SU1709207A1

SU1709207A1 - Device for determination of gas-liquid media

Info

Publication number: SU1709207A1
Application number: SU894763501A
Authority: SU
Inventors: Юрий Иванович Кабарухин
Original assignee: Kabarukhin Yurij
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Изобретение предназначено дл определени содержани газа в жидкости и распределени по размерам пузырьков газа. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей за счет измерени не только2концентрации газа, но и распределени пузырьков газа по размерам и повышение разрешающей способности измерени концентрации газа. Зондирование среды .производ т фокусирующими излучател ми с фокусом в одной точке. Информаци о концентрации газовых пузырьков, резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, регистрируетс регистратором, где. на одном информационном поле его расположены графики (один под другим) о размерах пузырьков (радиусах), резонансных разностной частоте зондирующих сигналов, о концентрации газа данного размера в озвучиваемом объеме среды. 2 ил.с ШThe invention is intended to determine the gas content of a liquid and the size distribution of gas bubbles. The purpose of the invention is to expand the functionality by measuring not only the gas concentration, but also the size distribution of gas bubbles and the increase in the resolution of the gas concentration measurement. Environment probing. Produced by focusing radiators with a single-focus focus. Information on the concentration of gas bubbles, the resonant difference frequency of the probe signals, is recorded by the recorder, where. on one information field there are graphs (one below the other) on the size of the bubbles (radii), the resonant difference frequency of the probing signals, on the concentration of a gas of a given size in the volume of the medium being voiced. 2 Fig. W

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и предназначено дл определени распределени газовьк пузырьков по размерам с высоким пространственным разрешением . The invention relates to instrumentation engineering and is intended to determine the distribution of gas bubbles with a high spatial resolution.

Известно устройство дл обнаружени пузырьков газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модул тора , два усилител , мощности, два аку- стических излучател , акустический приемник, селективный усилитель, ключ, схему задержки, регистратор, в котором при облучении исследуемой жидкости с газовыми пузырьками акустическими сигналами двух различных частот по уровню рассе нного пузырьками сигнала разностной частоты обнаруживают пузырьки газа фиксированного размера.A device for detecting gas bubbles in a liquid is known, comprising a video pulse generator, two quartz oscillators, two modulators, two amplifiers, power, two acoustic emitters, an acoustic receiver, a selective amplifier, a key, a delay circuit, a recorder, in which liquids with gas bubbles with acoustic signals of two different frequencies according to the level of the signal of the difference frequency scattered by the bubbles are detected by gas bubbles of a fixed size.

