфокусированным в обшем фокусе фокусирующих излучателей 7 и 11. Под воздействием акустических колебаний с частотой f,в общей Фокальной обпасти Фокусирующих излучателей выделяется растворенный в исследуемой жидкости газ.

В следующий момент времени выделившиеся при дегазации газовые пузырьки одновременно облучаются сфокусированными волнами с частотами f, и й, излучаемыми фокусирующими излучателями 7 и 11. При воздействии на газовые пузырьки акустическим давлением частот f и f> > т из-за их нелинейности Формируется излучение на разностной частоте (f„ — f<), амплитуда которого определяется близостью разностной частоты к резонансной частоте газовых пузырьков которая однозначно связана с их радиyc + При f-) - т = Г0 ypoaeHb рассеянного газовыми пузырьками излучения максимален и зависит от их концентрации. Уровни рассеянных пузырьками акустических сигналов разностных частот (f — f<), изменяющихся от посылки к посылке, регистрируются с помощью широкополосного акустического приемника 20, установленного вне зоны воздействия акустических колебаний с частотами f, f) fg перестраиваемого селективного усилителя 21 с частотой селекции (f — f ), изменяющей" ся от посылки к посылке. Для умень" шения уровня шумов принимаемые сигналы стробируются во времени с помощью модулятора 18, на -выходе которого выделяются эхо-сигналы И 12, уровни которых несут информацию о концентрации газа в жидкости, кото1709207 эп

Я0

P„,,Е ВЫПРЯМХ>ЯЮТСЯ С ПОМОЩЬЮ ДЕТР КТО ра 22 и в виде видеоимпульсов И 13 поступают на сигнальный вход блока

23 выборки-хранения. в котором запоминаются для .дальнейшей обработки и документа.пьиой регистрации. Задними фронтами синхроимпульсов И запускаются такжо формирователь 32 ступенчатого напряжения, на выходе которого формируется ступенчатое на=. пряжгние И 8., постоянное в пределах временного интервала между двумя зондирующими импульсами, которое дискретно управляет частотой Г ко= лебаний И 7, генерируемых управляемым генератором 8, и частото селекции перестраиваемогo селективного усилителя 21, и формирователь 27 прямоуголы-:ьх импульсов, формирующил на своем выходе видеоимпульсы И 1)> длительностью, задними фронтами котсрь х запускается формировател.-., >0 пнямоу Ольних импульсов, на выхс

ДР КОТОРОГО ФОРМИРУЮТСЯ ВИДЕОИИПУЛЬ сь: И 15 глительностью . Длительность Видеоимпульсов И 14 и И 15, участвующих в делении информационного поля регистратора на две части, определяется из конкретных требований к масштабу отображаемой информации о размерах газовых пузырьков, резонансных разностной частоте сигналов их облучающих, о концентрации газовых пузырьков данного размера в облучаемом объеме исследуемой газожидкостной среды. Этими же эидеоимпульсами И 1Ч и И 1 поочередно открываютcR ключи коммутатора 25, пропускающего на вход регистратора соответствующую информацию. Информация о размерах газовых пузырьков (их радиусах), резонансных разнсстной частоте сигналов их сбпучаюцих, регистрируется следующим образсм.Ступенчатое напряжение И 8 с уровнем,, пропорциональным частоте генерируемых управляемь м генератором 8 гармонических колебаний, подается на один вхсД KoN>18pBTop8 29 на Друг Ои ВХОД ксторогс поступает пилообразное напряжение И 16, образующееся на выходе формирователя 26 пилообразных импульсов из прямоугольного видеоимпульса И 14>>. При этом амплитуда и длительность пилообразного импульса И 16 соответствует максимально возможной разностцсй частоте зонлирующих сигналов,. т.е. минимально озможному радиусу пузь рька,резонансного э — îé частоте. 11ри равенстве уровней сравниваемых сигналов на выходе компаратора 29 образуются видеоимпульсы И 17, которые для дагьнейшей регистрации полаются на втсpoir1 (сиг>>Rëьный) ВКОД ксммутатОра

25,, открываюшегося на время, равное г

>. :, Видеолмпульсами И 14, посту>-аю-! щими на t f o первый (/DDT Вляемый)

Вход, дри этом временной интервал илл расстояние от начага соответствующей данному виду инф>ормации части информационного поля регистратора дс ре истрлруемой Отметки на этой час и поля, npnnopциональны уровню постоянного напряжения И 8, несущему информацию с разностной частоТЕ СИГнаЛСВ, ЗОНДИРУЮЩИХ ИССЛЕЛУЕ::-:й объем га зожидкостной среды, радиусах пyÇырькОВ, ИнфОрмациЯ О кОН центр» цикл газовых пузь|рьков, резонанс: ных разнсстной частоте зондирующих

