Устройство для измерения истинного объемного газосодержания

 

ИСАЙ ИЕ

„„920 6

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0207.80 (21) 2948878/18-25 (51) M. Кл.

G 01 N 9/36 с присоединением заявки №вЂ”

/ (23) Приоритет—

Гооударетвенный комнтет

СССР (53) УДК 531.755 (088.8) Опубликовано 15.04.82. Бюллетень № 14 по делам нзооретеннй н открытий

Дата опубликования описания 25.04.82

Б. С. Фокин, Е. Н. Гольдберг, А. С. Солодов

В. А..Кратиров, А. Н. Казаков, А. В. Ко (72) Авторы изобретения,1 -:

Научно-производственное объединение т1о исследованию - ",(и проектированию энергетического оборудования им. И. И: Ползун»ова и Особое конструкторское бюро технической кибернетики

Ленинградского ордена Ленина политехыцяеского» института им. М. И. Калинина (71) Заявители (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСТИННОГО

ОБЪЕМНОГО ГАЗ ОСОДЕРЖАНИ Я

Известное устройство позволяет определять лишь усредненное за различные промежутки времени значение истинного объемного газосодержания или средней плотности двухфазного потока и не дает оперативной информации о пульсациях измеряемых параметров. Последние данные необходимы, например, для контроля режима работы парогенерирующих каналов атомного ре актора канального типа, для контроля различных технологических процессов, для пре1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к радиоизотопным приборам для измерения истинного объемного газосодержания или средней плотности двух фазных сред и может быть использовано для исследования гидродинамики двухфаз- ных потоков и для контроля. работы промышленных установок в энергетике, химической, атомной, нефтяной и других отраслях про- мышленности.

Известно устройство для измерения истинного объемного газосодержания или средней плотности двухфазных сред, содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, детектор ионизирующего излучения и электронный блок обработки информа: is ции (1).

Недостатком данного устройства явля-, ется тот факт, что оно дает информацию лишь о среднем значении истинного объемного газосодержания и не позволяет судить о пульсациях и структурной функции измеряемого параметра.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для экспрессного определения сплошности

2 движущихся по трубопроводу жидкостей, содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, и детектор. ионизирующего излучения, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом детектора, а также интенсиметр, вход которого соединен с выходом формирователя, пересчетные устройства, накопительный счетчик, коммутатор, счетчик результата, схемы совпадения, управляющие триггеры, делитель частоты, задающий генератор и формирователь опроса, выход интенсиметра соединен с перфоратором (2).

920465 з дотвращения аварийных ситуаций в котлах и парогенераторах, где пульсации газосодержания могут привести к кризису теплопередачи и разрушению конструкции.

Кроме того, при исследовании газожидкостных потоков часто возникает необходи- 5 мость в определении структурных функций

Т() контролируемых параметров, которые в общем случае определяются следующим образом:

T(7.) = (P(t+ c) — P(t) j, где V(t) — контролируемый параметр; — временной сдвиг.

Структурные функции позволяют судить о стационарности процесса и .выявлять его скрытые периодичности. Для стационарных процессов структурные, функции тесно связаны с корреляционными функциями.

Известное устройство также не позволяет непосредственно определить структурную функцию пульсаций газосодержания.

Целью изобретения является расширение

20 функциональных возможностей устройства путем дополнительного определения дисперсии и структурной функции измеряемого параметра.

Указанная цель доститается тем, что в устройство для измерения истинного объемного газосодержания, содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, и детектор ионизирующего излучения, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом детектора, а также интенсиметр, вход которого соединен с выходом формирователя, введены формирователь интервала, схема И, управляемый генератор тактовой частоты, схема за35 держки, схема усреднения и устройство индикации, при этом выход формирователя импульсов соединен с первым входом схемы И и входом формирователя интервала, выход которого через схему задержки подключен ко второму входу схемы И, выход 4о которой через схему усреднения соединен с устройством индикации, а управляемый генератор тактовой частоты подключен к управляющим входам формирователя интервала и схемы задержки.

