Устройство для определения параметров газожидкостных сред

СВОЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН И 29/ Е 7 ЕЯИЯ руживают и го размераНедоста рол зырь за Фиксирован вляется можно о иств о что с еделение аза в жи о помощью не трации рас и распреде по размера оренногония га; ько овых пузьОСУШАЮ СТВЕННй КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬГИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРй 725011 клС 01 ы 29/02, 1980.Авторское свидетельство СССРН 1620931, кл. С 01 И 29/02, 1988,(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ ГАЗОЖИД(ОСТНЬХ СРЕД(57) Изобретение предназначено дляопределения содержания газа в жидкости и распределения по размерампузырьков газа, Цель изобретениярасширение функциональных возможностей за счет измерения не только Изобретение относится к конт ьно-измерительной технике и предназначено для определения распределения газовых пузырьков по размерам с высоким пространственным разрешением.Известно устройство для обнаружения пузырьков газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модулятора, два усилителя моцности, два акустических излучателя, акустический приемник, селективный усилитель, ключ, схему задержки, регистратор, в котором при облучении исследуемой жидкости с газовыми пузырьками акустическими сигналами двух различных частот по уровню рассеянного пузырьками сигнала разностной частоты обнаконцентрации газа, но и распределения пузырьков газа по размерам и повь:шение разрешающей способности измерения концентрации газа. Зондирование среды производят фокуси" рующими излучателями с фокусом в одной точке, Информация о концентрации газовых пузырьков, резонансных разностной частоте зондирующих сигалов, регистрируется регистратором, где на одном информационном поле его расположены графики (один под другим) о размерах пузырьков (радиусах), резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, о концентрации газа данного размера в озвучиваемом объеме среды. 2 ил,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения содержа" ния газа в газожидкостных средах., содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора, четыре модулятора, три усилителя мощности, три акустических излучателя, один из которых Фокусирующий, акустический приемник, селективный усилитель, три формирова 1709207тспя прямоугольных импульсов, регистратор,За счет дегазации исследуемойжидкости в Фокальной области фокуси 5рующего излучателя появилась возможность определения концентрации растворенного газа в жидкости, однакопрототип обладает малой пространственной разрешающей способностью, которая обусловлена конечными размерами апертуры акустических излучателей.Кроме того, невозможно определениераспределения газовых пузырьков поразмерам,Цепью изобретения я вляется расширение Функциональных возможностейза счет определения не только концентрациии газа, но и распределениягазовых пузырьков по размерам и повышение разрешающей способности измерения концентрации газа.Поставленная цель достигается засчет одновременного облучения исследуемой газожидкостной среды, находящейся а общей Фокальной области Фокусирующих излучателей, сФокусированными волнами с частотами Г и г,частота одной из которых Г дискретно меняется от посылки к посылке вшироком диапазоне частот, и регистрации уровней рассеянных газовыми пузырьками сигналов рзаностных частот(Г - т), несущих инФормацию о концентрации газовых пузырьков в широком 35диапазоне их радиусов, резонансныхизменяющейся разностной частоте зондирующих сигналов.На Фиг 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства, наФиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство для определения параметров газожидкостных сред содеожит генгнератор 1 видеоимпульсов, выход которого соединен с входом схемы 2задержки, выход ее соединен с входомФормирователя 3 прямоугольных импульсов. Выход генератора 1 соединенс первым (сигнальным) входом модулятора 5, второй (управляемый) входкоторого соединен с выходом Формирователя 3 прямоугольных импульсов.Вход усилителя 6 мощности соединен свыходом модулятора 5, а выход егосоединен с входом акустического излучателя 7. Выход генератора 8 соединен с первым (сигнальным) входом модуля Гора 3, В 1 Орой (управляемый)вхоп которого соединен с выходомг.