SU1262355A1 - Устройство дл измерени концентрации газовой фазы в двухфазных средах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  материалов и изделий и может быть использовано дл  контрол  концентрации газовой фазы в двухфазных средах, преимущественно транспортируемых по трубопроводам. Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет учета вли ни  температуры двухфазной среды на измер емый параметр. Генератор синхроимпульсов формирует одиночные видеоимпульсы, под воздействием которых генераторы пр моугольных импульсов вырабатывают видеоимпульсы различной длительности, возбуждающие в пьезоэлектрическом датчике поочередно преимущественно то радиальные, то продольные колебани . На электродах пьезоэлектрического датчика возникают электрические колебани , которые полосовыми усилител ми-формировател ми усиливаютс  и преобразуютс  в пр моугольные импульсы. Прощедшие через схему ИЛИ сформированные пр моугольные колебани  дифференцируютс  дифференцирующей цепочкой и подаютс  на первый вход схемы аптисовпадений, управл емой формирователем блокирующих 1 мпульсов. Прощедшие через схему антисовпадений импульсы используютс  дл  измерени  периодов радиальнь х и продольных колебаний пьезоэлектрического датчика. Импульс, соответствующий п периодам свободных колебаний , формируетс  счетчиком, емкость которого выбираетс  такой, что при поступлении на его вход п-|-1 импульса счетчик выдает импульс на второй вход из мерител  временных интервалов, который поочередно 1-,змер ет временные интервалы h II i, соответствующие п периодам свободных радиальных и продольных колебаний . Усредненное значение периода продольных («высотных) Тв колебаний и радиальных Тр ко.чебаний получают путем делени  измеренных временных мнтервалон Ю ti и iz на число измеренных периодов. В процессе измерени  по измеренному пеО5 риоду и тарировочной кривой Тв(ТС) опЬО 00 Oi редел ют температуру пьезоэлектрического датчика, по этой температуре и rjiPiipoвочной кривой (T°C) определ ю температурный уход периода радиальных колебаний относительно заданной температуры. 2 ил.

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля концентрации газовой фазы в двухфазных средах, преимущественно транспортируемых по трубопроводам.

