Устройство для диагностики двухфазного потока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик („)901895 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1203,80 (21)2893456/25-10 (51)М Кл з

G 01 N 29/02 с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3 0182 Бюллетень Ио 4 (53) УДК 534.22 (088.8) Дата опубликования описания 3001,82 (У2) Авторы изобретения

В.И.!1ельников, В.А.Махин и Н.Ф.Дзятко 1,"@,.;1 1.

L

l ". :f. 2) : ... к .

У

Горьковский политехнический институт им. А.А Щуцрва..

1 (71) Заявитель (54) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДВУХФАЗНОГО

ПОТОКА

Изобретение относится к измерительной технике и может бнть использовано в приборах, предназначенных для определения параметров двухфазных сред при помощи акустических волн в условиях высоких температур и давлений.

Известно устоойство для диагностики — определения внутоенних локальных параметров — двуфазных потоков, основанное на определении длительности импульсов тока, возникающих при прохождении пузырьками межэлектродного пространства, образованного точечными электродами, содержащее два изолированных электрода, расположенных коаксиально, причем один из них выполнен в виде стержня, а другой ь- в виде трубки, образующих зонд, который помещается одним своим концом в трубопроводе с изглеряемым потоком, а ко второму его концу, выведенному за пределы трубопровода, подключена вторичная схема для измерения сопротивления между электродами. измеряемым наиболее часто является пароводяной поток. Вследствие относительно высокой проводимости воды сопротивление указанной цели невелико.

При попадании парового пузырька, нанаходящегося в потоке,на кончик зонда цепь размыкается на время, определяемое временем нахождения пузырька на кончике зонда, и вторичная схема регистрирует длительность импульса тока. Анализируя распределение импульсов по длительности и их количество, можно определить локальное.

1p,ïàðîñîäåðæàHèå, распределение пузырьков по размерам, т.е. осуществить диагноститику потока в межэлектро ном пространстве. Перемещая зонд, можно получить такие данные в любой точке потока (1).

Недостатком известного устройства является его черезвычайно низкая надежность, вызванная быстрьм разрушением изоляционного материала, используемого в качестве изолятора зонда.

Кроме того, электронные устройства для обработки сигнала электрического зонда подвержены электромагнитным помехам, поскольку регистрируемый сигнал имеет низкую частоту, близ2э кую к промышленной, а в условиях работы мощного оборудования уровень помех весьма высок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

30 устройство для диагностики двухфаэ901895 ного потока, содержащее генератор электрических импульсов, подключенный к его выходу датчик, выполненный в виде закрепленного на торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, подключенный к выходу второго волноводного датчика, установленного напротив первого датчика.При выборе промежутка между датчиками достаточно маленьким в нем может находиться в любой фикси"рованный момент времени либо газовая, либо жидкая фаза, причем газовая фаза разрывает акустический контакт между звукопроводами. Подсчитывая число импульсов, не прошедших через звукопроводы вследствие разрыва акус- 15 тического контакта между ними газовой фазой, можно определить паросодержание, распределение пузырьков по размеру и т.п. Поскольку в устройствах для реализации этого способа 20 исключается применение нестойких в экстремальных условиях материалов, то оно может быть использовано в широком диапазоне давлений температур.

Данным способом можно проводить диагностику любых двухфазных сред: как электропроводных, так и диэлектрических, прозрачных и непрозрачных и т.д. (2) .

Недостатком известного устройства является малая точность измерений вследствие торможения потока среды в зазоре между датчиками.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для диагностики двухфазного потока, содержащее генератор электрических импульсов, подключенный к его выходу датчик, выполненный в виде закрепленного на 40 торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, снабжено последовательно подключенными к выходу электроакустического преобразователя усилителем, ключом, де- 4 тектором,и компаратором, а также формирователем строб-импульсов, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход — к управляющему входу ключа, и задатчиком порогового О напряжения, подключенным ко второму входу компаратора, при этом блбк регистрации выполнен в виде измерителя отношения частот, входы которого подключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу компаратора, и статистического анализатора числа импульсов в пачке, вход которого подключен к выходу компаратора.

На чертеже представлено устройство Щ для диагностики двузфаэного потока.

Устройство содержит волноводный . акустический датчик 1, который состоит из акустического преобразователя 2, выполненного, например, из пьезокерамики, закрепленного на верхнем торце волновода 3. К нижнему торцу волновода может быть прикреплен акустический резонатор Белла 4. Датчик 1 размещен в трубопроводе 5 с измеряемым потоком. Преобразователь 2 подключен к генератору б и усилителю 7.

