RU2526586C2 - Controlled medium pressure measurement - Google Patents

Controlled medium pressure measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2526586C2
RU2526586C2 RU2012145320/28A RU2012145320A RU2526586C2 RU 2526586 C2 RU2526586 C2 RU 2526586C2 RU 2012145320/28 A RU2012145320/28 A RU 2012145320/28A RU 2012145320 A RU2012145320 A RU 2012145320A RU 2526586 C2 RU2526586 C2 RU 2526586C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
medium
measured
signal
sound
Prior art date
Application number
RU2012145320/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012145320A (en
Inventor
Антон Александрович Синицын
Александр Павлович Синицын
Original Assignee
Антон Александрович Синицын
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Александрович Синицын filed Critical Антон Александрович Синицын
Priority to RU2012145320/28A priority Critical patent/RU2526586C2/en
Publication of RU2012145320A publication Critical patent/RU2012145320A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2526586C2 publication Critical patent/RU2526586C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to active nondestructive control and can be used for controlled medium pressure measurement. Proposed method comprises pressure oscillation signal measurement by transducer, conversion of signals via ADC and registration of received digital signals. Note here that signal is transmitted to ADC to generate digital signal in dimensionless units while conversion in pressure dimension is executed by two U-like pressure gages tuned to measure maximum pressure by one arm and minimum pressure by another arm. In case maximum pressure is measured check valve transmits fluid level difference towards atmosphere and suppress towards measured medium. In case minimum pressure is measured, it transmits towards measured fluid and suppresses towards atmosphere. Software of computer converts sound change digital signal into pressure in dimensionless units and dimensionless units in dimension of pressure or velocity.
EFFECT: accurate and comprehensive measurement.
2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и активному неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения давления контролируемой среды. Разработанный способ может быть использован для обнаружения дефектов в работе энергетических устройств, работающих на основе вибрационного (пульсирующего, детонационного) сгорания топлива, применяемых в энергетике и транспорте.The invention relates to measuring technique and active non-destructive testing and can be used to measure the pressure of a controlled environment. The developed method can be used to detect defects in the operation of energy devices operating on the basis of vibrational (pulsating, detonation) combustion of fuel used in energy and transport.

Способ включает измерение характера вибрационной составляющей изменения давления во времени для энергетического устройства, позволяет отработать старт-стопный режим, режим пуска, длительной работы и останова энергетического устройства, переходные режимы при изменении основных (частота резонанса, расход и состав топлива и воздуха) и дополнительных (давление топлива, температура рабочей среды) параметров работы энергетического устройства, дает возможность регистрировать и обрабатывать результаты измерений, сравнивать частотные характеристики в различных точках рабочего пространства устройств, оценивать наличие дефектов в их работе.The method includes measuring the nature of the vibrational component of the pressure change over time for the energy device, allows you to work out the start-stop mode, start-up mode, long-term operation and shutdown of the power device, transient conditions when the main ones change (resonance frequency, fuel and air consumption and composition) and additional ( fuel pressure, temperature of the working medium) of the parameters of the energy device, makes it possible to register and process the measurement results, to compare frequency characteristics teristics at different points of the working device space, to evaluate the presence of defects in their work.

Известен способ измерения давления среды [ГОСТ 2405-88. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия]. Атмосферное давление Pатм воздействует на один конец U-образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления Pизм При Pизм>Pатм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U-образной трубки, образуется столб жидкости, высота которого - измеряемое избыточное давление. Однако данный способ приемлем для определения амплитуды колебания среды; характер изменения давления среды с помощью него определить невозможно.A known method of measuring the pressure of the medium [GOST 2405-88. Manometers, vacuum gauges, manovacuum gauges, head gauges, gravimeters and weight gauges. General specifications]. Atmospheric pressure P atm acts on one end of a U-shaped tube, partially filled with a working fluid. The other end of the tube is connected using various kinds of supply devices to the region of the measured pressure P meas. At P meas > P atm, the liquid located in the part of the supplied measured pressure will be displaced into the part connected to the atmosphere. As a result, between the liquid levels located in different parts of the U-shaped tube, a liquid column is formed whose height is the measured overpressure. However, this method is acceptable for determining the amplitude of the oscillation of the medium; the nature of the change in the pressure of the medium with it is impossible to determine.

