Способ определения концентрации свободного газа в жидкости

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.з С 01 й 29/00 ГосударстаенныЯ комитет СССР по делам нзобретеннЯ и открытиЯ(71) Заявитель Харьковский авиационный институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНОГО ГАЗА В ЖИДКОСТИ 1 О Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля малых концентрацийсвободного газа, преимущественно 5 в открытых водоемах.Известны акустические способы измерения концентрации свободного газа в жидкости, основанные на использовании зависимости скорости звука от концентрации свободного газа Г 13По этим способам по времени пробега звуковыми колебаниями измерительной базы последовательно измеряет ся скорость звука Сн в исследуемой жидкости и скорость звука С 0 в специально приготавливаемой пробе жидкости, например, путем обезгаживания, не содержащей пузырьков газа. Концентрация свободного газа находится по тарировочной кривой, построенной с использованием известных аналитических соотношений.Недостатками этих способов явля ются большая трудоемкость процесса измерения иэ-эа обезгаживания жидкости, большие погрешности при измерении в средах с быстроменяющимися параметрами (температурой, д;.влениув мрдтт52ем, соленостью), которые сн.жают также и чувствительность метода.Ближайшим к изобретению по сущности технического решения является способ определения концентрации свободного прозвучивания исследуемой среды на двух частотах, выбранных ниже и выше резонансных частот пу" эырьков свободного газа в жидкости, и регистрации времени пробега измерительной базы акустическими колебаниями высокой частоты 123 .Однако и этот способ измерения обладает недостаточной чувствительностью и точностью измерения (особенно при измерении малых концентраций), Обусловленными нижеследующими обстоятельствами.Согласно зависимости, положенной в основу способа, уменьшение концентрации свободного газа приводит к соответствующему уменьшению времени запаздывания Дс низкочастотного сигнала относительно высокочастотного. Приочень малых концентрациях 7; ( 10 , которые характерны для естественных водоемов морей, рек, и т.д.), время запаздывания ь становится настолько малым, что его измерение ограничивается разрешающейгде д - длина измерительной базы;с - время пробега звуковой волной низкой частоты измерительной базы;время пробега звуковой волной высокой частоты измери,тельной базы;5 с=си -ср - время запаздывания низкочастотного сигнала относительно высокочастотного;сн =с 8+ с 1А - константа, зависящая от родажидкости;и - число излученных ультразвуковых высокочастотных импульсов;все - измеренное по способу время 15запаздывания низкочастотногосигнала относительно высокочастотного.Кроме увеличения чувствительности данный способ измерения позволяет .р существенно повысить и точность измерения за.счет, снижения флуктуаций дс, обусловленных влиянием различных помех на прием низкочастотного сигнала. Во-первых, использование непрерывного сигнала позволяет повысить отношение сигнал/шум, по сравнению с импульсным методом измерения, так как в последнем случае получению большой амплитуды первого периода акустических колебаний, по которому определя- З 0 ется время йс, препятствует инерционность ультразвуковых преобразователей. Во-вторых, даже при одинаковых абсолютных значениях флуктуаций приемного сигнала ошибка при опреде ленин времени Ьс данным способом оказывается в и раз меньше, чем при импульсном однократном измерении.Устройство содержит погруженные в исследуемую жидкость 1 излучатели 2 0 и 3, гидрофоны 4 и 5, генераторы низкочастотных 6 и высокочастотных 7 колебаний, счетчик 8, пусковую кнопку 9, триггер 10, селективные усилители-Формирователи 11 и 12, переключатель 13, схему 14 блокировки, осциллограф 15 и измеритель 16 временных интервалов. Гидрофоны установлены на одинаковом расстоянии от излучателей, .Устройство работает следующим образом.50Генератор б с перестраиваемой частотой вырабатывает непрерывные гармонические электрические колебания низкой частоты, которые подводятся к излучателю 2. Путем 55 регулировки частоты добиваются, чтобы на длине измерительной базы уложилось целое число длин волн низкочастотных колебаний, Правильность установки частоты контролируется бО по экрану двухлучевого осциллограФа 15 по совпадению фаз излучаемых и принимаемых колебаний. Синхронно с началом каждого положительного полупериода колебаний генератор б вы-, Я рабатывает также импульсы, которые поступают на один из входов триггера 10, удерживая его в одном устойчивом .