Выход усилителя 7 соединен через ключ

8 с детектором 9. Ключ 8 управляется формирователем 10. Детектор 9 подключен ко входу компаратора 11, второй вход которого соединен с задатчиком

12 напряжения. Выход компаратора 11 подключен к устройству 13 накопления данных, состоящему иэ измерителя 14 отношения частот и статистического анализатора 15 числа импульсов в пачке.

Работает устройство следующим образом.

Видеоимпульс с выхода генератора

6 подается .на преобразователь 2, где преобразуется в акустическиМ . AKyeTHческий импульс по волноводу 3 попадает на резонатор 4 и возбуждает в нем резонансные колебания. Декремент затухания колебаний в резонаторе определяется плотностью среды, в котрой находится его кончик. Далее резонансный импульс по волноводу 3 возвращается вновь на преобразователь 2, преобразуется в электрический и через усилитель 7 подается на ключ 8. Одновременно ключ 8 открывается. стробимпульсом с выхода формирователя 10, и на вход детектора 9 подается выделенный резонансный импульс. Амплитуда резонансного импульса определяется декрементом затухания акустической волны на границе кончик резонатора среда. Когда на кончик резонатора накалывается газовый пузырек, доля акустической энергии, излучаемой в среду, резко уменьшается, так как разница удельных волновых сопротивлений металла и газа существенно выше, чем у металла и жидкости. Это ведет к уменьшению декремента затухания и увеличению амплитуды резонанского импульса, т.е. амплитуды напряжения на выходе детектора 9. Таким образом, если в момент прихода возбуждающего акустического импульса на резонатор его кончик находится в жидкости, то на выходе детектора 9 имеет место импульс относительно малой амплитуды, и наоборот, если кончик резонатора в газовой среде — импульс имеет большую амплитуду.

Импульсы с выхода детектора 9 подаются на компаратор 11, который пропускает импульсы, если их амплитуда выше напряжения, определяемого задатчиком 12 напряжения, т.е. видеоимпульс с выхода генератора 6 формирует импульс на выхода компаратора 11 только тогда, если в момент прихода акустического сигнала на резонатор его кончик находится в газовой фазе..901895

Т.е. эта часть схемы оаботает как датчик газовой фазы в контролируемой точке потока.

Импульсы с выхода компаратора ll подаются на устройство 13 накопления данных. В нем при помощи измерителя

14 отношения частот измеряется отношение средней частоты импульсов, индицирующих газовую Аазу в контролиру емой точке потока к частоте следования зондирующих импульсов генератора 6. Это отношение равно локальному объемному газосодержанию в контролируемой точке объема. Накоплением статистических данных о числе импульсов в пачках индицирующих импульсов, отвечающих накалыванию на кончик ре зонатора одиночных газовых пузырьков, при помощи анализатора.15 несложно определить распределение пузырьков по размерам.

Предлагаемое устройство может быть использовано для измепений в экстремальных условиях, характерных для энергетического и химического оборудования, в тех случаях, когда объемы для размещения первичного датчика минимальнч. Диагностика не зависит от давления и температуры среды, скорости потока и т.п. Во вторичной аппаратуре могут быть использовани стандартные приборы: генераторы, частотомеры, статистические анализаторы,.серийно выпускаемые отечественной промышленностью.

Формула изобретения

Устройство для .диагностики двухфазного потока, содержащее генератор электрических импульсов, подключенный к его выходу датчик, выполненный в виде закрепленного на торце волновода электроакустического преобразователя, и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно подключенными к выходу электроакустического поеобоазователя усилителем, ключом, детектором и компаратором, а также формирователем строб-импульсов, вход которого подключен к выходу генератооа импульсов, а выход — к управляющему входу ключа, и задатчиком порогового напряжения, подключенным ко второму входу компаратора, при этом блок оегистрации выполнен в виде из20 мерителя отношения частот, входы которого подключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу компаратооа, и статического анализатора числа импульсов в пачке, 25 вход которого подключен к выходу компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

30 Р 243947, кл. С 01 N 15/00i 1967

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2695055/25-10, кл. С 01 Н 29/02, 1978 (прототип) 901895

4ф ф 4Р"

°, 4

° фФ

Составитель Е.Литвинов

Техред М. Рейвес КоррЕктор В.Бутяга

Редактор Е.Папп

Заказ 12369/53 Тираж 882 Подписное ! ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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