Измерение интенсивности пульсаций га45 зосодержания или дисперсии средней плотности двухфазной среды основано на использовании экспоненциальной зависимости частоты следования импульсов на выходе формирователя от средней плотности Контроли- so руемой среды. В частности, эта зависимость имеет место в случае просвечивания последней узким пучком -излучения

b = Ь,ехр(— М J), 55 где Ьо — частота следования импульсов в отсутствии контролируемой среды внутри контролируемого объекта;

4 — коэффициент ослабления излучения;

P — средняя плотность контролируемой среды.

Рассмотрим отношение двух некоррелированных значений частоты следования импульсов х ххххр Вхех (->Ptt+it)

5(t) Ь ехр(-kg(t))

= ехр f- А Ey (t+ т) -у (ь)) j .

Разложим экспоненту в степенной ряд и произведем временное усреднение. Пренебрегая членами ряда, начиная с пятого и учитывая, что среднее значение нечетных степеней этого ряда равно нулю, получим:

6(t+Ò) 1 „Л (.Рй+т. -УИЦ ь(.) 3=1 =1 -кбр, р где к = — коэффициент пропорциональ2

НОсти; бр — дисперсия средней плотности.

Средняя плотность двухфазной среды р связана с истинным объемным газосодержанием Ч следующим выражением

P=PN — 9(У вЂ” У ), гдеРщ, у — плотности жидкости и газа соответственно. Тогда среднеквадратичные интенсивности пульсаций газосодержания и плотности связаны соотношением

1 (,-р,)

Таким образом, измеряя среднее значение отношения частот следования импульсов на выходе формирователя, соответствующих некоррелированным значениям плотности, и вычитая постоянную составляющую, можно оценить среднеквадратичную интенсивность или дисперсию контролируемого параметра.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения истинного объемного газосодержания двухфазных сред содержит источник ионизирующего излучения 1, помещенный в защитно-коллимирующее устройство 2, и детектор ионизирующего излучения 3, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов 4, интенсиметр 5, формирователь интервала 6, схему задержки 7, управляемый генератор тактовой частоты 8, схему И 9, схему усреднения 10 и устройство индикации 11. Выход детектора ионизирующего излучения 3 через формирователь импульсов 4 соединен с входами интенсиметра 5 и формирователя интервала 6. Выход формирователя 4 соединен также с первым входом схемы И 9, второй вход которой через схему задержки 7 соединен с выходом формирователя интервала 6. Выход схемы И 9 через схему усреднения 10 сое-, динен с устройством индикации 11. Выход управляемого генератора тактовой частоты 8 подключен к управляющим входам фор920465

5 мирователя интервала 6 и схемы задержки 7.

Поток у -квантов от источника ионизирующего излучения 1, сформированный защитно-коллимирующим устройством 2, после взаимодействия с веществом контролируемой двухфазной среды поступает на детектор ионизирующего излучения 3, где преобразуется в последовательность электрических импульсов, поступающих на вход формирователя импульсов 4.

Формирователь импульсов 4 представляет собой пороговое устройство, осуществляющее амплитудную дискриминацию входных импульсов в соответствии с энергией первичных у-квантов и формирование импульсов по амплитуде и длительности. С выхода формирователя последовательность электрических импульсов поступает на входы интенсиметра 5, формирователя интервала 6 и схемы И 9.

В интенсиметре 5, представляющем собой дискретное устройство и содержащем типовые функциональные узлы-счетчики, регистр, преобразователь код-напряжение, частота следования импульсов преобразуется в двоичный код и в постоянное напряжение, соответствующее значениям контролируемого параметра. Как двоичный код, так и постоянное напряжение могут быть использованы в качестве выходного сигнала.

Формирователь интервала 6 запускается тактовым импульсом от управляемого генератора тактовой частоты 8 и формирует временной интервал, длительность которого обратно пропорциональна частоте входных импульсов. Этот интервал задерживается в схеме задержки 7 на такт работы и затем поступает на вход схемы И 9, где заполняется входными импульсами, поступающими З5 на первый вход этой схемы.

