SU792132A1 - Способ определени концентрации свободного газа в жидкости - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНОГО ГАЗА В ЖИДКОСТИ Изобретение относитс  к ультразвуковой контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл  контрол  малых концентраций свободного газа, преимущественно в открытых водоемах. Известны акустические способы измерени  концентрации свободного газа в жидкости, основанные на использовании зависимости скорости звука .от концентрации свободного газа Ги . По этим способам по времени пробега звуковыми колебани ми измерите ной базы последовательно измер етс  скорость звука Сн в исследуемой жидкости и скорость звука С в специально приготавливаемой пробе жидкости , например, путем обезгаживани не содержгицей пузырьков газа. Концентраци  свободного газа находитс  по тарировочной кривой, построенной с использованием известных аналитических соотношений. Недостатками этих способов  вл  ютс  больша  трудоемкость процесса измерени  из-за обезгаживани  жидкости , большие погрешности при изм рении в средах с быстромен ющимис  параметрами (температурой, д,влени

и-

ВПТ5

ем, соленостью) , которые снижают также ичувствительность метода. Ближайшим к изобретению по сущности технического решени   вл етс  способ определени  концентрации свободного прозвучивани  исследуемой среды на двух частотах, выбранных ниже и выше резонансных частот пузырьков свободного газа в жидкости, и регистрации времени пробега измерительной базы акустическими колебани ми ВЫСОКОЙ частоты L2 . Однако и этот способ измерени  облетает недостаточной чувствительностью и точностью измерени  (особенно При измерении малых концентраций ) , обусловленными нижеследующими обсто тельствами. Согласно зависимости, положенной в основу способа, уменьшение концентрации свободного газа приводит к соответствующему уменьшению времени запаздывани  Д1 низкочастотного сигнала относительно высокочастотного. Приочень малых концентраци х 7 10 , которые характерны дл  естественных водоемов морей, рек, и т.д.), врем  запаздывани  At становитс  настолько малым, что его измерение ограничиваетс  разрешающей способнсютью (чувствительностью) c -iiiccTByiowux измерителей временных нтсрвалов, а тгакже уровнем различ иых помех, которые создают большие относительные флуктуации At, снижа  тем самым точность измерени . Целью изобретени   вл етс  повыш ние чувствительности и точности измерени . Это достигаетс  тем, что по пред лагаемому способу в исследуемую сре ду низкочастотные гармонические колебани  излучают в непрерывном режи ме, измен ют их длину волны до вели чины, при которой измерительной баз соответствует целое число волн этих колебаний, а высокочастотный импуль излучают синхронно с соответствующе фазой низкочастотных колебаний, в момент приема высокочастотного импу са каждый раз проиавод т его переиз чение, измер ют временной сдвиг меж прин тым п-ы.м высокочастотным импул CON: и выбранной фазой прин тых высокочастотных колебаний, а концентр цию if/ свободного газа в жидкости о редел ют по формуле 7 - ( utf, /п. A.d2 где п - число излученных высокочастотных импульсов; д t - временной сдвиг между прин  тым п-ым высокочастотным импульсом и выбранной фазой прин тых низкочастотных колебаний; d - длина измерительной базы; t - врем  пробега измерительной базы акустическими колебани ми высо кой частоты (высокочастотным импул сом) ; А - константа , завис ща  от рода жидкости. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - эпюры сигналов . В исследуемую среду излучаютс  непрерывные низкочастотные гармонические колебани  (эпюра а). Частоту этих колебаний подбирают таким обра зом, чтобы на длине измерительной базы (рассто ние между излучающим и приемныг.1 преобразователем) укладыва лось целое число К длин волн низкочастотных колебаний (эпюра в). В этом случае врем  пробега t// низкочастотными колебани ми измерительной базы будет равно tH К-Тм, где К 1; Тм - период Н1г кочастотных колебаний . Далее синхронно с нулевой фазой (в дальнеиг:;ем изложении под нулевой фазой понимаетс  фаза кратна  2:: низкочастотных колебаьГий излучают высокочастотный импульс (эпюра б). Врем  пробега высокочастотным импул сом измерительной Оозы будет меньше времени t на величину й1 , определ емой концентрацией свободного газа в жидкости (эпюра г ) В момент приема высокочастотного импульса производ т его переизлучение (импульс I I на эпюре б), Переизлучение высокочастотного ультразвукового импульса производитс  уже не одновременно (синхронно с нулевой фазой низкочастотных колебаний , а со сдвигом на лty (фиг.2). На приемный гидрофон переизлученный импульс приходит уже со сдвигом не /ity , а (импульс I I на эпюре г) . Прин тый импульс II вновь переизлучаетс  и т.д. После излучений высокочастотного импульса временной сдвиг между прин тым высокочастотным импульсом и нулевой фазой прин тых низкочастотных колебаний будет составл ть д й1 . Таким образом, излучение в исследуемую жидкостъ непрерывных гармонических низкочастотных колебаний, час тота которых подбираетс  из вышеуказанных условий, и Многократные пере излучени  высокочастотного импульса синхронно с определенной фазой низкочастотных колебаний и с моментом по влени  приемных импульсов позвол ют увеличить истинное врем  запаздывани  низкочастотного сигнгла относительно высокочастотного в п раз, что равносильно увеличению чувствительности или длины измерительной базы в п раз. После п излучений высокочастотных импульсов измер ют временной сдвиг л t/; между прин тым п-ым высокочастотным импульсом и нулевой фазой прин тых низкочастотных колебаний и по формуле определ ют концентрацию свободного газа в жидкости. Дл  вычислений можно воспользоватьс  формулой из flj , позвол ющей по результатам замера скоростей звука в дегазированной Сд и-исследуемой CH жидкост х определить концентрацию свободного газа -(1) При выборе высокой частоты f f любого пузырька (fe - резонансна  частота пузырька) скорость звука на высокой частоте Cg - С , что позвол ет в формуле (1) вместо Ср подставить измеренное значение С| f2Ji. С учетом этого, а также дл  удобства практической реализации и вычислений преобразуем формулу (1) к виду Т /- d/te-d/t, г г w - V А c/c d /tjc/ /t , (tH-tg){t tg} (Ztg ut) ( {n A.Ti &. - n A-,