ормирова теля 3 прямоугольных импульсов. Вход усигителя О мощности соединен с выходом модулятора 3, а выход его соединен с входом акустического излучателя 11. Выход генератора 12 соединен с пеовьил (сигнальным)входом модулятора 13, выход которогосоединен с входом усилителя 1 ч мощ"ности, Выход усилителя 14 мощностисоединен с входом фокусирующего акустического излучателя 15, Акустические излучатели 7 и 11 выполнены Фокусирующими и сФокусированым в общемФокусе с Фокусом излучателя 15. Входсхемы 16 задержки соединен с выходоменератора 1 видеоимпульсов, а выходее соединен с входом Формирователя17 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым (управляемым) входом модулятора 18. Вход Формирователя 19 прямоугольных импульсовсоединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход его соединен свторь;м (управляемым) входом модулятора 13Выход широкополосного акусти:еского приемника 20 соединен с сигнальным входом перестраиваемого селективного усилителя 21, выход которого соединен с вторым (сигнальным)входом модулятора 18. Вход детектора22 соединен с выходом модулятора 18,а выход его соединен с первым (сигнальным) входом блока 23 выборки-хранения, Первый вход компаратора 21соединен с выходом блока 23 выборкихранения, а его выход соединен с первым (сигнальным) входом коммутатора25, выход которого соединен с первым(управляемым) входом коммутатора 25.Первый вход компаратора 23 соединенс выходом Формирователя 28 пилообразных импульсов, а его выход соединен свторым (сигнальным) входом коммутатора 25, Вход Формирователя 30 прямоугольных импульсов соединен с,выходомФормирователя 2", прямоугольных импульсов, а его -.ыход соединен с входом Формирователя .1 пилообразныхимпульсов и управляемыми входами блока 23 выборки-хранения и коммутатора 25. Второй вход компаратора 2 чсоединен с выходом формирователя 31пилообразных импульсов, Вход формирователя 32 ступенчатого напряжениясоединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а его выход соединенс управляемыми входами генератора8 и перестраиваемого селективногоусилителя 21, а также с вторым входом компаратора 29. Выход генератора33 колебаний соединен с вторым (управляемым) входом модулятора 26, выход которого соединен с входом регистратора 3,Устройство работает следующим образом.Работу устройства синхронизируютсинхроимпульсь И 1, Формируемые на 20выходе генератора 1 видеоимпульсов,задними Фронтами которых запускаетсясхема 2 задержки, на вь,ходе которойформируются видеоимпульсы И 2 с необходимои длительностьюс,А ин/Ъ 25скважностью, задними фронтами которыхзапускается Формирователь 3 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И 3 длительностью, которве формируют излу-З 0чаемые зондирующие радиоимпульсы накачки. Задними Фронтами синхроимпульсов И 1 запускаются также формирователь 19 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются 35видеоимпульсы И 1 длительностью/которые формируют излучаемые дегазирующие жидкость с растворенным в нейгазом радиоимпульсы, и схема 16 задержки, на выходе которой формируются видеоимпульсы И 5 длительностьюльд,тР, задними фронтами которыхзапускается Формирователь 17 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И 6 длительностью с г, которые селектируютлво времени рассеянные газовыми пузырьками эхо-сигналы. Непрерывныегармонические колебания с постояннойчастотой Г с выхода генератораи с изменяющейся частотой Й с выхода управляемого генератора 8, частота генерируемых колебаний И 7 навыходе которого изменяется от посылки к посылке под воздействием ступенчатого напряжения И 8 на его управляемом входе, поступают на сигнальные входы модуляторов 5 и 9, на выходах которых формируются радиоимпульсы И 9 и И 10, которые усиливаются усилителями 6 и 10 мощности и излучаются в исследуемую газожидкостную среду фокусирующими излучателями7 и 11, Вначале измерений под воздействием видеоимпульсов И ч, формируемых на выходе формирователя 19 прямоугольных импульсов, из непрерывныхгармонических колебаний с частотой Г,образующихся на выходе генератора 12,на выходе модулятора 13 Формируютсярадиоимпульсы И 11, которые усиливаются усилителем 1 мощности и излучаются в среду фокусирующим акустическим излучателем 15, сфокусированнымв обшем фокусе фокусирующих из.пучателей 7 и 11. Под воздействием акустических колебаний с частотой 1 ,вобщей Фокальной обпасти фокусирующих излучателей выделяется растворенный в исследуемой жидкости газ.