RU2137119C1 - Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids - Google Patents
Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137119C1 RU2137119C1 RU97120612A RU97120612A RU2137119C1 RU 2137119 C1 RU2137119 C1 RU 2137119C1 RU 97120612 A RU97120612 A RU 97120612A RU 97120612 A RU97120612 A RU 97120612A RU 2137119 C1 RU2137119 C1 RU 2137119C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- tank
- hydrogen
- vessel
- calcium hydride
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области анализа жидкостей с помощью ультразвука и может быть использовано для определения водорода и влаги в диэлектрических жидкостях. The invention relates to the field of analysis of liquids using ultrasound and can be used to determine hydrogen and moisture in dielectric liquids.
Известно устройство для измерения концентрации растворенного в жидкости газа [1], содержащее емкость с исследуемой жидкостью, коаксиальный емкостный датчик, трубопровод, дегазатор, состоящий из дроссельной шайбы с ультразвуковым излучателем. A device for measuring the concentration of gas dissolved in a liquid [1], containing a container with the investigated liquid, a coaxial capacitive sensor, a pipeline, a degasser, consisting of a throttle washer with an ultrasonic emitter.
Однако это устройство пригодно только для определения концентрации растворенной в жидкости некой газовой смеси, состоящей из различных видов молекул, и не позволяет определять содержания конкретного вида газа, например водорода. Это устройство также не позволяет осуществлять измерения содержания влаги в диэлектрической жидкости (ДЖ). However, this device is suitable only for determining the concentration of a certain gas mixture, consisting of various types of molecules, dissolved in a liquid, and does not allow determining the content of a particular type of gas, for example, hydrogen. This device also does not allow the measurement of moisture content in a dielectric fluid (J).
Известен также прибор для определения массовой доли растворенной воды в нефтяных маслах [2], содержащий два сосуда для масла, установленных друг над другом и соединенных через кран, термометр, а также две бюретки, уравнительную склянку и осушитель, соединенных между собой и сосудами для масла с помощью трубок и одно- и многоходовых кранов. Also known is a device for determining the mass fraction of dissolved water in petroleum oils [2], containing two vessels for oil, mounted on top of each other and connected through a faucet, thermometer, as well as two burettes, an equalizing flask and a dehumidifier, interconnected and oil vessels using tubes and single and multi-way taps.
Однако проведение анализа на этом приборе занимает достаточно большой промежуток времени (испытуемое масло выдерживают не менее 30 минут в помещении, в котором проводится испытание; требуется достаточно много времени для установления равновесия испытуемого масла по растворенному воздуху с остальной частью измерительной системы и т.д.). Кроме этого указанный прибор не обеспечивает высокую чувствительность и не позволяет осуществить автоматизацию измерений. However, the analysis on this instrument takes a sufficiently long period of time (the test oil is kept for at least 30 minutes in the room in which the test is carried out; it takes a lot of time to establish the balance of the test oil in the dissolved air with the rest of the measuring system, etc.) . In addition, the specified device does not provide high sensitivity and does not allow the automation of measurements.
Известен измеритель влагосодержания ДЖ, в частности трансформаторного масла [3] , взятый в качестве прототипа. Он содержит емкость с маслом, нагреватель, измерительную камеру, кварцевый пьезорезонатор, вычислительное устройство. Принцип его действия основан на изменении собственной частоты кварцевого пьезорезонатора (КП) при изменении его массы в результате осаждения влаги на поверхность КП. Known moisture meter J, in particular transformer oil [3], taken as a prototype. It contains a container with oil, a heater, a measuring chamber, a quartz piezoresonator, and a computing device. The principle of its operation is based on a change in the natural frequency of a quartz piezoresonator (KP) when its mass changes as a result of moisture deposition on the KP surface.
Этот измеритель имеет следующие недостатки. Он предназначен только для измерения влаги в ДЖ, при этом измеряемый сигнал зависит от массы осажденной воды нелинейным образом, что создает неудобства при проведении измерений. Измеряемый сигнал может быть неоднозначно связан с содержанием влаги, так как на поверхность КП могут осаждаться и другие летучие соединения, выделяющиеся из жидкости при ее нагревании. Прибор имеет низкую чувствительность, а также возникают сложности при его калибровке. This meter has the following disadvantages. It is intended only for measuring moisture in the liquid coolant, while the measured signal depends on the mass of precipitated water in a nonlinear manner, which creates inconvenience in the measurement. The measured signal can be ambiguously related to the moisture content, since other volatile compounds released from the liquid when it is heated can also be deposited on the surface of the CP. The device has a low sensitivity, and there are also difficulties in calibrating it.
