SU862062A1 - Устройство дл определени концентрации свободного газа в жидкости - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

СВОБОДНОГО ГАЗА В жидкск;ти

. . -. 1 -. . ..

Изобветеиие относитс  к контрольно-измерительным приборам и мсжет быть использовано дл  контрол  малых концентраций свободного газа в жидкост х , преимущественно в открытых водоемах.

Известно устройство дл  определени  концентрации свободного газд в жидкости, содержащее гидрофон, два излучател , два генератора, два счетчика, форкмрователь, генератор синхроимпульсов, измеритель времен:ных интервалов и два селективных усилител  i .

.Работа устройства основана На однократном прозвучиванйн жидкости акустическими колебани ми на двух частотах и измерении времени запаздывани  HH3KO4acfoTHoro сигнала относительно высокочастотного.

Недостатком известного. уст йства . вл етс  низка  точность измерени . . Наиболее близким по технический сущности к описываемому  вл етс  . устройство дл  определени  концентрации свободного газа в жидкости, содержащее гидрофон, два излучател , два генератора, два счетчика, четыре схема совпадени , два мультивибратора , генератор синхроимпульсов, фазовргицатель , два селективных усилител  и измеритель временных интервалов C2j .

Измерение концентрации свободного газа с помощью этого устройства обладает недостаточной точностью и помехозащищённостью , обусловленными тем, что переизлучение и измерение времени запаздывани  низкочастотного сигнала относительно высокочастотно10 го осуществл етс  по переднему фронту первого периода акустических коле .баний, аьошитуда которого из-за инерционности преобразователей довольно мала. Мала  амплитуда первого периода колебаний не позвол ет обеспечить на выходе селективного усилител  большую крутизну низкочастотного сигнала , что .приводит к по влению неучтенной системати 1еской сшибки измере20 ни  и к снижению помехоза(1и1Щенности. Кроме того, из-за  влени  послезвучанй  колебательный процесс в преобразовател х не прекращаетс  сразу ч после отключени  электрического сиг25 нала возбуждени . А это приводит к тому, что фаза прин того переизлучеи-. ного низкочастотного сигнала определ етс  не только фазой электричес кого сигнала возбуждени , но ампли30 .тудой и фазой остаточных механических колебаний s преобразовател х, что также создает дополнительные погрешности измерени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и помехозащищенности процесса измерени .

Поставленна  цель достигаетс тем , что известное устройство, содержащее первый гидрофон, подключенный к входу первого селективного усилител , один из которых подключен к выходу генератора высокочастотных колебаний, а другой - к первому выходу генератора низкочастотных колебаНИИ , второй селективный усилитель, измеритель временных интервалов, подключенный через первую и третью схемы совпадени  к выходам селективных усилителей, вторую схему совпгщени , первый вход которой подключен к выходу первого селективного усилител , а выход - к входу генератора высокочастотных колебаний и через мультивибратор задержки - к первому входу счетчика, выход которого подключен к вторым входам первых трех схем совпадени , четзертую схему совпадени , фазовращатель и генератор синхроимпульсов , дополнительно снабжено вторым гидрофоном, усилителем-ограиичителей , фазовьол детектором, ограничителем амплитуды, форкшрователем, блоком автоматической перестройки частоты, триггером блокировки и диодом , причем второй гидрофон подключе к входу второго селективного усилител , его выход через усилительограничитель подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого через ограничитель ёи«плитуд подключен к выходу фазовращател , а выход через блок автоматической перестройки частоты-к входу генератора иизкочастотных колебаний, второй выход которого подключен к входу фазовращател , а третий - к входу формировател , выход формировател  подключен к первому входу четвертой схемы срвпадени , второй вход которой через триггер блокировки подключен к генератору синхроимпульсов, 1ФИ этом выход четвертой cifettti совпадени  подключен к второму входу счетчика, к третьему входу измерител  временных интервалов, к второму входу триггера блокировки и через диод-к выходу второй совпадени .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - иапр жений , по си ющие его работу.

Устройство содержит погруженные в жидкость 1 два гидрофона 2 и 3, два излучател  4 и 5, установленные на одинаковом рассто нии от гидрофонов , генератор высокочастотных колебаний 6, генератор низкочастоттлх колебаний 7, форишрователь 8, четыре схемы совпадени  9, 10, 11 и 12,

триггер блокировки 13, измеритель временных интервалов 14, счетчик 15, мультивибратор задержки 16,фазовращатель 17, ограничитель амплитуды 18,фазвый детектор 19 ,усилитель-ограничитв л 20, блок автоматической перестройки частоты 21, ге ератор синхроимпульсов 22, два селективных усилител  23 и 24.

