RU2008664C1 - Device for detecting free gas concentration in fluid - Google Patents
Device for detecting free gas concentration in fluid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2008664C1 RU2008664C1 SU4945168A RU2008664C1 RU 2008664 C1 RU2008664 C1 RU 2008664C1 SU 4945168 A SU4945168 A SU 4945168A RU 2008664 C1 RU2008664 C1 RU 2008664C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- amplifier
- low
- input
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам и может быть использовано для контроля малых концентраций свободного газа в жидкостях. The invention relates to instrumentation and can be used to control small concentrations of free gas in liquids.
Известно устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости, содержащее генератор синхроимпульсов, соединенный с низкочастотным и высокочастотным генераторами радиоимпульсов, нагруженными через коммутаторы на первый и второй преобразователи [1] . Каждый преобразователь через свой коммутатор подключен к входу одного из двух селективных усилителей, выходы селективных усилителей нагружены на входы измерителя временных интервалов, который синхронизирующим входом соединен с генератором синхроимпульсов. Работа устройства основана на одновременном озвучивании жидкости акустическими радиоимпульсами низкой и высокой частот и измерении времени запаздывания низкочастотного сигнала относительного высокого сигнала. A device for determining the concentration of free gas in a liquid, containing a clock generator connected to low-frequency and high-frequency radio pulse generators loaded through the switches on the first and second converters [1]. Each converter through its switch is connected to the input of one of the two selective amplifiers, the outputs of the selective amplifiers are loaded on the inputs of the time interval meter, which is connected to the clock generator by a synchronizing input. The operation of the device is based on the simultaneous sounding of the liquid by acoustic radio pulses of low and high frequencies and measuring the delay time of the low-frequency signal of the relative high signal.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения концентрации свободного газа и жидкофазных средах, содержащее кварцевый генератор, соединенный через первый усилитель мощности с высокочастотным излучателем, последовательно соединенные между выходом кварцевого генератора и низкочастотным излучателем первый усилитель-ограничитель, первый делитель частоты, фильтр нижних частот и второй усилитель мощности, приемник акустических сигналов, нагруженный на входы двух селективных усилителей, выход первого селективного усилителя через второй усилитель-ограничитель соединен с первым входом измерителя разности фаз, а выход второго селективного усилителя через последовательно соединенные третий усилитель-ограничитель и второй делитель частоты соединен с вторым входом измерителя разности фаз [2] . Работа устройства основана на сравнении фазовых скоростей распространения двух акустических волн, частота одной волны выше, а другой ниже резонансной частоты пузырьков газа в жидкости. Из-за различия фазовых скоростей распространения низкочастотных и высокочастотных волн эти волны приходят на приемник с задержкой, которая измеряется фазометрической схемой. The closest in technical essence to the proposed is a device for determining the concentration of free gas and liquid-phase media, containing a crystal oscillator connected through a first power amplifier with a high-frequency emitter, connected in series between the output of the crystal oscillator and a low-frequency radiator, the first limiting amplifier, the first frequency divider, filter low frequencies and a second power amplifier, an acoustic signal receiver, loaded on the inputs of two selective amplifiers, in move the first selective amplifier via a second limiting amplifier connected to the first input of the phase difference meter, and the output of the second selective amplifier using serially connected third limiting amplifier and a second frequency divider coupled to the second input of the phase difference meter [2]. The device is based on a comparison of the phase velocities of the propagation of two acoustic waves, the frequency of one wave is higher and the other below the resonant frequency of gas bubbles in the liquid. Due to the difference in the phase velocities of the propagation of low-frequency and high-frequency waves, these waves arrive at the receiver with a delay, which is measured by a phaseometric circuit.