СИГНВЛОВ, РЕГИСТРИРУЕТСЯ СГЕДУЮЩИМ образом. Видеосигналы И 13„ уровни которых несут информацию о концентрацил газовых пузырьков, резонанс- bid разностной частоте зондирующих

c,>ãHàëoâ, запоминаются в блоке 23 выборки-хранения на один цлкл между двумя зондирующими импульсами которьlp. сбрасываются задними фронтами видесимпульсов И 15 и В Виде сигнала

И 18 подаются на один вход компаратора 24, на другой вход которого поступ-.åò пилообразное напряжение И 19„ сбра -y oùåeñÿ на выходе формироватегя 3 1 пилообразных импульсов из прямоугольного импульса И 1э. Амплитуда и длительность пилообразного импульса И !9 соответствуют максимально

Возможной концентрации пузырьков з жидкости данного размера. При равенстве уровней сравниваемых сигналов на выходе компаратора 24 образуются видеоимгульсы И 20,, которые для дальнейшей регистрации подаются на первый (сигнальный) вход коммутатора

25, открывающегося на время, равное

/1 с,. Вилеоимпульсами И 15, поступающими на его -. В> вертый (управляемый) вход..Ilp*.- этом япеменной интервал или расстояние от на ààà соответствующей даННОМу Вйду л.фориацИИ ЧаетИ ИифОрмационнс -о полл D : и -.ратора до регистрируемой отметки н=-; этои асти

1О

Устройство для определения параметров газожидкостных сред, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первую схему задержки и первый формирователь прямоугольных импульсов, последовательно соединенные первый генератор, моду лятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединеннь:е вторые генератор, модулятор, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные третьи генератор, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторую схему задержки, вход которой

A связан с выходом генератора видео- импульсов, второй формирователь поля, пропорциональны уровню видеосигнала И 18, негущему информацию о концентрации газовых пузырьков, резонансных раэностной частоте зондирующих сигналов. Таким образом, на вход модулятора 26 через коммутатор

25, поочередно открываемый управляющими импульсами И 14 и И 15, поступает информация в виде сигнала И 21, который для нормальной работы регист ратора 34 модулируется в нем колебаниями частоты регистрирующего прибора с выхода генератора 33 колебаний и в виде радиоимпульсов И 22 поступает на вход регистратора 34, где на одном информационном поле регистратора регистрируется информация в виде графиков,располагаемых одий под рругим,о размерах пузырьков (их радиусах) резонансных разностной частоте зон- дирующих сигналов, о концентрации газовых пузырьков данного размера в озвучиваемом объеме исследуемой газожидкостной среды.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает преимущества, заключающиеся в увеличении разрешающей способности измерений, в появля щейся воэможности определения распределения газовых пузырьков по размерам, что позволит, например, уточнить методики определения кавитационных качеств гидромашин.

Формула изобретения

1 прямоугольных импульсов и четвертый модулятор, третий формирователь прямоугольных импульсов, включенный меж5 ду выходом генератора видеоимпульсов и вторЫм входом третьего модуля" тора, регистратор и последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которо10 го подключен к второму входу четвертого модулятора, выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен к вторым входам первого и второго модуляторов, а третий аку15 стический излучатель выполнен фокусирующим, отличающийся тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей эа счет определения не только концентрации о 20 газа, но и распределения газовых пузырьков по размерам и повышения разрешающей способности измерения концентрации газа, оно снабжено последовательно соединенными детек25 тором, вход которого связан с выходом четвертого модулятора, блоком выборки-хранения, первым компаратором, коммутатором и пятым модулятором, выход. которого подключен к регистратору, последовательно соединенными четвертым формирователем прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, первым формироватеЗ5 лем пилообразных импульсов и вторым компаратором, выход которого подключен к второму входу коммутатора, последовательно соединенными пятым формирователем прямоугольных импульсов и вторым формирователем пилообразных импульсов, выход которого связан с вторым входом компаратора, формирователем ступенчатого напряже45 ния, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, а выход - к входу второго генератора, управляющему входу селективного усилителя и к второму входу второго компа"

50 ратора, и генератором колебаний подЭ ключенным к второму входу пятого модулятора, выход четвертого формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом пятого формирователя

55 прямоугольных импульсов и третьим входом коммутатора, выход пятого формирователя прямоугольных импульсов связан с четвертым входом коммутатора и управляющим входом блока вы1 709207 аиг 2

Составитель Ю,Кабарухин Ю.И.

Т ех р ед Л, Ол ийн ык Корректор Л.Пилипенко

Редактор Ю.Середа

Тиоаж Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открь1иям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. А/5

Заказ 781 е

Производственно-издательский комбинат Патент „г.ужгород,;: Гагарина, 101 борки-хранения, а первый и второй акустические излучатели сфокусированы в фокусе третьего акустического излучателя,