Задача изобретения - создание устройства для определения растворенных в ДЖ как влаги, так и водорода. The objective of the invention is the creation of a device for the determination of moisture and hydrogen dissolved in a liquid crystal.
Задача решается тем, что в устройстве для определения растворенных в ДЖ водорода и влаги, содержащем емкость для ДЖ и устройство для измерения концентрации выделившегося газа, дополнительно установлены вакуумный насос и ультразвуковой излучатель со сферической излучающей поверхностью; емкость для жидкости состоит из двух частей, нижняя из которых установлена на излучателе, а верхняя соединена трубопроводами с вакуумным насосом, многоходовым краном, выполненным с емкостью для гидрида кальция и оптической кюветой, являющейся частью устройства селективной регистрации молекулярного водорода; в трубопроводе также установлена емкость с вентилем для гидрида кальция. The problem is solved in that in a device for determining hydrogen and moisture dissolved in a liquid containing a liquid tank and a device for measuring the concentration of released gas, a vacuum pump and an ultrasonic emitter with a spherical emitting surface are additionally installed; the liquid container consists of two parts, the lower of which is mounted on the emitter, and the upper is connected by pipelines to a vacuum pump, a multi-way valve made with a container for calcium hydride and an optical cell, which is part of the device for selective registration of molecular hydrogen; a container with a valve for calcium hydride is also installed in the pipeline.
Устройство может быть снабжено дополнительной балластной емкостью, соединенной с оптической кюветой. При этом балластная емкость состоит из корпуса и притертого поршня, что позволяет плавно изменять объем балластной емкости без нарушения герметичности системы. The device can be equipped with an additional ballast tank connected to an optical cell. In this case, the ballast capacity consists of a housing and a ground piston, which allows you to smoothly change the volume of the ballast capacity without violating the tightness of the system.
Это устройство может быть снабжено коническим экраном с центральным отверстием, установленным на разъеме верхней и нижней частей емкости для жидкости. This device may be provided with a conical screen with a central hole mounted on the connector of the upper and lower parts of the liquid tank.
Целесообразно также установить в верхней части емкости для жидкости соосно многоходовому крану конический распределитель, обращенный вершиной конуса к многоходовому крану. It is also advisable to install in the upper part of the liquid container coaxial to the multi-way valve a conical distributor facing the top of the cone to the multi-way valve.
Высоту важней части емкости целесообразно определить по следующей формуле:
H = R + L,
где R - радиус сферической поверхности ультразвукового излучателя,
L - расстояние от поверхности жидкости до конического экрана,
0 < L < (1/2g)[4Nf2D2/πρν2R2]2/3,
g - ускорение свободного падения.The height of the most important part of the tank should be determined by the following formula:
H = R + L,
where R is the radius of the spherical surface of the ultrasonic emitter,
L is the distance from the surface of the liquid to the conical screen,
0 <L <(1 / 2g) [4Nf 2 D 2 / πρν 2 R 2 ] 2/3 ,
g is the acceleration of gravity.
N - ультразвуковая мощность, поглощаемая жидкостью,
f - частота акустических колебаний ультразвукового излучателя,
D - диаметр ультразвукового излучателя,
ρ - плотность жидкости,
ν - скорость ультразвука в жидкости,
Такая конструкция позволяет проводить ускоренный анализ содержания водорода и влаги в пробе ДЖ с высокой чувствительностью.N is the ultrasonic power absorbed by the liquid,
f is the frequency of acoustic vibrations of the ultrasonic emitter,
D is the diameter of the ultrasonic emitter,
ρ is the density of the liquid,
ν is the ultrasound velocity in the liquid,
This design allows for accelerated analysis of the hydrogen and moisture content in the sample with high sensitivity.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез устройства, на фиг. 2 - график зависимости измеряемого сигнала (концентрации водорода в оптической измерительной кювете в относительных единицах) от времени t. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the device, FIG. 2 is a graph of the dependence of the measured signal (hydrogen concentration in the optical measuring cell in relative units) versus time t.
