FI74547C - Foerfarande foer faststaellande av en binaer gasblandnings blandningsproportion. - Google Patents

Description

74547

MENETELMÄ BINÄÄRISEN KAASUSEOKSEN SEOSSUHTEEN MÄÄRÄÄMISEKSI

Tämän keksinnön kohteena on äänen etenemisnopeuden ja lämpötilan mittaamiseen perustuva menetelmä binäärisen kaasuseoksen seossuhteen määrittämiseksi. Binääriseksi seokseksi luetaan tässä myös sellainen monikcrponenttinen seos, joka voidaan jakaa kahteen osaan siten, että 5 kummankin osan koostumus säilyy muuttumattomana ja vain niiden keskinäinen seossuhde vaihtelee.

Äänen etenemisnopeuden mittaamiseen perustuvaa kosteusmittaria on kuvattu suomalaisessa patentissa nro 54977 "Kuivausprosessin poisto-höngän kosteuden mittalaite". Patenttijulkaisun mukaisella laitteella 10 mittaus suoritetaan siten, että mitta-anturissa on yksi äänilähde ja kaksi ilmaisinta. Teknilliseksi ratkaisuksi esitetään kiinteällä taajuudella lähetetyn äänen tarkkaa vaihemittausta. Menetelmän haittana on saavuttaa riittävä tarkkuus voimakkaassa teollisuusmelussa. Äänen etenemisnopeuteen perustuu myös Mahlo GMBH -yhtiön markkinoima kosteus-15 mittari, missä paineilmakäyttöisen injektorin avulla tutkittavasta atmosfääristä imetään näytevirta fluidistorioskillaattoriin, jonka sävelkorkeus määräytyy äänen etenemisnopeudesta näytekaasussa, mutta myös likaantumiselle herkän resonaattorin mitoista. Äskettäin akustista kosteusmittausta on tarkasteltu artikkelissa Morris & Dagle, "A Fast 20 Response Sonic Hygrometer", Moisture and Humidity 1985, Proceedings of the 1985 International Symposium on Moisture and Humidity, Washington DC, April 15 - 18, 1985.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä on tarkoitus poistaa tunnetuissa ratkaisumalleissa esiintyvät epäkohdat. Keksinnölle on tunnus-25 omaista patenttivaatimuksesta ilmenevät seikat.

Tässä keksinnössä äänen etenemisnopeuden tarkka mittaaminen perustuu ensinnäkin akustisen aaltoputken käyttöön, jonka tarkoituksena on muodostaa tarkasti määritelty mittausgecmetria ja eristää mittaustila ympäristömelusta. Toiseksi käytetty äänilähete on laajakaistainen, mikä 30 sallii kulkuajan määrämisen vastaanotetun signaalin autokorrelaatio-funktiosta tai tarkoituksenmukaisesti muodostetusta ristikorrelaatio-furiktiosta.

2 74547

Akustisen aaltoputken käyttö tarjoaa myös siinä suhteessa huomattavaa etua, että äänilähetin ja vastaanotin voidaan sijoittaa useinkin ongelmia aiheuttavan mittausatmos f äärin ulkopuolelle tarvittaessa ääntä läpäisevän kalvon erottamaksi.

5 Akustisella aaltoputkella en myös luontevaa järjestää äänelle lähetti-meltä vastaanottimelle kaksi eripitkää reittiä, joiden kulkuaikaero riippuu vain itse aaltoputken mekaanisesta rakenteesta ja sai sisältämästä kaasusta, matta ei lainkaan äänilähettimestä tai vastaanottimesta. Tällöin yhdeltä ainoalta vastaanottimelta tallennetun äänisignaalin 10 autckorrelaatiofuriktiossa näkyy kaksi sivupiikkiä, jotka sijaitsevat synmetrisesti em. kulkuaikaeron päässä origosta (kuva 1).

Kaasuissa äänen etenemisnopeus C saadaan tunnetusta kaavasta (1) C = (γΚΓ/Μ)1/2, missä 15 y on adiabaattivakio R on yleinen kaasuvakio = 0,082056 [dm3»atm/nol K] T on lämpötila [k] M on keskimääräinen itolekyylipaino

Mittaamalla kaasun länpotila ja äänen etenemisnopeus voidaan laskea 20 keskimääräinen molekyylipaino.

Keskimääräinen molekyylipaino määrää puolestaan binäärin kaasuseoksen seososuudet. Esim. ilma voidaan ajatella kuivan ilman ja vesihöyryn binääriseokseksi. Ky 1 lästymattcmän ilman absoluuttinen kosteus voidaan laskea kaavasta

M

p · M 1 - M

25 (2) p = -^--[g/am3] 2 RT 1 _ \o

Md

II

74547 3 Tässä p on ilman paine M. on kuivan ilman molekyylipaino 28,964 a M en veden nolekyylipaino 18,015

H0O

5 ja2 M kaavasta (1) ratkaistu keskimääräinen molekyylipaino γΚΓ (3) M = .