Известен способ измерения давления (см. патент РФ 2349886, кл. G01L 9/08), заключающийся в размещении сенсора давления в исследуемую среду, размещении на сенсоре давления датчика температуры, регистрации выходных сигналов сенсора давления и датчика температуры. По этим сигналам определяют давление среды, формируют в исследуемой среде механические колебания с частотой, большей возможной частоты колебаний рабочего давления среды, выделяют из выходного сигнала сенсора переменный сигнал с частотой заданных механических колебаний. По этому сигналу и выходным сигналам сенсора и датчика температуры определяют функции диагностики, по отклонению которой от номинального значения судят о погрешности измерения давления.A known method of measuring pressure (see RF patent 2349886, class G01L 9/08), which consists in placing a pressure sensor in the test medium, placing a temperature sensor on the pressure sensor, recording the output signals of the pressure sensor and temperature sensor. These signals determine the pressure of the medium, form mechanical vibrations in the medium under study with a frequency greater than the possible frequency of oscillations of the working pressure of the medium, and an alternating signal with the frequency of the specified mechanical vibrations is isolated from the output signal of the sensor. Using this signal and the output signals of the sensor and temperature sensor, the diagnostic functions are determined, by the deviation of which from the nominal value, the error of pressure measurement is judged.

Недостатками существующего способа являются сложность калибровки и привязки единиц измерения датчиком к единицам давления, при этом датчик акустически не изолирован от окружающей среды, что приводит к зависимости измерения от любого шума.The disadvantages of the existing method are the complexity of calibration and binding of the measurement units by the sensor to pressure units, while the sensor is not acoustically isolated from the environment, which leads to the dependence of the measurement on any noise.

Наиболее близким способом к заявленному изобретению является способ измерения артериального давления (см. патент РФ 2158107, кл. A61B 5/02, 2000), когда компрессором накачивается воздух в манжету до достижения величины давления заведомо большей, чем максимальное давление у пациента, после чего через клапан декомпрессии начинается снижение давления в манжете, в процессе чего в блок принятия решения поступают сигналы колебаний давления в манжете с датчика давления. На микропроцессор данные сигналы поступают через аналого-цифровой преобразователь. Все эти сигналы, кроме того, регистрируются многоканальным регистратором.The closest method to the claimed invention is a method for measuring blood pressure (see RF patent 2158107, class A61B 5/02, 2000), when the compressor pumps air into the cuff until the pressure reaches a known value greater than the maximum pressure in the patient, and then through the decompression valve begins to reduce the pressure in the cuff, during which the signals of the pressure fluctuations in the cuff from the pressure sensor enter the decision block. The microprocessor receives these signals through an analog-to-digital converter. All these signals, in addition, are recorded by a multi-channel recorder.

Недостатком известной системы является низкая помехоустойчивость измерений, особенно в условиях неравномерного и интенсивного колебания давления среды, то есть именно тогда, когда измерения давления представляют большой практический интерес.A disadvantage of the known system is the low noise immunity of measurements, especially in conditions of uneven and intense fluctuations in the pressure of the medium, that is, precisely when pressure measurements are of great practical interest.

При запуске котла, двигателя внутреннего сгорания или их переходных режимах форма измерения давления во времени искажается, что может приводить к неверному измерению и техническому заключению о работоспособности энергообъекта. Недостатком также является функциональная недостаточность способа, заключающаяся в ограниченном спектре исследуемых объектов.When starting the boiler, internal combustion engine or their transient modes, the pressure measurement form is distorted in time, which can lead to incorrect measurement and technical conclusion about the operability of the power facility. The disadvantage is the functional insufficiency of the method, which consists in a limited range of the studied objects.

Целью изобретения является повышение точности и информативности способов измерений давления, создание возможности измерения и прогнозирования работы системы в нестационарных условиях вибрационного горения, оценка наличия дефектов в работе энергетических устройств.The aim of the invention is to increase the accuracy and information content of pressure measurement methods, creating the possibility of measuring and predicting the operation of the system in non-stationary conditions of vibrational combustion, assessing the presence of defects in the operation of energy devices.

Преимущества предложенного решения по сравнению с аналогами следующие:The advantages of the proposed solution in comparison with analogues are as follows:

1. Возможность измерения параметров рабочего процесса при высоких температурах среды в теплонапряженной зоне энергетического устройства (свыше 700°С).1. The ability to measure process parameters at high ambient temperatures in the heat-stressed zone of the energy device (over 700 ° C).

2. Акустическая изолированность системы преобразования механического сигнала в аналоговый, что повышает точность измерения при самых низких амплитудах давлениях и уменьшает время измерения.2. The acoustic isolation of the conversion system of the mechanical signal into analog, which increases the measurement accuracy at the lowest pressure amplitudes and reduces the measurement time.