Устройство работает следующим . образом.

Генератор низкочастотных колебаНИИ 7 вырабатывает непрерывные гармонические колебани , которые подвод тс  к погруженному в исследуемую жидкость 1 излучателю 4 (фиг. 2, эпюра 1) . Частота этих колебаний подбираетс  таким образом, чтобы между излучателем 4 и гидрофоном 3. укладывалось целое число К длин волн низкочастотных колебаний. При этом врем пробега 1ц низкочастотными колебани ми из14ерительной базы будет равно н Тц (Тц - период низкочастотных колебаний). Формирователь 8 синхронно с нулевой фазой низкочастотных колебаний формирует остроконечные импульсы (эпюра 2), которые подвод тс  к схеме совпадени  12, sakрытой в исходном состо нии.

Генератор :инхроимпульсов 22 периодически одиноч1 ые импульсы (эпюра 3), под воздействием которых триггер блокировки 13 перебрасываетс  в другое устойчивое состо ние. Образупцийс  при этом перепад напр жени  (эпюра 4) открывает схему совпадени  12

Перш й же остроконечный импульс, прошедишй через схему совпадени  12, сбрасывает показани  измерител  временных интервалов 14 и счетчика 15, запускает генератор высокочастот шх колебаний 6 (эпюра 6) и вовращает триггер блокировки 13 в исходное состо ние, злксхывгт тем самым схему совпадени:  12.

Через мультивибратор 16 импульс подвод тс  также к второму входу счетчика 15, который.подсчитывает копичест вр излученных высокочастотШ4Х импульсов. Врем  задержки t мультивибратора (эпюра 7) выбираетс  нескол.ько меньшим времени распространени  ультразвукоалх сигналов от излучател : до гидрофона. ЗадержантЛ мультивибратором импульс вызывае на выходе счетчика Д5 перепад напр жени  . (эпюра 8), который переводит схемы совпадени  9 и 11 в закрытое состо ние а схему совпадени  10 в открытое состо ние.

Claims (2)