В следующий момент времени выделившиеся при дегазации газовые пузырьки одновременно облучаются сфокусированными волнами с частотами Г, и Г,излучаемыми Фокусирующими излучателями 7 и 11. При воздействии на газовые пузырьки акустическим давлениемчастот 1 и Г , т из-за их нелинейности формируется излучение наразностной частоте (й - Г 2), амплитуда которого определяется близостью разностной частоты к резонансной частоте газовых пузь 1 рьков Гкоторая однозначно связана с их радиусами. При У. 1- т = Г уровеньрассеянного газовыми пузырьками излучения максимален и зависит от ихконцентрации. Уровни рассеянныхпузырьками акустических сигналовразностных частот И- й), изменяющихся от посылки к посылке, регистрируются с помощью широкополосного акустического приемника 20,установленного вне зоны воздействия акустических колебаний с частотами й, К, Г, перестраиваемогоселективного усилителя 21 с частотой селекции (Г - К ), изменяющей"ся от посылки к посылке. Для умень"шения уровня шумов принимаемве сигналы стробируются во времени с помощью модулятора 18, на выходе которого выделяются эхо-сигналы И 12,уровни которых несут информацию оконцентрации газа в жидкости, кото 1709207эп ,Г .Р РЫЕ ВЬГ 1 РЯМЛЯЮТСЯ С ПОМОЩЬЮ ДЕТЕКТО- ра 22 и в виде видеоимпульсов И 13 поступают на сигнальный вход блока 23 выборки-хранения, в котором запоминаются для .дальнейшей обработки и документа.пьиой регистрации, Задними фронтами синхроимпульсов И запускаются также формирователь 32 ступенчатого напряжения, на выходе которого Формируется ступенчатое на= пряжгние И 8 постоянное в пределах Временного интервала между двумя зондиоующими импульсами, которое дискретно управляет частотой Г ко-. лебаний И 7, генерируемых управляемым генератором 8, и частотой селекции перестраиваемого селективного усилителя 21, и формирователь 27 прямоуГОл ьных импульсоВ формирующии на своем выходе видеоимпульсы И 1 дли. тельностью . р задними фронтами которьх запускается Формирователь )0 пнямоу Ольных импульсов на Выхо де которОГО формируются Видеоимпуль сь: И 15 длительностьюг. Длительность Видеоимпульсов И 1 ц и И 15, участвующих в делении инйормациоиного поля регистратора на две части, определяется из конкретных требований к масштабу отображаемой информации о размерах газовых пузырьков, резонансных разностной частоте сигналов их облучающих,. о концентрации газовых пузырьков данного размера в облучаемом объеме исследуемой газожидкостной среды. Этими же Видео" импульсами И 1 ч и И 15 поочередно открываются ключи коммутатора 25, пропускающего на вход регистратора соответствующую ииормацию. Инйормация о размерах газовых пузырьков их радиусах), оезонансных разностной частоте сигналов их обпучающих, регистрируется следующим образом, Ступенчатое напояжение И 8 с уровнем поопорциональным частоте генерируемых управляемым генератором 8 гармонических колебаний, подается на один вхОД компаратора 29, на ДруГОИ ВУОД которого поступает пилообразное напряжение И 16, образующееся на выходе Формирователя 28 пилообразных импульсов из прямоугольного видео- импульса И 14 . При этом амплитуда и длительность пилообразного импульса И 16 соответствует максимально возможной разностиой частоте зонлирующих сигналов,. т.е, минимально возможному радиусу пузырька, резонанс- його этой частоте. При равенстве уровней сравниваемых сигналов на выходе компаратора 29 образуются видеоимпульсы И 17, которь 1 е для дагьнейшей регистрации полаются на второй сиГнальный) ВКОд коммутатора 25 открываюшегося на время, равное гс.: ., Видеоимпульсами И 1 м, поступающими на его первый упра Вляемый) вход, При этом временной интервал или расстояние от начага соответствующей данному виду инйормации части информационного поля регистратора до ре истрируемой Отметки на этой час .и поля, пропорциональны уровню постоянноо напряжения И 8, ,несущему иняормацию о разностной частоте сигналов, зондирующих исслелуей объем га зожидкостной среды, радиусах пузырьков. И Формация о концентрациии газовых пузьрьков,резонанс: ных разностной частоте зондирующих сиг-.алов, регистрируется сгедующим образом. Видеосигналы И 13 уровни которых несут информацию о концентрации Газовых пузырьков, резонанс-ых разностной частоте зондирующих сигналов, запоминаются в блоке 23 зы. борки-хранения на один цикл между двумя зондирующими импульсами, которые сбрасываются задними Фронтамивидеоимпульсов И 15 и в виде сигналаИ 18 подаются на один вход компаратора 2 ч, на другой вход которого поступает пилообразное напряжение И 19образующееся на выходе Формирователя 31 пилообразньх импульсов из прямоугольного импульса И 15. Амплитудаи длительность пилообразного импульса И 19 соответствуют максимальновозможной концентрации пузырьковВ жидкости данного размера. При раВенстве уровней сравниваемых сигналовна выходе компаратора 21 образуютсявидеоимгульсы И 20 которые для дальнейшей регистрации подаются на первый (сигнальный) вход коммутатора25, окрывающегося на время, равное/1с, Вилеоимпульсами И 15, поступающими на егс че.