Емкость для ДЖ состоит из верхней 1 и нижней 2 частей (фиг.1). Нижняя часть 2 установлена на ультразвуковом излучателе 3, имеющем сферическую излучающую поверхность 4 с радиусом кривизны R. На нижней части 2 емкости размещен ввод 5, через который вводят диэлектрическую жидкость. Верхняя часть 1 емкости через трубопровод с вентилем 6 соединена с вакуумным насосом 7; с оптической кюветой 8, которая является частью устройства селективной регистрации молекулярного водорода; с многоходовым краном 9, состоящим из внешней неподвижной части 10 и притертой внутренней части 11, в которой выполнена емкость 12 для гидрида кальция. Емкость 12 для гидрида кальция может последовательно устанавливаться в следующие положения: первое, где сделано отверстие 13 в неподвижной части 10 многоходового крана для засыпки гидрида кальция в емкость 12, второе, где сделано отверстие 14 в неподвижной части 10 для откачки воздуха через трубопровод из емкости 12 с гидридом кальция, третье, где емкость 12 герметично закрыта, четвертое, где сделано отверстие 15 в неподвижной части многоходового крана для пересыпки гидрида кальция из емкости 12 в емкость с ДЖ; имеется дополнительная емкость 16 для гидрида кальция, которая соединена с трубопроводом через вентиль 17. Capacity for the DJ consists of the upper 1 and lower 2 parts (figure 1). The lower part 2 is mounted on an ultrasonic emitter 3 having a spherical radiating surface 4 with a radius of curvature R. On the lower part 2 of the tank there is an input 5 through which a dielectric fluid is introduced. The upper part 1 of the tank through a pipeline with a valve 6 is connected to a vacuum pump 7; with an optical cuvette 8, which is part of a device for selective registration of molecular hydrogen; with a multi-way valve 9, consisting of an external stationary part 10 and a ground internal part 11, in which a container 12 for calcium hydride is made. The container 12 for calcium hydride can be sequentially installed in the following positions: the first, where the hole 13 is made in the fixed part 10 of the multi-way valve for filling calcium hydride into the tank 12, the second, where the hole 14 is made in the fixed part 10 for pumping air through the pipeline from the tank 12 with calcium hydride, the third, where the container 12 is hermetically closed, the fourth, where the hole 15 is made in the fixed part of the multi-way valve for pouring calcium hydride from the tank 12 into the tank with J; there is an additional tank 16 for calcium hydride, which is connected to the pipeline through the valve 17.
Устройство для определения водорода и влаги может иметь дополнительную балластную емкость 18, соединенную с емкостью для ДЖ трубопроводом с вентилями 19, 20. A device for determining hydrogen and moisture may have an additional ballast tank 18 connected to the tank for the liquid fuel pipeline with valves 19, 20.
Эта балластная емкость 18 может дополнительно содержать притертый поршень 21, установленный с возможностью поступательного перемещения. This ballast tank 18 may further comprise a ground piston 21 mounted for translational movement.
На разъеме верхней 1 и нижней 2 частей емкости для ДЖ может быть установлен конический экран 22 с центральным отверстием. A conical screen 22 with a central hole can be installed on the connector of the upper 1 and lower 2 parts of the J tank.
Соосно многоходовому крану 9 на коническом экране 22 на упорах 23 может быть размещен конический распределитель 24, обращенный вершиной конуса к многоходовому крану 9. Coaxial to the multi-way valve 9 on the conical screen 22 on the stops 23, a conical distributor 24 can be placed facing the top of the cone to the multi-way valve 9.
Ультразвуковые колебания задаются ультразвуковым генератором 25. Ultrasonic vibrations are set by the ultrasonic generator 25.
Устройство работает следующим образом. Засыпают гидрид кальция в емкость 16. Емкость 12 для гидрида кальция в многоходовом кране 9 устанавливают напротив отверстия 13 и засыпают в нее гидрид кальция. Далее емкость 12 с гидридом кальция устанавливают напротив отверстия 14, соединенного с трубопроводом. При всех открытых вентилях 6, 17, 19, 20 из системы откачивают воздух и создают вакуум менее 0.01 атм. После этого многоходовой кран 9 ставят в нейтральное положение (третье положение), обеспечивающее герметичность емкости 12 с гидридом кальция. Закрывают все вентили, через ввод 5 в емкость для ДЖ медицинским шприцем, не нарушая герметичность системы, вводят заранее рассчитанный объем жидкости так, чтобы высота столба жидкости была равна радиусу кривизны R сферической поверхности ультразвукового излучателя. Введение ДЖ в вакуумированное пространство приводит к выделению растворенных газов и влаги в газообразное состояние над жидкостью. Непосредственно после введения жидкости в систему включают ультразвуковой генератор 25. Высокочастотное напряжение резонансной частоты последнего подается на ультразвуковой излучатель 3 со сферической излучающей поверхностью 4. При этом ультразвук за счет сферической поверхности излучателя будет фокусироваться в фокусе излучателя, совпадающей с поверхностью жидкости. За счет поглощения ультразвуковой энергии жидкостью возникает так называемая радиационная сила, под действием которой, над жидкостью 26 образуется фонтан 27. Это приводит к интенсивному перемешиванию жидкости и еще к более эффективному выделению растворенных газов (в том числе и водорода) и влаги в газовую фазу. Нарастание концентрации водорода в газовой смеси во времени можно проводить селективным