Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к диагностике двухфазных потоков. Цель изобретения - повышение точности контроля при изменении температуры потока жидкости пу тем временной привязки стробирующйх импульсов, выделяющих информативные участки из принятого ультразвукового Сигнала , к этому сигналу. Новым устройстве является третий аналоговый ключ 14, первый вход которого через третий формирователь 15 стробирующйх импульсов соединен с выходом генератора 4 электрических колебаний, второй вход через усилитель-формирователь 16 и третий детектор 17 - с выходомусилителя 5, а выход - с входом формирователя 13 стробирующйх импульсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (я)з G 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2 (61) 1610428, .- ностике двухфазных потоков. Цель изобре. (21) 4758269/28 - -:: тения — повышение точности контроля при (22) 14.11.89 - - изменении температуры потока жидкости пу. (46)29.02.92. Бюл;М8 :::. тем временной привязки стробирующих им- (71) Харьковский авиационный институтйм, пульсов, выделяющих информативные

H,Е.Жуковского, : ... участки из принятого улвтразвукового Сигна(72) Е.С.Чистяков и А.H.Áóòåíêî :;.-:.: ла, к этому сигналу. Новым в.устройстве явля(53) 620.179.16 (088.8) - .: ется третий аналоговый ключ 14, первый вход (56)Авторское свидетельство СССР . ... которого через третий формирователь 15

М 161.0428, кл. G 01 И 29)02; 1988; : . - стробирующих импульсов соединен с выхо(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛМ .: дом генератора 4 электрических колебаний, СПЛОШНОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ: 8 ... второй вход через усилитель-формирователь

ТРУБОПРОВОДЕ .. -:: - ::: 16итретийдетектор17-свыходомусилителя (57) Изобретение относится к контрольнО«.:: 5, в выход- с входом формирователя 13 строизмерительной технике, в частности к диаг, . бирующих импульсов. 2 ил, 0 фь

1716423

50

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к устройствам для определения сплошности и режима течения потока в трубопроводе и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. й. 1610428.

Известное устройство для определения количества растворенных газов в жидкости содержит установленные на противоположных сторонах трубопровода ультразвуковые преобразователи, генератор электрических колебаний, усилитель, два аналоговых ключа, два детектора, два формирователя стробирующих импульсов, блок задержки и регистратор.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения концентрации газовой фазы в потоке жидкости при ,изменении температуры жидкости, Это обусловлено тем, что в известном устройст.ве селектирование информативных импульсов, прошедших на приемный ультразвуковой. преобразователь по стенке трубопровода и через исследуемую жидкость, осуществляется с помощью стробирующих импульсов, временное положение которых относительно момента излучения ультразвукового импульса постоянно.

При изменении температуры исследуемой жидкости изменяется скорость распространения ультразвуковых колебаний как в стенке трубопровода, так и в исследуемой жидкости, что вызывает изменение временного положения принятых приемным преобразователем информативных ультразвуковых импульсов относительно стробирующих импульсов. Поэтому стробирующие импульсы будут выделять не только часть ультразвукового импульса, прошедшего, например, исследуемую среду, но и часть импульса, прошедшего по стенке трубопровода, что приводит к изменению точности измерения.

Целью дополнительного изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для определения сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее установленные на противоположных сторонах трубопровода излучающий преобразователь, подключенный к генератору электрических колебаний, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем, а также два аналоговых ключа, два детектора, два формирователя стробирующих импульсов, блок задержки и регистратор, дополнительно снабжено последовательно соединенными третьим формирователем стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, и третьим аналоговым ключом, выход которого связан с входом второго формирователя стробирующих импульсов, и последовательно соединенными третьим детектором, вход которого подключен к выходу усилителя, и усилителем формирователем, выход которого связан с вторым входом третьего аналогового ключа.