Цель изобретения — повышение точности измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах за счет учета влияния температуры двухфазной среды.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах (фиг. 1) содержит первый генератор 1 прямоугольных импульсов, пьезоэлектрический датчик 2, первый усилитель-формирователь 3, последовательно соединенные дифференцирующую цепь 4, схему 5 антисовпадений, счетчик 6 и измеритель 7 временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом схемы 5 антисовпадений, формирователь 8 блокирующего импульса, подключенный выходом к второму входу схемы 5 антисовпадений, генератор 9 синхроимпульсов, выход которого подключен к второму входу счетчика 6, последовательно соединенные второй генератор 10 прямоугольных импульсов и компаратор 11, к второму входу которого подключен выход первого генератора 1 прямоугольных импульсов, последовательно соединенные второй усилитель-формирователь 12 и схему ИЛИ 13, выходом подключенную к входу дифференцирующей цепи 4. Входы усилителей-формирователей 3 и 12 объединены и подключены к выходу пьезоэлектрического датчика 2. Выход генератора 9 синхроимпульсов подключен к управляющим входам первого и второго генераторов 1 и 10 прямоугольных импульсов, формирователя 8 блокирующих импульсов и коммутатора 11. Позицией 14 обозначен согласующий элемент — резистор.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 9 синхроимпульсов формирует одиночные видеоимпульсы прямоугольной формы (фиг. 2а), под воздействием которых генераторы 1 и К) прямоугольных импульсов одновременно вырабатывают видеоимпульсы различной длительности. Для возбуждения радиальных колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 используется генератор 1 прямоугольных импульсов, вырабатывающий импульс с длительностью, близкой (равной) к периоду продольных (осевых) колебаний, распространяющихся вдоль образующей цилиндра пьезоэлектрического датчика 2 (фиг. 26). Для возбуждения продольных, или «высотных» колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 используется генератор 10 прямоугольных импульсов, вырабатывающий импульс с длительностью, близкой к периоду радиальных колебаний (фиг. 2в). Прямоугольные импульсы от генераторов 1 и 10 подводятся к коммутатору 11, который под воздействием импульсов от генератора 9 синхроимпульсов обеспечивает поочередное подключение генераторов 1 и 10 прямоугольных импульсов к пьезоэлектрическому датчику 2 (фиг. 2г). Передний фронт каждого импульса возбуждает в пьезоэлектрическом датчике 2 свободные механические колебания на резонансных частотах. При этом задний фронт прямоугольного импульса от генератора 1 прямоугольных импульсов повторно возбуждает в пьезоэлектрическом датчике 2 продольные (осевые) колебания в противофазе с существующими и они взаимно ослабляются. Аналогичным образом ослабляются радиальные колебания при возбуждении пьезоэлектрического датчика 2 импульсов от генератора 10 прямоугольных импульсов. Таким образом, в пьезоэлектрическом датчике 2 поочередно возбуждаются преимущественно то радиальные, то продольные колебания. Благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту в процессе колебаний на электродах пьезоэлектрического датчика 2 возникают электрические колебания (фиг. 23), которые полосовыми усилителями-формирователями 3 и 12 усиливаются и преобразуются в прямоугольные колебания (фиг. 2е). Полосовой усилитель-формирователь 3 настраивается на частоту, равную частоте продольных колебаний пьезоэлектрического датчика 2., Полосовой усилительформирователь 12 настраивается на частоту, близкую к частоте свободных колебаний пьезоэлектрического датчика 2, заполненного жидкой фазой. Прошедшие через схему ИЛИ 13 сформированные прямоугольные колебания дифференцируются дифференцирующей цепочкой 4 (фиг. 2ж) и подаются на первый вход схемы 5 антисовпадений, которая управляется формирователем 8 блокирующих импульсов. Этот формирователь запускается импульсом от генератора 9 синхроимпульсов и вырабатывает прямоугольный видеоимпульс (фиг. 2з), которым схема 5 антисовпадений закрывается на время подачи возбуждающего видеоимпульса и переходных процессов. Прошедшие через схему 5 антисовпадений импульсы используются для измерения периодов радиальных и продольных колебаний пьезоэлектрического датчика 2. Первый продифференцированный импульс, прошедший через схему 5 антисовпадений, запускает измеритель Ί временных интервалов, который поочередно измеряет временные интервалы Б и ta, соответствующие η периодам свободных радиальных и продольных колебаний пьезоэлектрического датчика. Импульс, соответствующий η периодам свободных колебаний, формируется счетчиком 6, емкость (разрядность) которого выбирается таким образом, что при поступлении на его вход (n-j-l)-ro импульса счетчик 6 выдает импульс (фиг. 2, 10), который поступает на второй вход измерителя 7 временных интервалов. Усредненное значение периода продольных («высотных») колебаний Т» и радиальных ₅ Тр колебаний получается путем деления измеренных временных интервалов ti и t₂ на число измеренных периодов. Для определения температурного изменения периода (частоты) колебаний пьезоэлектрического датчика 2 предварительно снимаются тарировочные кривые Tp-f(T°C) и Тв=[(Т°С) в заданном интервале температур. В процессе измерений по измеренному периоду Тп и тарировочной кривой T»=f(T°C) определяется температура пьезоэлектрического датчика 2, ₎₅ а по найденной температуре и тарировочной кривой Tp=f(T°C) определяется температурный уход периода радиальных колебаний относительно какой-то заданной тем пературы.

2G

Так как частота радиальных колебаний зависит как от концентрации газовой фазы в среде, так и от усредненной температуры пьезоэлектрического датчика 2, а частота продольных («высотных») колебаний — только от температуры, и «высотные» и радиальные колебания распространяются в одной и той же пьезокерамике, то влияние температуры пьезоэлектрического датчика 2 на эти резонансные частоты в относительных единицах оказывается одинаковым. Поэтому, контролируя изменения частоты продольных («высотных») колебаний при изменении температуры пьезоэлектрического датчика 2, можно определить и соответствующее изменение частоты радиальных колебаний и тем самым внести температурную поправку в результаты измерений.