3. При испытании энергетического устройства для анализа выводятся не только величины максимального, среднего и минимального давления рабочей среды, но и динамика изменения давления в течение заданного периода времени, что позволяет оценить достоверность измерения при наличии каких-либо погрешностей и, в случаях, когда помехи привели к ошибочному измерению, не учитывать полученные значения; провести перенастройку амплитуды колебаний для полученной кривой изменения давления, не меняя общую картину процесса (в случае настройки амплитуды на требуемую величину); оценить взаимосвязь колебаний в различных точках рабочего тракта энергетического устройства; оценить влияние второстепенных параметров рабочего процесса на давление в камере сгорания устройства (например, влияние конфигурации рабочего пространства).3. When testing an energy device for analysis, not only the values of the maximum, average and minimum pressure of the working medium are displayed, but also the dynamics of the pressure change over a specified period of time, which allows us to evaluate the reliability of the measurement in the presence of any errors and, in cases where interference led to an erroneous measurement, do not take into account the obtained values; to reconfigure the amplitude of the oscillations for the obtained pressure change curve without changing the overall picture of the process (if the amplitude is adjusted to the required value); evaluate the relationship of oscillations at various points in the working path of the energy device; evaluate the influence of secondary parameters of the working process on the pressure in the combustion chamber of the device (for example, the influence of the configuration of the working space).

Поставленная цель достигается тем, что давление среды в по крайней мере одной точке замера по импульсной трубке воспринимается механико-электрическим преобразователем, размещенным в теплозвукоизолированной акустической емкости, в котором механическое колебание преобразуется в электрический сигнал электронной схемой, состоящей из источника ЭДС и сопротивления, при этом сигнал передается на устройство аналого-цифрового преобразования, где формируется цифровой сигнал в безразмерных единицах, перевод в размерности давления которого осуществляется с помощью двух U-образных манометров, настроенных так, что один из них измеряет максимальное давление, а второй - минимальное, при этом обратный клапан в случае измерения максимального давления пропускает перепад уровней жидкости в сторону атмосферы и блокирует в сторону измеряемой среды; в случае измерения минимального давления - пропускает в сторону измеряемой жидкости и блокирует в сторону атмосферы; с помощью программных сред вычислительного блока ЭВМ производится преобразование цифрового сигнала изменения звука в давление в безразмерных единицах, а также перевод из безразмерных единиц в размерности давления для измерения и прогнозирования работы энергетической системы в нестационарных условиях вибрационного горения, оценки наличия дефектов в работе энергетических устройств.This goal is achieved by the fact that the pressure of the medium at least one measuring point along the impulse tube is perceived by a mechanical-electric transducer located in a thermally sound-insulated acoustic capacitance, in which mechanical vibration is converted into an electrical signal by an electronic circuit consisting of an emf and a resistance source, while the signal is transmitted to an analog-to-digital conversion device, where a digital signal is generated in dimensionless units, the translation of which exists with the help of two U-shaped pressure gauges configured so that one of them measures the maximum pressure, and the second - the minimum, while the check valve in the case of measuring the maximum pressure passes the difference in liquid levels towards the atmosphere and blocks towards the medium being measured; in the case of measuring the minimum pressure - passes in the direction of the measured liquid and blocks in the direction of the atmosphere; using the software environment of the computer computing unit, the digital signal of sound change to pressure is converted in dimensionless units, as well as the conversion from dimensionless units to pressure dimensions is used to measure and predict the operation of the energy system under unsteady conditions of vibration combustion, to assess the presence of defects in the operation of energy devices.

Для наглядности на фиг.1 приведена схема измерения давления, на фиг.2 показаны результаты исследования с помощью предлагаемого способа и сопоставление с известным способом измерения давления.For clarity, figure 1 shows a diagram of a pressure measurement, figure 2 shows the results of the study using the proposed method and comparison with a known method of measuring pressure.

На фиг.1 схематично показано измерительное устройство, состоящее из теплозвукоизолированного корпуса 1, в котором размещена акустическая емкость 2, импульсная трубка 3, одним концом связанная с акустической емкостью, и теплозвукоизоляция 4, заполняющая свободное пространство корпуса 1. В акустической емкости 2 размещен механико-электрический преобразователь, в частности угольный микрофон 5, включенный в электрическую схему, состоящую из источника ЭДС 6 и сопротивления 7. Выход сигнала соединен устройством аналого-цифрового преобразования и регистрации 8.Figure 1 schematically shows a measuring device consisting of a heat and sound insulated housing 1, in which an acoustic container 2 is placed, a pulse tube 3 connected at one end to an acoustic capacity, and thermal and sound insulation 4 filling the free space of the housing 1. A mechanical container is placed in the acoustic container 2 an electric converter, in particular a carbon microphone 5, included in an electric circuit consisting of an emf source 6 and a resistance 7. The signal output is connected by an analog-to-digital conversion device and registration 8.

