SU1698742A1 - Устройство дл контрол сплошности потока жидкости в трубопроводе - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  различных режимов течени  жидкости в трубопроводах. Цель изобретени  - повышение точности контрол  за счет различени  большего числа режимов и устранени  температурной погрешности. С помощью трех акустических преобразователей 1,2 и 4, установленных на поверхности трубопровода 3, излучают и принимают сигналы . По зарегистрированной амплитуде сигнала суд т о концентрации газа в жидкости при пузырьковом режиме. Дл  других режимов работы регистрируют длительности импульсов, образованных моментами отражени  сигналов от внутренних первой и второй поверхности трубопровода. По различным сочетани м значений временных интервалов, полученных преобразовател ми 1 и 4, и амплитуд сигнала с преобразовател  2 определ юттот или иной режим течени  жидкости. 2 ил.

Description

фиг.1

Изобретение относитс  к контрольно- змерительной технике и может быть исользовано дл  определени  сплошности отока жидкости в трубопроводе при экслуатации различных гидродинамических истем.

Цель изобретени  - повышение точноти контрол  за счет различени  большего исла режимов течени  жидкости в трубоповоде и устранени  температурной погрешности .

На фиг.1 представлена блок-схема устойства; на фиг.2 - эпюры напр жений в различных точках устройства.

Устройство состоит из приемоизлучаю- щего акустического преобразовател  1 и преобразовател  2, установленных на противоположных сторонах трубопровода 3 с контролируемой жидкостью. Они устанавливаютс  так, чтобы лини , проход ща  через их оси, была перпендикул рна к поверхности раздела жидкость-газ при расслоенном режиме течени . На трубопроводе установлен также приемоизлучающий акустический преобразователь 4. Преобразователь 2 через последовательно включенные усилитель 5 и детектор 6 соединен с регистратором 7.

Преобразователи 1 и 4 через коммутатор 8 подключены входами к генератору 9 электрических колебаний, а выходами - ко входам схемы 10 ИЛИ, выход которой через усилитель-формирователь 11. триггер 12, блок 13 задержки и триггер 14 соединен с измерителем 15 временных интервалов. Второй выход генератора 9 электрических колебаний синхронизирующий соединен со вторыми входами коммутатора 8, триггера 12, схемы 16 ИЛИ, измерител  15 временных интервалов и через последовательно соединенные блок 17 задержки, дифференцирующую цепь 18, схему 16 ИЛИ - со вторым входом триггера 14. Выход усилител -формировател  11 соединен с третьим входом схемы 16 ИЛИ.

Устройство работает следующим обра- зом,

Генератор 9 электрических колебаний периодически вырабатывает радиоимпульсы с фиксированной амплитудой (см. эпюру U1 на фиг.2) и синхроимпульсы (эпюра 2). Радиоимпульсы подвод тс  к коммутатору 8, который под воздействием синхроимпульсов обеспечивает поочередное подключение генератора 9 к преобразовател м 1 и А. Синхроимпульсы подвод тс  также к блоку 17 задержки, вторым входам измерител  15 временных интервалов, триггера 12 и через схему 16 ИЛИ ко второму входу триггера 14 и используютс  дл  сброса показаний

измерител  15 и перевода триггеров 12 и 14 в исходное состо ние.

Радиоимпульсы с частотой заполнени  F 1 - 3,0 мГц поочередно возбуждают в

преобразовател х 1 и 4 ультразвуковые колебани , которые через стенку трубопровода 3 излучаютс  в контролируемую среду. Дл  исключени  вли ни  на скорость и затухание звука пузырьков резонансного размера частота заполнени  радиоимпульсов выбираетс  значительно выше резонансных частот пузырьков, присутствующих в потоке жидкости. Если трубопровод 3 полностью заполнен жидкостью, то излученные

преобразователем 1 ультразвуковые импульсы принимаютс  преобразователем 2 и после преобразовани  их в электрические импульсы усиливаютс  в усилителе 5. детектируютс  детектором 6 и подаютс  на регистратор 7, При по лении в жидкости пузырьков газа (пузырьковый режим течени  потока) амплитуда прин тых преобразователем 2 ультразвуковых колебаний падает пропорционально объемной концентрации а пузырьков газа. По изменению показаний регистратора 7 определ етс  концентраци  пузырьков газа при пузырьковом режиме течени . Дл  диагностики других режимов течени  используютс  преобразователи 1 и 4, которые обеспечивают излучение и прием ультразвуковых импульсов , отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз. При этом идентификаци  режимов течени  и определение концентрации газовой фазы в потоке осуществл етс  следующим образом.

