Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для определения газосодержания в газожидкостных средах. Целью изобретения является повышение точности измерений, что достигается за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости, который заключается внутри цилиндрического излучателя. Концентрация растворен- . ного газа в жидкости определяется по уровню звукового давления в волне разностной частоты, образующейся в результате взаимодействия акустических волн с частотами fi и f2, область взаимодействия которых известна и определяется внутренним объемом цилиндрического излучателя. Уровень звукового давления в волне разностной частоты зависит от нелинейного параметра среды в области взаимодействия волн накачки, который определяется концентрацией выделившихся в известном внутреннем объеме цилиндрического излучателя кавитационных газовых пузырьков. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬЭ

Од

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788326/28 (22) 05.02.90 (46) 23.04.92. Бюл. N. 15 (75) Ю.И.Кабарухин (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 896544, кл. G 01 К 29/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N. 1620931, кл. G 01 N 29/02, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ГАЗА В ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для определения газосодержания в газожидкостных средах. Целью изобретения является повышение точности измерений, что достигается за счет локализации в проИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для определения концентрации свободного и растворенного газа в гаэожидкостных средах.

Известно устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модулятора, два усилителя мощности, два излучателя, приемник, селективный усилитель, ключ, схему задержки, регистратор, в котором при облучении исследуемой жидкости с газовыми пузырьками акустическими сигналами двух различных частот по уровню рассеянного сигнала разностной частоты обна руживают пузырьки газа фиксированного размера., Ы2, 1728783 А1 странстве дегаэируемого объема жидкости, который заключается внутри цилиндрического излучателя. Концентрация растворен. ного газа в жидкости определяется по уровню звукового давления в волне разностной частоты, образующейся в результате взаимодействия акустических волн с частотами f> и fz, область взаимодействия которых известна и определяется внутренним объемом цилиндрического излучателя, Уровень звукового давления в волне разностной частоты зависит от нелинейного параметра среды в области взаимодействия волн накачки, который определяется концентрацией выделившихся в известном внутреннем объеме цилиндрического излучателя кавитационных газовых пузырьков.

2 ил.

Недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно определение концентрации растворенного газа в жидкости, значение которой необходимо знать в ряде практически важных случаев, например для определения кавитационной прочности рабочих жидкостей с целью оптимизации кавитационных качеств гидромашин или энергетической эффективности параметрических излучателей звука.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора, четыре модулятора, три усилителя мощности, два излучателя, фокусирующий излучатель, акустический приемник, селективный усилитель, три формирователя пря1728783

10

20

30

40

55 моугольных импульсов, регистратор, с помощью которого возможно определение не только концентрации свободного газа в жидкости, но также и концентрации растворенного в ней газа. Для этого растворенный в жидкости газ предварительно переводят посредством кавитации в свободное состояние. Выделяющиеся в фокальной области фокусирующего излучателя кавитационные пузырьки затем облучаются акустическими волнами двух различных частот и по уровню рассеянного пузырьками сигнала разностной частоты определяется концентрации растворенного газа в жидкости.

Однако при использовании известного устройства выделение растворенного в жидкости газа происходит не только в фокусе фокусирующего излучателя, где образуются кавитационные пузырьки, но и в фокальной области, находящейся в окрестности фокуса фокусирующего излучателя, что уменьшает точность определения концентрации растворенного газа в жидкости из-за различного расположения выделяющихся газовых пузырьков в озвучиваемом объеме исследуемой жидкости, а также изза того, что облучаемый объем жидкости не имеет определенных границ, т,е. он не локализован в пространстве.

Цель изобретения — повышение точности определения концентрации растворенного газа в жидкости за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первые схему задержки, формирователь прямоугольных импульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторые формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, третий формирователь прямоугольных импульсов, третий модулятор и регистратор, последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которого связан с вторым входом третьего модулятора, первый кварцевый генератор, подключенный к второму входу второго модулятора, и второй и третий кварцевые генераторы, снабжено линейным смесителем, входы которого подключены к выходам второго и третьего кварцевых генераторов, а выход — к второму входу первого модулятора, второй акустический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра, а акустические оси первого акустического излучателя, акустического приемника и пьезоэлектрического цилиндра совмещены.