Изобретение позволяет повысить точность измерения концентрации газовой фазы в двухфазных средах при изменении температуры двухфазной среды в широких пределах, повысить достоверность результатов и надежность тепловых, гидравлических и других систем, эксплуатационные характеристики которых зависят от газосодержания рабочей жидкости.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано дл  контрол  концентрации газовой фазы в двухфазных средах, преимущественно транспортируемых но трубонроводам. Цель изобретени  - повышение точности измерени  концентрации газовой фазы в двухфазных средах за счет учета вли ни  температуры двухфазной среды. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства . Устройство дл  измерени  концентрации га.човой фазы в двухфазных средах (фиг. 1) содержит первый генератор 1 пр моугольных импульсов, пьезоэлектрический датчик 2, первый усилитель-формирователь 3, последовательно соединенные дифференцирующую цепь 4, схему 5 антисовнадений, счетчик 6 и измеритель 7 временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом схемы 5 антисовнадений, формирователь 8 блокируюц,его импульса, подключенный выходом к второму входу схемы 5 антисовпадений , генератор 9 синхроимпульсов, выход которого подключен к второму входу счетчика 6, последовательно соединенные второй генератор 10 пр моугольных импульсов и компаратор 11, к второму входу которого подключен выход первого генератора 1 пр моугольных liViпульсов, последовательно соединенные вюрой усилитель-формирователь 12 и схему ИЛИ 13, выходом подключенную к входу дифференпирующей цени 4. Входы усилителей-формирователей 3 и 12 объединень 1 и подключеиь: к выходу пьезоэлектрического датчика 2. Выход генератора 9 еинхроимнульсов нодключен к управл ющим входам первого и второго генераторов 1 и 10 пр моугольных импульсов , формировател  8 блокирую1цих импульсов и коммутатора 11. Позицией 14 обозначен согласующий элемент - резистор . Устройство работает следующим образом. Генератор 9 синхроимпульсов фор.мирует одиночные видеоимпульсы пр моуго.гьной формы (фиг. 2а), под воздействием которых генераторы 1 и К) пр моугольных импульсов одновременно вырабатывают видеоимнульсы различной длительности. Дл  возбуждени  радиальных колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 ис 1ользуетс  геператор 1 пр моугольных импульсов, вырабатываюпщй импульс с длительностью, близкой (равной) к периоду продольпых (осевых) колебаний, распростран ющихс  вдоль образующей цилиндра пьезоэлектрического датчика 2 (фиг. 26). Дл  возбуждени  продольньих, или «высотных колебаний в пьезоэлектрическом датчике 2 используетс  генератор 10 пр моугольных импульсов, вырабатывающий импульс с длительностью, близкой к периоду радиальных колебаний 1 5 ( фиг. 2в). Пр моугольные импульсы от генераторов 1 и 10 подвод тс  к ко.ммутатору 11, который под воздействием и.мнульсов от генератора 9 синхроимпульсов обеспечивает поочередное нодключение генераторов 1 и 10 нр .моугольных импульсов к пьезоэлектрическому датчику 2 (фиг. 2г). Передний фронт каждого импульса возбуждает в ньезоэлектрическом датчике 2 свободные механические колебани  на резонансных частотах. При этом задний фронт пр моугольного импульса от генератора 1 пр моугольных импульсов повторно возбуждает в пьезоэлектрическом датчике 2 продольные (осевые) колебани  в противофазе с существующими и они взаимно ослабл ютс . Аналогичным образо.м ослабл ютс  радиальные колебани  при возбуждении пьезоэлектрического датчика 2 импульсов от генератора 10 пр моугольных импульсов. Таким образом, в пьезоэлектрическом датчике 2 поочередно возбуждаютс  преимущественно то радиальные, то продольные колебани . Благодар  пр мому пьезоэлектрическому эффекту в процессе колебаний на электродах пьезоэлектрического датчика 2 возникают электрические колебани  (фиг. 2Э), которые полосовыми усилител ми-фор.мировател ми 3 и 12 усиливаютс  и преобразуютс  в пр моугольные колебани  (фиг. 2е). Полосовой усилитель-формирователь 3 настраиваетс  на частоту, равную частоте продольных колебаний пьезоэлектрического датчика 2. Полосовой усилительформирователь 12 настраиваетс  на частоту, близкую к частоте свободных колебаний пьезоэлектрического датчика 2, заполненного жидкой фазой. Прошедшие через схему ИЛИ 13 сформированные пр моугольные колебани  дифференцируютс  дифференцируюп1ей цепочкой 4 (фиг. 2ж) и подаютс  на первый вход схемы 5 антисовпадений, котора  управл етс  формирователем 8 блокирующих импульсов. Этот формирователь запускаетс  импульсом от генератора 9 синхроимпульсов и вырабатывает пр моугольный видеоимпульс (фиг. 2з), которым схема 5 антисовпадений закрь ваетс  на врем  подачи возбуждающего видеоимпульса и переходных процессов. Прощедщие через схему 5 антисовпадений импульсы используютс  дл  измерени  периодов радиальных к продольных колебаний пьезоэлектрического датчика
