Способ измерения концентрации нерастворенного газа в жидкости

) СПОС АСТВО ающий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н АвтоеСКомм сеид(71) Харьковский оционный институт и(56) 1. АвторскоеКф 618674, кл. С 012. Авторское свУ 725014, кл. С 013, Акустическийи техника мощного(зические основы улнологии. Под ред.М., "Наука", 1970,9 1 Ои А.Н. Бутенко рдена Ленина авиа м.Н.Е.Жуковского .Я)свидетельство ССС Х 29/02, 1977. идетельство СССРИ 29/02, 1978.институт. Физика ультразвука. Фиьтразвуковой тех- Л.Д.Розенберга.с.398 (прототип) ОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАРЕННОГО ГАЗА В КЩКОСТИ, в том, что исследуеоблучают акустическими колебаниями на двух частотах,превьппающих резонансную частотунаименьших по размеру пузырьковгаза, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что с целью повьппения точности из 7мерений, первую частоту 1, акустических колебаний выбирают в 1,1-1,5раза большей резонансной частоты указанных пузырьков газа в жидкости.а вторую частоту 1 акустическихколебаний - большей первой частотыне менее, чем в 1,7 раза, для каждой частоты 1) и 1 определяют затухание колебаний и отношение 1 этихзатуханий, а по тарировочному графику М=1 определяют значение поправочного коэААициента М , с учетом которого определяют концентрациюнерастворенного газа в жидкости позатуханию колебаний на второй частоте 1,Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь эовано для измерения количества нерастворенного газа в жидкости при эксплуатации различных систем - гид равлических, топливных, охлаадения и других.Известен, способ измерения концентрации нерастворенного газа в жидкости, заключающийся в генерирова нии акустической волны на частоте, превышающей резонансную частоту самых мелких пузырьков, прозвучивании исследуемой среды, регистрации волны, прошедшей через нее, и пос ледующем сравнении величин сигналов, прошедших различное расстояние в . жидкости, и определении концентрации.нерастворенного газа в жидкости по изменению коэ 4 Аициента затуха ния 11 .Недостатком известного способа является зависимость результатов измерения от размеров пузырьков (при одной и той ае их концентра ции), что приводит к большой погрешности определения объемной концентрации нерастворенного газа.Наиболее близким к изобретению является способ измерения концен- З 0 трации нерастворенного газа в жидкости, заключающийся в том, что исследуемую жидкость облучавт акустическими колебаниями на двух частотах, превышающих резонаисиув час, тоту наименьших по размеру пузырьков газа.,О наличии газа в жидкости судят по уровню рассеянного аидкостью сигнала, измеренного на разностной частоте этих колебаний 121 .%Однако этот способ дает большую погрешность измерения при определении концентрации газа в аидкости прь одновременном наличии в ней пузырьков газа различных размеров. . 45Цель изобретения - повиаение точности измерений концентрации нерастворенного газа в аидкости с пузырьками различных размеров.Поставленная цель достигается 50 тем, что согласно способу измерения концентрации нераствореиного газа в жидкости, заключающемуся в том, что исследуемую аидкость облучают акустическими колебаниями на двух 55 частотах, превышающих резонансную частоту наименьших по размеру пузырьков газа, первую частоту Е, акустйческих колебаний выбирают в 1, 1-1,5 раза большей резонансной частоты укаэанных пузырьков гаэа в аидкостн, а вторую частоту 1 акустических колебаний - большей первой частоты 4 не менее, чем в 1,7 раза, для каждой частоты Е 1 и 1 определяют затухание колебаний и отношение 1 этих затуханий, а.по тарировочному графику М иЕ(К)определяют значение поправочного коэАициента М, с учетом значения которого определяют кон, центрацию.нерастворенного газа в жидкости по затуханию колебаний на второй частотеСущность способа заключается в следующем.Известно, что эатухание звука, вносимое пеленой пузырьков одного размера и выраженное в децибелах, определяется выражением201 в =20 0,434 и б ) (1)где 16 - амплитуда звуковых колебаний, прошедших исследуемую среду без пузырьков;- амплитуда звуковых колебаний, прошедших расстоя.ние по области, содержащей пузырьки со среднейплотностью распределениямив единице объема;бе - поперечное сечение за"тухания энергиипузырьком ГЗ .Из выражения (1) видно, что затухание звука пропорционально количеству пузырьков 1 й= и- г и поперечному сечению затухания бе , которое определяется следующим выражением: где 8 - радиус пузырьков;- резонансная частота пузырька;- частота акустических колебаний,- постоянная затухания,- воиновой ковййициент;% - длина волны акустических колебаний.