SU792130A1 - Устройство дл измерени локального объемного паросодержани - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ

1

Изобретение относитс  к технике измерени  параметров сред ультразвуковыми методами и может найти применение дл  определени  параметров двухфазных сред.

Известны устройства дл  измерени  свойств двухфазных сред, основанные на ультразвуковом прозвучивании сред, содержащие излучатель и приемник ультразвука, подключенные соответственно к генератору и усилителю С1 . Однако эти устройства сложны.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  контрол  жидкостей, содержащее генер-атор электрических чмпульсоБ, излучатель ультразвука i приемник, закрепленные на одних горцах звукопроводов, другие свободные торцы которого помещены в измер емую среду друг против друга, усипитель и регистраторИОднако это устройство не обеспечивает достаточной точности измерений .

Цель изобретени  - повышение точности за счет автоматизации процесса измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введен элемент

ШЖШШ

держки, а регистратор выполнен в виде последовательно соединенных формировател  импульсов, элемента 2И-НЕ и измерител  отношени  частот, причем свободные входы элемента 2И-НЕ и измерител .отношени  частот подключены к генератору электрических импульсов через элемент задержки .

Крепление звукопроводов торцами друг против друга осуществлено при помощи акустического механического фильтра низких частот.

Свободные торцы звукопроводов выполнены в виде концентраторов, преимущественно , экспоненциальной формы.

На, чертеже показана функциональна  схема устройства.

На трубопроводе 1 с контролируемым

20 потоком 2 друг против друга закреплены звукопроводы 3 и 4, свободные торцы которых, помещенные в поток 2, образуют межзвукопроводный промежуток- 5. На торцах звукопроводоь 3 и

25 4, расположенных вне трубопровода 1 с контролируемым потоком 2, закреплены приемный и излучающий пьезоэлементы б и 7. Приемный пьезоэлемент б через- усилитель 8 соединен с формирователем 9 импульсов, который соединен с одним из выходов элемента 2И-НЕ 10. Выход элемента 2И-НЕ 10 соединен с измерителем 11 отношени  частот. Излучающий пьезоэлемент 7 соединен с генератором 12 импульсов и через элемент 13 задержки со свободными входами элемента 2И-НЕ 10 и измерител  11 отношени  частот.

Дл  н.адежного закреплени  звукопроводов 3 и 4 свободными торцами друг против друга применен акустический механический фильтр 14, состо щий из трубки 15 с глубокими вырезами , прикрепленной к звукопроводам радиальными штифтами 16.

Свободные торцы звукопроводов 6 и 7 выполнены сужающимис  по экспоненциальной образующей.

Работает измеритель паросодержани  следующим образом.

Вырабатываемые генератором 12 импульсов электрические импульсы пр моугольной формы преобразуютс  пьезоэлементом 7 в акустические сигналы,

которые по звукопроводу 4 подаютс  в межзвукопроводный промежуток 5

с контролируемым объемом среды. Вследствие малости объема промежутка 5 в нем в каждый фиксированный момент времени может находитьс  либо жидкость, либо пар, причем прохождение акустических сигналов к торцу звукопровода 3 с относительно небольшим затуханием происходит лишь в те моменты времени, когда в контролируемом объеме промежутка 5 находитс  жидкость . Поэтому при паросодержании потока, отличном от нул , средн   частота следовани  акустических сигналов в приемном звукопроводе 3 меньше , чем частота следовани  импульсов вырабатываемых генератором 12 импульсов .

Акустические сигналы, достигающие звукопровода 3, попадают в приемный пьезоэлемент б, где преобразуютс  в электрические импульсы, форма которых обусловлена предаточной функцией системы: пьезоэлемент 7 звукопровод 4, измер емый объем промежутка 5, звукопровод 3, пьезозлемент 6. Далее эти импульсы усиливаютс  усилителем 8 и поступают на формирователь 9 импульсо, который преобразует их в импульсы пр моугольной формы. Пр моугольные импульсы поступают на один из входов элемента 2И-НЕ, на второй вход которого попадаютс  импульсы с выхода генератора 12 с задержкой, равной времени распространени  акустического сигнала от излучающего пьезоэлемента 7 к приемному б, котора  достигаетс  подключением генератора импульсов

через элемент задержки. Элемент 2И-НЕ выполн ет функцую схемы §нтисовпадений , вырабатыва  на выходе импульсы при отсутствии сигнала на первом входе, которые подсчитываютс  измерителем 11 отноиюни  частот в течение определенного периода времени . Этот период времени задаетс  количеством импульсов, подаваемых на второй вход измерител  отношени  от генератора импульсов. Отношение указанных частот равно среднему локальному паросодержанию в промежутке 5.

Сказанное можно по снить путем следующих рассуждений.

По определению объемное паросодержание

где 1 f, - объем пара в измер емом потоке ;

V - измер емый объем.