экспресс-методом, например методом, описанным в [4]. Это позволяет (исходя из известного объема пространства над жидкостью) в каждый момент времени определить объем выделившегося водорода V в кубических сантиметрах, приведенного к нормальным условиям (см. фиг. 2). Эксперименты показали, что зависимость V от времени t имеет следующий вид: V = V1[1-exp(-τ/t)], где V1 - объем водорода, содержащегося в исследуемой пробе жидкости, τ - характерное время газовыделения (см. фиг. 2). Через некоторое время t = t1, когда практически полностью прекращается выделение водорода, открывается вентиль 17 у емкости 16 с гидридом кальция; емкость 12 с гидридом кальция в многоходовом кране 9 устанавливают напротив отверстия 15 (см. фиг. 2). При этом гидрид кальция из емкости 12 поступает в емкость 2 с жидкостью. В результате всего этого водяные пары будут взаимодействовать с гидридом кальция, находящимся в емкости 16, а влага, растворенная в жидкости, будет взаимодействовать с гидридом кальция, поступающим в жидкую среду. Во время химической реакции влаги с гидридом кальция начинает возникать дополнительное количество молекулярного водорода (см. фиг. 2 при t > t1), которое напрямую связано с количеством влаги, содержащейся в пробе ДЖ, вводимой в систему. Ультразвуковое перемешивание жидкости ускоряет процесс указанной химической реакции. По истечении некоторого времени наступает повторное насыщение зависимости V (t), но уже на более высоком уровне V = V2 (см. фиг. 2). Очевидно, что объем выделившегося водорода, соответствующий разности ΔV = V2-V1 обусловлен наличием влаги в пробе ДЖ. Далее рассчитывают массовую долю воды в испытуемой пробе ДЖ по формуле m = 0,804ΔV, где число 0.804 является стехиометрическим коэффициентом в реакции между водой и гидридом кальция с образованием водорода.The device operates as follows. The calcium hydride is poured into the tank 16. The calcium hydride container 12 in the multi-way valve 9 is installed opposite the hole 13 and the calcium hydride is poured into it. Next, the tank 12 with calcium hydride is installed opposite the hole 14 connected to the pipeline. With all valves 6, 17, 19, 20 open, air is pumped out of the system and a vacuum of less than 0.01 atm is created. After this, a multi-way valve 9 is placed in a neutral position (third position), which ensures the tightness of the container 12 with calcium hydride. All valves are closed, through input 5 into the JJ container with a medical syringe, without violating the tightness of the system, a previously calculated volume of liquid is introduced so that the height of the liquid column is equal to the radius of curvature R of the spherical surface of the ultrasonic emitter. The introduction of the liquid crystal into the evacuated space leads to the release of dissolved gases and moisture into a gaseous state above the liquid. Immediately after introducing the fluid into the system, an ultrasonic generator 25 is turned on. The high-frequency voltage of the resonant frequency of the latter is applied to the ultrasonic emitter 3 with a spherical emitting surface 4. In this case, the ultrasound due to the spherical surface of the emitter will be focused at the focus of the emitter, which coincides with the surface of the liquid. Due to the absorption of ultrasonic energy by a liquid, a so-called radiation force arises, under the influence of which a fountain 27 forms over the liquid 26. This leads to intensive mixing of the liquid and even more efficient release of dissolved gases (including hydrogen) and moisture into the gas phase. The increase in the concentration of hydrogen in the gas mixture over time can be carried out by the selective express method, for example, by the method described in [4]. This allows (based on the known volume of space above the liquid) at each moment of time to determine the volume of released hydrogen V in cubic centimeters, reduced to normal conditions (see Fig. 2). The experiments showed that the dependence of V on time t has the following form: V = V 1 [1-exp (-τ / t)], where V 1 is the volume of hydrogen contained in the liquid sample under study, τ is the characteristic time of gas evolution (see Fig. 2). After some time t = t 1 , when the evolution of hydrogen is almost completely stopped, valve 17 opens at the tank 16 with calcium hydride; a container 12 with calcium hydride in a multi-way valve 9 is installed opposite the hole 15 (see Fig. 2). When this calcium hydride from the tank 12 enters the tank 2 with the liquid. As a result of all this, water vapor will interact with calcium hydride located in the tank 16, and moisture dissolved in the liquid will interact with calcium hydride entering the liquid medium. During the chemical reaction of moisture with calcium hydride, an additional amount of molecular hydrogen begins to appear (see Fig. 2 at t> t 1 ), which is directly related to the amount of moisture contained in the sample of J introduced into the system. Ultrasonic mixing of the liquid accelerates the process of the specified chemical reaction. After some time, there is a re-saturation of the dependence V (t), but already at a higher level V = V 2 (see Fig. 2). Obviously, the volume of hydrogen released, corresponding to the difference ΔV = V 2 -V 1 due to the presence of moisture in the sample J. Then calculate the mass fraction of water in the test sample J according to the formula m = 0.804ΔV, where the number 0.804 is the stoichiometric coefficient in the reaction between water and calcium hydride with the formation of hydrogen.