Недостатком прототипа является низкая точность измерения задержки низкочастотного сигнала относительно высокочастотного, обусловленная отсутствием синхронизации в работе двух делителей частоты относительно одного и того же периода высокочастотного сигнала. Это приводит к тому, что в излучающем и приемном трактах описанного устройства делители частоты вырабатывают низкочастотные сигналы, у которых переходы через ноль оказываются сфазированными с нулевыми переходами различных периодов высокочастотного сигнала. Происходит это в силу различного характера нарастания амплитуды высокочастотного сигнала на входе первого и второго делителей в течение переходного процесса, начинающегося в момент включения устройства. Различие в характере нарастания амплитуды сигнала на входах делителей в начальный период работы устройства обусловлено влиянием усилителей-ограничителей, сокращающих длительность переходного процесса и влиянием узкополосных излучателей и селективных усилителей, "удлиняющих" в силу своей высокой добротности этот переходной процесс. В результате между сигналами, подаваемыми на измеритель разности фаз, всегда присутствует случайная по величине разность фаз, что вносит ошибку в результате измерений. The disadvantage of the prototype is the low accuracy of measuring the delay of the low-frequency signal relative to the high-frequency, due to the lack of synchronization in the work of two frequency dividers relative to the same period of the high-frequency signal. This leads to the fact that in the emitting and receiving paths of the described device, the frequency dividers produce low-frequency signals, in which the transitions through zero are phased with zero transitions of different periods of the high-frequency signal. This happens due to the different nature of the increase in the amplitude of the high-frequency signal at the input of the first and second dividers during the transition process that begins at the moment the device is turned on. The difference in the nature of the increase in the signal amplitude at the inputs of the dividers in the initial period of operation of the device is due to the influence of limiting amplifiers, which reduce the duration of the transient process and the influence of narrow-band emitters and selective amplifiers, which “extend” this transient due to their high Q factor. As a result, between the signals supplied to the phase difference meter, there is always a random phase difference, which introduces an error as a result of the measurements.
Целью изобретения является повышение точности измерений. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор высокой частоты, последовательно соединенные первый усилитель мощности и высокочастотный излучатель, последовательно соединенные второй усилитель мощности и низкочастотный излучатель, последовательно соединенные приемный преобразователь, первый селективный усилитель первый усилитель-ограничитель и измеритель разности фаз, подключенный к приемному преобразователю второй селективный усилитель и второй усилитель-ограничитель, введены последовательно соединенные генератор низкой частоты и балансный модулятор, соединенный вторым входом с генератором высокой частоты, нагруженные на первый усилитель мощности, включенный между вторым селективным усилителем и вторым усилителем-ограничителем фазовый детектор, соединенный вторым входом с генератором высокой частоты, второй усилитель-ограничитель связан с вторым входом измерителя разности фаз, а выход генератора низкой частоты подключен к входу второго усилителя мощности. This goal is achieved in that in a device containing a high-frequency generator, a first power amplifier and a high-frequency radiator connected in series, a second power amplifier and a low-frequency radiator connected in series, a receiving converter in series, a first limiting amplifier and a phase difference meter connected in series to the receiving transducer, a second selective amplifier and a second limiting amplifier are connected in series a low-frequency generator and a balanced modulator connected to the high-frequency generator by the second input, loaded onto the first power amplifier, a phase detector connected between the second selective amplifier and the second limiting amplifier, connected to the second input to the high-frequency generator, the second limiting amplifier is connected to the second the input of the phase difference meter, and the output of the low-frequency generator is connected to the input of the second power amplifier.
Известно, что фазовая скорость распространения звукового сигнала в жидкости, содержащей свободный газ, зависит от частоты сигнала и концентрации свободного газа. Если частоты звукового сигнала существенно ниже резонансной частоты fo газовых пузырьков, то фазовая скорость акустической волны равна
Cф= , , где Со - скорость звука в жидкости без пузырьков; U - объемная концентрация свободного газа в жидкости. Видно, что при f << fo фазовая скорость меньше Со и определяется концентраций свободного газа. Фазовая скорость акустической волны, частота которой выше резонансной частоты газовых пузырьков, больше Со и при f >> fo асимптотически приближается к Со. Принцип действия устpойства основан на сравнении фазовых скоростей распространения двух акустических волн, одна из которых имеет частоту F ниже резонансной частоты fo пузырьков, а другая имеет частоту f выше fo. Если излучаемая в жидкость высокочастотная волна подвергнута балансной модуляции низкочастотным сигналом с частотой низкочастотной волны Pf(t, x= 0)= Pcos(2ΠFt)cos(2Πft) (1)
и излучается одновременно с низкочастотной волной PF(t, x= 0)= Pcos(2ΠFt), , (2)
то, пройдя одинаковое расстояние x = L между излучателем и приемником, эти волны имеют вид
P(t, x= L)= Pcos(2ΠFt- )cos(2Πft- ), , (3)
P(t, x= L)= P cos(2ΠFt- )= Pcos[(2ΠFt- - Δφ] , (4) где Δφ= 2π FL(Co - Cф)/CoCф - разность фаз, обусловленная запаздыванием низкочастотной волны в жидкости с пузырьком газа относительно низкочастотной волны в жидкости без газа.It is known that the phase velocity of propagation of an audio signal in a liquid containing free gas depends on the frequency of the signal and the concentration of free gas. If the frequency of the sound signal is significantly lower than the resonant frequency f o of gas bubbles, then the phase velocity of the acoustic wave is
C f = ,, where С о is the speed of sound in a liquid without bubbles; U is the volume concentration of free gas in the liquid. It is seen that at f << f o the phase velocity is less than C o and the concentration of free gas is determined. The phase velocity of an acoustic wave, whose frequency is higher than the resonant frequency of gas bubbles, is greater than C o and, for f >> f o, asymptotically approaches C o . The principle of operation of the device is based on a comparison of the phase velocities of the propagation of two acoustic waves, one of which has a frequency F below the resonant frequency f o of the bubbles, and the other has a frequency f above f o . If a high-frequency wave radiated into a liquid is subjected to balanced modulation by a low-frequency signal with a low-frequency wave frequency P f (t, x = 0) = P cos (2Πft) cos (2Πft) (1)
and is emitted simultaneously with the low-frequency wave P F (t, x = 0) = P cos (2ΠFt),, (2)
then, having passed the same distance x = L between the emitter and the receiver, these waves have the form
P (t, x = L) = P cos (2ΠFt- ) cos (2Πft- ),, (3)
P (t, x = L) = P cos (2ΠFt- ) = P cos [(2ΠFt- - Δφ], (4) where Δφ = 2π FL (C o - C f ) / C o C f is the phase difference due to the delay of the low-frequency wave in a liquid with a gas bubble relative to a low-frequency wave in a liquid without gas.