Введение дополнительных элементов в известное устройство обеспечивает формирование стробирующих импульсов, временное положение которых меняется синхронно с изменением скорости распространения ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода. При такой селекции исключается прохождение через аналоговые ключи на регистратор ультразвуковых сигналов, пришедших на приемный преобразователь одновременно по стенке трубопровода и через исследуемую жидкость, что повышает точность измерения при изменении температуры исследуемой среды.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — эпюры напряжений в различных точках устройства..

Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе содержит ультразвуковые преобразователи 1 и 2, установленные на противоположных сторонах трубопровода 3 с контролируемой жидкостью. Преобразователи устанавливаются таким образом, чтобы осевая линия, проходящая через них, была перпендикулярна к поверхности раздела жидкость- газ при расслоенном режиме течения. Преобразователь 1 подключен к выходу генератора

4 электрических колебаний, а преобразова-. тель 2 — к усилителю.5. Выход усилителя соединен с первыми входами аналоговых ключей 6 и 7, выходы которых через детекторы 8 и 9 подключены к двухканальному регистратору 10. Второй вход аналогового ключа 7 через последовательно соединенные формирователь 11 стробирующих импульсов, блок 12 задержки, формирователь

13 стробирующих импульсов, аналоговый ключ 14 и формирователь 15 стробирующих импульсов соединен с вторым. выходом генератора 4 электрических колебаний. Второй вход аналогового ключа 6 соединен с выходом формирователя 13 стробирующих импульсов, а второй вход аналогового ключа

14 через последовательно включенные усилитель-формирователь 16 и детектор 17 соединен с выходом усилителя 5, Устройство работает слЬдующим образом.

1716423

Генератор 4 электрических колебаний периодически генерирует высокочастотйые радиоимпульсы с фиксированной амплитудой, которые пьезоэлектрическим преобразователем 1 преобразуются .в 5 ультразвуковые импульсы (см. эпюру 01 на фиг.2), Этими импульсами проэвучивают трубопровод 3 с контролируемой жидко- стью. Сигнал на выходе преобразователя 2 в общем случае представляет собой сумму 10 двух импульсов: импульса, прошедшего по стенке трубопровода (эпюра 02), и импульса, прошедшего через исследуемую жидкость (эпюра 03).

Амплитуда импульса 03 зависит-от кон- 15 центрации газовых пузырьков в потоке. Амплитуда импульса 02 зависит от площади внутренней поверхности трубопровода, контактирующей с жидкостью, т.е. от режима течения. Так, например, при снарядном 20 режиме течения, когда внутренняя поверх. ность трубопровода в зоне контроля контак-. тирует с газовой пробкой, практически вся

- ультразвуковая энергия, излученная преобразователем 1 в стенку трубопровода, попа- 25 дает на преобразователь 2. При пузырьковом режиме течения, когда.вся внутренняя поверхность трубопровода кон-. тактирует с жидкостью, часть ультразвуко. вой энергии ультразвуковых колебаний, 30 распространяющихся по стенке трубопро-, вода, излучается в жидкость и поэтому на преобразователь 2 сигнал приходит максимально ослабленным. При расслоенном режиме течения амплитуда импульса 02 35 зависит от объемного газосодержания

Y газа а = — "" в объеме мерного участка тру тр бопровода Чтр.

Таким образом, по изменению ампли- 40 туд импульсов, прошедших через исследуемую жидкость и по стенке трубопровода, можно определить не только концентрацию газовой фазы в потоке жидкости, но и режим

Для" селекции импульса 02 на второй вход аналогового ключа 7 от формирователя

11 стробирующих импульсов подается импульс (эпюра 010), время задержки которого. относительно прихода импульса 01 выбирается в блоке задержки таким, чтобы на детектор 9 подавалась та часть импульса 03Ä на которую не накладывается импульс 02.

Длительность стробирующего импульса U10 выбирается такой, чтобы задний фронт импульса 03 при ожидаемом изменении температуры среды оставался в пределах импульса

010, После детектирования детектором 9 импульс постоянного тока подается на второй вход двухканального регистратора.