После проведения измерений проба испытуемой жидкости сливается из нижней части 2 емкости для ДЖ посредством механического отсоединения от нее верхней части 1 указанной емкости. After the measurements, the sample of the test liquid is discharged from the lower part 2 of the tank for the liquid by mechanically disconnecting from it the upper part 1 of the specified tank.
Если необходимо более полное выделение растворенного водорода и влаги из жидкости в вакуумированное пространство, то необходимо увеличить объем газового пространства над маслом. Это достигается тем, что при откачке воздуха из системы притертый поршень 21 фиксируется в положении, при котором балластный объем 18 максимален, а вентиль 19 остается открытым при дальнейшей работе. Для увеличения чувствительности метода после прекращения процесса десорбции водорода из ДЖ притертый поршень 21 фиксируется в положении, при котором объем балластного сосуда 18 минимален. При этом концентрация молекулярного водорода в системе, следовательно, и в оптической кювете возрастает, что приводит к увеличению чувствительности по водороду. Кроме того, в этом случае возрастает концентрация паров воды в системе, что увеличивает скорость протекания химической реакции при введении в систему гидрида кальция. If a more complete separation of dissolved hydrogen and moisture from the liquid into the evacuated space is necessary, then it is necessary to increase the volume of the gas space above the oil. This is achieved by the fact that when pumping air from the system, the ground piston 21 is fixed in a position at which the ballast volume 18 is maximum, and the valve 19 remains open during further operation. To increase the sensitivity of the method after the termination of the process of hydrogen desorption from the liquid crystal, the ground piston 21 is fixed in a position at which the volume of the ballast vessel 18 is minimal. In this case, the concentration of molecular hydrogen in the system, therefore, in the optical cuvette increases, which leads to an increase in hydrogen sensitivity. In addition, in this case, the concentration of water vapor in the system increases, which increases the rate of a chemical reaction when calcium hydride is introduced into the system.
Обычно количество растворенного водорода в пробе ДЖ значительно меньше количества водорода, образующегося при химическом взаимодействии гидрида кальция и влаги, растворенной в той же пробе жидкости, т.е. выполняется соотношение: V1 << (V2 - V1). Поэтому при измерении V2 притертый поршень 21 может быть установлен в положение, при котором объем балластного сосуда 18 максимален. В этом случае измерение V1 и V2 может быть осуществлено в одном и том же динамическом диапазоне системы селективной регистрации молекулярного водорода.Typically, the amount of dissolved hydrogen in the J sample is significantly less than the amount of hydrogen generated by the chemical interaction of calcium hydride and moisture dissolved in the same liquid sample, i.e. the relation is satisfied: V 1 << (V 2 - V 1 ). Therefore, when measuring V 2, the ground piston 21 can be set in a position at which the volume of the ballast vessel 18 is maximum. In this case, the measurement of V 1 and V 2 can be carried out in the same dynamic range of the system of selective registration of molecular hydrogen.
