SU1728783A1

SU1728783A1 - Device for determination of gas content in gas/liquid media

Info

Publication number: SU1728783A1
Application number: SU904788326A
Authority: SU
Inventors: Юрий Иванович Кабарухин
Original assignee: Ю.И.Кабарухин
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1992-04-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и предназначено дл определени газосодержани в газожидкостных средах. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений, что достигаетс за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости, который заключаетс внутри цилиндрического излучател . Концентраци растворен- . ного газа в жидкости определ етс по уровню звукового давлени в волне разностной частоты, образующейс в результате взаимодействи акустических волн с частотами fi и f2, область взаимодействи которых известна и определ етс внутренним объемом цилиндрического излучател . Уровень звукового давлени в волне разностной частоты зависит от нелинейного параметра среды в области взаимодействи волн накачки, который определ етс концентрацией выделившихс в известном внутреннем объеме цилиндрического излучател кавитационных газовых пузырьков. 2 ил.The invention relates to a measuring and control technique and is intended to determine gas content in gas-liquid environments. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy, which is achieved due to the localization in space of the degassed volume of the liquid, which is inside the cylindrical radiator. The concentration is dissolved. Gas in a fluid is determined by the sound pressure level in the difference frequency wave, which is formed as a result of the interaction of acoustic waves with frequencies fi and f2, the interaction region of which is known and determined by the internal volume of the cylindrical radiator. The sound pressure level in the difference frequency wave depends on the nonlinear parameter of the medium in the region of interaction of pump waves, which is determined by the concentration of cavitation gas bubbles emitted in a known internal volume of a cylindrical radiator. 2 Il.

Description

слcl

СWITH

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и предназначено дл определени концентрации свободного и растворенного газа в газожидкостных средах .The invention relates to a measuring and control technique and is intended to determine the concentration of free and dissolved gas in gas-liquid environments.

Известно устройство дл определени концентрации свободного газа в жидкости, содержащее генератор видеоимпульсов, два кварцевых генератора, два модул тора, два усилител мощности, два излучател , 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 сигнала разностной частоты обнаруживают пузырьки газа фиксированного размера.A device for determining the concentration of free gas in a liquid is known, comprising a video pulse generator, two quartz oscillators, two modulators, two power amplifiers, two emitters, a receiver, a selective amplifier, a key, a delay circuit, a recorder, in which the gas with bubbles is irradiated By acoustic signals of two different frequencies, gas bubbles of a fixed size are detected by the level of the scattered signal of the difference frequency.

Недостатком устройства вл етс то, что с его помощью невозможно определение концентрации растворенного газа в жидкости, значение которой необходимо знать в р де практически важных случаев, например дл определени кавитационной прочности рабочих жидкостей с целью оптимизации кавитационных качеств гидромашин или энергетической эффективности параметрических излучателей звука.The drawback of the device is that it cannot be used to determine the concentration of dissolved gas in a liquid, the value of which is necessary to know in a number of practically important cases, for example, to determine the cavitation strength of working fluids in order to optimize the cavitation qualities of hydraulic machines or the energy efficiency of parametric sound emitters.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому вл етс устройство, содержащее генератор видеоимпульсов, две схемы задержки, три кварцевых генератора , четыре модул тора, три усилител мощности, два излучател , фокусирующий излучатель, акустический приемник, селективный усилитель, три формировател пр М- N оо vjThe closest in technical essence to the claimed device is a device comprising a video pulse generator, two delay circuits, three quartz oscillators, four modulators, three power amplifiers, two radiators, a focusing radiator, an acoustic receiver, a selective amplifier, three formers, etc. N oo vj

0000

соwith

моугольных импульсов, регистратор, с помощью которого возможно определение не только концентрации свободного газа в жидкости, но также и концентрации растворенного в ней газа. Дл этого растворенный в жидкости газ предварительно перевод т посредством кавитации в свободное состо ние . Выдел ющиес в фокальной области фокусирующего излучател кавитационные пузырьки затем облучаютс акустическими волнами двух различных частот и по уровню рассе нного пузырьками сигнала разностной частоты определ етс концентрации растворенного газа в жидкости.pulses, the recorder, with which it is possible to determine not only the concentration of free gas in a liquid, but also the concentration of gas dissolved in it. For this, the gas dissolved in the liquid is first converted by cavitation into a free state. The cavitation bubbles emitted in the focal region of the focusing radiator are then irradiated with acoustic waves of two different frequencies, and the concentration of the dissolved gas in the liquid is determined by the level of the scattered bubbles from the difference frequency signal.

