Способ определения концентрациинеоднородностей b жидкости

Союз Советски кСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п)81561929/02 Гееударстаекквй кавит СССР аа делам каабрвтвей к атлритай.03.81. Беллетень М 1 та опубликования описании 23.03.81, С. Беспалов, В, Д. Борисов, А. Н. Виноградов; В, Б ф, И, Паначев и М. И. ШахпароноВ,: Па лига,. осковский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им, М. В. Ломоносова 7) Заявител(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНБЕНТРАЦИ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В )ЖИДКОСТИой онтсиИзобретение относится к техническ физике, в частности к исследованию х мических и физических свойств вещес а именно к определению концентрации однородностей, загрязняющих жидкост Изобретение может применяться для к роля чистоты рабочих жидкостей гидр стемы,Известен способ определения концентрации частиц, взвешенных в жидкости, который основан на измерении индикатрисы рассеяния светового пучка на частицах, Через загрязненную жидкость пропускают параллельный световой пучок, например луч.лазера. Индикатрисв рассеяния измеряется фотодвтчиком, перемещающимся в плоскости, перпендикулярной к свето. вому пучку, или, набором датчиков 11. Однако этот способ требует врезки в кювету, содержащую жидкость, оптических окон. Поэтому он,непригоден в тех случаях, когда необходимо определять концентрацию частиц в непрозрачных сосудах или трубопроводах. Известен также способ определения концентрации частиц в жидкости, основан ный на измерении коэффициента логлощения звука. По этому способу видеоимпульсы, вырабатываемые генератором, возбуждают излучвкцнй пьезоэлемент. Ультразвуковой сигнал, пройдя через исследуемую среду, принимается приемным пьезоэлементом, преобразуется в.электрический сигнап и поступает в усилитель. Опорный сигнал, поступакщий с излучателя, сравнивается с сигналом, поступакацим от приемного пьезоэлемента. При появлении частиц второй сигнал ослабляется пропорционально концентрации твердой фазы 12 . Известный способ требует специального устройства канала, позволяющего пропускать через жидкость плоскую волну, что делает его непригодным в случае круглого трубопровода. Кроме того, методы, основанные на поглощении ультразвука, пригодны лищь при больших концентрациях частиц.Известен также способ определения степени загрязненности жидкости твердыми частицвыи 1 основанный на измерении порога кавитации. Известно, что порог кавитации значительно понижается при наБ личин в жидкости дефектов в виде твердых частиц, Лпя осуществления этого способа жидкость облучается ультразвуком на частотах 15-30 кГц. Амплитуду увеличивают до появления кавитации, которую регистрируют по возникновению шумов на тех же частотах. Предполагают, что частицы представляют собой несмачиваемые сферы. Это предположение позволяет свя-, зать порог кавитации с размерамн частиц 1 ЯОднако такое предположение необосновано для реальных неоднородностей в жидкости. Этот способ непригоден для смачиваемых, но содержащих газовые зародыши20 в микротрещинах частиц, таких, как кварца, окиси алюминия, стекла, а также для щобых несферических частиц.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ25 определения концентрации неоднородностей в жидкости, закщочающийся в том, что жидкость обпучают ультразвуковыми импульсами, принимают сигнал, вызванный возникшей в жидкости кавитацией, и преобразуют его в электрический сигнал ич которого выделяют информационный параметр, которым является порог кввитации. Наличие в жидкости частиц резко снижает порог кавитации, Присутствие в жп- кости твердой фазы устанавливается по З 5 вепичине порога кавитацииНедостатком известного способа является малая точность определения концентрации, Способ дает олько качественное представление о чистоте жидкости, так 40 квк для возникновения кавитации доств точно одной частице появиться в зоне облучения, Кроме того, отсутствие фокусировки и этом методе, не позволяет отличить кавитацию, вызванную присутстви ем твеРДОй ФазыВ От кввитации 9 вызыва емой пузырьками газа; которые могут существовать в микротрещинвх на стенкахсосуда.Цель изобретенияповышение точности определения концентрации неоднородностей в жидкости. Поставленная цель достигается тему что облучение жидкости про изводят фокусированным ультразвуковымимпульсом, вызывающем кавитвцию в ограниченном объеме жидкости, в из приня того и преобразованного электрического сигнала выделяют в качестве информвциЯонного параметра импульсы, вызванныекавитацией на отдельных неоднородностях,измеряют количество этих импульсов ипромежуток между первым и последнимимпульсом, а концентрацию неоднородностей определяют как отношение числа импульсов к произведению измеренного промежутка времени на скорость звука вжидкости.Способ осуществляют следующим образом.