2. 2. Первый продифференцированный импульс, проп1едц1ий через схему 5 антисовпадений, запускает измеритель 7 временных интервалов, который поочередно измер ет временные интервалы ti и ta, соответствующие п периодам свободных радиальных и продольных ко.1ебаний пьезоэлектрического датчика. Импульс, соответствующий п периодам свободных колебаний, формируетс  счетчиком 6, емкость (разр дность ) которого выбираетс  таким образом, что при поступлении на его вход (n-j-l)-ro импульса счетчик 6 выдает импульс (фиг. 2, 10), который поступает на второй вход измерител  7 временных интервалов. Усредненное значение периода продольных («высотных) колебаний Tii и радиальных Тр колебаний получаетс  путем делени  измеренных временных интервалов ti и t2 на число измеренных периодов. Дл  определени  температурного изменени  периода (частоты ) колебаний пьезоэлектрического датчика 2 предварительно снимаютс  тарировочные кривые (TC) и (Т°С) в заданном интервале температур. В процессе измерений по измеренному периоду Тп и тарировочной кривой (Т°С) определ етс  температура пьезоэлектрического датчика 2, а по найденной температуре и тарировочной кривой Тр (€) определ етс  температурный уход периода радиальных колебаний относительно какой-то заданной температуры . Так как частота радиальных колебаний зависит как от концентрации газовой фазы в среде, так и от усредненной температуры пьезоэлектрического датчика 2, а частота продольных («высотных) колебаний - только от температуры, и «высотные и радиальные колебани  распростран ютс  в одной и той же пьезокерамике , то вли ние температуры пьезоэлектрического датчика 2 на эти резонансные частоты в относительных единицах оказываетс  одинаковым. Поэтому, контролиру  изменени  частоты продольных («высотных ) колебаний при изменении температуры пьезоэлектрического датчика 2, .можно определить и соответствующее изменение частоты радиальных колебаний и тем самым внести температурную поправку в результаты измерений. Изобретение позвол ет повысить точность измерени  концентрации газовой фазы в Д15ухфазных средах при изменении температуры двухфазной среды в широких пр(делах, повысить достоверность результатов и надежность тепловых, гидравлических и других систем, эксплуатационные характеристики которых завис т от газосодержани  рабочей жидкости. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  концентрации газовой фазы в двухфазных средах, содержащее первый генератор пр моугольных импульсов , пьезоэлектрический датчик, первый усилитель-формирователь, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, схему антисовпадений, счетчик и измеритель временных интервалов, второй в.ход которого соединен с выходом схемы антисоБпадений, формирователь блокирующих импульсов, подключенный выходом к второму входу схемы антисовпадений, генератор синхроимпульсов , выход которого подключен к второму входу счетчика, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено последовательно соединенны.ми вторым генератором пр моугольных импульсов и коммутатором , к второму входу KOTopoio подключен выход первого генератора пр моугольных импульсов, юследовательно соединенными вторым усилителем-формирователем и схемой ИЛИ, выходом подключенной к входу дифференцирующей цени, входы усилителей-формирователей объединены и подключены к выходу пьезоэлектрического датчика, выход генератора синхроимпульсов подключен к управл ющим входам первого и второго генераторов пр моугольных импульсов, формировател  блокируюн их импульсов и коммутатора.

   Q

   гп

   о

   t/vw

   у.Л.Д- ,А,АА,АИ.

   ГУ

   гтпг

   1 у у у у у

   I

   U

   Zr

   г