C2

Suoran, lähettimeltä vastaanottimelle johtavan aaltoputkiyhteyden lisäksi tarvittava toinen kulkureitti voidaan muodostaa mitattavaan 10 atmosfääriin sijoitetusta sivuhaarasta, jonka päästä ääni heijastuu takaisin päähaaraan. Äänen edestakaisella etenemisellä eliminoituu kaasun virtausnopeuden vaikutus äänen kulkuaikaan. Sivuhaara voi myös jakautua useaan rinnakkaiseen, samanpituiseen haaraan. Haarassa olevan kaasun tulee olla riittävästi yhteydessä mitattavaan atmosfääriin, 15 jotta anturi reagoisi nopeasti atmosfäärin muutoksiin.

Koska korrelaatiofunktion muodostaminen ja tarkan kulkuaikaercn laskeminen siitä edellyttävät selvästi itse anturia kalliimpaa elektroniikkaa, päästään taloudellisempaan toteutukseen usein sillä, että useita antureita kytketään multiplexerillä vuorotellen samaan mittauselektro-20 nilkkaan.

Laajakaistaisen lähetteen valinneissa on otettava huomioon ensinnäkin, että yksinkertaisin korrelaattori huomioi vain onko signaali keskiarvonsa ylä- vai alapuolella (polariteettikorrelaattori), mutta jättää signaalin amplitudin täysin huomiotta. Toiseksi on otettava huomioon, 25 että äänen edetessä kaasutäytteisessä akustisessa aaltoputkessa korkeat taajuudet vaimenevat selvästi matalia taajuuksia enemmän. Laajakaistainen lähete voi olla kohinatyyppinen tai taajuuspyyhkäisy. Korkeat taajuudet ovat erityisen tärkeitä pyrittäessä tarkkaan kulkuaikaeron määrittämiseen.

30 Hakemuksen mukainen menetelmä ja erityisesti menetelmän mukaan valmistetut seossuhdemittarit voivat suurestikin vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (2)

1. 4 PATENTTIVAATIMUS 7 4 5 4 7 Äänsi etenemisnopeuden ja lämpötilan tarkkaan mittaamiseen perustuva menetelmä binäärisen kaasuseoksen seossuhteen määräämiseksi tunnettu siitä, että laajakaistainen äänisignaali saatetaan kul-5 kemaan tutkittavan kaasun täyttämässä akustisessa aaltoputkessa kahta eripituista reittiä pitkin yhdeltä lähettimeItä yhdelle vastaanottimelle ja että pitemmän reitin muodostaa yksi tai useampi 10 rinnakkainen, samaan pääputken kohtaan liitetty samanpituinen sivuhaara, jonka kunkin päästä ääni heijastuu takaisin päähaaraan ja että eri reittien matkaeroa L vastaava kulkuaika-15 ero τ määrätään vastaanotetun signaalin autokor- relaatiofunktion "sivupiikkien" etäisyytenä origosta ja että mitattavan kaasuseoksen keskimääräinen 20 molekyylipaino M lasketaan kaavasta γΒΤ M = - τ2 L2 missä Y en adiabaattivakio R on yleinen kaasuvakio 25. on kaasun absoluuttinen lämpötila, tai vastaavasta, ideaalikaasua realistisemmalle kaasulle lasketusta kaavasta ja että seoskaasujen (1, 2) osatiheydet Pj, ja ς>2 30 _ lasketaan kaavoista I! 74547 5 p · Mjl 1 - m/m2 Pl RT 1 - Mj/Mj p · M2 1 - M/Mj p =---— FT 1 - M2/M1 jossa on seoskaasu 1:n molekyylipaino 5 M2 on seoskaasu 2:n molekyylipaino, tai että tulos esitetään halutussa muodossa näistä kaavoista tai vastaavista, ideaalikaasua realistisemmalle kaasulle pätevistä kaavoista tunnetulla tavalla johtamalla. 6 7 4 5 4 7 PATENTKRAV u ^ ' Ett pa basen av noggrann mätning av bide ljudets hastighet och temperaturen baserat förfarande för bestämning av blandnings-förhallandet i en binär gasblandning kännetecknat därav, 5. att en bredbandig ljudsignal leds i ett av den för bestämning varande gasen fyllt akustiskt rör längs tva skilda vägar av olika längd fran en sändare tili en mottagare och 10. att den längre vägen bildas av tvä eller flera, i jämbredd med varandra och av samma längd varande si-dogrenar, fran vilkas respektive ändar ljudet reflek-teras tillbaka tili huvudgrenen och 15. att 1judsignalens framskridningstidsdifferens τ, som motsvaras av skillanden i väglängden L mellan de olika vägarna, bestäms som relationsfunktionens "si-dotoppars" avstand frln origo och 20. att den för mätning avsedda gasblandningens medelmo- lekylvikt M beräknas enligt formeln M - ifr2 L2 där γ är en adiabatkonstant
2. 25 R är den allmänna gaskonstanten T är gasens absolute temperatur eller enligt en motsvarande, mera realistisk formel än för idealgas