состоянии. При нажатии пусковой кнопки 9 триггер 10 перебрасы" вается в другое устойчивое состояние, однако первым же импульсом от генератора 6 он возвращается в исходное состояние. Образующийся при этом перепад напряжения запускает генератор 7 высокочастотных колебаний, вырабатывающий одиночный радиоимпульс, который подводится к излучателю 3. Кроме того, генератор 7 высокочастотных колебаний вырабатывает также и видеоимпульс,который подводится к измерителю 16 временных интервалов (для сброса показаний от предыдущих измерений) и счетчику 8 (для подсчета числа излучаемых импульсов). После усиления, селекции и формирования селективным усилителем-формирователем 11 принятый высокочастотный импульс непосредственно подается на измеритель 16 временных интервалов.Принятые низкочастотные колебания усилителем-формирователем 12 преобразуются в короткие импульсы синхронизированные с началом каждого положительного полупериода низкочастотных колебаний. Эти импульсы подаются на второй вход измерителя 16 временных интервалов через схему 14 блокировки, которая открывается принятым высокочастотным импульсом и закрывается принятыми низкочастотными импульсами.Принятый высокочастотный импульс через переключатель 13 подается на вход генератора 7 высокочастотных колебаний, обеспечивая его повторный запуск, но уже со сдвигом во времени на дс относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний. На гидрофон 5 переизлученный высокочастотный импульс приходит уже со сдвигом 2 лс относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний, Принятым переизлученным высокочастотным импульсомвновь производится повторный запуск генератора 7 высокочастотных колебаний и т.д. Измеритель 16 временных интервалов последовательно измеряет временные сдвиги 3,с между принятыми переизлученными высокочастотными импульсами и нулевой фазой принятых низкочастотных колебаний, однако результаты измерений не сохраняются, а каждый раз сбрасываются очередным переизлучаемым импульсом от генератора 7.Нереизлучение высокочастотных ультразвуковых импульсов продолжается до тех пор, пока контаксы переключателя 13 находятся в :акнутом состоянии.792132 10 ШЕ А.е)и АОф д ормула изобретен ифиг. 1 Для прекращения повторных запусков генератора 7 контакты переключателя 13 размыкают. При этом измеритель временных интервалов измеряет суммарный временной сдвиг дс между принятым и-ым высокочастотным импульсом и нулевой фазой низкочастотных колебаний за число излучений и, которое подсчитал счетчик д. Показания измерителя временных интервалов сохраняются до следующего принудительного запуска генератора 7 высокочастотных колебаний при помощи пусковой кнопки 9.По измеренным зср определяют концго газа в жидкости начениям д с иентрацию 7, свободно 15 Способ определения концентрации сво бодного газа в жидкости путем одновременного прозвучивания исследуемой среды акустическими колебаниями на двух частотах, выбранных ниже и выше резонансных частот пузырьков свобод ного газа в жидкости, и регистрации времени пробега измерительной базы акустическими колебаниями высокой частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в исследуемую среду низкочастотные гармонические колебания излучают в не рерывном режиме, изменяют их длину волны до величины, при которой измерительной базе соответствует число волн этих колебаний, а высокочастотный импульс излучают синхронно с соответствующей фазой низкочастотныхколебаний, в момент приема высокочастотного импульса каждый раэ производят его переизлучение, измеряют временной сдвиг между принятым п-ымвысокочастотным импульсом и выбраннойфазой принятых низкочастотных колебаний, а концентрацию 1 свободного газа в жидкости .определяют по формуле л - число излученных высокочастотных импульсов;временной сдвиг между принятым п-ым высокочастотным импульсом и выбранной фазойпринятых низкочастотных колебаний;д - длина измерительной базы; с - время пробега измерительнойбазы акустическими колебаниями высокой частоты (высокочастотным импульсом); А - константа, зависящая от рода жидкости. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гаврилов Л.Р, Ультразвуковой метод экспресс-анализа концентрации свободного газа в жидкостях, Доклад на Ч Всесоюзной акустической конфе ренции, М., 1968. 2. Авторское свидетельство СССР Р 584421, кл. 6 01 й 29/00, 1977.792132 Пи ог Составитель В. р ов едактор Т. Горячева Техред С,Мигунова Корректор М. Вигула3 ак аз 9431/4 2ВН 113035 Проектна атент", г. о Филиал П Тираж 1019НИПН государствпо делам иэобросква, Ж, Ра ного ений сная Подписное омитета СССР открытий аб., д. 4/5