CN1032667C

CN1032667C - 超声波液体浓度检测仪

Info

Publication number: CN1032667C
Application number: CN 90106093
Authority: CN
Inventors: 朱士明; 卢杰; 刘镇清; 魏墨; 袁春裕; 张韵雅
Original assignee: Shanghai Printing And Dyeing Chemical Plant; Tongji University
Current assignee: Shanghai Printing And Dyeing Chemical Plant; Tongji University
Priority date: 1990-12-11
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2005-12-11
Also published as: CN1062416A

Abstract

超声波液体浓度检测仪，属于超声检测技术领域，适用于电解法双氧水生产过程中的双氧水浓度在线检测或其他二元混合液体的成分分析。本仪器装有去除被测液体中混有粒屑杂物和气泡的装置，使得检测能在有阵发性气泡发生的恶劣情况下正常工作，在仪器内，采用储存多条浓度各异的温度、声时关系曲线的方法，来实现测量时大范围的温度自动补偿(浓度范围：0%～38%，温度范围25℃～50.5℃)，采用提高发射接收能力等技术来提高检测液体浓度的精确度。本仪器操作方便，检测精度高。

Description

超声波液体浓度检测仪

超声波液体浓度检测仪属于超声检测技术领域，适用于电解法生产双氧水浓度在线检测或其他二元混和液体的成份分析。

现有的双氧水浓度采用化学滴定法来测定。采用这种方法来测定要消耗高锰酸钾、硫酸和双氧水试剂，会造成环境污染，并且手工操作的人为误差大，耗时长，不能实现在线连续检测及时指导生产。

本发明的目的在于提供一种抗干扰性能强，能用于有粒屑和/或出现阵发性气泡的恶历条件，温度补偿范围大，精度高，并能实现在线连续量测的检测仪。

本发明由探头箱部分和电路部分两部份组成。有阵发性气泡和/或粒屑杂物的被测液体，经探头箱的去泡除杂后流过安装在探测箱内的测温探头和超声探头。测温探头和超声探头与电路部分用电缆连接。仪器将通过测温探头和超声探头测得的被测液体的温度、声时与用ROM中储存的双氧水浓度、温度及声时关系曲线计算出被测液体的浓度。

本发明的工作原理如图1、图2所示。探头箱部分由入口1，左隔板3，滤网4，右隔板6，排气孔8，出口9，清洁孔10，超声探头11，测温探头15组成。左隔板3，右隔板6将探头箱内部分隔成左室2，中室5，右室7，超声探头11，测温探头15安装在中室5的下部。被测液体由进口1流入，经滤网4流进中室5，被测液体中的粒屑杂物被阻挡在左室2，粒屑杂物受重力作用而沉至左室2的底部，经工作一段时间后打开清洁孔10将其排除。被测液体流过滤网4，由于孔径变大，流速变慢，这时水中大多数气泡经排气口8后由出口9排出。经排气去杂后的被测液体流过中室5的中下部时，经过超声探头11和测温探头15。

电路部份由测温电路16，键盘19，键盘与字码显示控制器20，数字显示器21，记录仪22，D/A23，A/D24，地址、控制和数据线25，8位单片机芯片26(本发明采用8031型8位单片机芯片)，ROM27，RAM和I/O扩展器28，高速记时器29，测幅分频器30，复位单稳31，发射电路32，放大器34，过零检测电路35，结束单稳器36，计时门38和25MH_z晶振39组成。其中8位单片机芯片是本仪器的核心，它通过地址，控制和数据线25与其外围的ROM，RAM和I/O扩展器，D/A，A/D，及键盘和字码显示控制器相互传递数据、命令和中断服务要求。在ROM中储存整机运行的程序和多条浓度各异的温度，声时关系曲线(浓度范围0％～38％，温度范围25℃～50.5℃)，通过探头实测得到的温度、声时数据与各曲线的比较找到最近的二条浓度曲线，再用内插法算出实际浓度值。8031通过RAM和I/O扩展器的B口读取声时的低八位，经256分频的高位直接通过8031的T₀口计数、储存；D/A将算出的浓度百分比数值转换成0—5V的模拟信号供记录仪连续记录；A/D按照8031的指令在测量声时开始时立即开始进行将温度模拟信号转换成数字量，等待8031读取；键盘与字码显示控制器将用户键入的显示要求传给8031储存起来并按用户要求显示的测量结果在8个字码管上显示；发射单稳33工作时向发射电路中的发射管GB₁施加宽度为压电晶片共振时1/2—1/4周期的正脉冲信号，发射管GB₁产生较高电压的负脉冲驱动压电晶片产生一个声脉冲，通过R₅C₁C₂使高电压的正负沿都激励压电晶片以晶片厚度共振频率振动，使有用信号增强，声信号的声程为300mm，工作频率为2MH_z，透过透声窗及被测媒质，被反射回到压电晶片上产生一个电讯号；过零检测电路35从发射及多次反射回波中检出要测的那个波到达的过零电平瞬刻，产生一个从发射瞬刻到过零电平瞬刻的正方波，正方波控制计时门让计时时标通过，后沿触动结束单稳，结束单稳控制计幅门，让接收回波中超过较高阀电平的信号个数被测幅分频器和8031的T1口计数；其中幅度过小的信号被判断为有颗粒或气泡的干扰，而被剔除；高速计时器采用25MH_z石英晶振做时标，经过高速计时单元256分频后的计时信号直接由8031的T₀口计数寄存。

