Устройство для измерения локального объемного паросодержания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Совэ Советскик Соцнапистнчесмив Республик(23) Приоритет -Государствеииый комитет СССР ио деяам изобретеиий и открытий(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯИзобретение относится к технике измерения параметров сред ультразвуковыми методами и может найти применение для определения параметров двухфазных сред.Известны устройства для измерения свойств двухфазных сред, основанные на ультразвуковом прозвучивании сред, содержащие излучатель и приемник ультразвука, подключенные соотВетственно к генератору и усилителю 13 . Однако эти устройства сложны.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля жидкостей, со держащее генератор электрических импульсов, излучатель ультразвукаприемник, закрепленные на одних горцах эвукопроводов, другие свободные торцы которого помещены в изме ряемую среду друг против друга, усилитель и регистратор 1.Однако это устройство не обеспечивает достаточной точности измерений. 25Цель изобретения - повышение точности за счет автоматизации процесса измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен элемент за О держки, а регистратор выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, элемента 2 И-НЕ и измерителя отношения частот, причем свободные входы элемента 2 И-НЕ и измерителя отношения частот подключены к генератору электрических импульсов через элемент задержки.Крепление звукопроводов торцами друг против друга осуществлено при помощи акустического механического фильтра низких частот.Свободные торцы звукопроводов выполнены в виде концентраторов, преимущественно, экспоненциальнсй формы.На,чертеже показана функциональная схема устройства.На трубопроводе 1 с контролируемым потоком 2 друг против друга закреплены звукопроводы 3 и 4, свободные торцы которых, помещенные в поток 2, образуют межэвукопроводный промежу" ток 5. На торцах звукопроводоь 3 и 4, расположенных вне трубопровода 1 с контролируемым потоком 2, закреплены приемный и излучающий пьезоэлементы б и 7, Приемный пьезоэлемент б через усилитель 8 соединен с формирователем 9 импульсов, который соеди 79130нен с оцним из выходов элемента 2 И-НЕ 10. Выход элемента 2 И-НЕ 10 соединен с измерителем 11 отношения частот. Излучающий пьезоэлемент 7 соединен с генератором 12 импульсов и через элемент 13 задержки со свободными входами элемента 2 И-НЕ 10 и измерителя 11 отношения частот,Для надежного закрепления звуко- проводов 3 и 4 свободными торцами друг против друга применен акустический механический фильтр 14, состоящий из трубки 15 с глубокими вырезами, прикрепленной к звукопроводам радиальными штифтами 16.Свободные торцы звукопроводов 6 и 7 выполнены сужающимися по экспоненциальной образующей.Работает измеритель паросодержания следующим образом.Вырабатываемые генератором 12 импульсов электрические импульсы прямоугольной формы преобразуются пьезоэлементом 7 в акустические сигналы,которые по звукопроводу 4 подаются в межзвукопровоцный промежуток 5 с контролируемым объемом среды, Вследствие малости объема промежутка 5 в нем в каждый фиксированный момент времени может находиться либо жидкость, либо пар, причем прохождение акустических сигналов к торцу звукопровода 3 с относительно небольшим затуханием происходит лишь в те моменты времени, когда в контролируемом объеме промежутка 5 находится жидкость. Поэтому при паросодерканин потока, отличном от нуля, средняя частота следования акустических сигналов в приемном звукопроводе 3 меньше, чем частота следования импульсов, вырабатываемых генератором 12 импульсов.Акустические сигналы, достигающие звукопровода 3, попадают в приемный пьезоэлемент б, где преобразуются в электрические импульсы, форма которых обусловлена предаточной функцией системы: пьезоэлемент 7,звукопровод 4, измеряемый объем промежутка 5, звукопровод 3, пьезоэлемент б, Далее эти импульсы усиливаются усилителем 8 и поступают на формирователь 9 импульсов который пре/образует их в импульсы прямоугольной формы. Прямоугольные импульсы поступают на один из входов элемента2 И-НЕ, на второй вход которого попадаются импульсы с выхода генератора12 с задержкой, равной времени распространения акустического сигнала от излучающего пьезоэлемента 7 к приемному б, которая достигается подключением генератора импульсов через элемент задержки. Элемент 2 И-НЕ выполняет функцию схемы Янтисовпадений, вырабатывая на выходе импульсы при отсутствии сигнала на первом входе, которые подсчитывают ся измерителем 11 отношения частотв течение опрецеленного периода времени. Этот период времени зацаетсяколичеством импульсов, подаваемыхна второй вход измерителя отношениячас от от генератора импульсов, Отношение указанных частот равносреднему локальному паросоцержаниюв промежутке 5.Сказанное можно пояснить путемследующих рассуждений.ОПо определению объемное паросо/улгде У - объем пара в измеряемом потоке;1 У - измеряемый объем.Выделяя мысленно элементарную струйку измеряемого потока, проходящегочерез контролируемый объем 5 устройства., можно записатьТу 5 с с и тт 20ТУ 5 Т Т М ГТ Г где ,у 25 5(интервал измерений);полное время нахождения паровой фазы в контролируемомобъеме в течение интервалаизмерений;количество импульсов, не прошедших к приемному пьезоэлементу б, вследствие появления в измеряемом потоке парав течение интервала измерений;полное количество импульсов,излученных пьезоэлементом 7в течение интервала измерений; 40 средняя частота импульсов, 45 не прошедших к приемномупьезоэлементу б;Г - частота импульсов, вырабатываемых генератором 12 и посылаемых в измеряемый объем.