Конический экран с центральным отверстием 22, установленный на разъеме верхней и нижней частей емкости для жидкости совместно с коническим распределителем 24 (см. фиг. 1), размещенным в верхней части емкости для жидкости соосно многоходовому крану, обеспечивает равномерное поступление гидрида кальция в жидкость. Действительно, при засыпке гидрида кальция из емкости 12 многоходового крана 9 частицы гидрида кальция рассеиваются на коническом распределителе и более равномерно покрывают верхнюю поверхность конического экрана. При включении ультразвукового излучателя на конический экран направляется поток жидкости посредством фонтана, распадающегося на своей вершине на множество мелких капель 28 (см. фиг. 1). При этом влага, содержащаяся в ДЖ, может непосредственно взаимодействовать с гидридом кальция, находящимся на коническом экране. С другой стороны, гидрид кальция, находящийся на коническом экране, будет постепенно смываться потоком жидкости в нижнюю часть 2 емкости для ДЖ. Таким образом, обеспечивается более равномерное поступление гидрида кальция в анализируемую пробу жидкости. Дальнейшее перемешивание гидрида кальция в анализируемой пробе обеспечивается за счет работы ультразвукового фонтана. Необходимо заметить, что конический распределитель, размещенный в верхней части емкости для жидкости, соосен многоходовому крану, также обеспечивает защиту последнего от попадания в него капель ДЖ от струи фонтана. A conical screen with a central hole 22, mounted on the connector of the upper and lower parts of the liquid tank together with a conical distributor 24 (see Fig. 1), placed in the upper part of the liquid tank coaxially with a multi-way valve, ensures a uniform flow of calcium hydride into the liquid. Indeed, when filling calcium hydride from the container 12 of the multi-way valve 9, the particles of calcium hydride are scattered on the conical distributor and more evenly cover the upper surface of the conical screen. When you turn on the ultrasonic emitter, a fluid flow is directed to the conical screen by means of a fountain that disintegrates at its apex into many small drops 28 (see Fig. 1). In this case, the moisture contained in the J can directly interact with calcium hydride located on the conical screen. On the other hand, calcium hydride located on the conical screen will be gradually washed off by the flow of liquid into the lower part 2 of the J tank. Thus, a more uniform flow of calcium hydride into the analyzed fluid sample is ensured. Further mixing of calcium hydride in the analyzed sample is provided due to the operation of the ultrasonic fountain. It should be noted that the conical distributor, located in the upper part of the liquid tank, is coaxial to the multi-way valve, and also protects the latter from the entry of water drops into the fountain jet.
Выбор высоты нижней части 2 емкости для жидкости по формуле H = R+L, где L < h (h - высота фонтана), обеспечивает возможность достижения струи фонтана до конического экрана. Определим высоту фонтана, возникающего под действием ультразвука. Для этого воспользуемся законом сохранения энергии, т.е. будем считать, что поглощенная жидкостью ультразвуковая мощность N переходит в мощность струи жидкости. При этом справедливо следующее выражение: N = (π/8)ρd2(2gh)3/2, где ρ - плотность жидкости, d - средний диаметр струи фонтана, g - ускорение свободного падения, h - высота фонтана. Отсюда определяем высоту фонтана: h = [8N/(πρd2)]2/3/(2g). Очевидно, что размер поперечного сечения струи фонтана зависит от размера центрального максимума дифракционной картины, возникающей при фокусировке ультразвука. Согласно дифракционной теории угловое направление на первый минимум интенсивности дифракционной картины определяется формулой sinα = 1,22λ/D где λ - длина волны ультразвуковых колебаний, D - диаметр ультразвукового излучателя. Отсюда, при λ ≪ D, получаем соотношение α = 1,22λD. С другой стороны, угол α можно определить следующим образом: α = d0/2F, где d0 - поперечный размер дифракционной картины в фокальной плоскости ультразвукового излучателя, соответствующий диаметру центрального пятна дифракционной картины, F - фокусное расстояние фокусирующей системы. В нашем случае F = R. Из последних соотношений находим d0: d0 = 2,44λR/D. Из дифракционной теории также следует, что в центральном пятне дифракционной картины сосредоточено 84 процента сфокусированной ультразвуковой мощности, а 50 процентов сфокусированной мощности сосредоточено в пятне диаметром d0,5, который приблизительно определяется следующим образом: d0,5 = d0/2.5. Очевидно, что средний диаметр поперечного сечения струи фонтана d приблизительно соответствует d0,5, что и подтверждается экспериментом. Таким образом, d ≈ λR/D ≡ νR/fD, где ν - скорость распространения ультразвуковых колебаний в жидкости, f - частота акустических колебаний ультразвукового излучателя. Следовательно, высота фонтана h, с учетом того, что фактически половина мощности ультразвука не участвует в процессе образования фонтана, принимает