Таким образом, сигнал на выходе схемы И 9 пропорционален отношению числа импульсов, соответствующих значению контролируемого параметра в текущем такте ра40 боты устроиства к числу импульсов, зарегистрированных в предшествующем такте, Формирователь интервала 6 содержит схему И, делитель частоты -и управляющий триггер. В состав схемы задержки входят два формирователя .интервала, аналогичных описанному. Отличие состоит в том, что запуск нх поочередно осуществляется задним фронтом выходного импульса формирователя интервала 6, а на вход поступают импульсы непосредственно от задающего генерато50 ра, входящего в состав управляемого генератора тактовой частоты 8.

В схеме усреднения 10, включающей в себя накопительный счетчик и регистр памяти, происходит суммирование импульсов, прошедших через схему И 9 и вычитание постоянной составляющей.

Сигнал на выходе схемы усреднения 10 . соответствует среднему квадрату приращения контролируемого параметра за промежуток времени, длительность которого определяется величиной тактовой частоты.Минимальное значение промежутка времени выбирается из условия, чтобы разделенные им значения процесса изменения средней плотности не были бы коррелированы, и определяется по структурной или автокорреляционной функции процесса изменения средней плотности, измеренной при минимальной екорости исследуемого потока.

С выхода схемы усреднения 10 код, соответствующий дисперсии контролируемого параметра, поступает в устройство индикации 11, представляющее собой трехдекадный двоично-десятичный счетчик импульсов с индикацией. Для определения среднеквадратичной интенсивности пульсаций истинного объемного газосодержания в состав устройства индикации 11 может быть введено устройство для извлечения корня.

Изменяя частоту следования импульсов управляемого генератдра.тактовой частоты 8 и, тем самым, длительность промежутка времени, за который определяется средний квадрат приращений контролируемого параметра и регистрируя при этом показания устройства индикации 11 можно определить структурную функцию контролируемого параметра.

Введение в известное устройство для измерения истинного объемного газосодержания новых отличительных признаков дает возможность, используя особенности радиоизотопных измерительных устройств, а именно, нелинейный, в частности, экспоненциальный характер основного уравнения измерения, определить дисперсию и структурную функцию измеряемого параметра, т.е. расширить функциональные возможности известного устройства.

Применение данного устройства может быть полезно для контроля работы промышленных установок, в которых используются двухфазные потоки. Оперативная информация о пульсациях истинного объемного газосодержания позволит предотвратить возможные аварийные ситуации, связанные с изменением режима течения потока, приводящие к появлению вибраций, кризиса теплопередачи и разрушению конструкции.

Определение структурной функции с помощью данного устройства может улучшить экономическую эффективность при исследовании двухфазных потоков за счет снижения затрат, связанных с обработкой результчтов измерений, полученных известными устройствами, средствами вычислительной техники.

Формул» изобретения

Устройство для измерения истинного объемного газосодержания двухфазных. сред, 920465

Составитель М. Данилов

Редактор Н. Tорват Техред А. Бойкас; Корректор О. Билак

Заказ 2322/43 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по, делам изобретений и открытий! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 содержащее источник ионизирующего излучения, помещенный в защитно-коллимирующее устройство, и детектор ионизирующего излучения, размещенные с противоположных сторон контролируемого объекта, формирователь импульсов, вход которого соеди.нен с выходом детектора, а также интенсиметр, вход которого соединен с выходом формирователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем дополнительного определения дисперсии и структурной функции измеряемого параметра, в него введены формирователь интервала, схема И, схема задержки, управляемый генератор тактовой частоты, схема усреднения и устройство индикации,, при этом выход формирователя импульсов соединен с первым входом схемы И и входом формирователя интервала, выход которого через схему задержки подключен ко второму входу схемы И, выход которой через схему усреднения соединен с устройством индикации, а управляемый генератор тактовой частоты подключен к управляющим входам формирователя интервала и схемы задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Стырикович М. А., Резников М. И.

to Методы экспериментального изучения процессов генерации пара. М., «Энергия», 1977, с. 145.

2. Лозовский Л. А. Установка для экспрессного определения сплошности движуI5 щихся по трубопроводу жидкостей. «Заводская лаборатория», 1978, т. 44, № 7 с. 830 (прототип).