Жидкость, находящуюся в непрозрачномсосуде, облучают ультразвуковым импульсом, сфокусированным в центре сосудавдали от стенок, имеккцем интенсивность,достаточную для возникновения кавитацииот 10 " Вт/см до 10Вт/см и частоту от 10 Гц до 10 Гц. Интенсивностьзультразвукового импульса подбирается таким образом, чтобы в жидкости возникалакавитация в течение минимального числапериодов синусоидального сигнала, заполняющего импульс, начиная с первого периода. Частоту облучения выбирают такой,чтобы длина волны была меньше объема,в котором создается интенсивный ультразвуковой импульс. При облучении жидкости ультразвуком во время полуволны отрицательного давления образуются кавитационные пузырьки газа или пара. Эти пузырьки образуются на неоднородностях вжидкости. Во время положительной полу -волны давления происходит схлопываниеэтих пузырьков, сопровождающееся образованием ударных волн,Ударные волны преобразуют в электри-. ческие сигналы и подсчитывают их число.Источники ударных волн распределены в облучаемом объеме и находятся на различных расстояниях от приемника. Поэтому ударные волны приходят к приемнику не одновременное, в в течение некоторого промежутка времени Первый импульс соответствует ударной волне от ближайшего источника, последний -, от наиболее удаленного. Число неоднородностей Ю находящихся в облучаемом объеме жидкости, определяют путем подсчета импульсов, соот- ветствующих ударным волнамобразовавшимся при схлоиывании кавитационных пузырьков. Облучаемый объем Ч определяют зная скорость звука в жидкости и промежуток времени между приходом первого и последнего импульса. Концентрвцию находят как отношение числа импульсов к объему. Для того, чтобы нв результат измерения не влияли вторичные эффекты, об.лучение ультразвуком прекращают послевоэникнования ударных волн во время Отрицательной полуводны давления.На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.5Устройство содержит сосуд 1 с жидкостью, обпучаемой ультразвуком, сфокусированным в центре сосуда, например, сферическим или цилиндрическим изпучателем 2, генератор 3, модулятор 4, усипитепь мощ а ности 5, датчик 6, фильтр-усюатель 7, который служит для подавления гармоник облучающего сигнала и усиления сигнапа, индикатор импульсов - осциллограф 8, система 9 счета импульсов н формирователь 10 импульса срыва облучения в момент приема первого кавитационного импульса, который подает на модулятор 4 сигнал, прекращая облучение жидкости, Количество неоднородностей определяют, измеряя числО принимаемых импуйьсов. Число им пульсов, соответствукзпее числу неоднородностей, измеряют подсчитывания число импульсов на экране осциплографа, или подавая сигнал на счетчик импульсов. 25 Объем определяют путем измерения промежутка времени между первым и последним кавитационными импульсами, экая при атом скорость звука в жидкости, Например, еспи объем, в котором создаегся интенсивность звука, достаточная для: возникновения кавитации имеет сферическую форму, а неоднородности распределены равномерно, то концентрацию определяют пом е фор убйЯ Ч ьРгде И - число импульсовЯ - промежуток времени между первыми последним импульсами;49Ч - скорость звука в жидкости.При облучаемом объеме, имекщем произвольную форму, принимают импупьсы несколькими датчиками, расположенными вокруг укаэанного объема, что поэвоаяет45 оценить его форму.. Предлагаемый способ позволяет проводить измерение концентрации неоднородностей в жидкости, находящейся в закрытом непрозрачном сосуде или трубопроводе, Жидкость может быть неподвижна или проф текать по трубопроводу. 619 6Предлагаемый способ может найти применение в тех областях техники, где применяются гидросистемы, например в транспорте, химической и нефтяной промышпенности. Способ позволяет гроводить конт- роль чистоты жидкости в процессе ее эксплуатации и требует малых затрат времени. Это делает его удобным для контроля чистоты жидкости беэ остановки ра боты гидросистемы. формула изобретения Способ определения концентрации неоднородностей в жидкости, закпючакхцийсяв том, что жидкость облучают ультразвуковыми импульсами, принимают, сигнал,вызванный возникшей в жидкости кавитецией и преобразуютего в апектрическийсигнал, из которого выделяют информационный параметр, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиопредецения концентрации, облучение жидкости производят фокусирозанным ультразвуковым импульсом, вызывающем кавитацию в ограниченном объеме жидкОСти,а из принятого и преобразованного апектрнческого сигнала выдепяют в качествеинформационного параметра импупьсы, вызванные кавитацией на отдельных неодьЪродностях, измеряют копичество этих импульсов и промежуток времени между первым и последним импупьсом; а концентрацию неоднородностей опредепяют как отношение числа импульсов к произведениюпромежутка времени на скорость звукав жидкостиКстОчники информациивпринятые во внимание при экспертизе1. Большаков М. Н. Измерение, коицентрации дисперсных систем. - "ПИСУ,1975, 3 Ж 8, с. 21.2. Носов В. АПроектирование уа тразвуковой измерительной аппаратуры. М.,Маиностроение, 1972, с. 273.3. Вдовин С. М. Акустический методопределения микрочастиц твердой фазы вжидких топпивах, - "Химия и технопогиятоплива, -1974, М 6, с. 38.4. Патент СБА36 О 8715,кн. 209 111,9, 1971 (прототип).Редак Заказ 1026/73 Тираж 907 ВНИИПИ Государс по дедам изобр 113035, Москва, Жисно ССР венного комитетатений и открытий 8, Раушская наб.,1 "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и пиап Составитепь Е. ЛитвиновШишкина Техред ДЯекар Корректор Л. Иван