Недостатком устройства вл етс то, что с его помои 1ью невозможно определение концентрации растворенного газа в жидкости и распределени газовых пузырьков по размерам.The drawback of the device is that with its help it is impossible to determine the concentration of the dissolved gas in the liquid and the size distribution of the gas bubbles.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл определени содержани газа в газожидкостных средах, содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора, четыре модул тора, три усилител мощности, три акустических излучател , один из которых фокусирующ .ий, акустический приемник, селективный усилитель, три формироварегист импульсов, тел пр моугольных ратор,. За счет дегазации исследуемой жидкости в фокальной области фокусирующего излучател по вилась возможность определени концентрации растворенного газа в жидкости, однако прототип обладает малой пространственной разрешающей способностью, котора обусловлена конечными размерами апертуры акустических излучателей Кроме того, невозможно определение распределени газовых пузырьков по размерам. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет определени не только концентрации газа, но и распределени газовых пузырьков по размерам и повышение разрешающей способности измерени концентрации газа. Поставленна цель достигаетс за счет одновременного облучени исследуемой газожидкостной среды, наход щейс в общей фокальной области фокусирующих излучателей, сфокусированными волнами с частотами f и f2 частота одной из которых f дискрет но мен етс от посылки к посылке в широком диапазоне частот, и регистра ции уровней рассе нных газовыми пузырьками сигналов рзаностных частот (f - f), несущих информацию о кон центрации газовых пузырьков в широк диапазоне их радиусов, резонансных измен ющейс разностной частоте зон дирующих сигналов. На фиг, 1 приведена структурна схема предлагаемого устройства на фиг, 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства. Устройство дл определени парам ров газожидкостных сред содержит ге нератор 1 видеоимпульсов, выход которого соединен с входом схемы 2 задержки, выход ее соединен с входо формировател 3 пр моугольных импульсов „ Выход генератора 4 соедине с первым (сигнальным) входом модул тора 5j второй (управл емый) вход которого соединен с выходом формиро вател 3 пр моугольных импульсов. Вход усилител 6 мощности соединен выходом модул тора 5,s а выход его соединен с входом акустического излучател 7о Выход генератора 8 соед нен с первым (сигнальным) входом мо 7 дул тора 9, второй (управл емый) вход которого соединен с выходом формировател 3 пр моугольнь1х импульсов . Вход усилител 10 мощности соединен с выходом модул тора 9, а выход его соединен с входом акустического излучател 11, Выход генератора 12 соединен с первь1м (сигнальным) входом модул тора 13, выход КОТОРОГО соединен с входом усилител 1 мощности . Выход усилител 1A мощности соединен с входом фокусирующего акустического излучател 15. Акустические излучатели 7 и 11 выполнены фокусирующими и сфокусированым в общем фокусе с фокусом излучател 15. Вход схемы 1б задержки соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход ее соединен с входом формирователи 17 пр моугольных импульсов, выход которого соединен с первым (управл емым ) входом модул тора 18. Вход формировател 19 пр моугольных импульсов Соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов , а выход его соединен с BTopbiM (управл емым) входом модул тора 13. Выход широкополосного акустического приемника 20 соединен с сигнальным входом перестраиваемого селективного усилител 21, выход которого соединен с вторым (сигнальным) входом модул тора 18. Вход детектора 22 соединен с выходом модул тора 18, а выход его соединен с первым (сигнальным ) входом блока 23 .выборки-хранени . Первый вход компаратора 24 соединен с выходом блока 23 выборкихранени , а его выход соединен с первым (сигнальным) входом коммутатора 25s выход которого соединен с первым (cигнaльf ым) входом модул тора 2б, Вход формировател 27 пр моугольных импульсов соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а его выход соединен с входом формировател 28 пилообразных импульсов и с третьим (управл емым) входом коммутатора 25. Первый вход компаратора 29 соединен с выходом формировател 28 пилообразных импульсов, а его выход соединен с вторым (сигнолычым) входом коммутатора 25. Вход формировател 30 пр моугольных импульсов соединен с.