SU1610428A1 - Способ контрол сплошности потока жидкости в трубопроводе и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл  определени  сплошности и режима течени  потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинамических систем. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний, распростран ющихс  в стенке трубопровода. Изобретение позвол ет определ ть концентрацию газовой фазы в газожидкостном потоке и режим его течени  путем прозвучивани  трубопровода ультразвуковыми колебани ми. При этом измер ют отдельно амплитуды ультразвуковых сигналов, прошедших через поток и в стенке трубопровода, а затем по их величинам суд т о режиме течени  и газосодержани  потока. Использование в устройстве дл  осуществлени  способа двух формирователей стробирующих импульсов, блока задержки, двух аналоговых ключей и второго детектора позвол ет отдел ть друг от друга методом временной селекции импульсы, прошедшие через контролируемую среду и по стенке трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изо.бретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  определени  сплошности и режима течени  потока зкидкости в трубопроводе при эксплуатации различ ных гидродинамических систем.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей с пособа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний,распростран ющихс  в стенке трубопровода.

На фиг.1 изображена структурна  схема устройства дл  реализации способа контрол  сплошности потока жидкости в трубопроводе; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - зависимость амплитуды ультразвукового импульса, прошедшего пр. стенке трубопровода, от концентра ции газовой фазы об .

Устройство содержит установленные на противоположных сторонах трубопровода 1 ультразвуковые (УЗ) передающий и приемный преобразователи 2 и 3 соответственно, генератор 4 электрических колебаний, выход которого подключен к передающему преобразователю 2, усилитель 5, вход которого подключен к приемному преоб4

tc

00

разователю 3, последовательно соеди- HEHiibie первый детектор 6 и регистратор 7, последовательно соединенные блок 8 задержки, первьй формирова™ тель 9 стробирующих импульсов и первый аналоговый ключ И), выход которого подкл}рчен к входу первого детектора 6, и последовательно соединенные вторые, формирователь 11 стробирующих импульсов, вход которого подключен к второму выходу генератора 4 элект- рических колебаний, аналоговый ключ 12 и детектор 13, выход которого подключен к второму входу регистратора 7, вторые входы первого и второго аналоговых ключей 10 и 12 объединены и подключены к выходу усилител  5, а вход блока 8.задержки подключен к выходу второго формировател  11 стробирующих И№ УЛЬСОВ.

Позици ми 14-21 обозначены выходы сигналов с блоков устройства контрол  сплошности потока жидкости в трубопроводе .

Устройство работает следующим образом .

Генератор 4 электрических колебаний периодически генерирует -высокочастотные радиоимпульсы с фиксированной амплитудой, которые передающим преобразователем 2 преобразуютс  в ультразвуковые импульсы 14. Этими импульсами прозвучивают трубопровод 1 с контролируемой средой. Сигнал на выходе приемного преобразовател  3 в общем;случае представл ет собой сумму двух импульсов: импульса И1, прошедшего через исследуемую жид- кость (позици  16), и импульса U2, прошедшего по стенке трубопровода (позици  15). Амплитуда им1ульса U1 зависит от концентрации газовых пузырьков в потоке. Амплитуда же импульса U2 зависит от площади .внутрен ней поверхности трубопровода,контактирующей с жидкостью, т.е. от режи- ма течени . Так, например, при снар дном режиме течени , когда внутрен   псозерхность трубопровода в зоне контрол  контактирует с газовой прокой , практически вс  ультразвукова  энерги , излученна  преобразователе 2 в стенку трубопровода, попадает н приемный преобразователь 3. При пузырьковом режиме течени , когда вс  внутренн   поверхность трубопровода . контактирует с жидкостью, часть ульразвуковой энергии, распростран ющейс  по стенке трубопровода, излучаетс  в жидкость, .и позтому на приемный преобразователь 3 сигнал прит ходит максимально ослабленным.При расслоенном режим.е течени  амплитуда импульса U2 зависит от объемного га

5

0

5

0

35

зосодержани  oi

в объеме

45

55

V гага

мерного участка трубопровода Vrp. На фиг.З показан образец экспериментально полученной зависимости амплитуды импульса U2 от oi дл  трубопровода (р 40 мм на частоте F 2,0 мГц.