Схема измерения характера колебания давления состоит из присоединенной импульсной трубки 3 к объекту измерения 9, контактной трубки 10, установленной в гильзу 11 и зафиксированной в ней с помощью теплозвукоизоляционного материала 12.The scheme for measuring the nature of pressure fluctuations consists of an attached pulse tube 3 to the measurement object 9, a contact tube 10 installed in the sleeve 11 and fixed in it using heat and sound insulating material 12.

Схема измерения амплитуды колебаний состоит из двух U-образных манометров 13 для измерения давления среды, соединенных импульсной трубкой 3 с обратным клапаном 14, установленных так, что для измерения минимального давления Pmin он размещен в направлении манометра 13, а для измерения максимального давления Рmax размещен в обратном направлении. Здесь Pизм - измеряемое давление среды, P - атмосферное давление.The oscillation amplitude measuring circuit consists of two U-shaped pressure gauges 13 for measuring the pressure of the medium, connected by a pulse tube 3 with a non-return valve 14, installed so that to measure the minimum pressure P min it is placed in the direction of the pressure gauge 13, and to measure the maximum pressure P max placed in the opposite direction. Here P meas - the measured pressure of the medium, P at - atmospheric pressure.

Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом. В зависимости от задачи испытаний выбирается, по крайней мере, одна точка измерений, в которой будет измеряться давление среды. В объекте измерения 9 предварительно устраивается гильза 11, в которой фиксируется контактная трубка 10. Во избежание тепловых и шумовых воздействий на систему измерения применяется теплозвукоизоляционный материал 12. Контактная трубка 10 одной стороной соединяется с импульсной трубкой 3, а другой - размещается в объекте измерения 9 таким образом, чтобы взаимодействовать со средой. Производится тарирование системы измерения амплитуды колебания давления с помощью стандартных методов и контрольно-измерительных приборов (условно не показаны).A device for implementing the proposed method works as follows. Depending on the test task, at least one measurement point is selected at which the pressure of the medium will be measured. In the measurement object 9, a sleeve 11 is preliminarily arranged, in which the contact tube 10 is fixed. In order to avoid thermal and noise impacts on the measurement system, heat and sound insulating material 12. The contact tube 10 is connected on one side to the pulse tube 3 and the other is placed in the measurement object 9 so way to interact with the environment. Calibration of a system for measuring the amplitude of pressure fluctuations is performed using standard methods and instrumentation (not shown conditionally).

При работе объекта измерения 9 давление среды по импульсной трубке 3 воспринимается механико-электрическим преобразователем 5, при этом сторонние шумы окружающей среды гасятся за счет теплозвукоизоляции 4. В преобразователе 5 полученный звуковой сигнал преобразуется электрической схемой, состоящей из источника ЭДС 6 и сопротивления 7 в аналоговый сигнал, передаваемый на устройство аналого-цифрового преобразования 8, в частности звуковую карту ПК, где формируется цифровой сигнал, представляющий собой, в частности, периодический процесс изменения звука в безразмерных единицах во времени.When the measurement object 9 is operating, the pressure of the medium through the impulse tube 3 is perceived by the mechanical-electric converter 5, while external environmental noise is suppressed by thermal and sound insulation 4. In the converter 5, the received sound signal is converted by an electric circuit consisting of an EMF source 6 and resistance 7 to an analog one a signal transmitted to an analog-to-digital conversion device 8, in particular a PC sound card, where a digital signal is generated, which is, in particular, a periodic process from changes in sound in dimensionless units over time.

Измерение амплитуды колебаний давления с помощью двух U-образных манометров 13, настроенных так, что один из них настроен на измерение максимального давления, а второй - на измерение минимального. По импульсной трубке 3 давление среды передается рабочей жидкости манометра 13, на которую со стороны открытой его части воздействует атмосферное давление, заставляя уровень жидкости изменяться в зависимости от того, какое давление выше - измеряемое или атмосферное. Клапан 14 в случае измерения максимального давления пропускает перепад уровней жидкости в сторону атмосферы и блокирует в сторону измеряемой среды; в случае измерения минимального давления - наоборот: пропускает в сторону измеряемой жидкости и блокирует в сторону атмосферы.The measurement of the amplitude of the pressure fluctuations using two U-shaped pressure gauges 13, configured so that one of them is configured to measure the maximum pressure, and the second to measure the minimum. The pressure of the medium is transmitted through the impulse tube 3 to the working fluid of the pressure gauge 13, which is exposed to atmospheric pressure from the side of its open part, causing the fluid level to change depending on whether the pressure is higher, measured or atmospheric. Valve 14 in the case of measuring the maximum pressure passes the differential level of the liquid in the direction of the atmosphere and blocks in the direction of the medium being measured; in the case of measuring the minimum pressure - vice versa: it passes towards the measured liquid and blocks towards the atmosphere.