1. Таким образом, излучение высокочастотного импульса пронэвсдит :  сиихронно с нулевой фазой низкочастотных колебаний. Врем  пробега высокочастотным импульсом измерительной базы t|) будет меньше времени пробега низкочастотными колебани ми ц на величину t, определ емую концентрацией свободного газа в жидкоети (эпюра 10), Селективные усилители 23 и 24 обеспечивают необходимое усиление, селекцию и формирование прин тых гидрофонами 2 и 3 высокочастотных и низкочастотных колебаний Прин тые высокочастотные колебани ( импульс 1 на эпюре 10) через OTKE тую схему совпадений 10 подаютс  на вход генератора высокочастотных коле баний 6, обеспечива  его повторный запуск, но уже со сдвигом на t относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний. На гидрофон 2 повторно излученный высокочастотный импульс приходит уже со сдвигом на 2At (импульс 2 на эпюрах 6 и 10) относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний. Прин тым , импульсом 2 вновь производитс  - переизлучение высокочастотного сигиала и т.д. После п излучений сдвиг между прин тым высокочастотным п-импульсом и нулевой фазой низкочастотных колебаний будет составл ть At,, n-ut Емкость счетчика 15 выбираетс  таким образом, чтобы при излучении п-го импульса на выходе счетчика вырабат валс  перепад напр жени  (эпюра 8), которым схема совпадени . 10 закрываетс , а схемы совпадени  9 и 11 открываютс . Прин тые гидрофонами 2 и 3 и сформированные усилител ми 23 и 24 низкочастотные и высокочастотные колебани  через открывшиес  cxei«i совпадени  9 и,11 поступают на входы измерител  временных интервалов 14 йзмер к цего сукв арный временной сдви высокочастотных колебаний относитель но нулевой фазы низкочастотных коЯе баний за п излучений (эпюры 11 и 12) дл  получени  истинного времени запаздывани . Необходимо измеренное вр с  разделить на п. В реальных услови х температура Т i соленость S и давление Р., а следовательно , и скорость звука исследуемой жидкости могут мен тьс  в шн-г роких пределах. Дл  исключени  вли ни  этих факторов на результаты измерени  частота , низкочастотных ультразвуковых колебаний в устройстве в процессаизмерени  автоматически перестраиваетс  таким образом, чтобы между излучателем 4 и гидрофоном 3 всегда укладывалось целое число К &пин волн при любых значени х .. Т, S и Р. Перестройку частоты осуществл ет 1блок 21 автоматической перестройки частоты, на вход которого подаетс  управл ющее напр жение с выхода фазового детектора 19. Величина и - . знак управл ющего напр жени  пропорциональны величине и знаку фаз.ового сдвига между электрическими сигналами на гидрофоне 3 и излучателе 4. Дл  преобразовани  фазового сдвига в управл ющее напр жение на один вход фазового детектора с выхода селективного усилител  24 через усилитель-ограничитель 20 подаютс  нормализованные по амплитуде колебани , совпадающие по фазе с электрическими колебани ми на гидрофоне 3. На другой вход фазового детектора через фазовращатель 17 и ограничитель амплитуды 18 подаютс  нормализованные по амплитуде, но сдвинутые по фазе электрические колебани  от генератора низкочастотных колебаний 7. . Сдвиг по фазе в фазовращателе 17 устанавливаетс  предварительно и выбираетс  таким, чтобы при выполнении услови  tn К Тц сдвиг фаз между нормализованными сигналами, подаваемыми на входы фазового детектора 19, был равным 90. В этом случае напр жение на выходе детектора будет равно нулю. ПРУ изменении скорости звука в жидкости фазовый сдвиг между нормёшизованными сигналами уже будет отличатьс  от 90 и на выходе фазового детектора по витс  управл ющее напр жение, величина изнак которого будут определ тьс  величиной и знаком фазового сдвига между нормализованными сигналами. Под воздействием этого напр жени  блок 11 автоматической перестройки частоты перестраивает частоту гене-, ратора 7 до тех пор, пока врем  пробега измерительной базы низкочастотными колебани ми не станет равным К T. При этом управл ющее напр жение становитс  равным нулю и перестройка частоты прекращаетс . Концентраци  свободного газа в жидкости ЧГц определ етс  по времени эапаздыв.ани  t низкочастотного сигнала относительно высокочастотного с помощью Тарировочной кривой f-(At) или непосредственно по формуле.. Таким образом, введение в устройство дополнительных элементов, обеспечивающих работу генератора низко-, частотных колебаний в непрерывном режиме с автоматической перестройкой частота, позвол ет повысить амплитуду акуртических колебаний и исключить остаточные механические колебани , KOTOiMie вли ют на фазу прин того перёизлученного сигнала при к пульсиом возбуждении преобразователей , а следовательно, существенно помесить тоЧЕйость и помехозащищениость процесса измерени . Формула изобретени  Устройство дл  определени  конценрации свободногб газа в жидкости. содержащее первый гидрофон, подключенный к входу первого селективного усилител , два излучател , один из которых подключен к выходу тора высокочастотных колебаний, а. другой - к первому выходу генератора низкочастотных колебаний, второй селективный усилитель, измеритель временных интервалов, подключенный чере первую ri третью схемы совпадени  к в ходам селективных усилителей, вторую схему совпадени , первый вход которо подключен к выходу первого селективного усилител , а выход подключен к входу генератора высокочастотных колебаний и через мультивибратор задержки - к первому входу счетчика, выход которого подключен к вторым входам первых трех схем совпадени , четвертую схему совпадени , фазовращатель и генератор синхроимпульсов, о т.   и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности и помехозащищенности измерений,оно снабжено вторым гидрофоном, усилителем-ограни чителем, фазовым детектором, ограничителем амплитуды, форьшрователем, блоком автоматической перестройки частоты, триггером блокировки и диодом, причем второй гидрофон подкл чен к входу второго селективного усилител , его выход через усилительограничитель подключен к первоА4у входу фазового детектора, второй вход которого.через ограничитель амплитуды подключен к выходу фазовращател , а выход через блок автоматической перестройки частоты - к входу генератора низкочастотных колебаний, второй выход которого подключен к входу фазовращател , а третий - к входу формировател , выход формировател  подключен к первому входу четвертой схемы совпадени , второй вход которой через триггер блокировки подключен к генератору синхроимпульсов , при этом выход: четвертой схемд совпадени  подключен к второму входу счетчика, к третьему входу измерител  временных интервалов, к второму входу триггера блокировки и через диод - к выходу второй схемы совпадени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 575559, кл. 6 01 N 29/02, 1976.
2. 2.Авторское свидетельство CCiCP 672985, кл. G 01 N 29/02, 1977 (прототип)..