Выдел   мысленно элементарную струйку измер емого потока, проход щего через контролируемый объем 5 устройства ., можно записать

fTjvs fTj i И 11 I

рС

TVS Т

де ii - врем  нахождени  i-ro пузырька в измер емом объеме 5; V - скорость движени  потока; S - сечение элементарной струйки, равное сечению объема 5 по

осевой ЛИНИИ;

Т - выбранный период времени (интервал измерений);

t - полное врем  нахождени  паровой фазы в контролируемом объеме в течение интервала измерений;

п - количество импульсов, не прошедших к приемному пьезоэлементу 6, вследствие по влени  в измер емом потоке пара в течение интервала измерений ;

N - полное количество импульсов, излученных пьезоэлементом 7 в течение интервала измерений ;

f - средн   частота импульсов, не прошедших к приемному пьезЬэлементу 6;

F - частота импульсов, вырабатываемых генератором 12 и посылаемых в измер емый объем .

Таким образом, измерением отношени  частоты следовани  импульсов, не прошедших к приемному пьезоэлементу, к частоте генератора импульсов определ етс  среднее локальное паросодержание в промежутке 5.„

При установке свободных торцов звукопроводов друг против друга так, чтобы они образовали межзвукопроводный промежуток величиной меньшей, О чем размеры ггузырьков пара (при соответствующем выборе их диаметра), в межзвукопроводном промежутке может находитьс  либо только жидкость, либо только пар. Неопределенность, 5 св занна  с определением соотношени 

пара и воды в Фиксированный момент времени, исчезает и паросодержание в тот же фиксированный момент времени принимает значение нуль или сто процентов. Ультразвуковые импульсы , поступающие в мeжзвyкoпpoвo .ный промежугсок, контролируемый объем, будут достигать торца приемного звукопровода лишь в момент времени, когда в -контролируемом объеме находитс  жидкость. Наход  соотношение между количеством посланных в контролируемый объем и прин тых импульсов за определенный промежуток времени,можн определить среднее локальное объемно паросодержание в этом контролируемом объеме в течение указанного промежутка времени.

Минимальный диаметр паровых пузырей в потоке можно оценить теоретически по теплофизическим параметрам двухфазного потока или экспериментально , измен   рассто ние между торцами заукопроводов до тех пор, пока показани  измерител  отношени  частот не будут измен тьс  (при фиксированном паросодержании). Можно также воспользоватьс  двум  идентичными устройствами, установленными так, чтобы измер емые ими объемы находились бы в непосредственной близости друг от друга, причем рассто ни  между торцами звукопроводов этих устройств необходимо выбрать несколько различающимс . При этом, если эти рассто ни  будут меньше минимальных размеров паровых пузырей, показа . ни  вторичных приборов устройств будут практически одинаковы. В р де (Случаев минимальный размер пузырьков можно определить визуально.

Дл  нормальной работы устройства необходимо надежное крепление звуко- проводов торцами друг против друга, при большой длине звукопроводов дл  увеличени  жесткости конструкции приходитс  механически прикрепл ть звукопроводы друг к другу. При этом возникает опасность акустического .короткого замыкани  излучающего и приемного звукопроводов: акустический сигнал может распростран тьс  не только через контролируемый объем но и по элементу креплени . Дл  исключени  этого вредного эффекта элемент креплени  необходимо выполн ть в виде акустического механического фильтра низких частот, исключающего распространение высокочастотного ультразвукового сигнала от излучающего к приемному звукопроводу через себ .

Указанный фильтр может быть выполнен в виде трубочек различного диаметра , скрепленных между собой со звукопроводами штифтами или даже в виде одной трубки с глубокими вырезами , как показано на рисунке. Высокочастотный акустический сигнал,

распростран  сь по указанной конструкции , вследствие многократного перехода из меньшего сечени  в большее и, наоборот, и поворотах на 90 затухает , что и обеспечивает эффективную фильтрацию паразитного ультразвукового сигнала.

Изготовление звукопроводов механическими жесткими и тонкими одновременно Затруднительно, поэтому дл  получени  -требуемого минимального измер емого объема можно срав- нительно толстые звукопроводы выполнить с сужающимис  торцами Б виде концентраторов. Причем дл  снижени  отражени  акустического сигнала от торца это сужение необходимо выполн ть по экспоненциальной образующей .

Предлагаемое устройство отличаетс  широким диапазоном измерени  паросодержани  и относительно высокой точностью, котора  определ етс  лишь временем усреднени  и вли нием звукопроводов на поток. Регистраци  пузырьков пара не зависит от среднего паросодержани , давлени , температуры среды, скорости потока.

Claims (3)

1.Устройство дл  измерени  локального объемного паросодержани , содержащее генератор электрических импульсов, излучатель ультразвука и приемник, закрепленные на одних торцах звукопроводов, другие свободные торцы которых помещены в измер емую среду друг против друга, усилитель и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повьлиени  точности за счет автоматизации процесса измерений, в него введен элемент задержки, а регистратор выполнен в виде последовательно соединенных формировател  импульсов, элемента 2И-НЕ и измерител  отношени  частот, причем свободные входы элемента 2И-НЕ и измерител  отношени  частоты подключены к генератору электрических импульсов через элемент задержки.

2.Устройство по п. 1, отли0 чающеес  тем, что крепление звукопроводов торцами друг против друга осуществлено при помощи акустического механического фильтра низких частот.

5

3.Устройство по п. 1, отличаю щ е е с.   тем, что свободные торцы звукопроводов выполнены в виде концентраторов,- преимущественно, экспоненциальной формы.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 584241, кл. G 01 N 29/00, 1975.

2.Цатент Франции 2198640, кл. G 01 N 29/02, 1974.

5