Однако при использовании известного устройства выделение растворенного в жидкости газа происходит не только в фокусе фокусирующего излучател , где образуютс кавитационные пузырьки, но и в фокальной области, наход щейс в окрестности фокуса фокусирующего излучател , что уменьшает точность определени концентрации растворенного газа в жидкости из-за различного расположени выдел ющихс газовых пузырьков в озвучиваемом объеме исследуемой жидкости, а также из- за того, что облучаемый объем жидкости не имеет определенных границ, т.е. он не локализован в пространстве.However, when using a known device, the separation of a gas dissolved in a liquid occurs not only at the focus of the focusing radiator, where cavitation bubbles form, but also in the focal area located in the vicinity of the focus of the focusing radiator, which reduces the accuracy of determining the concentration of the dissolved gas in the liquid due to different the location of the evolved gas bubbles in the volume of the test liquid, as well as the fact that the irradiated liquid volume does not have definite boundaries, i.e. it is not localized in space.

Цель изобретени - повышение точности определени концентрации растворенного газа в жидкости за счет локализации в пространстве дегазируемого объема жидкости .The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the concentration of dissolved gas in a liquid due to the localization in space of the degassed liquid volume.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл определени содержани газа в газожидкостных средах, содержащее последовательно соединенные генератор видеоимпульсов, первые схему задержки, формирователь пр моугольных импульсов, модул тор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные вторые формирователь пр моугольных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора видеоимпульсов , третий формирователь пр моугольных импульсов, третий модул тор и регистратор, последовательно соединенные акустический приемник и селективный усилитель, выход которого св зан с вторым входом третьего модул тора, первый кварцевый генератор, подключенный к второму входу второго модул тора, и второй и третий кварцевые генераторы, снабжено линейным смесителем, входы которого подключены к выходам второго и третьего кварцевых генераторов, а выход - к второму входу первого модул тора, второй акустический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического цилиндра, а акустические осиThe goal is achieved by the fact that a device for determining the gas content in gas-liquid environments containing serially connected video pulse generator, first delay circuit, square pulse shaper, modulator, power amplifier and acoustic emitter, the second shaper pulse generator connected in series, the input of which is connected to the output of the generator of video pulses, the third driver of rectangular pulses, the third modulator and the recorder, are connected in series an acoustic receiver and a selective amplifier, the output of which is connected to the second input of the third modulator, the first crystal oscillator connected to the second input of the second modulator, and the second and third crystal oscillators are equipped with a linear mixer whose inputs are connected to the outputs of the second and third crystal oscillators and the output is to the second input of the first modulator, the second acoustic emitter is made in the form of a piezoelectric cylinder, and the acoustic axes

первого акустического излучател , акустического приемника и пьезоэлектрического цилиндра совмещены.The first acoustic emitter, acoustic receiver and piezoelectric cylinder are combined.

На фиг. 1 приведены структурна схема устройства; на фиг. 2- временные диаграммы , по сн ющие работу устройства.FIG. 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2- time diagrams, which explain the operation of the device.

Устройство дл определени содержани газа в газожидкостных средах содержит генератор 1 видеоимпульсов, выход которо0 го соединен с входом схемы 2 задержки, выход которой св зан с входом формировател 3 пр моугольных импульсов. Вход модул тора 4 соединен с выходом формировател 3 пр моугольных импуль5 сов, а выход его соединен с входом усилител 5 мощности, нагруженного на акустический излучатель 6. Вход формировател 7 пр моугольных импульсов соединен с выходом генератора 1A device for determining the gas content in gas-liquid environments contains a generator of video pulses, the output of which is connected to the input of the delay circuit 2, the output of which is connected to the input of the driver of three rectangular pulses. The input of the modulator 4 is connected to the output of the shaper 3 rectangular impulses, and its output is connected to the input of the power amplifier 5 loaded on an acoustic emitter 6. The input of the shaper 7 rectangular pulses is connected to the output of the generator 1