следующий вид: h = (1/2g)[4Nf2D2/πρν2R2]2/3. Следовательно, конический экран располагается над уровнем жидкости на расстоянии L, определяемом следующим выражением: L < (1/2g)[4Nf2D2/πρν2R2]2/3. Очевидно, что конический экран должен располагаться выше уровня жидкости, что определяется условием L > 0.The choice of the height of the lower part 2 of the liquid tank according to the formula H = R + L, where L <h (h is the height of the fountain), makes it possible to reach the jet of the fountain to a conical screen. Determine the height of the fountain that occurs under the action of ultrasound. For this we use the law of conservation of energy, i.e. we assume that the ultrasonic power N absorbed by the liquid transforms into the power of the liquid jet. The following expression is true: N = (π / 8) ρd 2 (2gh) 3/2 , where ρ is the density of the liquid, d is the average diameter of the fountain jet, g is the acceleration of gravity, h is the height of the fountain. From here we determine the height of the fountain: h = [8N / (πρd 2 )] 2/3 / (2g). Obviously, the size of the cross section of the fountain jet depends on the size of the central maximum of the diffraction pattern that occurs when the ultrasound is focused. According to diffraction theory, the angular direction to the first minimum intensity of the diffraction pattern is determined by the formula sinα = 1.22λ / D where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations, D is the diameter of the ultrasonic emitter. Hence, for λ ≪ D, we obtain the relation α = 1.22λD. On the other hand, the angle α can be determined as follows: α = d 0 / 2F, where d 0 is the transverse size of the diffraction pattern in the focal plane of the ultrasonic emitter, corresponding to the diameter of the central spot of the diffraction pattern, F is the focal length of the focusing system. In our case, F = R. From the last relations we find d 0 : d 0 = 2.44λR / D. It also follows from the diffraction theory that 84 percent of the focused ultrasonic power is concentrated in the central spot of the diffraction pattern, and 50 percent of the focused power is concentrated in the spot with a diameter of d 0.5 , which is approximately determined as follows: d 0.5 = d 0 /2.5. Obviously, the average cross-sectional diameter of the fountain jet d approximately corresponds to d 0.5 , which is confirmed by experiment. Thus, d ≈ λR / D ≡ νR / fD, where ν is the velocity of propagation of ultrasonic vibrations in a liquid, f is the frequency of acoustic vibrations of an ultrasonic emitter. Consequently, the height of the fountain h, taking into account the fact that half of the ultrasonic power is not involved in the formation of the fountain, takes the following form: h = (1 / 2g) [4Nf 2 D 2 / πρν 2 R 2 ] 2/3 . Therefore, the conical screen is located above the liquid level at a distance L, defined by the following expression: L <(1 / 2g) [4Nf 2 D 2 / πρν 2 R 2 ] 2/3 . Obviously, the conical screen should be located above the liquid level, which is determined by the condition L> 0.
Предлагаемое устройство совместно с устройством селективной регистрации молекулярного водорода, выполненным в виде лазерного источника бигармонической накачки и системы определения интенсивности антистоксовой компоненты рассеяния света [4] позволяет проводить измерения содержания водорода в пробе диэлектрической жидкости объемом 30 мл за промежуток времени 10-15 мин. При этом чувствительность устройства может достигать до 0.1 мкл/л. В течение последующих 20 минут определяется содержание влаги в той же пробе, при этом чувствительность составляет 0.1 мг/т. The proposed device, together with a device for selective registration of molecular hydrogen, made in the form of a biharmonic pump laser source and a system for determining the intensity of the anti-Stokes component of light scattering [4] allows measuring the hydrogen content in a sample of a dielectric liquid with a volume of 30 ml over a period of 10-15 minutes. In this case, the sensitivity of the device can reach up to 0.1 μl / L. Over the next 20 minutes, the moisture content in the same sample is determined, with a sensitivity of 0.1 mg / t.
Источники информации
1. Авт. св. N 1173302, G 01 N 29/02 "Устройство для измерения концентрации растворенного в жидкости газа", БИ N30 за 1985 г.Sources of information
1. Auth. St. N 1173302, G 01 N 29/02 "Device for measuring the concentration of gas dissolved in a liquid", BI N30 for 1985
2. Масла нефтяные. Метод определения растворенной воды. ГОСТ 7822-75. 2. Petroleum oils. Method for the determination of dissolved water. GOST 7822-75.
3. "Применение кварцевых пьезорезонаторов для определения влагосодержания жидких диэлектриков". Г.А. Митрофанов, С.В. Венедиктов, М.Ю. Стрельников. Заводская лаборатория N 1 за 1997 г, с. 29. 3. "The use of quartz piezoresonators to determine the moisture content of liquid dielectrics." G.A. Mitrofanov, S.V. Venediktov, M.Yu. Strelnikov. Factory laboratory N 1 for 1997, with. 29.