В зависимости от режима течени  преобразователи 1 и 4 принимают ультразвуковой импульс 1, отраженный от ближней

внутренней стенки трубопровода 3 (при любом режиме течени ), а также импульс 2, отраженный от дальней внутренней стенки трубопровбда (однородный или пузырьковый режим течени ), или импульс 3, отраженный от границ раздела фаз (расслоенный или кольцевой режимы течени ). Эти импульсы на эпюрах U3 и U4 (фиг.2) обозначены соответственно цифрами 1, 2 и 3. На эпюре U3 дл  расслоенного режима течени 

показаны отраженные импульсы, принимаемые преобразователем 1, а на эпюре U4 - импульсы, принимаемые преобразователем 4. При снар дном и обращенно-кольцевом режимах течени  оба преобразовател  1 и 4

будут принимать только импульсы 1.

Импульсы 1 и 2, отраженные от внутренних стенок трубопровода, используютс  дл  определени  скорости звука в контролируе- . мой среде, необходимой дл  определени 

рассто ни  от внутренней стенки трубопровода до границы раздела фаз.

Дл  этого в усилителе-формирователе

11импульсы U3 и U4 усиливаютс , детектируютс , формируютс  в пр моугольные видеоимпульсы и дифференцируютс . Сформированные усилителем-формирователем короткие импульсы положительной пол рности (см.эпюру U5), полученные путем дифференцировани  переднего фронта видеоимпульсов, подаютс  на вход триггера

12и через схему 16 ИЛИ на вход триггера 14. Триггеры 12 и 14 в совокупности со схемой , дифференцирующей цепью 18 и блоками 13 и 17 задержки предназначены дл  формировани  измерительных импульсов с длительностью, завис щей от режима течени , Осуществл етс  это следующим образом.

При подаче коротких импульсов 1 (эпюра У5)на входы триггеров 12 и 14 триггер 12 перебрасываетс  в 1 состо ние (эпюра U6), а триггер 14 остаетс  в исходном состо нии О. Передним фронтом перепада напр жени  на выходе триггера 12 запускаетс  блок 13 задержки, формирующий пр моугольный видеоимпульс длительностью , несколько превышающей длительность короткого импульса 1 (эпюра U7). Положительный импульс, полученный путем дифференцировани  заднего фронта видеоимпульса U7, подаетс  на вход триггера 14, вызыва  перевод его в 1 состо ние (см-.эпюра 8),

.При подаче на входы триггеров 12 и 14 импульсов 2 и 3, а также импульсов, многократно отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз, триггер 12 остаетс  в 1 состо нии, а триггер 14 импульсом 2 или 3 возвращаетс  в исходное состо ние О (эпюра U8), В таком состо нии триггеры остаютс  до формировани  генератором 9 очередного радиоимпульса.

В данном устройстве триггер 12 выполн ет роль электронного ключа дл  триггера 14, пропускающего на первый вход триггера 14 только импульс 1 и блокирующего подачу на его вход других импульсов. Это обеспечивает работу триггера 14 таким образом, что на его выходе формируютс  импульсы посто нного тока, длительность которых равна Ti tnp2 - тз или Т2 tnp2 - тз, где tnpi и tnp2 - времена пробега ультразвуковыми колебани ми рассто ни , равного удвоенному внутреннему диаметру dew трубопровода или удвоенному рассто нию 2d от . внутренней стенки трубопровода до границы раздела фаз соответственно; тз - врем  задержки в блоке задержки.