Если принятый высокочастотный сигнал (3) подвергнуть фазовому детектированию, то, учитывая наличие в балансном-модулированном сигнале инверсии фазы высокочастотного заполнения в нулевых точках огибающей, на выходе фазового детектора образуется прямоугольный сигнал с частотой F, основная гармоника которого имеет вид
P(t, x= L)= Pcos(2ΠFt- ) . (5)
Видно, что разность фаз между принятым низкочастотным сигналом (4) и первой гармоникой модулирующей функции принятого высокочастотного сигнала (5) определяется
ΔΨ= Δφ= 2ΠFL(C0-C/C0C2ΠF·Δt
временем запаздывания Δ t низкочастотного сигнала относительно высокочастотного, а отсутствие операции деления частоты в излучающем и приемном трактах полностью исключает случайную погрешность при оценке времени запаздывания.If the received high-frequency signal (3) is subjected to phase detection, then, given the presence in the balanced-modulated signal of the inversion of the high-frequency filling phase at zero points of the envelope, a rectangular signal with a frequency F is formed at the output of the phase detector, the main harmonic of which has the form
P (t, x = L) = P cos (2ΠFt- ) (5)
It can be seen that the phase difference between the received low-frequency signal (4) and the first harmonic of the modulating function of the received high-frequency signal (5) is determined
ΔΨ = Δφ = 2ΠFL (C 0 -C / C 0 C 2ΠF · Δt
the delay time Δ t of the low-frequency signal is relatively high-frequency, and the absence of the frequency division operation in the emitting and receiving paths completely eliminates the random error in estimating the delay time.
На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства. The drawing shows a structural diagram of the proposed device.
Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости состоит из последовательно соединенных генератора 1 низкой частоты, второго усилителя 2 мощности и низкочастотного излучателя 3, последовательно включенных генератора 4 высокой частоты, балансного модулятора 5, включенного вторым входом к генератору 1, первого усилителя 6 мощности и высокочастотного излучателя 7, последовательно включенных приемного преобразователя 8, первого селективного усилителя 9, первого усилителя-ограничителя 10 и измерителя 11 разности фаз, последовательно включенных между приемным преобразователем 8 и вторым входом измерителя 11 второго селективного усилителя 12, фазового детектора 13, подключенного вторым входом к генератору 4, и второго усилителя-ограничителя 14. A device for determining the concentration of free gas in a liquid consists of a low-
Работает схема следующим образом. The scheme works as follows.