4. Патент РФ 2027165, G 01 N 21/61 "Устройство для определения водорода в металлах", БИ N2 за 1995 г. 4. RF patent 2027165, G 01 N 21/61 "Device for the determination of hydrogen in metals", BI N2 for 1995
Claims (6)
H + R + L,
где R-радиус сферической поверхности ультразвукового излучателя;
L - расстояние от поверхности жидкости до конического экрана,
0 < L < (1/2g)[4Nf2D2/πρν2R2]2/3;
g-ускорение свободного падения;
N-ультразвуковая мощность, поглощаемая жидкостью;
f-частота акустических колебаний ультразвукового излучателя;
D-диаметр ультразвукового излучателя;
ρ -плотность жидкости;
ν -скорость ультразвука в жидкости.6. The device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the height of the lower part of the liquid tank is determined by the formula
H + R + L,
where R is the radius of the spherical surface of the ultrasonic emitter;
L is the distance from the surface of the liquid to the conical screen,
0 <L <(1 / 2g) [4Nf 2 D 2 / πρν 2 R 2 ] 2/3 ;
g-acceleration of gravity;
N-ultrasonic power absorbed by the liquid;
f-frequency of acoustic vibrations of the ultrasonic emitter;
D-diameter of the ultrasonic emitter;
ρ is the density of the liquid;
ν is the ultrasound velocity in the liquid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120612A RU2137119C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120612A RU2137119C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2137119C1 true RU2137119C1 (en) | 1999-09-10 |
Family
ID=20199947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97120612A RU2137119C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2137119C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2746747A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-25 | ABB Research Ltd. | Sensor assembly and method for determining the hydrogen and moisture content of transformer oil |
-
1997
- 1997-11-24 RU RU97120612A patent/RU2137119C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Г.А.Митрофанов, С.В.Венедиктов, М.Ю.Стрельников. Применение кварцевых пьезорезонаторов для определения влагосoдержания жидких диэлектриков. - Заводская лаборатория №1 за 1997 г., с.29. 2. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2746747A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-25 | ABB Research Ltd. | Sensor assembly and method for determining the hydrogen and moisture content of transformer oil |
| US9234834B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-01-12 | Abb Research Ltd | Sensor assembly and method for determining the hydrogen and moisture content of transformer oil |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2049884B1 (en) | Device for quantifying the relative contents of two isotopes of at least one specific gaseous constituent contained in a gaseous sample from a fluid, related assembly and process | |
| JP3935317B2 (en) | Flow-through shear analyzer for biologically active molecules in a liquid layer on a surface | |
| US20110000321A1 (en) | Measurement instrument for density determination | |
| US4179937A (en) | Sound measuring device | |
| RU2137119C1 (en) | Device detecting hydrogen and moisture dissolved in dielectric liquids | |
| FR2522153A1 (en) | ULTRASONIC MEASUREMENT METHOD FOR THE VOLUME OF GAS PRESENT IN AN ENCLOSURE COMPRISING A LIQUID-GAS MIXTURE AT THE TOTAL VOLUME OF THE ENCLOSURE | |
| US3851333A (en) | Spray injection for testing an ultrasonic liquid level detector | |
| JP2811225B2 (en) | Solution swelling measurement system for polymer | |
| JP3408709B2 (en) | Dilution tank and dilution device using the same | |
| JP4120459B2 (en) | Gas concentration measuring device | |
| JPH11281570A (en) | Sensor device | |
| RU82335U1 (en) | UNIVERSAL DEVICE FOR TESTING GAS-ANALYTICAL INSTRUMENTS AT THE PLACES OF THEIR INSTALLATION IN THE WORKING AREA OF OBJECTS FOR CARE | |
| RU2172481C2 (en) | Device for check-up of leak-proofness of vessels operating in vacuum at low temperatures | |
| JPH11153462A (en) | Liquid outflow detection mechanism and flow analyzer using the same | |
| JP3086674B2 (en) | Organic substance detection device that enables finger calibration and organic substance monitoring system using the same | |
| RU2758415C1 (en) | Method for entering sample of liquefied hydrocarbon gases into chromatograph | |
| RU2499247C1 (en) | Device to determine quantity of gases in liquid | |
| RU2749256C1 (en) | Mobile standard of the 2nd discharge for verification of well measurement units | |
| SU1104388A1 (en) | Device for graduating volume steam content pickups | |
| Jin et al. | Bubble counter based on photoelectric technique for leakage detection of cryogenic valves | |
| CN106110770B (en) | A kind of integral type gas-liquid separator | |
| JP3775793B2 (en) | Sludge degree measuring method and apparatus | |
| US20050160799A1 (en) | Analytical method and apparatus for analysis for surfactants in hydrocarbon distillate fuels | |
| JPH06167469A (en) | Measuring method for alcohol concentration | |
| KR930017621A (en) | Measuring vessel |