На фиг. 1 приведены структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах содержит генератор 1 видеоимпульсов, выход которого соединен с входом схемы 2 задержки, выход которой связан с входом формирователя 3 прямоугольных импульсов. Вход модулятора 4 соединен с выходом формирователя 3 прямоугольных импульсов, а выход его соединен с входом усилителя 5 мощности, нагруженного на акустический излучатель 6. Вход формирователя 7 прямоугольных импульсов соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход его связан с входом модулятора 8. Вход усилителя 9 мощности соединен с выходом модулятора 8, а выход его соединен с входом акустического излучателя 10, который выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра. Вход схемы

11 задержки соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход ее соединен с входом формирователя 12 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом модулятора 13. Выход модулятора 13 соединен с входом регистратора 14. Выход акустического приемника 15 соединен с входом селективного усилителя 16, выход которого соединен с вторым входом модулятора

13. Выход кварцевого генератора 17 соединен с вторым входом модулятора 8. Выходы кварцевых генераторов 18 и 19 соединены с входами линейного смесителя 20, выход которого соединен с вторым входом модулятора 4. Акустические оси излучателей и приемника совмещены.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывные гармонические колебания с частотами f1 и f2 с выходов кварцевых генераторов 18 и 19 поступают на входы линейного смесителя 20, на выходе которого образуются непрерывные биения колебаний двух частот, которые поступают на сигнальный вход модулятора 4, на выходе которого образуются радиоимпульсы с би-. гармоническим заполнением, которые усиливаются усилителем 5 мощности и излучаются в водную среду акустическим излучателем 6. Период следования сигналов накачки определяется периодом следования синхроимпульсов И1, образующихся на выходе генератора 1 видеоимпульсов, задержанных схемой 2 задержки во время т д. Задними фронтами видеоимпульсов ИЗ

1728783

55 длительностью г ад запускается формирователь 3 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы ИЗ длительностью т,, под воздействием которых на выходе модулятора 4 формиру- 5 ются сигналы накачки. B начале измерений задними фронтами синхроимпульсов И1.запускается формирователь 7 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И4 длительностью ти1, 10 под воздействием которых из непрерывных гармонических колебаний с частотой, генерируемых кварцевым генератором 17, на выходе модулятора 8 образуются радиоимпульсы с гармоническим заполнением И5, которые усиливаются усилителем 9 мощности и излучаются в водную среду фокусирующим цилиндрическим излучателем 10. Под воздействием фокусируемых акустических колебаний с частотой 1 внутри цилиндриче- 20 ского излучателя 10 выделяется растворенный в жидкости газ. В следующий момент времени в водную среду с выделившимися при дегазации жидкости газовыми пузырьками излучаются сигналы накачки И6 акустическим излучателем 6, В результате нелинейного взаимодействия акустических волн накачки с частотами f> и f2 в среде с выделившимися при дегазации газовыми пузырьками образуют- 30 ся волны разностной частоты F = f> — f2,. уровень звукового давления в которых зависит от концентрации выделившегося при дегазации растворенного газа. Сигналы разностной частоты принимаются акустиче- 35 ским приемником 15, расположенным на акустической оси излучателя 6, усиливаются селективным усилителем 16, стробируются модулятором 13 и регистрируются регистратором 14. Для уменьшения уровня шумов 40 принимаемые сигналы разностной частоты стробируются во времени.

Селекция сигналов осуществляется с помощью схемы 11 задержки, запускаемой задними фронтами синхроимпульсов И1 и 45 формирующей на своем выходе видеоимпульсы И7 длительностью hap cTp. задними фронтами которых запускается формирователь 12 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы

И8 длительностью тьтр, управляющие модулятором 13, который пропускает на вход регистратора 14 сигналы И9 разностной частоты, уровни которых несут информацию о концентрации растворенного газа в жидкости. По регистрируемому уровню принимаемых сигналов с помощью тарировочной кривой определяют концентрацию растворенного газа в жидкости.

Преимущество изобретения заключается в повышении точности измерений концентрации растворенного газа в жидкости, что позволит, например, уточнить методики определения кавитационных качеств гидромашин, Формула изобретения

Устройство для определения содержания газа в газожидкостных средах, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первые схему задержки, формирователь прямоугольных импульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторые формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторую схему задержки, вход которой связан с выходом генератора видеоимпульсов, третий формирователь прямоугольных импульсов, третий модулятор и регистратор, последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которого связан с вторым входом третьего модулятора, первый кварцевый генератор, подключенный к второму входу, второго модулятора, и второй и третий кварцевые генераторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено линейным смесителем, входы которого подключены к выходам второго и третьего кварцевых генераторов, а выход— к второму входу первого модулятора, второй акустический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра, а акустические оси первого акустического излучателя, акустического приемника и пьезоэлектрического цилиндра совмещены.

1728783

U7

Фиг.2 УУ

Составитель Ю.Кабарухин

Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор В.Данко

Заказ 1405 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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