С помощью программных сред вычислительного блока ЭВМ (условно не показан) производится преобразование цифрового сигнала изменения звука в давление в безразмерных единицах, а также перевод из безразмерных единиц в размерности давления.Using software environments of a computer computing unit (not shown conditionally), the digital signal of the sound change into pressure is converted in dimensionless units, as well as the conversion from dimensionless units to pressure dimensions.

Путем обработки данных устройства аналого-цифрового преобразования 8 и манометров 13 на ЭВМ можно получить частотно-импульсный характер распространения термоакустических колебаний в координатах Р-τ.By processing the data of the analog-to-digital conversion device 8 and the pressure gauges 13 on a computer, it is possible to obtain the frequency-pulse nature of the propagation of thermoacoustic oscillations in P-τ coordinates.

Например, известна формула [Кнорре, Г.Ф. Теория топочных процессов / Г.Ф.Кнорре, К.М.Арефьев, А.Г.Блох. - М.: Энергия, 1966. - 491 с.: ил.] для передаточной функции, представляющей собой соотношения колебаний давления P на входе и выходе из канала как по его длине по координате х, так и во времени по координате τ. Это комплексная функция, которая зависит от фазовой скорости ω распространения волн давления и коэффициента затухания k.For example, the known formula [Knorre, G.F. Theory of furnace processes / G.F.Knorre, K.M. Arefiev, A.G. Bloch. - M .: Energia, 1966. - 491 pp., Ill.] For the transfer function, which is the ratio of pressure fluctuations P at the inlet and outlet of the channel both along its length along the x coordinate and in time along the τ coordinate. This is a complex function that depends on the phase velocity ω of the propagation of pressure waves and the damping coefficient k.

p ( x , τ ) = c z ρ Δ P υ cos ( ω τ + π 2 ) e ω k x . ( 1 )

Figure 00000001
p ( x , τ ) = - c z ρ Δ P υ cos ( ω τ + π 2 ) e ω k x . ( one )
Figure 00000001

Здесь для характеристики волнового периодического процесса введена общая тригонометрическая гармоническая функция, где ΔPυ - изменения давления в процессе термоакустических колебаний среды. Для определения величины изменения давления в процессе термоакустических колебаний среды (в результате вибрационного горения) можно использовать рад следующих уравнений (2)-(5), где cz - скорость звука в рассматриваемой среде, ρ - плотность среды.Here, to characterize the wave periodic process, a general trigonometric harmonic function is introduced, where ΔP υ is the pressure change during thermoacoustic oscillations of the medium. To determine the magnitude of the pressure change during thermoacoustic vibrations of the medium (as a result of vibrational combustion), one can use the rad of the following equations (2) - (5), where c z is the speed of sound in the medium under consideration, ρ is the density of the medium.

Скорость звука в исследуемой среде (в м/с) определяется по уравнению (2):The speed of sound in the test medium (in m / s) is determined by equation (2):

c z = γ R T g M , ( 2 )

Figure 00000002
c z = γ R T g M , ( 2 )
Figure 00000002

где γ - показатель адиабаты среды;where γ is the adiabatic index of the medium;

R - универсальная газовая постоянная;R is the universal gas constant;

Tg - температура среды;T g is the temperature of the medium;

M - молярная масса среды.M is the molar mass of the medium.

Повышение давления от звуковой волны (в Па) может быть определено на основании уравнения (3):The increase in pressure from the sound wave (in Pa) can be determined based on equation (3):

Δ P z = 9800 ( ρ c z τ g ) , ( 3 )

Figure 00000003
Δ P z = 9800 ( ρ c z τ g ) , ( 3 )
Figure 00000003

где τg - время цикла.where τ g is the cycle time.

Скорость движения среды в звуковой волне (в м/с) определяется следующим образом:The velocity of the medium in the sound wave (in m / s) is determined as follows:

υ = Δ P z ρ c z . ( 4 )

Figure 00000004
υ = Δ P z ρ c z . ( four )
Figure 00000004

Повышение давления среды (в Па) может быть рассчитано по уравнению (5):The increase in medium pressure (in Pa) can be calculated by equation (5):

Δ P υ = 9800 ( ρ υ τ g ) , ( 5 )

Figure 00000005
Δ P υ = 9800 ( ρ υ τ g ) , ( 5 )
Figure 00000005

Скорость движения среды (в м/с) может быть определена из соотношения (6):The velocity of the medium (in m / s) can be determined from the relation (6):

υ ( x , τ ) = υ sin ( ω τ ) e ω k x . ( 6 )