выходом формировател 27 пр моугольных импульсов , а его соединен с входом формирователи jl пилообразных импульсов и упрзвлйемыми входами блока 23 выборки-хранени и коммутатора 25. Второй вход компаратора 2k соединен с выходом формировател 31 пилообразных импульсов. Вход формировател 32 ступенчатого напр жени соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов , а его выход соединен с управл емыми входами генератора 8 и перестраиваемого селективного усилител 21, а также с вторым входом компаратора 29. Выход генератора 33 колебаний соединен с вторым (управл емым ) входом модул тора 26, выход которого соединен с входом регистратора 3.The closest in technical essence to the present invention is a device for determining the gas content in gas-liquid environments, comprising a video pulse generator, two delay circuits, three crystal oscillators, four modulators, three power amplifiers, three acoustic emitters, one of which is focusing. receiver, selective amplifier, three pulse formations, rectangular rator bodies ,. Due to the degassing of the test fluid in the focal region of the focusing radiator, it was possible to determine the concentration of dissolved gas in the fluid, however, the prototype has a small spatial resolution, which is determined by the finite aperture size of the acoustic radiators. Moreover, it is impossible to determine the size distribution of gas bubbles. The aim of the invention is to enhance the functionality by not only determining the gas concentration, but also the size distribution of gas bubbles and increasing the resolution of the gas concentration measurement. This goal is achieved by simultaneously irradiating the gas-liquid medium under study, which is located in the common focal area of the focusing emitters, by focused waves with frequencies f and f2, the frequency of which one f varies discretely from sending to sending in a wide frequency range, and recording the levels of scatter data of gas bubbles of resonance frequency (f - f) signals that carry information about the concentration of gas bubbles in a wide range of their radii, resonant with varying difference frequency of the zones of dying signals. Fig. 1 shows a block diagram of the device in Fig. 2, time diagrams explaining the operation of the device. A device for determining pairs of gas-liquid media contains a generator of video pulses 1, the output of which is connected to the input of delay circuit 2, its output is connected to the input of the forma- tor of 3 rectangular pulses. The output of generator 4 is connected to the first (signal) input of the modulator 5j second (controlled ) whose input is connected to the output of the mold 3 rectangular pulses. The input of the power amplifier 6 is connected to the output of the modulator 5, s and its output is connected to the input of an acoustic radiator 7o. The output of the generator 8 is connected to the first (signal) input of a modulator 7 of the driver 9, the second (controlled) input of which is connected to the output of the driver 3 pr. mogul pulses. The input of the power amplifier 10 is connected to the output of the modulator 9, and its output is connected to the input of the acoustic emitter 11, the output of the generator 12 is connected to the first (signal) input of the modulator 13, the output is connected to the input of the power amplifier 1. The output of the power amplifier 1A is connected to the input of the focusing acoustic emitter 15. Acoustic emitters 7 and 11 are focusing and focused in a common focus with the focus of the emitter 15. The input of the delay circuit 1b is connected to the output of the video pulse generator 1, and its output is connected to the input of rectangular drivers 17 pulses, the output of which is connected to the first (controlled) input of the modulator 18. The input of the former 19 rectangular pulses is connected to the output of the generator 1 video pulses, and its output is connected to the BTopbiM (controlled) modulator path 13. The output of the wideband acoustic receiver 20 is connected to the signal input of a tunable selective amplifier 21, the output of which is connected to the second (signal) input of the modulator 18. The input of the detector 22 is connected to the output of the modulator 18, and its output is connected to the first (signal ) the input unit 23. sampling-storage. The first input of the comparator 24 is connected to the output of the selective block 23, and its output is connected to the first (signal) input of the switch 25s, the output of which is connected to the first (signal) input of the modulator 2b. its output is connected to the input of the driver 28 of the sawtooth pulses and to the third (controlled) input of the switch 25. The first input of the comparator 29 is connected to the output of the driver 28 of the sawtooth pulses, and its output is connected to the second (signal) input ohm switch 25. The input of the generator 30 rectangular pulses connected with the output of the former 27 rectangular pulses, and it is connected to the input of the formers jl sawtooth pulses and control inputs of the block 23 sample storage and switch 25. The second input of the comparator 2k is connected to the output of the former 31 sawtooth pulses. The input of the step voltage transformer 32 is connected to the output of the video pulse generator 1, and its output is connected to the controlled inputs of the generator 8 and the tunable selective amplifier 21, as well as to the second input of the comparator 29. The output of the oscillation generator 33 is connected to the second (controlled) input of the module torus 26, the output of which is connected to the input of the recorder 3.