Измерение длительностей импульсов производитс  измерителем 15 временных интервалов, а скорость звука и расто ние d определ ютс  из известных соотношений

Сзв -

2 dBM

П+гз1

d C3B

По вычисленному рассто нию d опреде- 0 л   ют объемы жид кой и газовой фаз втрубоп-, роводе или концентрацию а газовой фазы в потоке. Преобразователь 4 при расслоенном режиме течени  в зависимости от концентрации а принимает или отраженные 5 импульсы 1 и2от внутренних стеноктрубоп- ровода (при а 50%), или только импульс 1 (при а 50%). В последнем случае триггер

14возвращаетс  в исходное состо ние до формировани  генератором 9 очередного

0 радиоимпульса, что позвол ет увеличить врем  дл  отсчета показаний на измерителе

15временных интервалов. Возврат триггера 14 в исходное состо ние осуществл етс  импульсом, сформированным блоком 17 за5 держки м дифференцирующей цепочкой 18. При подаче на вход блока 17 задержки син- хроимпульса U2 блок формирует пр моугольный выдеоимпульс с длительностью, несколько превышающей врем  пробега

0 tnpi (эпюра 9). После дифференцировани  видеоимпульса дифференцирующей цепочкой 18 положительный импульс (эпюра 10) через схему 16 ИЛИ подаетс  на вход триггера 14, вызыва  его опрокидывание. При

5 этом на его выходе формируетс  импульс (см. эпюру U8 штрихова  лини ) с длительностью tnp3, котора  свидетельствует, что в месте установки преобразовател  4 на внутренней стенке трубопровода образовалась

0 газова  фаза, характерна  дл  снар дного и обращенно-кольцевого режимов течени .

Таким образом, по анализу длительностей импульсов, формируемых триггером 14 в процессе измерени , и амплитуд А2 им5 пульсов, принимаемых преобразователем 2, можно идентифицировать режим течени  в потоке и определ ть концентрацию газовой фазы. ,В таблице приведены значени  этих параметров, характерные дл  каждого

0 режима течени .

При обращение-кольцевом и на врем  прохождени  газовой пробки при снар дном режимах преобразователи 1 и 4 будут принимать только импульсы 1, а триггер 14

5 сформирует импульсы одинаковой длительности , равной Тз. Дополнительна  иденти- фикаци  этих режимов течени  производитс  по характеру изменени  измер емых параметров во времени. При снар дном режиме течени  наблюдаетс  скачкообразный характер изменени  параметров на врем  прохождени  газовой пробки. При обра- щенно-кольцевом режиме течени  значени  измер емых параметров посто нны во времени.

Claims (1)

1. Определение режимов течени  и концентрации газовой фазы при пузырьковом расслоенном и кольцевом режимах течени  позвол ет оперативно управл ть гидродинамическими и тепломассообменными процессами при эксплуатации различных гидравлических систем и обеспечить безаварийность и надежность их работы. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее генератор электрических колебаний, первый и второй акустические преобразователи , установленные на трубопроводе противоположно один к другому, подключенный к выходу второго акустического.преоб- разЪвател  усилитель, первый блок задержки и последовательно соединенные детектор и регистратор, отличающеес  тем. что, с целью повышени  точности, оно

   снабжено последовательно соединенными коммутатором, вход которого св зан с выходом генератора электрических колебаний, третьим акустическим преобразователем,

   установленным на поверхности трубопровода , первой схемой ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу первого акустического преобразовател , усилителем-формирователем , первым триггером,

   вторым блоком задержки, вторым триггером и измерителем временных интервалов, последовательно соединенными дифференцирующей цепью, вход которой св зан с выходом первого блока задержки, и второй

   схемой ИЛИ, выход которой подключен к второму входу второго триггера, а второй вход-к выходу усилител -ограничител , выход усилител  соединен с входом детектора, синхронизирующий выход генератора электрических колебаний подключен к третьему входу второй схемы ИЛИ, к входу первого блока задержки и к управл ющим входам коммутатора, измерител  временных интервалов и первого триггера, а второй выход

   Коммутатора св зан с входом первого акустического преобразовател .

   w

   /