0 видеоимпульсов, а выход его св зан с входом модул тора 8. Вход усилител 9 мощности соединен с выходом модул тора 8, а выход его соединен с входом акустического излучател 10, который выполнен в виде0 video pulses, and its output is connected to the input of the modulator 8. The input of the power amplifier 9 is connected to the output of the modulator 8, and its output is connected to the input of the acoustic emitter 10, which is designed as

5 пьезоэлектрического цилиндра. Вход схемы 11 задержки соединен с выходом генератора 1 видеоимпульсов, а выход ее соединен с входом формировател 12 пр моугольных импульсов, выход которого соединен с вхо0 дом модул тора 13. Выход модул тора 13 соединен с входом регистратора 14. Выход акустического приемника 15соединен с входом селективного усилител 16, выход которого соединен с вторым входом модул тора5 piezoelectric cylinder. The input of the delay circuit 11 is connected to the output of video pulse generator 1, and its output is connected to the input of a rectangular pulse generator 12, the output of which is connected to the input of the modulator 13. The output of the modulator 13 is connected to the input of the recorder 14. The output of the acoustic receiver 15 is connected to the input of the selective amplifier 16, the output of which is connected to the second input of the modulator

5 13. Выход кварцевого генератора 17 соединен с вторым входом модул тора 8. Выходы кварцевых генераторов 18 и 19 соединены с входами линейного смесител 20, выход которого соединен с вторым входом модул то0 ра 4. Акустические оси излучателей и приемника совмещены.5 13. The output of the crystal oscillator 17 is connected to the second input of the modulator 8. The outputs of the crystal oscillators 18 and 19 are connected to the inputs of the linear mixer 20, the output of which is connected to the second input of the modulator 4. The acoustic axes of the emitters and the receiver are aligned.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Непрерывные гармонические колеба5 ни с частотами f 1 и f2 с выходов кварцевых генераторов 18 и 19 поступают на входы линейного смесител 20, на выходе которого образуютс непрерывные биени колебаний двух частот, которые поступают наContinuous harmonic oscillations5 with frequencies f 1 and f2 from the outputs of quartz oscillators 18 and 19 are fed to the inputs of a linear mixer 20, the output of which forms continuous beats of oscillations of two frequencies, which arrive at

0 сигнальный вход модул тора 4, на выходе которого образуютс радиоимпульсы с би- гармоническим заполнением, которые усиливаютс усилителем 5 мощности и излучаютс в водную среду акустическим0 the signal input of the modulator 4, at the output of which radio pulses are formed with bi-harmonic filling, which are amplified by the power amplifier 5 and are emitted into the aquatic environment by acoustic

5 излучателем 6. Период следовани сигналов накачки определ етс периодом следовани синхроимпульсов И1, образующихс на выходе генератора 1 видеоимпульсов, задержанных схемой 2 задержки во врем Јзад. Задними фронтами видеоимпульсов ИЗ5 by the radiator 6. The period of the pump signals is determined by the period of the following clock pulses I1, which are formed at the output of the generator 1 of the video pulses, delayed by the delay circuit 2 during the back time. Back fronts of video pulses FROM

длительностью тг3ад запускаетс формирователь 3 пр моугольных импульсов, на выходе которого формируютс видеоимпульсы ИЗ длительностью ги, под воздействием которых на выходе модул тора 4 формируютс сигналы накачки. В начале измерений задними фронтами синхроимпульсов И1 запускаетс формирователь 7 пр моугольных импульсов, на выходе которого формируютс видеоимпульсы I/14 длительностью Тич, под воздействием которых из непрерывных гармонических колебаний с частотой, генерируемых кварцевым генератором 17, на выходе модул тора 8 образуютс радиоимпульсы с гармоническим заполнением И5, которые усиливаютс усилителем 9 мощности и излучаютс в водную среду фокусирующим цилиндрическим излучателем 10. Под воздействием фокусируемых акустических колебаний с. частотой f внутри цилиндрического излучател 10 выдел етс растворенный в жидкости газ. В следующий момент времени в водную среду с выделившимис при дегазации жидкости газовыми пузырьками излучаютс сигналы накачки И6 акустическим излучателем 6.with a duration of fcad, a shaper of 3 rectangular pulses is triggered, at the output of which video pulses are generated FROM with a duration g, under the influence of which the pump signals are generated at the output of modulator 4. At the beginning of the measurements with the falling edges of the I1 clock pulses, the shaper 7 of rectangular pulses is started, at the output of which I / 14 video pulses of Tich duration are formed, under the influence of which radio pulses with harmonic filling are generated from the continuous harmonic oscillations 17 with the frequency generated by the quartz oscillator 17 I5, which are amplified by the power amplifier 9 and radiated into the aqueous medium by a focusing cylindrical radiator 10. Under the influence of focusable acoustic vibrations with. at a frequency f inside the cylindrical radiator 10, a gas dissolved in a liquid is released. At the next moment of time, pump signals I6 by the acoustic emitter 6 are emitted into the aquatic environment with the gas bubbles released during the degassing of the liquid.