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Работу устройства синхронизируют синхроимпульсы И 1, формируемые на выходе генератора 1 видеоимпульсов, задними фронтами которых запускаетс схема 2 задержки, на выходе которой формируютс видеоимпульсы И 2 с необходимой длительностью t дд и скважностью, задними фронтами которы запускаетс формирователь 3 пр моугольных импульсов, на выходе которого формируютс видеоимпульсы И 3 длительностью сц, которь/е формируют излчаемые зондирующие радиоимпульсы накачки . Задними фронтами синхроимпульсов И 1 запускаютс также формирователь 19 пр моугольных импульсов , на выходе которого формируютс видеоимпульсы И длительностью D,j , которые формируют излучаемые дегазирующие жидкость с растворенным в ней газом радиоимпульсы, и схема 16 задержки , lyta выходе которой формируютс видеоимпульсы И 5 длительностью заД.сгр задними фронтами которых запускаетс формирователь 17 пр моугольных импульсов, на выходе которого формируютс видеоимпульсы И 6 длительностью tij-T-p , которые селектируют во времени рассе нные газовыми пузырьками эхо-сигналы. Непрерывные гармонические колебани с посто нной частотой f с выхода генератора и с измен ющейс частотой f с выхода управл емого генератора 8, частота генерируемых колебаний И 7 на выходе которого измен етс от посылки к посылке под воздействием ступенчатого напр жени И 8 на его управл емом входе, поступают на сигнальные входы модул торов 5 и 9, на выходах которых формируютс радиоимпульсы И 9 и И 10, которые усиливаютс усилител ми 6 и 10 мощности и лучаютс в исследуемую газожидкостную средУ фокусирующими излучател ми 7 и 11. Вначале измерений под воздействием видеоимпульсов И t, формируемых на выходе формировател 19 пр моQ угольных импульсов, из непрерывных гармонических колебаний с частотой f, образующихс на вь1ходе генератора 12, на выходе модул тора 13 формируютс радиоимпульсы И 11, которые усиливаютс усилителем 1 мощности и излучаютс в среду фокусирующим акустиче ским излучателем 15, сфокусированным в общем фокусе фокусирующих излучателей 7 и 11. Под воздействием акустических колебаний с частотой f ,в общей фокальной области фокусирующих излучателей выдел етс растворенный в исследуемой жидкости газ, В следующий момент времени выделив5 шиес при дегазации газовые пузырьки одновременно облучаютс сфокусированными волнами с частотами f и f, излучаемыми фокусирующими излуч;ате л ми 7 и 11, При воздействии на газо0The operation of the device is synchronized by AND 1 pulses generated at the output of video pulse generator 1, the back fronts of which trigger a delay circuit 2, the output of which produces video pulses AND 2 with the required duration t dd and duty cycle, and the falling edges of the pulse shaper 3 rectangular pulses start at the output of which video pulses are formed AND 3 with duration SC, which / e form the probable pumping radio pulses. The fronts of the clock pulses And 1 also trigger the former of 19 square pulses, the output of which produces video pulses And of duration D, j, which form radiated radio pulses with gas dissolved in it radio pulses, and the delay circuit 16, the output of which produces video pulses AND 5 of duration for .sgr with hind fronts of which starts a shaper of 17 rectangular pulses, at the output of which video pulses AND 6 of duration tij-Tp are formed, which select the scattered in time gas bubbles echoes. Continuous harmonic oscillations with a constant frequency f from the generator output and with varying frequency f from the output of the controlled generator 8, the frequency of the generated oscillations And 7 the output of which varies from sending to sending under the influence of a step voltage And 8 at its controlled input , arrive at the signal inputs of the modulators 5 and 9, the outputs of which form radio pulses And 9 and And 10, which are amplified by power amplifiers 6 and 10 and are transmitted into the gas-liquid medium under study by focusing radiators 7 and 11. First and measurements under the influence of video pulses And t, formed at the output of the former 19 of the direct coal pulses, radio pulses And 11 are formed from continuous harmonic oscillations with a frequency f formed at the upstream of the generator 12, at the output of the modulator 13, which are amplified by the power amplifier 1 and are radiated into the medium focusing acoustic emitter 15, focused in the common focus of focusing emitters 7 and 11. Under the influence of acoustic oscillations with a frequency f, in the common focal area of the focusing emitters stands out gas dissolved in the test liquid. At the next moment of time when the gas bubbles evolve5 during degassing, they are simultaneously irradiated by focused waves with frequencies f and f emitted by focusing radiation; atoms 7 and 11, When exposed to gas

