Ультразвуковой способ определения концентрации нерастворенного газа в жидкости

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 618674 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.01.77 (21) 2442125/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано р5 08.78Áþëëåòåíü ¹2g

2 (51) М. Кл.

Я 01M 29/02

Гааударстаенный намнтет

Совета Мнннстраа СССР па делан нэобретеннй н аткрытнй (53) УЙК 534.232.. (088.8) (45) Дата опубликования описания п,.атла

И. С. Кольцова, Л. О. Крынский, И. Е. Покровская и И. Г. Михайпов (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. А. А. Жданова (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

KOHUEHTPAUHH НЕРАСТВОРЕННОГО ГАЗА

В ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технической акустике и технике неразрушающего контроля технологических процессов и может быть использовано в химической, металлургической, авиационной промышленностях, а также в атомной энергетике и криогенных устройствах.

Известны акустические способы определения количества газовых включений по изменению прошедшего импульса ультразвуковых колебаний в зоне, близкой к переднему фронту (1).

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ определения концентрации газовых пузырьков, заключающийся в генерировании акустической волны, облучающей исследуемую систему, регистееировании акустической волны, прошедшей через жидкость с газовыми пузырьками, последующем сравнении сигналов (2).

Однако отсутствие линейной зависимости в резонансной области частот между ослаблением акустических волн и концентрацией пузырьков делает этот способ непригодным для измерения концентрации. Кроме того, непрерывный режим генерации ультразву-! ковых волн, используемый в этом способе, делает его непригодным для контроля нерастворенной газовой фазы в ограниченных объемах, которые имеют место в некоторых технологических процессах, так как отражение от стенок объема волны мешает выделению зондирующего сигнала.

Целью изобретения является возможность измерений концентрации при любых размерах газовых пузырьков, при. изменяющемся дисперсном составе, вследствие изменения концентрации газовой фазы, пространственной и временной флуктуации.

Эта цель достигается благодаря тому, что осуществляют импульсное генерирование акустической волны на частоте, превышающей резонансную частоту самых маленьких газовых пузырьков, и измеряют среднюю статистическую величину акустических сигналов, прошедших различные расстояния в жидкости с газовыми пузырьками, о концентрации нерастворенного газа в жидкости судят по изменению коэффициента ослабления.

Сущность предлагаемого способа поясняется на примере измерения концентрации газовых пузырьков, возникающих в процессе гидродинамической кавитацни в потоке трансформаторного масла, протекающего че25 рез дроссель в трубопроводе и электролизе

618674

Формула изобретения

М а

t д ф

И

4. в Ш ,„ю

Ъ

1 z

Ч концентрация (юР. y,) ЦНИИПИ Заказ 4252/37 Тираж 1112 подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, у-.. Проектная, 4

3%-ного раствора соли NaC I. Ослабление акустической энергии в газовых эмульсиях связано с несколькими механизмами потерь: вязкими, рассеянием, тепловыми и резонансными. Коэффициент ослабления акустической энергии, когда отсутствует гидродинамическое взаимодействие между частицами, можно представить в виде суммы соответствующих коэффициентов а = а o + с ро,сс+ а язК + а щ,п + d рез

В зарезонанснои области частот, где длина волны соизмерима или меньше размеров частиц, основную роль из всех механизмов ослабления акустических волн начинает играть геометрическое рассеяние, которое приводит к линейной зависимости между коэффициентом дополнительного ослабления и концентрацией газовых пузырьков.

ha = п2т г, где n — концентрация;

r — радиус газовых пузырьков.

Исследуемая система облучается импульс ными 5 мгц ультразвуковыми волнами. Эта частота более, чем на порядок, выше резонансной частоты самых маленьких газовых пузырьков, возникающих в жидкости. Коэффициент дополнительного ослабления находится по разности между коэффициентом ослабления исследуемой газовой эмульсии а и коэффициентом поглощения, характерным для данной жидкости ао.

hc =а — ао где a =. 1„Pz — 1„P i x — x <, P i, Ря — cpegt,ние статистические величины акустических сигналов, прошедших расстояние xi, х соответственно в жидкости с газовыми пузырькари. Относительная концентрация газовых пузырьков определяется по отношению коэффициентов ослабления. С помощью предварительной тарировки определяют абсолютные значения концентрации.

На чертеже приведены концентрационные зависимости дополнительного коэффициента ослабления в резонансной при у = 150 кгц, = 300 и зарезонансной при у = 5 мг ц областях частот для газовых пузырьков, возникающих при электролизе 3%-ного раствора соли NaCl при температуре 25 С. Эти графики показывают, что в резонанснои области нет линейнои зависимости между ослаблением акустических волн и концентрацией газовой фазы, которая четко проявляется в зарезонансной области частот.

Способ обеспечивает возможность изме10 ренин концентрации нерастворенной газовой фазы в динамических двухфазных системах при любых размерах газовых пузырьков, при меняющемся дисперсном составе, в различных, в том числе и малых, объемах исследуемых систем.

Ультразвуковой способ определения концентрации нерастворенного газа в жидкости, заключающийся в генерировании акустической волны, облучении исследуемой среды, регистрации волны, прошедшей через нее, и последующем сравнении сигналов, отличаюи4ийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерений концентрации при любых размерах газовых пузырьков, при изменяющемся дисперсном составе, осуществляют импульсное генерирование акустической волны на частоте, превышающей резонансЗ0 ную частоту самых мелких пузырьков, и измеряют среднюю статистическую величину акустических сигналов, прошедших различные расстояния в жидкости с газовыми пузырьками, о концентрации нерастворенного газа в жидкости судят по изменению коэфЗо фициента ослабления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции № 2229971, кл. G 01 N

29/02, 1975.

2.. Авторское свидетельство СССР № 128203, кл. G 01 N 29/02, 1960.