Таким образом, измерением отношения частоты следования импульсов, непрошедших к приемному пьезоэлементу,к частоте генератора импульсов определяется среднее локальное паросодержание в промежутке 5.При установке свободных торцовзвукопроводов друг против друга так,чтобы они образовали межзвукопроводный промежуток величиной меньшей, 0 чем размеры пузырьков пара (при соответствующем выборе их циаметра), вмежзвукопроводном промежутке можетнаходиться либо только жицкость,либо только пар, Неопределенность, 65 связанная с определением соотношенияпара и воды в любой фиксированныймомент времени, исчезает и паросодержание в тот же фиксированный моментвремени принимает значение нуль илисто процентов. Ультразвуковые импульсы, поступающие в межэвукопроводныйпромежуток, контролируемый объем,будут достигать торца приемного звукопровода лишь в момент времени, когда в контролируемом объеме находитсяжидкость. Находя соотношение междуколичеством посланных в контролируе- Омый объем и принятых импульсов заопределенный промежуток времени, можноопределить среднее локальное объемноепаросодержание в этом контролируемомобъеме в течение указанного промежутка времени.Минимальный диаметр паровых пузырей в потоке можно оценить теоретически по теплофиэическим параметрамдвухфазного потока или экспериментально, изменяя расстояние между торцами звукопроводов до тех пор, покапоказания измерителя отношения частот не будут изменяться (при фиксированном паросодержании). Можно также воспользоваться двумя идентичными устройствами, установленными так,чтобы измеряемые ими объемы находились бы в непосредственной близостидруг от друга, причем расстояниямежду торцами звукопроводов этих 30устройств необходимо выбрать несколько различающимся. При этом, еслиэти расстояния будут меньше минимальных размеров паровых пузырей, показа. ния вторичных приборов устройств будут практически одинаковы, В рядеслучаев минимальный размер пузырьковможно определить визуально.Для нормальной работы устройстванеобходимо надежное крепление звукопроводов торцами друг против друга,при большой длине эвукопроводов дляувеличения жесткости конструкцииприходится механически прикреплятьзвукопроводы друг к другу. При этомвозникает опасность акустического.короткого замыкания излучающего иприемного звукопроводов: акустический сигнал может распространятьсяне только через контролируемый объем, оно и по элементу крепления, Для исключения этого вредного эффекта элемент крепления необходимо выполнятьв виде акустического механическогофильтра низких частот, исключающегораспространение высокочастотного55ультразвукового сигнала от излучающего к приемному звукопроводу черезсебя.Указанный фильтр может быть выполнен в виде трубочек различного диаметра, скрепленных между собой соэвукопроводами штифтами или дажев виде одной трубки с глубокими вырезами, как показано на рисунке.Высокочастотный акустический сигнал, Я распространяясь по укаэанной конструкции, вследствие многократного перехода из меньшего сечения в большее и, наоборот, и поворотах на 90 затуо хает, что и обеспечивает эффективную фильтрацию паразитного ультразвукового сигнала.Изготовление звукопроводов механическими жесткими и тонкими одновременно затруднительно, поэтому для получения требуемого минимального измеряемого объема можно сравнительно толстые звукопроводы выполнить с сужающимися торцами ь виде концентраторов. Причем для снижения отражения акустического сигнала от торца это сужение необходимо выполнять по экспоненциальной образующей.Предлагаемое устройство отличается широким диапазоном измерения паросодержания и относительно высокой точностью, которая определяется лишь временем усреднения и влиянием звукопроводов на поток, Регистрация пузырьков пара не зависит от среднего паросодержания, давления, температуры среды, скорости потока.Формула изобретения1. Устройство для измерения локального объемного паросодержания,содержащее генератор электрическихимпульсов, излучатель ультразвукаи приемник, закрепленные на однихторцах звукопроводов, другие свободные торцы которых помещены в измеряемую среду друг против друга,усилитель и регистратор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности за счет автоматизации процесса измерений, в неговведен элемент задержки, а регистратор выполнен в виде последовательносоединенных формирователя импульсов,элемента 2 И-НЕ и измерителя отношения частот, причем свободные входыэлемента 2 И-НЕ и измерителя отношения частоты подключены к генераторуэлектрических импульсов через элемент задержки.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что креплениеэвукопроводов торцами друг противдруга осуществлено при помощи акустического механического фильтра низких частот.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что свободныеторцы звукопроводов выполнены в видеконцентраторов, преимущественно,экспоненциальной формы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 584241, кл. 6 01 М 29/00, 1975.2. Патент Франции Р 2198640,кл, 6 01 Н 29/02, 1974,792130 Составитель В, ПироговРедактор Т. Рыбалов Техред С,Мигунова КорректорМ. Вигула ом н илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,каз 9431/42 Тираж 1019 ВНИИПИоГосударственного по делам изобретений 113035, Москва, Б",35, Раушска