вые акустическим давлением частот f и f fo из-за их нелинейности формируетс излучение на разностной частоте (f - f), амплитуда которого определ етс близостью разностной частоты к резонансной частоте газовых пузырьков f, котора однозначно св зана с их радиусами . При f - f. 0 уровень рассе нного газовыми пузырьками излу0 чени максимален и зависит от их концентрации. Уровни рассе нных пузырьками акустических сигналов разностных частот Cf - f/) , измен ющихс от посылки к посьшке, ре5 гистрируютс с помощью широкополосного акустического приемника 20, установленного вне зоны воздействи акустических колебаний с часто тами f, f15 f, перестраиваемого Because of their nonlinearity, the acoustic pressure of the frequencies f and f fo generates radiation at the difference frequency (f - f), whose amplitude is determined by the proximity of the difference frequency to the resonant frequency of the gas bubbles f, which is uniquely related to their radii. When f - f. 0 the level of radiation scattered by gas bubbles is maximum and depends on their concentration. The levels of the scattered bubbles of the acoustic signals of the difference frequencies Cf - f /), varying from sending to the next, are recorded using a broadband acoustic receiver 20 installed outside the zone of the effect of acoustic oscillations with frequencies f, f15 f tunable

Claims

0 selective amplifier 21 with a selection frequency (f - f2) varying from package to package. To reduce the noise level, the received signals are time gated using a modulator .18, at the output of which Echo signals I 12 are released, the levels of which carry information about the concentration of gas in the liquid, which are rectified by the detector 22 and video pulses And 13 are fed to the signal input of the sample-storage unit 23, which is stored for further processing and documentary recording. The back edges of the And And 1 clock pulses also trigger the 32-step shaper, at the output of which cs step voltage AND 8. constant within the time interval between two probe pulses, which discretely controls the frequency f of the oscillations AND 7 generated by the controlled oscillator 8, and the selection frequency of the tunable selective amplifier 21, and the former 27 of the continuous pulses forming its output video pulses AND .1 duration.; whose back fronts the shaper of 30 rectangular pulses is started, at the output of which video pulses are generated And 15) the duration of the video pulses AND Ht and And 15 that participate in dividing the information field of the recorder into two parts, is determined from the specific scale requirements of the displayed size information gas bubbles, resonant difference frequency signals irradiating them, about the concentration of gas bubbles of a given size in the irradiated volume of the gas-liquid medium under study. With the same video pulses, And 1 and 15, the keys of the switch 25 are alternately opened, which passes the relevant information to the recorder input. Information on the size of the gas bubbles (their radii), the resonant difference frequency of the signals irradiating them, is recorded as follows. A step voltage AND 8 with a proportional frequency level generated by a controlled oscillator 8 of harmonic oscillations is applied to one input of the comparator 29. The other input of which receives a sawtooth voltage AND 16, formed at the output of the distributor 28 sawtooth pulses from a rectangular video impulse AND H At the same time, the amplitude and duration of the sawtooth pulse I 1b correspond to the maximum possible difference frequency of the probing signals, the smallest possible bubble radius resonant to this frequency. When the levels of the compared signals are equal, the output pulses of the comparator 29 are formed by video pulses I G /, which for further registration are fed to the second (signal) input of the switch /.5j opening for a time equal to C ,, video pulses I 14 arriving at its first (controlled) At the same time, the time interval or distance from the beginning of the corresponding information of this type and the information of the registrar information field to the registered mark at this hour is also proportional to the level of constant voltage I 8 that carries information about the difference frequency of the signals probing the volume of the gas-liquid medium under study, the radii of the bubbles. The information1 and the concentration of gas bubbles, the resonant difference frequency of the probe signals, is recorded as follows. Video signals AND 13, the levels of which carry information on the concentration of raaoBbx bubbles, the resonant difference frequency of the probing signals, are stored in the sampling-storage unit 23 for one cycle between two probing pulses, which are dropped by the falling edges of the video pulses 15 and the fa signal 18 is fed by one the input of the comparator 2, on the other input of which the sawtooth voltage AND 19 is formed at the output of the former 31 sawtooth pulses from a rectangular pulse AND 15. The amplitude and duration of the sawtooth imp pulse and 19 correspond to the maximum possible concentration of bubbles and a liquid of a given size. If the levels of the compared signal are equal, the output pulses of the comparator 2k form video pulses And 20s which for further registration are fed to the first (signal) input of the switch 25s opening for a time equal to € 2). Video pulses AND 15 arriving at its fourth (controlled) input o. At 3To, vi, the interval is equal to the distance from the beginning of the part of the Sigistrator information field corresponding to this type of information to the registered mark; this part of the FIELD is proportional to the level of the video signal I 18, the information on the concentration of gas bubbles, the resonant difference frequency of the probing signals is r to the input of the modulator 26 through the switch 25. alternately opened by the control pulses AND AND 15, the information is received in the form of the signal AND 21 which for the normal operation of the recorder 3 is modulated It oscillates the frequency of the recording device from the oscillator output 33 oscillations and in the form of radio pulses AND 22 enters the recorder 3 where in one information field of the recorder information is recorded in the form of graphs placed one under the other THMjO bubble sizes (their radii of resonant difference accuracy probe) signals on the concentration of gas bubbles of a given size in the volume of the gas-liquid medium under study. The use of the proposed device in comparison with the prototype provides the advantages of increasing the measurement resolution, in part the possibility of determining the distribution of gas bubbles in size, which will allow, for example, to refine the methods for determining the cavitation qualities of hydraulic machines. Apparatus of the Invention A device for determining parameters of gas-liquid environments, comprising a series-connected video pulse generator, a first delay circuit and a first square pulse generator, successively connected first generator, a motor, a power amplifier and an acoustic emitter, a series-connected second generator, a modulator, power amplifier and emitter, a third generator connected in series, modulator, power amplifier and acoustic emitter, in series with a single second delay circuit, whose input is associated with the output of a video pulse generator, a second shaper of a rectangular pulse and a fourth modulator, a third shaper of a rectangular pulse connected between the output of a video pulse generator and a second input of a third modulator, a recorder and serially connected acoustic receiver and a selective the amplifier, the output of which is connected to the second input of the fourth modulator, the output of the first rectangular pulse former is connected to the second inputs of the first About the second modulator, and the third acoustic emitter is made phonus, characterized in that, in order to expand the functionality by determining not only the gas concentration, but also the size distribution of gas bubbles and increasing the resolution of the gas concentration measurement, it is equipped with series-connected a detector whose input is connected with the output of a fourth modulator, a sample-storage unit, a first comparator, a switch and a fifth modulator, the output of which is connected to the register trattoria, serially connected fourth generator of rectangular pulses having an input connected to the output of the generator. video pulses, the first sawtooth pulse former and the second comparator, the output of which is connected to the second input of the switch, are connected in series by the fifth square pulse former and the second sawtooth pulse former, whose output is connected to the second input of the comparator, step voltage former, whose input is connected to the output of the video pulse generator, and the output to the input of the second generator, the control input of the selective amplifier, and to the second input of the second comparator, and the oscillator connected to the second input of the fifth oscillator, the output of the fourth rectangular pulse generator is connected to the input of the fifth rectangular pulse generator and the third input of the switch, the output of the fifth rectangular pulse forger is occupied with the fourth input of the switch and the control the input of the vial-storage unit, and the first and second acoustic emitters are focused in

focus of the third acoustical emitter.