- длина измерительной базы; - врем  пробега звуковой волной низкой частоты измерительной базы;

- врем  пробега звуковой волной высокой частоты измири .тельной базы;

g врем  запаздывани  низкочастотного сигнала относительно высокочастотного;

At;

А константа , завис ща  от рода жидкости;

число излученных ультразвуковых высокочастотных импульсов ;

измеренное по способу врем 

t. запаздывани  низкочастотного сигнала относительно высокочастотного .

Кроме увеличени  чувствительности данный способ измерени  позвол ет существенно повысить и точность измерени  за.счет .снижени  флуктуации Д1 обусловленных вли нием различных помех на прием низкочастотного сигнала Во-первых, использование непрерывного сигнала позвол ет повысить отношение сигнал/шум, по сравнению с импульсным методом измерени , так как в последнем случае получению большой амплитуды первого периода акустических колебаний, по которому определ етс  врем  ut, преп тствует инерционность ультразвуковых преобразователей . Во-вторых, даже при одинаковых абсолютных значени х флуктуации приемного сигнала ошибка при определении времени At данным способом оказываетс  в п раз меньше, чем при импульсном однократном измерении.

Устройство содержит погруженные в исследуемую жидкость 1 излучатели 2 И 3, гидрофоны 4 и 5, генераторы низкочастотных 6 и высокочастотных 7 колебаний , счетчик 8, пусковую кнопку 9, триггер 10, селективные усилители-формирователи 11 и 12, переключ тель 13, схему 14 блокировки, осциллограф 15 и измеритель 16 временных интервалов. Гидрофоны установлены на одинаковом рассто нии от излучателей Устройство работает следующим образом .

Генератор 6 с перестраиваемой частотой вырабатывает непрерывные гармо йческие электрические колебани  низкой частоты, которые подвод тс  к излучателю 2. Путем регулировки частоты добиваютс , чтобы на длине измерительной базы уложилось целое число длин волн низкочастотных колебаний. Правильность установки частоты контролируетс  по экрану двухлучевого осциллографа 15 по совпадению фаз излучаемых и принимаемых колебаний. Синхронно с началом каждого положительного полупериода колебаний генератор б вырабатывает также импульсы, которые поступают на один из входов триггера 10, удержива  его в одном устойчивом .состо нии . При нажатии пусковой кнопки 9 триггер 10 перебрасы ваетс  в другое устойчивое состо ние , однако первым же импульсом от генератора 6 он возвращаетс  в исходное состо ние. Образующийс  при этом перепад напр жени  запускает генератор 7 высокочастотных колебаний,

0 вырабатывающий одиночный радиоимпульс , который подводитс  к излучателю 3. Кроме того, генератор 7 высокочастотных колебаний вырабатывает также и видеоимпульс,который подво5 дитс  к измерителю 16 временных тервалов (дл  сброса показаний от предыдущих измерений) и счетчику 8 (дл  подсчета числа излучаемых импульсов ) . После усилени , селекции И формировани  селективным усилите0 лем-формирователем 11 прин тый высокочастотный импульс непосредственно подаетс  на измеритель 16 временных Интервалов.