Иэ выражения (2) следует, что при фиксированной частотеЕ ю Ео поперечное сечение затухания б из452823 11меняется пропорционально изменениюрадиуса пузырька г , в то времякак количество пузырьков 11 припостоянной их объемной концентрации О пропорционально 1/ 1 . А этоЪозначает, что при одинаковой концентрации пузырьков, но отличающихся друг от друга размерами 1, затухание звука в среде будет различным. Так, например, при изменениирадиуса пузырьков в 10 раз затухание звука изменяется на 100 дБ,вследствие чего появляется большаяошибка измерения. Иэ выразения (2)следует такзе, что при неизменномрадиусе пузырька 1 зависимость беот частоты акустических колебаний,носит нелинейный характер, что иполозено в основу описанного мето"да измерения, при котором один итот зе объем зидкости прозвучиваютна двух разных частотах. При этом. одну частоту акустических колебаний11 выбирают близкой к максимальнойрезонансной частоте пузырьков, адругую 12 - значительно вьзпе.Прозвучивание одного и того зеобъема зидкости позволяет считатьрасстояние Р и количество пузырь-.ков И для каздой частоты одинаковыми еВ этом случае изменение амплитуды звуковых колебаний для каздой частоты и отношение 1 затуханий колебаний мозно записать в видеа206 - =200,454 й Д,бой - .20 0,4 И К 6;юггбе,Кве 2Значение 1 при изменении радиуса пузырьков 1 (при 4 аксированныхчастотах 1, и 1 ) не остается постоянным, а меняется определеннымобразом " с уменьшением радиуса пузырька отношение увеличивается. При этом каздому размеру пузырьков соответствует вполне конкретное значение отношения В,Следовательно, изменяя затухание звука для казФой частоты акус- тических колебаний и определяя отношениезатуханий, с помощьюзависимости= г Я) мозно определить1145282производят на частоте, превышающей резонансную частоту наименьших йо размеру пузырьков газа в 1, 1-1,5 раза а отношение частот прозвучи-вающих акустических колебаний выби рают не менее 1,7 ( 1 1, ).Ка чертеже приведена блок-схемв устройства, реализующего предлагаемый способ измерения.Устройство состоит из погружен ных в исследуемую жидкость 1 и установленных на Фиксированном расстоянии излучателей 2 и 3 и гидроФонов 4 и 5. Излучатели подклю- чены к генераторам 6 и 7 высокочас тотных радиоимпульсов, работа которых синхронизируется синхронизатором 8, Выход гидроФона 4 через последовательно соединенные усилитель 9 высокой частоты, детектор 10 20 и согласующее устройство 11 соединен с первым входом двухканального регистратора 12. Выход гидроФона 5 через последовательно соединенные усилитель 13 высокой частоты, детектор 14 и согласующее устройство 15 соединен с вторым входом регистратора 12.Реализация способа с помощью этого устройства осуществляется следую щим образом,Излучатели 2 и 3 возбуждаются соот- ветственно генераторами 6 и 7 высокочастотньк радиоимпульсов, частота заполнения которых выше резонансной чжтоты наименьших по размеру пузырьков в жидкости, причем частота заполнения радионмпульсов одного иэ генераторов превышает последнюю в 1, 1-1,5 раза, а отношение частот заполнения радиоимнульсов этих генераторов составляет не менее 1,7, Одновременность прозвучивания одного и того же исследуемого участка среды на двух, частотах обеспечивается син хронизатором 8. Прошедшие среду акустические импульсы принимают и преобразуют гидроФонами 4 и 5 в электрические сигналы, которые через усилитйли 9 и 13 высокой частоты, де. текторы 10 и 14 и согласующие устройства 11 и 15 подают на двухканальный регистратор 12. По записанным регистратором ампли= тудам электрических сигналов, соответствующих прохождению акустических колебаний через жидкость без пузырьков и с пузырьками на каждой из двух частот, находят вызываемые пузырьками затухания колебаний на этих частотах и отношениевеличин затуханий в интересующий момент времени. С помощью найденного зна" чения К и зависимости М = 1(К) (тарировочной кривой) находят величину поправочного коэФФициента Мна который затем умножают значение измеренного на основной частоте 1 затухания колебаний. Предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерений. Это обусловлено тем, что затухание колебаний в жидкости, вносимое пузырьками, в большой степени зависит от их размеров (при одной и той же концентрации). Способ измерений, использующий розвучивание исследуемой среды на двух опрепеленным образом выбранных частотах, позволяет определить размер пузырьков (при наличии в жидкости скопления пузырьков, близких по размеру) илиэквивалентный размер пузырьков (при наличии в жидкости пузырьков разного размера), что дает возможность путем введения поправочного коэфФицнента скорректировать результаты измерений и тем самым значительно повысить точность измерения. При наличии в жидкости скопления пузырьков, близких по размеру, описанный способ позволяет практически полностью исключить погрешность измерения, обусловленную зависимостью затухания колебаний от размеров пузырьков. При измерении концентрации нерастворенного газа в жидкостях, содержащих пузырьки различных размеров, погрешность измерения не превышает 15-707 в зависимости от вида кривой распределения пузырьков по размерам.ЗНИИПИ Заказ 1164/33 Тшрш 897 Подшасное Фюваи ППП фПатеатф, г.Ужгород, ул.Проактшая, 4