Для определения характера нарушения сплошности потока жидкости в нужный момент времени измеряют амплитуды видеоимпульсов, соответствующих ультразвуковым импульсам 03 и 02, прошедшим соответственно через контролируемую среду и по стенке трубопровода, и по изменению их значений во времени судят о концентрации газовой фазы и режиме течения. течения — пузырьковый, расслаенный и др. 45

Прием и выделение ультразвуковых импульсов 02 и 03 осуществляется следующим образом, При и роэвучивании металлических трубопроводов импульс 02 всегда п.риходит к 50 преобразователю 1 раньше импульса 03, так как практически для всех жидкостей скорость звука в них в 2-3 раза меньше скорости звука в металлах. Однако в результате эффектов послезвучания и реверберции ис- 55 ключить взаимное наложение во времени импульсов 02 и 03 практически не удается, Для селекции импульсов 02 и 03 результирующий сигнал (эпюра 04 на фиг,2) с преобразователя 2 после усиления в усилителе 5 подается на первые входы аналоговых ключей 6 и 7. управление аналоговыми. ключами осуществляется стробирующимй импульсами, временное положение которых меняется синхронно с изменением скорости распространения ультразвуковых колебаний в трубопроводе.

Для осуществления этого результирующий сигнал 04 с выхода усилителя 5 детектируется детектором 17, усилителем-формирователем 16 преобразуется в прямоугольный видеоимпульс (эпюра

U5) и после дифференцирования (эпюра 06) подается на первый вход аналогового ключа

14. На второй вход аналогового ключа от формирователя 15 стробирующих импульсов подается прямоугольный импульс (эпюра 07), которым аналоговый ключ открывается. Длительность импульса 07 выбирается такой, чтобы при изменении температуры передний фронт импульса 04 не выходил за пределы импульса 07. Прошедший через аналоговый ключ 14 импульс 06 запускает формирователь 13 стробирующих импульсов, который вырабатывает импульс (эпюра 08), открывающий аналоговый ключ

6. Длительность стробирующего импульса

U8 выбирается такой, чтобы на детектор 8 подавалась лишь та часть приемного импульса 01 (эпюра 09), на которую не наклады вается импульс 02. После детектирования детектором 8 импульс постоянного тока подается на регистратор.10.

1716423

При этом руководствуются характерными особенностями изменения импульсов 02 и 03, присущими каждому режиму течения, Пузырьковый режим течения, Амплитуда импульса 03, прошедшего исследуемую среду, меняется от максимального значения (при концентрации пузырьков а О) до нуля, в зависимости от концентрации а. Амплитуда импульса 02, прошедшего по стенке трубопровода, от концентрации ане зависит и равна своему минимальному значению.

Расслоенный режим течения. Амплитуда импульса 03 - О. Амплитуда импульса 02 зависит от обьемной концентрации пузырьков а и меняется в пределах от максимального до минимального значений в зависимости от а.

Снарядный режим течения. На время прохождения газовой пробки 03 О, а амп.литуда импульса 02 равна максимальному значению.

Кольцевой режим течения, Амплитуда импульса 03 О, а амплитуда импульса 02 равна минимальному значению.

Определение режимов течения и концентрации газовой фазы при пузырьковом и расслоенном режимах течения позволяет оперативно управлять гидродинамически5 ми и тепломассообменными процессами при эксплуатации различных гидравлических систем и обеспечить безаварийность и надежность их в работе.

Формула изобретения

10 Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе по авт.св, %1610428,отличающееся тем,что,с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными третьим

16 формирователем стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, и третьим аналоговым ключом, выход которого связан с входом второго формирователя стробиру2О ющих импульсов, и последовательно соединенными третьим детектором, вход. которого подключен к выходу усилителя, и усилителем-формирователем. выход которого связан с вторым входом третьего ана25 логового ключа.

17164? 3

U6 ию

Составитель Е, Чистяков

Техред М.Моргентал Корректор: М. Шароши

Редактор С. Лисина

Заказ 609 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101