Непрерывные низкочастотные колебания U1, например, с частотой 10 кГц с выхода генератора 1 низкой частоты усиливаются усилителем 2 мощности и излучаются в исследуемую жидкость, содержащую свободный газ, низкочастотным излучателем 3. Высокочастотные колебания, например, с частотой 1 МГц с выхода генератора 4 высокой частоты поступают на балансный модулятор 5, где подвергаются балансной модуляции сигналом низкой частоты с выхода генератора 1, поступающим на второй вход модулятора 5, усиливаются усилителем 6 мощности и излучаются в жидкость высокочастотным излучателем 7. Низкочастотный и высокочастотный акустические волны проходят равные расстояния L между излучателями 3у и 7 и приемным преобразователем 8. Из-за различной скорости распространения акустических волн с частотами 10 кГц и 1 МГц в исследуемой жидкости, содержащей газовые пузырьки, к приемному преобразователю 8 они проходят с задержкой Δt, величина которой определяется концентрацией свободного газа. С выхода приемного преобразователя 8 сигналы поступают на селективные усилители 9 и 12 с частотами настройки 10 кГц и 1 МГц соответственно. Сигнал с выхода усилителя 9 ограничивается по амплитуде усилителем-ограничителем 10 и поступает на первый вход измерителя 11 разности фаз. Сигнал с выхода усилителя 12 (фазоманипулированный) подвергается фазовой демодуляции в фазовом детекторе 13, на второй вход которого подается опорный сигнал с выхода генератора 4. На выходе фазового детектора 13 формируется прямоугольный сигнал типа "меандр" с частотой 10 кГц, средний уровень которого зависит от разности фаз между опорным сигналом и гармоническим заполнением и может изменяться в зависимости от скорости звука в исследуемой жидкости и других причин. Амплитуда прямоугольного сигнала затем нормируется усилителем-ограничителем 14, после чего сигнал поступает на второй вход измерителя 11 разности фаз. Концентрация свободного газа находится с помощью тарировочной кривой по измеренной разности фаз.Continuous low-frequency oscillations U 1 , for example, with a frequency of 10 kHz from the output of the low-
Использование высокочастотной балансно-модулированой волны позволяет непрерывно измерять величину задержки низкочастотного сигнала относительно модулирующей функции высокочастотного сигнала без применения делителей частоты, что исключает появление случайной ошибки и повышает точность измерений. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 530243, кл. G 01 N 29/00, 1975. Using a high-frequency balanced-modulated wave allows you to continuously measure the delay value of the low-frequency signal relative to the modulating function of the high-frequency signal without the use of frequency dividers, which eliminates the occurrence of random errors and improves the accuracy of measurements. (56) 1. USSR author's certificate N 530243, cl. G 01 N 29/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР N 1603288, кл. G 01 N 29/02, 1989. 2. Copyright certificate of the USSR N 1603288, cl. G 01 N 29/02, 1989.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4945168 RU2008664C1 (en) | 1993-06-13 | 1993-06-13 | Device for detecting free gas concentration in fluid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4945168 RU2008664C1 (en) | 1993-06-13 | 1993-06-13 | Device for detecting free gas concentration in fluid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008664C1 true RU2008664C1 (en) | 1994-02-28 |
Family
ID=21579118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4945168 RU2008664C1 (en) | 1993-06-13 | 1993-06-13 | Device for detecting free gas concentration in fluid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2008664C1 (en) |
-
1993
- 1993-06-13 RU SU4945168 patent/RU2008664C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Franklin et al. | A pulsed ultrasonic flowmeter | |
RU2186399C2 (en) | Ultrasonic device measuring flow velocity | |
JPH0812092B2 (en) | Doppler measuring device | |
RU2008664C1 (en) | Device for detecting free gas concentration in fluid | |
JPH0569192B2 (en) | ||
RU2020474C1 (en) | Device for determining concentration of free gas in liquid | |
SU838552A1 (en) | Device for measuring undissolved gas concentration in liquid | |
JPH0452586A (en) | Distance measuring apparatus | |
RU2020472C1 (en) | Device for determining concentration of free gas in liquid | |
RU2020477C1 (en) | Method of measurement of acoustic signal reflection factor | |
JPH0131977Y2 (en) | ||
RU2052769C1 (en) | Ultrasonic method of measuring thickness of articles with large attenuation of ultrasound and apparatus for performing the method | |
RU2020475C1 (en) | Device for determining concentration of free gas in liquid | |
SU862062A1 (en) | Device for determination of free gas concentration in liquid | |
SU811079A1 (en) | Method and apparatus for determining ultrasound propagation speed | |
Rogez et al. | Ultrasonic velocity dispersion in liquids between 3.3 and 330 MHz using a high resolution phase measurement technique | |
SU1183886A1 (en) | Apparatus for measuring concentration of undissolved gas in liquid | |
RU2047097C1 (en) | Method and device for measuring flow rate of liquid or gas | |
SU1205007A1 (en) | Apparatus for measuring propagation rate and absorption ratio of ultrasound | |
JP2760079B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
SU494692A1 (en) | Method for measuring fluid velocity | |
RU2020473C1 (en) | Device for measurement of acoustic signal reflection factor | |
SU1599659A1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
SU493725A1 (en) | Device for measuring the absorption coefficient of ultrasound | |
SU792132A1 (en) | Method of determination of free gas concentration in liquid |