По изменению амплитуд импульсов U1 и U2, прошедших через исследуемую жидкость и по стенке трубопровода , можно определить не только концентрацию газовой фазы в потоке жидкости , но и режим течени  - пузырьковый , расслоенный и др.

Прием и выделение ультразвуковых и fflyльcoв U1 и U2 осуществл ют следующим образом.

При прозвучивании металлических трубопроводов импульс U2 всегда приходит к приемному преобразователю 3 раньше импульса И, т.к. практически дл  всех жидкостей скорость звука в них в 2-3 раза меньше скорос- ТИ звука в металлах. Однако из-за эффектов послезвучани  и реверберации исключить взаимное наложение во времени импульсов U2 и U1 путем уменьшени  длительности излучаемого импульса практически не удаетс .Дп  селекции импульсов U1 и U2 результирующий сигнал 17 с выхода приемного преобразовател  3 после усилени  в усилителе 5 подают на вторые входы аналоговых ключей 10 и 12. Импульсом 18 с выхода формировател  11 стробирующих импульсов открываетс  аналоговый ключ 12.

Длительность стробирующего импульса 18 выбираетс  такой, чтобы на, детектор 13 подавалась лишь та часть приемного импульса U2 (позици  -19), на которую не накладываетс  импульс Л. После детектировани  импульс посто нного тока подаетс  на регистратор 7. Дл  селекции импульса U1 на первый вход аналогового ключа.10 формировател  9 стробиругащих импульсов подаетс  импульс 20, длительность которого и врем  .задержки относительно прихода импульса-U2 выбирают таким образом, чтобы на детектор 6 пор(ава51

лась та часть импульса U1 (позици  21), на которую не накладываетс  импульс U2, После детектированрш импульс посто нного тока подаетс  на первый вход двухканального регистратора У,- Врем  задержки стробирукще- го импульса регулируетс  блоком 8 задержки. Дл  определени  характера нарушени  сплошности потока жидкости измер ют амплитуды видеоимпульсов, соответствующих ультразвуковы м импульсам U1 и U2, прошедшим через контролируемую среду и по стенке трубопровода. По изменению их значени  во времени суд т о концентра- и,ш1 газовой фазы и режиме течени . При этом руководствуютс  характерными особенност ми изменени  сигналов U1 и U2, присущими каждому режиму течени .

1.Пузырьковый режим течени . Амплитуда импульса U мен етс  от

максимального значени  до О в зависимости от концентрации пузырьков. Амплитуда импульса U2 во времени не мен етс  и равна минимальному значению U2,,, .

2.Расслоенный режим течени . Амплитуда импульса U1 0. Ампли-

туда импульса U2 мен етс  в пределах

от максимального .c ° минимального U2

мин

значении в зависимости газовой сЬазы Oi

от концентрации (фиг.З).

3. Снар дный режим течени .

На врем  прохождени  газовой пробки амплитуды U1 0, а U2 U2 у

Д. Дисперсно-кольцевой режим -течени  .

Амплитуда импульса U1 0; U2 - ,ц.

Дп  выделени  и пyльcoв U и U2 необходимо длительности стробирующих импульсов 18 и 20 и их задержку относительно друг друга ж.естко прив зать к временному положению принимаемого ультразвукового импульса 17, Это осуществл етс  с помощью органов регулировки , которыми снабже}1Ы соответствующие блоки устройства и двухлуче- вого осциллографа, развертка которого запускаетс  импульсами от генератора 4 электрических колебаний. Один вход вертикального отклонени  подключаетс  к выходу усилител  5, второй вход последовательно под2шючают к бло кам 9 и 11, формирующим стробируюгаие импульсы.

