Акустический блок для измерения концентрации газа в двухфазных средах

 

АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК ДОЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА В ДВУХФАЗНЫХ СРЕДАХ, содержащий полый цилиндрический пьезоэлектрический излучатель, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и сокращения времени измерений, он снабжен полым цилиндрическим приемником ультразвуковых колебаний, расположенным снаружи коаксиально с излучателем и неподвижно закрепленным относительно последнего, а внутренняя полость излучателя предназначена для размещения объема исследуемой среды. (Л С

СО1ОЭ СОВЕТСНИХ

И Д Ю

РЕСПУБЛИН

69 (И) А

З(Я3 G 0 N 29/02

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1"

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСГИУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3618606/25-28 (22) 22. 04. 83 (46) 07. 09. 84. Бюл. к 33 (72) А.А.Алексеев и А.Л.Сейфер (53) 541. 12. 035 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 509824, кл. G 01 N 29/02,12. 07.74.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 65?335, кл. С 01 N 29/02, 01.08.76 (прототип). (54) (57) АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА В ДВУХФАЗНЫХ

СРЕДАХ, содержащий полый цилиндрический пьезоэлектрический излучатель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, он снабжен полым цилиндрическим приемником ультразвуковых колебаний, расположенным снаружи коаксиально с излучателем и неподвижно закрепленным относительно последнего, а внутренняя полость излучателя предназначена для размещения объема исследуемой среды.

1112270

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, нефтяной> авиационной, атомной э не рг етик е и криогенных устройствах. 5

Известен акустический блок для иэ мере н ия ко нце н тр ации г аз а в двухфазных средах, содержащий излучающий и приемный пьезонреобразователи, выполненные в виде двух сегментов, вырезанных из полого пьезокерамического цилиндра и образующих конфокальный резонатор P1) .

Недостатки данного устройства зак- . лючаются в необходимости точной юстировки для обеспечения совпадения оси цилиндрического преобразователя с центральной образующей другого преобразователя, что требует значительных затрат времени.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акустический блок для измерения концентрации газа в двухфазных средах, содержащий полый цилиндрический пьезо- 25 электрический излучатель (2) .

Недостатками известного акустического блока являются невысокая точность измерений и малое быстродействие °

Например, погрешность измерения концентрации газа в потоке жидкости с одиночными пузырьками может быть сколь угодно велика, если скорость потока такова, что время нахождения 35 пузырька в объеме датчика меньше вре-. мени измерения резонансной частоты.

Наименьшее возможное время измерения зависит от резонансных частот пустого и заполненного жидкостью датчика, 40 причем с уменьшением времени Измерения резонансной частоты возрастает погрешность измерения концентрации вещества.в жццкости.

Целью измерения является увеличе- 45 ние точности и сокращение времени измерений концентрации газа в двухфазных средах.

Укаэанная цель достигается тем, что акустический блок для измерения концентрации газа в двухфазных средах, содержащий полый цилиндрический пьезоэлектрический излучатель, снабжен полым цилиндрическим приемником ультразвуковых колебаний, расположенным снаружи коаксиально с излучателем и неподвижно закрепленным относительно последнего, а внутренняя полость излучателя предназначена для размещения объема исследуемой среды.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 - градуировочная характеристика, Акустический блок для измерения концентрации газа в двухфазных средах содержит генератор 1 ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с полым цилиндрическим пьезоэлектрическим излучателем 2 и входом фазовращателя 3, выход которого подключен к первому входу измерителя 4 разности фаз. На излучателе 2 закреплен коаксиально с помощью смеси 5 эпоксидной смэлы с пьеэокерамическим наполнителем полый цилиндрический приемник 6 ультразвуковых колебаний, выход которого подсоединен к другому входу измерителя 4 разности фаз, Излучатель 2 и приемник б расположены в едином корпусе 7, образуя акустический блок, включенный в разрыв трубопровода 8. Во внутренней полости излучателя 2 находится исследуемая среда 9.

Акустический блок работает следующим образом.

Выс ок оча с то тное напр яже н ие re не ратора 1 подается на полый цилиндрический пьезоэлектрический излучатель

2 акустического блока, где оно преобразуется в ультразвуковые колебания, которые вводятся в исследуемую среду 9. При этом излучатель 2 и находящийся в нем объем исследуемой среды 9 образуют механическую колебательную систему, Приемник 6 воспринимает и преобразует механические колебания излучателя с исследуемой средой в электрические напряжения.

Амплитуду напряжения генератора выбирают такой, чтобы выходное напряжение, снимаемое с приемника, имело синусоидальную форму и было бы больше порогового входного напряжения измерителя 4 разности фаз.

После этого определяют фазочастотную характеристику акустического блока при из ме нении конце нтр ации газ а с учетом влияния давления и температуры исследуемой среды и выбирают рабочую частоту акустическоно блока по одному из максимальных диапазонов концентрации газа и минимальным изменениям фазочастотных характеристик

20

0 10 гОЛ7 ФОN ИmгОSVЛЮ м%

Фиг.2

Составитель Б.Бычков

Редактор Н.Джуган Техред M .Гергель Корректор В.Бутяга

Заказ 6449/29 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 от изменения давления и температуры среды, Затем градуируют акустический блок на рабочей частоте (фиг. 2), после чего его монтируют в трубопроводе с контролируемой средой, возбуждая в акустическом блоке колебания с рабочей частотой и с необходимой

2270 4 амплитудой, настраивают с помощью фазовращателя 3 измеритель 4 разнос. ти фаз на нулевые показания. Далее производят измерения разности фаз а Р при заполнении. внутренней полости излучателя 2 исследуемой средой 9 и по градуировочной характеристике определяют концентрацию газа d. (7) в среде,