Прин тые низкочастотные колебани 

5 усилителем-формирователем 12 преобразуютс  в короткие импульсы синхронизированные с началом каждого положительного полупериода низкочастотных колебаний. Эти импульсы подаютс 

0 на второй вход измерител  16 временных интервалов через схему 14 блоKHpOBicjf , котора  открываетс  прин тым высокочастотным импульсом и закрываетс  прин тыми низкочастотны5 ми импульсами.

Прин тый высокочастотный импульс через переключатель 13 подаетс  на вход генератора 7 высокочастотных колебаний, обеспечива  его повторный запуск, но уже со сдвигом во

0 времени на ut относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний. На гидрофон 5 переизлученный высокочастотный импульс приходит уже со сдвигом 2 it/ относительно нулевой фазы

5 низкочастотных колебаний. Прин тым переизлученным высокочастотным импульсом вновь производитс  повторный запуск генератора 7 высокочастотных колебаний и т.д.

0

Измеритель 16 временных интервапов пос ледовательно измер ет временные сдвиги u.t между прин тыми переизлученными высокочастотными импуль5 сами и нулевой фазой прин тых низкочастотных колебаний, однако результаты измерений не сохран ютс , а каждый раз сбрасываютс  очередным переизлучаемым импульсом от тенера0 гора 7.

Переизлучение высокочастотных ультразвуковых импульсов продолжаетс  до тех пор, пока контакты переключател  13 наход тс  в  а..кнутом

Claims (1)

1. 5 состо нии. Дл  прекращени  повторных запусков генератора 7 контакты переключател  13 ра-лмыкают. При этом измеритель временных интервалов измер ет суммарный временной сдвиг t между прин тым п-ым высокочастотным импуль сом и нулевой фазой низкочастотных колебаний за число излучений п, которое подсчитал счетчик 8. Показани  измерител  временных интервалов сохран ютс  до следующего принудительного запуска генератора 7 высокочастотных колебаний при помощи пус ковой кнопки 9. По измеренным значени м л t и t определ ют концентрацию г свободн го газа в жидкости Формула изобретени  Способ определени  концентрации бодного газа в жидкости путем одновременного прозвучивани  исследуемо среды акустическими колебани ми на двух частотах, выбранных ниже и выш резонансных частот пузырьков свобод ного газа в жидкости, и регистрации времени пробега измерительной базы акустическими колебани ми высокой частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувстви тельности и точности измерени , в исследуемую среду низкочастотные га монические колебани  излучают в неп рерывном режиме, измен ют их длину волны до величины, при которой изме рительной базе соответствует число олк этих колебаний, а высокочастотый импульс излучают синхронно с сответствующей фазой низкочастотных олебаний, в момент приема высокочасотного импульса каждый раз произво т его переизлучение, и.змер ют вреенной сдвиг между прин тым п-ым ысокочастотным импульсом и выбранной азой прин тых низкочастотных колебаий , а концентрацию свободного гаа в жидкости .определ ют по формуле rf trf ,2 tgjt- л n A-d де n - число излученных высокочастотных импульсов; временной сдвиг между прин тым п-ым высокочастотным импульсом и выбранной фазой прин тых низкочастотных колебаний ; d - длина измерительной базы; t - врем  пробега измерительной базы акустическими колебани ми высокой частоты (высокочастотным импульсом); А - константу, завис ща  от рода жидкости. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Гаврилов Л,Р. Ультразвуковой метод экспресс-анализа концентрации свободного газа в жидкост х, доклад на VI Всесоюзной акустической конференции , М. , 1968. 2,Авторское свидетельство СССР № 584421, кл. G 01 N 29/00, 1977.

   / / /

   V /Л7

   / .

   / /

   ozr «ua.Z