Q

25

ЗО

5

20

После уста :оБКи преобразователей 2 и 3 на трубопровод, не запол :е 1 ный жидкостью, по развертке осциллографа определ етс  временное положение заднего фронта импульса U2, прошедшего по стенке трубопровода, При заполнении трубопровода исследуемой жидкостью по экрану осциллографа вы вл ют начальный участок радиоимпульса U2, на который не накладываетс  радиоимпульс U1. Подключив второй вход осциллографа к выходу формировател  115 регулировкой длительности импульсов 5-станави ивают такую длительность строб ирующего импульса,чтобы его задний фронт совпал с концом этого Участка,

Затем второй вход осциллографа подключаетс  к выходу формировател  9, и регулировкой временн задержки в бло1 :е 8 совмещают передний фронт второго стробирующего импульса 20 с окончанием радиоимпульса U2, прешедшего по стенке трубопровода. Регулировкой длительности импульса в формирователе 9 устанавливают такую длительность стробирующего импульса 20, чтобы его заданий фронт совпадал с задним фронтом радиоимпульса 17.

После выполнени  указанных регулировок устройство 1 отово к контролю сплошности потока х.идкости в данном трубопроводе. При установке преобразователей на трубопровод другого диаметра настройку измерительного 5 строй- ства необходимо произвести заново,

Ф о р f у л а изобретени 

40

1,Способ контрол  сплошности потока жидкости в трубопроводе,заключающийс  в прозвучивапии трубопровода с контролируемой средой ультраjj звуковыми импульсами п регистрации амплитуды прошедших через среду импульсов , по величине которой суд т о сплошности потока, отличаю- U( и и с   тем, что, с целью расши50 рени  функциональных возможностей, дополнительно осуществл ют прием ультразвуковых импульсов, пр.ошедшнх по стенке трубопровода, измер ют их амплитуду, а о концентрации газовой фазы в потоке и о режиме течени  суд т по измеренным параметрам,

2.Устройство дл  контрол  сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее установленные на противо35

55

положных сторонах трубопровода ультразвуковые передающий и приемный преобразователи , генератор электрических колебаний, выхой которого подключен к передающему преобразоцателю, усилительэ вход которого нодюночен к приемному преоб разователЮ), и последовательно соединенпЕ,ш первьш детектор и регистратор о т л и чающее с   тем, что,, с целью расширени  функциональных позмо аюстен.,оно снабжено последовательно соединенными блоком задержки, первым формирователем стробируюших импульсов и первым аналоговым ключом, выход кото

рого подключен к входу первого детектора , и последовательно соединенными вторыми формирователем строби- рук)щих импульсов, вход которого под- ключен к второму выходу генератора электрических колебаний, аналоговым ключом и детектором, выход которого подключен к второму входу регистратора , вторые входы первого и второго аналоговых ключей объединены и подключены к выходу усилител , а вход блока задержки подключен к вы- ходу второго формировател  стробирую- щих импульсов.

Фиг.1

Claims (2)

1. Ф о р и у л а изобретения

   1. Способ контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе,заключающийся в прозвучивапии трубопровода с контролируемой средой ультразвуковыми импульсами и регистрации амплитуды прошедших через среду импульсов, по величине которой судят о сплошности потока, отличающийся тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей, дополнительно осуществляют прием ультразвуковых импульсов, прошедших по стенке трубопровода, измеряют их амплитуду, а о концентрации газовой фазы в потоке и о режиме течения судят по измеренным параметрам.
2. 2. Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее установленные на противоΊ положных сторонах трубопровода ультразвуковые передающий и приемный преобразователи, генератор электрических колебаний, выхоф; которого подключен к передающему преобразопателю, усилитель, вход которого подключен к приемному преобразователю, и последовательно соединенные первый детектор и регистратор, отличаю- | щ е е с я тем, что,, с целью расширения функциональных возможностей,оно снабжено последовательно соединенными блоком 'задержки, первым формирователем стробирующих импульсов И '1 первым аналоговым ключом, выход кото рого подключен к входу первого детектора, и последовательно соединенными вторыми формирователем строби-’ рующих импульсов, вход которого подключей к второму выходу генератора электрических колебаний, аналоговым ключом и детектором, выход которого подключен к второму входу регистратора, вторые входы первого и второго аналоговых ключей объединены и подключены к выходу усилителя, а вход блока задержки подключен к вы- ходу второго формирователя стробирующих импульсов.