Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С9 ИВЛЬСТЮУ (61.) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 280180 (21) 2875465/25-10

gtj862062

СОЮЗ CO54TCKIII

Се и@пистическик

Республик (З1) М. К.®

6 01 и 29/02 с присоединением заявки МГосударственный «оммтет

СССР яе делам изобретения

«открнтмя (23) ПриоритетОпубликовано 07.09.81. бюллетень Й9 33

Дата опубликования описания 070931 (53) УДК 534. 632 (088.&) (72) Авторы изобретения

Ю.Г. Потехин и Е.С. Чистяков (71) Заявитель!

Харьковский .авиационный институт им. НЛ. Мфмавдкого (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

СВОБОДНОГО ГАЗА В ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам и может быть использовано для контроля малых концентраций свободного газа в жидкостях, преимущественно в открытых водоемах.

Известно устройство для определения койцентрации свободного газа в жидкости, содержащее гидрофон, два излучателя, два генератора, два счетчика, формирователь, генератор сиихроимпульсов, измеритель времен:ных интервалов н два селективных усилителя $1). .Работа устройства основана На однократном прозвучивании жидкости акустическими колебаниями на двух частотах.и измерении времени запаздывания низкочастотного сигнала относительно высокочастотного.

Недостатком известного устройства .являетая низкая точность измерения..

Наиболее близким по технической сущности к описываемому является устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости, содержащее гндрофон, два излучателя, два генератора, два счетчика, четыре схемы совпадения, два мультивибратора, генератор синхроимнульсов, фаэовращатель, два селективных усилителя

- и измеритель временных интервалов P) .

Измерение концентрации свободного газа с помощью этого устройства обладает недостаточной точностью и помехозащищенностью, обусловленными тем, что переизлучение и измерение времени зацаэдывания низкочастотного сигнала относительно высокочастотного осуществляется по переднему фронту первого периода акустических коле» ,баний, амплитуда которого из-эа инерционности преобразователей довольно мала. Малая амплитуда первого перио15 да колебаний не позволяет обеспечить на выходе селективного усилителя большую крутизну низкочастотного сиг.нала, что,приводит к появлению неучтенной систематической ошибки измере

20,ния и к снижению помехозащищенности.

Кроме того, из-за явления поспеэвучания колебательный процесс в преобразователях не прекращается сразу после отключения. электрического сиг25 нала возбуждения. А это приводит к тому, что фаза принятого переиэлучеи-. ного низкочастотного сигнала опреде ляется не только фазой электрического сигнала возбуждения, но ампли>Q .тудой и фазой остаточных механичес3

862062

IcHx колебаний в преобразователях, что также создает дополнительные погрешности измерения.

Целью изобретения является повыщенке точности и помехозащищенности процесса измерения.

Поставленная цель достигается. тем, что известное устройство, содержащее первый гидрофон, подключенный

"к входу первого селективного усилителя, один из которых подключен к выходу генератора высокочастотных колебаний, а другой — к первому выходу генератора низкочастотных колеба-. ний, второй селективный усилитель, измеритель временных интервалов, подключенный через первую и третью схевы совпадения к выходам селективных усилителей, вторую схему совпадения, первый вход которой подключен к выходу первого селективного усилителя, а выход — к входу генератора высокочастотных колебаний и через мультио вибратор задержки - к первому вхсщу .счетчика, выход которого подключен к вторым входам первых трех схем совпадения, четзертую схему совпадения, Фазовращатель и генератор сннхроимпульсов, дополнительно снабжено вторым гидрофоном, усилителем-ограничителем, Фазовьак детектором, ограничителем амплитуды, Формирователем, блоком автоматической перестройки частоты, триггером блокировки и диодом, причем второй гидрофон подключен к входу второго селективного усилителя, его выход через усилительограничитель подключен к первому входу Фазового детектора, второй вход которого через огранкчитель амплитуды подключен к выходу Фазовращателя, а выход через блок автоматической перестройки частоты-к входу генератора низкочастотных колебаний, второй выход которого подключен к входу

Фаэовращателя, а третий - к входу . Формирователя, выход формирователя подключен к первому входу четвертой схевы срвпадения, второй вход которой через триггер бЛокировки подклю.чен к генератору сиихроимпульсов, при этом выход четвертой схемы совпадения подключен к второму входу счетчика, к третъему входу измерителя временных интервалов, к второму входу триггера.блокировхи к через диод-к выходу второй схемы совпадения.

На Фиг. 1 представлена блок-схема устройствами на фиг. 2 - эпюра напряжений, поясняющие его работу.