Figure 00000006
υ ( x , τ ) = υ sin ( ω τ ) e ω k x . ( 6 )
Figure 00000006

Пример реализации предлагаемого способа приведен для исследования частотно-импульсного характера распространения термоакустических колебаний в действующем котле пульсирующего горения типа ПВ на основе резонатора Гельмгольца при следующих условиях:An example of the implementation of the proposed method is given for studying the frequency-pulse nature of the propagation of thermoacoustic oscillations in an operating pulsed combustion boiler of the PV type based on the Helmholtz resonator under the following conditions:

1. Давление в газовом патрубке - 102 кПа;1. The pressure in the gas pipe is 102 kPa;

2. Давление в воздушном патрубке - 100 кПа (атмосферное давление);2. Pressure in the air pipe - 100 kPa (atmospheric pressure);

3. Расход топлива - 3 6 м3/ч;3. Fuel consumption - 3 6 m 3 / h;

4. Температура воды на входе в котел - 44°С;4. The water temperature at the inlet to the boiler is 44 ° C;

5. Температура воды на выходе из котла - 50°С;5. The temperature of the water leaving the boiler is 50 ° C;

6. Коэффициент избытка воздуха - 1,25;6. The coefficient of excess air - 1.25;

7. Частота резонансная - 33 Гц;7. The resonant frequency is 33 Hz;

8. Показатель адиабаты дымового газа γ - 1,4.8. The flue gas adiabat index γ is 1.4.

Исследования проводились в три этапа.Research was carried out in three stages.

1. Получение аналогового сигнала с его преобразованием в цифровой с помощью звукового редактора ЭВМ.1. Obtaining an analog signal with its conversion to digital using a sound computer editor.

2. Математическая обработка звукового сигнала в периодический процесс.2. Mathematical processing of an audio signal in a batch process.

3. Определение значений амплитуд колебаний.3. Determination of the amplitudes of the oscillations.

На первом этапе с помощью встроенной в Windows программы «ЗВУКОЗАПИСЬ» получен звуковой сигнал с преобразователя сигнала 5 - угольного микрофона и записан в виде файла с расширением *.wav. Подготовка к математической обработке звукового файла произведена с помощью звуковой программы Sound Forge 4.5. Математическая обработка звукового файла производилась с помощью программы MathCAD 11 Enterprise Edition и дополнительного пакета Signal Processing, предназначенного для обработки звуковых сигналов. Было произведено считывание сигнала из звукового файла, получение полной информации о нем и построение исходного графика сигнала. Далее для перехода из размерностей напряжения в размерности давления проведено тарирование сигнала с помощью U-образного манометра.At the first stage, using the SOUND RECORDING program built into Windows, an audio signal was received from the signal converter of the 5-sided microphone and recorded as a file with the * .wav extension. Preparation for mathematical processing of the sound file was made using the sound program Sound Forge 4.5. Mathematical processing of the sound file was performed using the MathCAD 11 Enterprise Edition program and the additional Signal Processing package, designed to process audio signals. The signal was read from the sound file, obtaining complete information about it, and plotting the original signal graph. Further, to switch from voltage dimensions to pressure dimensions, the signal was calibrated using a U-shaped pressure gauge.

Для сравнения данные по амплитуде давления соотнесены с результатами аналогичных экспериментов корейских исследователей [Keel, S.I.A Study of the Operating Characteristics of a Helmholtz-type Pulsating Combustor / S.I.Keel, Hyun Dong Shin // Institute of Energy. V. 64, 99. -1991] для камеры Гельмгольца с аэродинамическим клапаном - PCS (Pulsating Combustion System). Результаты двух экспериментов сведены в таблицу.For comparison, the data on the pressure amplitude are correlated with the results of similar experiments by Korean researchers [Keel, S.I. A Study of the Operating Characteristics of a Helmholtz-type Pulsating Combustor / S.I. Keel, Hyun Dong Shin // Institute of Energy. V. 64, 99. -1991] for the Helmholtz chamber with an aerodynamic valve - PCS (Pulsating Combustion System). The results of two experiments are tabulated.