В результате нелинейного взаимодействи акустических волн накачки с частотами fi и fa в среде с выделившимис при дегазации газовыми пузырьками образуютс волны разностной частоты F fi - f2, уровень звукового давлени в которых зависит от концентрации выделившегос при дегазации растворенного газа. Сигналы разностной частоты принимаютс акустическим приемником 15, расположенным на акустической оси излучател 6, усиливаютс селективным усилителем 16, стробируютс модул тором 13 и регистрируютс регистратором 14. Дл уменьшени уровн шумов принимаемые сигналы разностной частоты стробируютс во времени.As a result of the nonlinear interaction of the acoustic pump waves with the frequencies fi and fa in the medium with gas bubbles released during degassing, the waves of the difference frequency F fi - f2 are formed, the sound pressure level in which depends on the concentration of the released gas during degassing. The difference frequency signals are received by the acoustic receiver 15 located on the acoustic axis of the radiator 6, amplified by the selective amplifier 16, gated by the modulator 13, and recorded by the recorder 14. To decrease the noise level, the received difference frequency signals are gated in time.

Селекци сигналов осуществл етс с помощью схемы 11 задержки, запускаемой задними фронтами синхроимпульсов И1 и формирующей на своем выходе видеоимпульсы И7 длительностью Тзад стр, задними фронтами которых запускаетс формиро(ва- тель 12 пр моугольных импульсов, на выходе которого формируютс видеоимпульсыSignal selection is carried out using a delay circuit 11 triggered by the falling edges of the I1 clock pulses and forming at its output video pulses I7 with a duration Tzad p, whose falling edges start the shapro (the shaft of 12 rectangular pulses, at the output of which video pulses

И8 длительностью Тотр, управл ющие модул тором 13, который пропускает на вход регистратора 14 сигналы И9 разностной частоты , уровни которых несут информацию оA total duration of 8, controlling the modulator 13, which passes to the input of the recorder 14 differential difference signals I9, the levels of which carry information about

концентрации растворенного газа в жидкости . По регистрируемому уровню принимаемых сигналов с помощью тарировочной кривой определ ют концентрацию растворенного газа в жидкости.concentration of dissolved gas in the liquid. The concentration of the dissolved gas in the liquid is determined from the recorded level of the received signals using a calibration curve.

Преимущество изобретени заключаетс в повышении точности измерений концентрации растворенного газа в жидкости, что позволит, например, уточнить методики определени кавитационных качеств гидромашин .The advantage of the invention is to improve the accuracy of measurements of the concentration of dissolved gas in a liquid, which will allow, for example, to clarify the methods for determining the cavitation qualities of hydraulic machines.

Claims

Apparatus of the Invention A device for determining the gas content in gas-liquid media, comprising a series-connected video pulse generator, a first delay circuit, a square pulse shaper, a modulator, a power amplifier and an acoustic emitter, the second shaper of a square pulse pulse connected in series, the input of which is connected to the output of the video pulse generator , modulator, power amplifier and acoustic emitter, sequentially

connected to the second delay circuit, the input of which is connected to the output of the video pulse generator, the third shaper of the rectangular pulses, the third modulator and the recorder, a series-connected acoustic receiver and a selective amplifier whose output is connected to the second input of the third modulator, the first crystal oscillator connected to the second input of the second modulator, and the second and third

Quartz oscillators, characterized in that, in order to increase accuracy, it is equipped with a linear mixer, whose inputs are connected to the outputs of the second and third quartz oscillators, and the output to the second input of the first modulator, the second acoustic emitter is made in the form of a piezoelectric cylinder, and the acoustic axes the first acoustic emitter, the acoustic receiver and the piezoelectric cylinder are combined.