Устройство содержит погруженные в.жидкость 1 два гидрофона 2 и 3, два излучателя 4 и 5, установленные иа одинаковом расстоянии от гидрофонов, генератор высокочастотных колебаний 6,.генератор низкочастотных колебаний 7, формирователь 8, четыре схеэи совпадения 9, 10, 11 и 12, триггер блокировки 13, измеритель временных интервалов 14, счетчик 15, мультивибратор з адержки 16,фазовращатель 17, ограничитель амплитуды 18 фазовый детектор 19, усилитель-ограничитель

20, блок автоматической перестройки частоты 21, генератор сннхроимпульсов 22, два селективных усилителя 23 . и 24.

Устройство работает следующим образом.

Генератор низкочастотных колебаний 7 вырабатывает непрерывные гармонические колебания, которые подводятся к погруженному в исследуемую жидкость 1 излучателю 4 (Фиг. 2, эпв3Я ра 1) . Частота этих колебаний йодби« рается таким образом, чтсбы между излучателем 4 и гкдрофоном 3. Укладывалось целое число К длин волн низкочастотных колебаний. При этом время рр пробега снннзкочастотныии колебаниями измерительной базы будет равно

КТн (Тн - период низкочастотных колебаний). Формирователь 8 синхронно с нулевой Фазой низкочастотных колебаний формирует остроконечные импульсы (эпюра 2), которые подводятся к схеме совпадения 12, закрытой в исходном состоянии.

Генератор синхроимйулъсов 22 периодически вндает одиночные иипуль36 сы (эпвра 3), нод воздействием которых триггер- блокировки 13 перебрасывается в другое устойчивое состояние. Образующийся при этом перепад.напряжения (эпвра 4) от33 крщвает схему совпадения 12.

Первый же остроконечный импульс, прощедщий через схему совпадения

12, сбрасывает показания. измерителя вреиеиных интервалов 14 и счетщ чика 15, запускает генератор высокочастотных колебаний 6 (эпюра 6) и возвращает триггер блокировки 13 в исходное состояние,.закрывая тем семам схему совпадения 12..

Через.иультивибратор 16 импульс подводятся также к «тороиу входу счетчика 15, который, подсчитывает количество иэлученных высокочастотных кикулъсоз. Время задержки еэ мулътивибратора (эпвра 7) выбирает ® ся несколько меньшим времени распрострайения ультразвуковых сигналов от излучателя,до гидрофока. Задержанный иультивибраторОм импульс вызывает ка выходе счетчика «15 перепад нак5$ ряжения .(эпвра 8), Который переводит схема совпадения 9 и 11 в закрытое состояние, а схему совпадения 10 в открытое состояние.

Танки образом, излучение высоко-. © частотного импульса производится сии ° хронно с нулевой Фазой низкочастот .ных колебаний.. Время пробега высоко частотным импульсом измерительной базы tg будет иенъще.времени пробега низкочастотными колебаниями t„, 862062 налами на гидрофоне 3 и излучателе

4.

Для преобразования. фазового сдвига в управляющее напряжение на один вход фазового детектора с выхода селективного усилителя 24 через усилитель-ограничитель 20 подаются нормализованные по амплитуде колебания,. совпадающие по фазе с электрическими колебаниями на гидрофоне 3. На другой вход фазового детектора через фаэовращатель 17 и ограничитель амплитуды 18 подаются нормализованные.по амплитуде, но сдвинутые по фазе электрические колебания от генератора низкочастотных колебаний 7.

Сдвиг по фазе в фазовращателе 1 7 устанавливается предварительно и выбирается таким, чтобы при выполнении условия н К.T„ сдвиг фаз между нормализованными сигналами, подаваемыми на входы фазового детектора

19, был равным 90О. В этом случае напряжение на выходе детектора будет равно нулю. При изменении скорости звука в жидкости фазовый сдвиг между нормализованными сигналами уже будет отличаться от 90 и на выходе фазового детектора появится управляющее . напряжение, величина и знак которого будут определяться величиной и знаком фазового сдвига между нормализованными сигналами °

Под воздействием этого напряжения блок 11 автоматической перестройки частоты перестраивает частоту гене-, ратора 7 до тех пор, пока время пробега измерительной базы низкочастотными колебаниями не станет равным

К - T . При этом управляющее напряжение становится равным нулю и перестройка частоты прекращается.

Концентрация свободного газа в жидкости ьн определяется по времени запаздывания ас низкочастотного . сигнала относительно высокочастотного с помощью тарировочной кривой .

% = f -() или непосредственно по

И формуле,.

