Способ определения концентрациинеоднородностей b жидкости

Способ определения концентрациинеоднородностей b жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и 815619 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 04 04.79 (21) 2772008/25-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 23.03.81. Бюллетень М 11

3 (51)М. Кл.

С1 01 Й 29/02

Гесударставвкай кеетвт

СССР ав делам кавврвтелвл к втлрмтвй (5З) ДК534.22 (088.8) Дата опубликования описании 23.03.82. (72) Авторы изобретения

М. С. Беспалов, В. Л. Борисов, A. Н. Виноградов; В.- Б. Палига,.

Ф. И. Паначев и М. И. Шахпароно@

Московский ордена Ленина и ордена Трудового- Красного

Знамени государственный университет им, М. В. Ломоносова (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ KOHHEHTPAUHH

HEOLIHOPOLIHOCTEA В ДИКОСТИ

Изобретение относится к технической физике, в частности к исследованию химических и физических свойств веществ, а именно к определению концентрации неоднородностей, загрязняющих жидкость.

Изобретение может применяться для конт- 5 роля чистоты рабочих жидкостей гидросис темы.

Известен способ определения концентрации частиц, взвешенных в жидкости, который основан на измерении индикатрисы рассеяния светового . пучка на частицах. Через загрязненную жидкость пропускают параллельный световой пучок, например луч. лазера. Индикатриса рассеяния измеряется фотодатчиком, перемещаккцимся в плоскости, перпендикулярной к световому пучку, или, набором датчиков (1 .

Однако этот способ требует врезки в кювету, содержащую жидкость, оптических окон. Поэтому он,непригоден в тех случаях, когда необходимо определять концентрацию частиц в непрозрачных сосудах или трубопроводах.

Известен также способ определения концентрации частиц в жидкости, основан» ный на измерении коэффициента логлощения звука. По этому способу видеоимпульсы, вырабатываемые генератором, возбуждают изпучакацнй пьезоэлемент. Ультразвуковой сигнал, пройдя через исследуемую среду, принимается приемным пьезоэлементом, преобразуется в электрический сигнал и поступает в усилитель. Опорный сигнал, поступающий с излучателя, сравнивается с сигналом, поступакацим от приемного пьезоэлемента. При появлении частиц второй сигнал ослабляется пропорционально концентрации твердой фазы 12 .

Известный способ требует специального устройства канала, позволяющего пропускать через жидкость плоскую волну, что делает его непригодным в случае круглого трубопровода. Кроме того, методы, основанные на поглощении ультразвука, пригодны лишь при больших концентрациях частиц.

Известен также способ Определения степени загрязненности жидкости твердыми частицаыи1 Основанный HB измерении порога кавитации. Известно, что порог кавитации значительно понижается при наБ личин в жидкости дефектов в виде твердых частиц. Лпя осуществления этого способа жидкость облучается ультразвуком на частотах 15-30 кГц. Амплитуду увепичивают до появления кавитации, которую регистрируют по возникновению шумов на тех же частотах. Предполагают, что частицы представляют собой несмачиваемые сферы. Это предположение позволяет свя- . зать порог кавитации с размерамн часТНа (aj.

Однако такое предположение необосновано для реальных неоднородностей в жидкости. Этот способ непригоден для смачиваемых, но содержащих газовые зародыши

20 в микротрещинах частиц, таких, как кварца, окиси алюминия, стекла, а также дпя щобых несферических частиц.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ

25 определения концентрации неоднородностей в жидкостиу закшОчающийся B том чтО жидкость обпучают ym тразвуковыми импульсами, принимают сигнал, вызванный возникшей в жидкости кавитацией, и преОбразуют его в электрический cHPHBII ич которого выдепяют информационный параметр, которым является порог кавитации.

Наличие в жидкости частиц резко снижает порог кавитации. Присутствие в MBIIкости твердой фазы устанавливается по З5 вепичине порога кaaHrwHH 4 (.

Недостатком известного способа яапается малая точность определения концентрации. Способ дает Только качественное представпешю О чистоте жидкости, TBK как дпя возникновения кавитации доста . точно одной частице появиться в зоне Облучения. Кроме того, Отсутствие фокусировки и этом методе, .Ие позвопяет отличить кавитацию, вызванную присутствием твердой фазы, от кавитации, вызываемой пузырьками газа; которые могут существовать в микротрещинах на стенках сосуда.

Цепь изобретения повышение точности Определения кОнцентрации неоднороднос»" тей и жидкости. Поставленная II . достигается тем, что облучение жидкости производят фокусированным ультразвуковым импульсом, вызывающем кавитацию в ограниченном объеме жидкости, а из приня того и преобразованного электрического сигнала выделяют в качестве информациQ 4 онного параметра импульсы, вызванные кавитацией HB отдельных неоднородностях, измеряют количество этих импульсов и промежуток между первым и последним импульсом, а концентрацию неоднородностей определяют как отношение числа импульсов к произведению измеренного промежутка времени на скорость звука в жидкости.

Способ осуществляют следующим образом.