ТаблицаTable ВеличинаValue PCSPCS ПВ-400PV-400 Максимальная амплитуда, кПаMaximum amplitude, kPa 113,8113.8 111,1111.1 Минимальная амплитуда, кПаMinimum amplitude, kPa 93.193.1 91,591.5

На фиг.2 представлены результаты исследований частотных характеристик по способу [Keel, S.I. A Study of the Operating Characteristics of a Helmholtz-type Pulsating Combustor / S.I.Keel, Hyun Dong Shin // Institute of Energy. V. 64, 99. - 1991] и предлагаемому способу. Здесь поз.A.I и А.2 - фрагменты колебаний давления в котле PCS и ПВ-400 соответственно, Б.1 и Б.2 - один цикл процесса вибрационного горения котла PCS и ПВ-400 соответственно. Ввиду того, что исследования проводились на двух котлах одинакового принципа действия разными способами измерения давления, видно, что данные, полученные первым способом, несут большие шумовые помехи, что отражается при обработке каждого цикла периодического процесса колебания давления. Эти помехи влияют как на величины амплитуд колебания давления, так и на характер изменения давления во времени, а ошибка измерения повлияет на результат испытания котла и последующие мероприятия по повышению его эффективности.Figure 2 presents the results of studies of frequency characteristics by the method [Keel, S.I. A Study of the Operating Characteristics of a Helmholtz-type Pulsating Combustor / S.I. Keel, Hyun Dong Shin // Institute of Energy. V. 64, 99. - 1991] and the proposed method. Here, poses A.I and A.2 are fragments of pressure fluctuations in the PCS and PV-400 boiler, respectively, B.1 and B.2 are one cycle of the vibrational combustion process of the PCS and PV-400 boiler, respectively. Due to the fact that the studies were carried out on two boilers of the same principle of operation by different methods of measuring pressure, it is clear that the data obtained by the first method carry large noise interference, which is reflected in the processing of each cycle of the periodic process of pressure fluctuation. These interferences affect both the magnitudes of the pressure fluctuation amplitudes and the nature of the pressure change over time, and the measurement error will affect the test result of the boiler and subsequent measures to increase its efficiency.

На основании результатов экспериментального исследования с применением указанного способа процесс изменения давления в тракте котла пульсирующего горения стало возможным представить в виде диаграммы с описанием происходящих при этом процессов (фиг.2). Здесь: А-В - увеличение давления в процессе сгорания топливно-воздушной смеси; В-А' - процесс охлаждения дымовых газов; C-F - процесс поступления природного газа через газопульсирующий клапан; D-E - процесс поступления воздуха через воздушно-пульсирующий клапан; А-А' - время 1 цикла (определяется акустическими свойствами резонатора).Based on the results of an experimental study using this method, the process of changing the pressure in the path of the pulsating combustion boiler has become possible to present in the form of a diagram with a description of the processes occurring in this case (Fig. 2). Here: AB — pressure increase in the process of combustion of a fuel-air mixture; VA - the process of cooling flue gases; C-F - the process of natural gas intake through a gas pulsating valve; D-E - the process of air intake through an air-pulsating valve; AA - time 1 cycle (determined by the acoustic properties of the resonator).

Claims (2)

1. Способ измерения давления контролируемой среды, включающий измерение сигналов колебаний давления в объекте исследования посредством датчика, преобразование сигналов через аналого-цифровой преобразователь и регистрацию получаемых цифровых сигналов, отличающийся тем, что давление среды по крайней мере в одной точке замера по импульсной трубке воспринимается механико-электрическим преобразователем, размещенным в теплозвукоизолированной акустической емкости, в котором механическое колебание преобразуется в электрический сигнал электронной схемой, состоящей из источника ЭДС и сопротивления, при этом сигнал передается на устройство аналого-цифрового преобразования, где формируется цифровой сигнал в безразмерных единицах, перевод в размерности давления которого осуществляется с помощью двух U-образных манометров, настроенных так, что один из них измеряет максимальное давление, а второй - минимальное, при этом обратный клапан в случае измерения максимального давления пропускает перепад уровней жидкости в сторону атмосферы и блокирует в сторону измеряемой среды; в случае измерения минимального давления - пропускает в сторону измеряемой жидкости и блокирует в сторону атмосферы; с помощью программных сред вычислительного блока ЭВМ производится преобразование цифрового сигнала изменения звука в давление в безразмерных единицах, а также перевод из безразмерных единиц в размерности давления на основе правила:
Figure 00000007
,
τ - время цикла;
c - скорость звука;
ρ - плотность среды;
P - давление;
ω - фазовая скорость;
k - коэффициент затухания.
1. A method of measuring the pressure of a controlled medium, including measuring signals of pressure fluctuations in the object of study by means of a sensor, converting signals through an analog-to-digital converter and registering the received digital signals, characterized in that the pressure of the medium at least at one point of measurement through the impulse tube is perceived mechanically -electric transducer located in a heat and sound insulated acoustic container in which mechanical vibration is converted into an electrical signal an electronic circuit consisting of a source of EMF and resistance, the signal is transmitted to an analog-to-digital conversion device, where a digital signal is generated in dimensionless units, whose pressure dimension is converted using two U-shaped pressure gauges configured so that one of them measures the maximum pressure, and the second - the minimum, while the check valve in the case of measuring the maximum pressure passes the differential level of the liquid toward the atmosphere and blocks towards the medium being measured; in the case of measuring the minimum pressure - passes in the direction of the measured liquid and blocks in the direction of the atmosphere; using the software environments of the computing unit of the computer, the digital signal of the sound change into pressure is converted in dimensionless units, as well as the conversion from dimensionless units to pressure dimensions is based on the rule:
Figure 00000007
,
τ is the cycle time;
c is the speed of sound;
ρ is the density of the medium;
P is the pressure;
ω is the phase velocity;
k is the attenuation coefficient.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычислительный блок выполнен с возможностью определения скорости движения среды на основе правила:
υ(x,τ)=υ sin(ωτ)eωkx,
υ - скорость движения в звуковой волне.
2. The method according to claim 1, characterized in that the computing unit is configured to determine the speed of the medium based on the rule:
υ (x, τ) = υ sin (ωτ) e ωkx ,
υ is the speed of movement in the sound wave.
RU2012145320/28A 2012-10-24 2012-10-24 Controlled medium pressure measurement RU2526586C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145320/28A RU2526586C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Controlled medium pressure measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145320/28A RU2526586C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Controlled medium pressure measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012145320A RU2012145320A (en) 2014-04-27
RU2526586C2 true RU2526586C2 (en) 2014-08-27