- 1аким образом, введение в устройсТВо дополнительных элементов, обеспЕчивающих работу генератора низко-. частотных колебаний в непрерывном режище.с автоматической перестройкой частоты, позволяет повысить амплитуду акустических колебаний и исключить Остаточные механические колебания, которые влияют на фазу принято.го переизлученного сигнала при импульсном возбуждении преобразователей, а следовательно, существенно

-повысить точйость и помехозащищен ность процесса измерения.,. Формула изобретения

Устройство для определения концентрации.свободного газа в жидкости, на величину g t, определяемую концентрацией свободного газа в жидкос- ти (эпюра 10). Селективные усилители

23 и 24 обеспечивают необходимое усиление, селекцию и формирование принятых гидрофонами 2 и 3 высокочастотных и низкочастотных колебаний.

Принятые высокочастотные колебания (импульс 1 на эпюре 10) через открытую схему совпадений 10 подаются на вход генератора высокочастотных колебаний 6, обеспечивая его повторный . запуск, но уже со сдвигом на а относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний.

На гидрофон 2 повторно излученный высокочастотный импульс приходит уже е !5 со сдвигом на 2bt (импульс 2 на эпюрах 6 и 10) относительно нулевой фазы низкочастотных колебаний. Принятым. импульсом 2 вновь производится

-переизлучение высокочастотного сиг- 2О нала и т.д.

После и излучений сдвиг между принятым высокочастотным и-импульсом

«и нулевой фазой низкочастотных колебаний будет составлять А сп = издав . 35

Емкость счетчика 15 выбирается таким образом, чтобы при излучении и-го импульса на выходе счетчика вырабатывался перепад напряжения (эпюра 8), которым схема совпадения, 10 закрыва- ЗО ется, а схемы совпадения 9 и 11 открываются.

Принятые гидрофонами 2 и 3 и сформированные усилителями 23 и 24 низкочастотные и высокочастотные колебания через открывшиеся схемы. совпадения 9 и,11 поступают на входы измерителя временных интервалов 14„ измеряющего суммарный временной сдвиг высокочастотных колебаний относительно нулевой фазы низкочастотных коле- 40 баний за и излучений (эпюры 11 и 12) для получения истинного времени .запаздывания. Необходимо измеренное вреся разделить на и, В реальных условиях температура . 45

Т, соленость 5 и давление Р, а следовательно, и скорость звука исследуемой жидкости могут меняться в mg-. роких пределах.

Для исключения влияния этих фак- Я торов на результаты измерения часто.- . та низкочастотных ультразвуковых колебаний в устройстве в процессе измерения автоматически перестраивается таким образом, чтобы между излучателем 4 и гидрофоном 3 всегда . укладывалось целое число К Юлии воли при любых значениях.. Т, S u P.

Перестройку частоты осуществляет блок 21. автоматической перестройки частоты, на вход которого подается 46 управляющее напряжение с выхода фазового детектора .19. Величина и знак управляющего напряжения пропорциональны величине и знаку фазового сдвига между электрическими сиг- И

862062 содержащее первый гидрофон, подключенный к входу первого селективного усилителя, два излучателя, один иэ которых подключен к выходу генератора высокочастотных колебаний, другой - к первому выходу генератора низкочастотных колебаний, второй селективный усилитель, измеритель временных интервалов,.подключенный через первую и третью схемы совпадения к выходам селективных усилителей, вторую схему совпадения., первый вход которой © подключен к выходу первого селективного усилителя, а выход подключен к входу генератора высокочастотных колебаний и через мультивибратор задержки - к первому входу счетчика, 15 выход которого подключен к вторым входам первых трех схем совпадения, четвертую схему совпадения, фаэовращатель и генератор синхроимпульсов, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, щ с целью повышения точности и помехозащищенности измерений, оно снабжено вторым гидрофоном, усилйтелем-ограничителем, фазовым детектором, ограничителем амплитуды, форьжрователем, блоком эвтоматнческой перестройки частоты, триггером блокировки и диодом, причем второй гидрофон подклю8 чен к входу второго селективного усилителя, его выход через усилительограничитель подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого.через ограничитель амплитуды подключен к выходу фаэовращателя, а выход через блок автоматической перестройки частоты - к входу генератора низкочастотных колебаний, второй выход которого подключен к входу фаэовращателя, а третий - к входу формирователя, выход форварователя.подключен к первому входу четвертой схеьн совпадения, второй вход которой через триггер блокировки подключен к генератору синхроимпульсов, при этом выход четвертой схем совпадения подключен к второму входу счетчика, к третьему входу измерителя временных интервалов, к второму входу триггера блокировки и через диод - к выходу второй схемы совпа- . дения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 575559, кл. G 01 И 29/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 672985, к.с. С 01 и 29/02, 1977 (прототип).

862062

8

Составитель Н. Вурбело

Редактор О. Филиппова Техред M. Голинка Корректор Л. ИваН

Заказ 6535/39 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственнот о комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП,"Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4