Жидкость, находящуюся в непрозрачном сосуде, облучают ультразвуковым импульсом, сфокусированным в центре сосуда вдали от стенок, имеющем интенсивность, достаточную дпя возникновения кавитации

or 10 " Вт/см до 10л Вт/см и частоту от 10 Гц до 10 Гц. Интенсивность з ультразвукового импульса подбирается таким образом, чтобы в жидкости возникала кавитация в течение минимального числа периодов синусоидального сигнала, заполняющего импульс, начиная с первого периода. Частоту облучения выбирают такой, чтобы длина волны биля меньше объема, в котором создается интенсивный ультразвуковой импульс. При облучении жидкости ультразвуком во время полувопны отрицательного давления образуются кавитационные пузырьки газа или пара. Эти пузырьки Образуются на неоднородностях в жидкости. Во время положительной полу— волны давления происходит схлопывание этих пузырьков, сопровождающееся образованием ударных волн, Ударные волны преобразуют в электри-. ческие сигнапы и подсчитывают их число.ИСточники ударных вопи распределены в обпучаемом объеме и находятся на разпичных расстояниях от приемника. Поэтому ударные волны приходят H приемнику не одновременное, а в течение некоторого промежутка времени. Первый импульс соответствует ударной волне or ближайшего источника, последний -, От наиболее удаленного. Число неоднородностей Ю находящихся в облучаемом объеме жидкости, определяют путем подсчета импульсов, соот- ветствующих ударным волнам, образовавшимся при схпоиывании кавитационных пузырьков. Облучаемый объем Ч определяют зная скорость звука в жидкости и промежуток времени между приходом первого и последнего импульса. Концентрацию находят как отношение числа импульсов к объему. Дпя того, чтобы на резупьтат измерения не впияии вторичные эффекты, об.лучение ультразвуком прекращают после

815 воэникнования ударных волн во время отрицательной попувопны давления. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит сосуд 1 с жидкостью, обпучаемой ультразвуком, сфокусированным в центре сосуда, например, сферическим ипи цилиндрическим излучателем 2, генератор 3, модулятор 4, усипитепь мощ- э ности 5, датчик 6, фильтр-уси щтепь 7, который служит для подавпения гармоник обпучающего сигнала и усиления сигнапа, индикатор импульсов - осциппограф 8, система 9 счета импупьсов н формирователь

10 импульса срыва облучения в момент приема первого кавитационного импульса, который подает на модулятор 4 сигнал, прекращая облучение жидкости, Количество неоднородностей определяют, измеряя число принимаемых импульсов. Чисно импульсов, соответствующее числу неоднородностей, измеряют подсчитывания чиспо импульсов на экране осциппографа, или подавая сигнал на счетчик импупьсов. 25

Объем определяют путем измерения промежутка времени между первым и последним кавитационными импульсами, экая при этом скорость звука в жидкости. Например, если объем, в котором создается интенсивность звука, достаточная дпя: возникновения кавитации имеет сферическую форму, а неоднородности распределены равномерно, то концентрацию определяют по м яе фор у

6N Я (V. ьt)> где К вЂ” число импульсов

g$ - промежуток времени между первым и поспедним импульсами;

49 7 — скорость звука в жидкости.

При обпучаемом объеме, имеющем произвольную форму, принимают импущ.сы несколькими датчиками, расположенными вокруг указанного объема, что поэвояяет

45 оценить его форму. . Предлагаемый способ позволяет проводить измерение концентрации неоднородностей в жидкости, находящейся в закрытом непрозрачном сосуде или трубопроводе.

Жидкость может быть неподвижна ипи про-5Э текать по трубопроводу.

619 6

Предлагаемый способ может найти применение в тех областях техники, где применяются гидросистемы, например в транспорте, химической и нефтяной промышпенности. Способ поэвопяет гроводить конт роль чистоты жидкости в процессе ее эксплуатации и требует малых затрат времени. Это делает его удобным для контроля чистоты жидкости беэ остановки ра боты гидросистемы.

Формула изобретения

Способ определения концентрации неод нородностей в жидкости, заключающийся в том, что жидкость обпучают упьтразву ковыми импульсами, принимают, сигнал, вызванный возникшей в жидкости кавитацией и преобразуют его в апектрическнй сигнал, иэ которого выделяют информаци онный параметр, о т п н ч а ю шийся тем, что, с цепью повышения точности опредецения ко щентрации, облучение жидкости производят фокусиразанным ультразвуковым импульсом, вызывающем кавитацию в ограниченном объеме жидкости, а из принятого и преобразованного электрического сигнала выдепяют в качестве информационного параметра импупьсы, вызванные кавитацией на отдельных неодьЪродностях, измеряют количество этих импульсов и промежуток времени между первым и последним импупьсом; а концентрацию неоднородностей опредепяют как отношение числа импульсов к произведению промежутка времени на скорость звука в жидкости„

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Большаков М. Н. Измерение, концентрации дисперсных систем. - "ПИСУ, 1978, № 8, с. 21.

2. Носов В. A..Проектирование уньтразвуковой измерительной аппаратуры. М., Машиностроение, 1972, с. 273.

3. Вдовин C. М. Акустический метод определения микрочастиц твердой фазы в жидких топливах. - "Химия и технология топлива, -1974, Мр 6, с. 38.

4. Патент США ¹ 36О8715, кн. 209 111.9, 1971 (прототип}.

Составитель Е. Литвинов

Редактор А. Шишкина Техред ДЯекар Корректор Л. Иван

Заказ 102B/73 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фипиап ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4