Family

ID=50515365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012145320/28A RU2526586C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Controlled medium pressure measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2526586C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029265C1 (en) * 1991-05-30 1995-02-20 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of measuring physical parameters of medium condition
RU2158107C2 (en) * 1995-09-13 2000-10-27 Научно-исследовательский институт кардиологии Минздравмедпрома РФ Monitor device for measuring arterial blood pressure
RU2304762C1 (en) * 2006-03-30 2007-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Method and device for measuring pressure
RU2349886C1 (en) * 2007-11-12 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Pressure measurement method and device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029265C1 (en) * 1991-05-30 1995-02-20 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of measuring physical parameters of medium condition
RU2158107C2 (en) * 1995-09-13 2000-10-27 Научно-исследовательский институт кардиологии Минздравмедпрома РФ Monitor device for measuring arterial blood pressure
RU2304762C1 (en) * 2006-03-30 2007-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Method and device for measuring pressure
RU2349886C1 (en) * 2007-11-12 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Pressure measurement method and device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012145320A (en) 2014-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. High precision, fast ultrasonic thermometer based on measurement of the speed of sound in air
JP2006504038A (en) Method and apparatus for measuring the injection rate of a fluid injection valve
KR101466503B1 (en) Apparatus for detecting combustor instability and method thereof
CN114001804B (en) Calibration method and system of ultrasonic metering device based on time difference method
EP3853575A1 (en) Signal processing
JP3725515B2 (en) Nondestructive inspection equipment
RU2526586C2 (en) Controlled medium pressure measurement
CN108548631A (en) One kind can excited gas pressure vessel pressure measurement method
US6886412B2 (en) Ultrasonic-wave propagation-time measuring method and gas concentration sensor
JP6764271B2 (en) Axial force measuring device, axial force measuring method, ultrasonic inspection device, ultrasonic inspection method and vertical probe fixing jig used for this
CN112051328A (en) Method for measuring gas acoustic relaxation absorption coefficient
KR101006971B1 (en) Apparatus for estimating strength development of curing concrete by using guided wave and the method thereof
RU2654554C1 (en) Method for determining the combustion rate of the charge of the solid-propellant rocket engine
CN109579976A (en) A kind of piezoelectric acceleration transducer sensitivity coefficient method of calibration
Sinitsyn et al. Practical applicability of the method for measuring pressure of controlled medium on the example of a pulsating combustion boiler
RU56637U1 (en) ACOUSTIC GAS ANALYZER
RU138802U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE OCTAN NUMBER OF AUTOMOBILE GASOLINES
Gushchina et al. Development of the experimental equipment for measuring the velocity of ultrasonic waves with high accuracy
JP2015021949A (en) Sound velocity measuring instrument, gas turbine facility, and sound velocity measurement method
Sinitsyn Method for the Controlled Environment Pressure Measuring
RU25933U1 (en) ACOUSTIC LINEAR MOVEMENT SENSOR
US11499939B2 (en) Ultrasonic wave transmitter, propagation time measurement device, gas concentration measurement device, propagation time measurement program, and propagation time measurement method
RU2466368C1 (en) Method of determining dynamic characteristics of tensometric pressure transducer (versions)
Ripple et al. Room temperature acoustic transducers for high-temperature thermometry
JP2009139188A (en) Ultrasonic apparatus for measuring surface roughness and method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141025