вертый (управляемый)вход,.При этом япеменной интервал илирасстояние от на ала соответствующейданному Виду и.зормации части инйормационного полл О.;. Ис-ратора до регистрируемой отмети на этои цасти10 10 того модулятора, выход первого Формирователя прямоугольных импульсовподключен к вторым входам первого ивторого модуляторов, а третий аку стический излучатель выполнен фокусирующим, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет определения не только концентрации 20 газа, но и распределения газовыхпузырьков по размерам и повышенияразрешающей способности измеренияконцентрации газа, оно снабженопоследовательно соединенными детектором, вход которого связан с выходом четвертого модулятора, блоком выборки-хранения, первым компаратором, коммутатором и пятым модулятором, выход. которого подключен крегистратору, последовательно соединенными четвертым Формирователемпрямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генераторавидеоимпульсов, первым Формировате лем пилообразных импульсов и вторымкомпаратором, выход которого подключен к второму входу коммутатора,последовательно соединенными пятымформирователем прямоугольных импульсов и вторым Формирователем пилообразных импульсов, выход которогосвязан с вторым входом компаратора,формирователем ступенчатого напряжения, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов, авыход - к входу второго генератора,управляющему входу селективного усилителя и к второму входу второго компа"ратора, и генератором колебаний, под,ключенным к второму входу пятогомодулятора, выход четвертого формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом пятого Формирователя 55прямоугольных импульсов и третьимвходом коммутатора, выход пятого формирователя прямоугольных импульсовсвязанс четвертым входом коммутатора и управляющим входом блока выУстройство для определения парамет. ров газожидкостных сред, содержащеепоследовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первую схему задержки и первый формирователь прямоугольных импульсов, последовательно соединенные первый генератор, моду лятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединеннь:е вторые генератор, модулятор, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные третьи генератор., модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторую схему задержки, вход которой3. связан с выходом генератора видео- импульсов, второй Формирователь поля, пропорциональны уровню видеосигнала И 18, нег,ущему информацию оконцентрации газовых пузырьков,резонансных раэностной частоте зондирующих сигналов. Таким образом, навход модулятора 26 через коммутатор25, поочередно открываемый управляющими импульсами И 1 и И 15, поступает информация в виде сигнала И 21,который для нормальной работы регистратора 34 модулируется в нем колебаниями частоты регистрирующего прибора с выхода генератора 33 колебанийи в виде радиоимпульсов И 22 поступает на вход регистратора 31, гдена одном информационном поле регистратора регистрируется информация в видеграфиков,располагаемых одий под рругим,о размерах пузырьков (их радиусах),резонансных разностной частоте зон-дирующих сигналов, о концентрациигазовых пузырьков данного размерав озвучиваемом объеме исследуемойгазожидкостной среды,Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает преимущества, заключающиеся в увеличении разрешающей способности измерений, в появляющейся воэможности определения распределения газовых пузырьков по размерам, что позволит, например, уточнить методики определения кавитационных качеств гидромашин. ф о Р м У л а изобретения1 прямоуголь ых импульсов и четвертыймодулятор, третий формирователь прямоугольных импульсов, включенный между выходом генератора видеоимпульсов и вторЫм входом третьего модуля"тора, регистратор и последовательносоединенные акустический приемник иселективный усилитель, выход которого подключен к второму входу четвер1709207 фокусе третьего акустического излучателя. борки-хранения, а первый и второй акустицеские излуцатели сфокусированы в Составитель Ю,Кабарухин Ю.И, Техред Л,олийнык Корр ор Л Пилипе ко едактор Ю,Се 11 од оа венного комитета но изобретениям и откры 1 ия 113035, Москва, Ж - 35, Раущская наб., д. А/5 Гагарина,10 ф ездст ве н но-и з д а т ел ь с кий комбинат П а те нтг . Уж г ород Прои каз 7811 ИИПИ Госуда сноеи ГКНТ ССС