本发明的优点在于：

1、本发明在探头箱内设置了去杂除泡的装置，使得检测仪能在阵发性气泡存在的恶历条件下连续正常地工作，在工作程序中设有根据接收到的幅度是否过小，声时有无突变，来剔除有气泡影响的数据的程序，提高了检测的精度。

2、在ROM中存储浓度范围0％～38％，温度范围25℃～50.5℃，浓度各异的多条温度，声时曲线，实现了大范围内的温度补偿。

3、在ROM中不存储各浓度的温度、声时实测值，只存储拟合后各浓度下温度，声时曲线的几个系数，大大节省了存储器，减少了实测值的随机测量误差。

4、本发明采用计数幅度超过一定阀电平的个数的多少来判断接收幅度正常与否，不仅简化了电路，而且提高了测量幅度变化的敏感性。

5、采用25MH_z的石英晶振做高速计时的时标，和随机地多次测量时间间隔后平均的方法，大大提高了测时精度(达σ＝0.82ns)。

6、采用300mm的声程，提高了测量声时的相对精度。

7、采用过零电平触发技术；2MH_z的较高工作频率和提高发射接收能力措施来降低幅度变化和甄别阈漂移造成的误差。

8、本发明能同时或分别显示被测液体的声时(灵敏度0.1ns)；幅度；温度(机内的256分度值和℃值)；以及浓度(灵敏度0.01％)和温度(灵敏度0.1℃)。

9、本发明采用高效的较高电压发射电路，电路结构简单，耗电省，发射管导通时间只有晶片厚度共振时的1/2—1/4周期，前后沿都都促使晶片以厚度共振频率振动，增强了有用的厚度共振信号，提高了接收回波信号的幅度及纯度。

附图为本发明的一个实施例，说明如下：

1、探头箱内部结构图；

2、电路部分结构图；

3、检测仪工作程序流程图。

结合附图对本发明作进一步描述；

图1，探头箱内部结构图。探头箱由入口1，左隔板3，滤网4，右隔板6，排气孔8，出口9，清洁孔10，超声探头11，测温探头15组成。左隔板3和右隔板6将箱体内腔分隔成左室2，中室5，右室7。左隔板3的上方与箱内壁之间设置滤网4，以阻止粒屑杂物进入中室5，右隔板6的上方与壁之间的通道作为排气孔8，右隔板6的下端与箱底之间的通道为待测液通道。清洁孔10设在左室3的底部，沉在左室底部的粒屑杂物通过清洁孔10清除掉。超声探头11固定安装在探头底12上，探头座12用若干个螺丝13固定在中室5的下部，连接超声探头与电路部分的电缆从电缆插头14连出。

图2，电路部分结构图。电路部分由测温电路16，键盘19，键盘与字码显示控制器20，数字显字器21，记录仪22，D/A23，A/D24，地址，控制和数据线25，8位单片机蕊片26，ROM27，RAM和I/O扩展器28，高速记时器29，测幅分频器30，复位单位31，发射电路32，放大器34，过零检测电路35，结束单稳36，计幅门37，计时门38和25MH_z晶振39组成。其中测温电路16由高精度电源17，4只电阻R₁、R₂、R₃、R₄和温度放大器18构成；发射电路32由发射单稳33，发射管GB，1只电阻R₅，2只电容C₁，C₂和2只二极管GB₂，GB₃构成。

图3是检测仪工作流程图。仪器接通电源后，8031首先进行初始化，明确各中断程序的地址及各芯片，各接口的功能。接着8031驱动复位单稳31翻转与测温开始，并进入等待中断状态。复位单稳31驱动高速记时器29和测幅分频器30复零，准备进行这一次的测量。复位单稳31的后沿驱动发射电路32，超声探头10进行工作。结束单稳36控制计幅门37让回波中超过高阀电平信号个数通过测幅分频器30分频后由8031的T₁口计数，经高速记时单元256分频后的计时信号直接由8031的T₀口计数寄存。结束单稳36的后沿通过EX₁口要求8031做测温，测声时，计算浓度和显示的中断服务。

8031收到EX₁传来的中断要求后，转到测量，显示主程序。首先读入并检查T₁寄存器里的幅度信号，若幅度过小即判断为有粒屑杂物或气泡的干扰，经触发复位单稳31和开始测温后回到等待中断状态。否则由PB口读入高速计数寄存器存储的低8位声时，由T₀读入声时的高位，并将这声时与上批测量中首256次测量的平均值进行比较，若过小则判为有气泡或电干扰，也经触发复位单稳和测量温度，回到等待中断状态。否则读取温度数据，将测得的温度、声时和幅度数值分别加到对应的二进制寄存器中，供以后400次声时测量作比较用，若浓度或温度过高或过低则8位数字显示中左或右四位数字显示变黑形成闪烁报警。若次数不等于256次或400次，就经触发复位单稳，开始测温回到中断状态。若为400次则将声时，温度和幅度分别平均，换算成十进制数据储存在十进制的温度、声时和幅度数据寄存器中。接着在ROM中寻找这一实测温度下各浓度曲线所对应的声时值和测得的声时值比较，直到找到与实测温度、声时最邻近的二条温度声时曲线，根据这二条曲线的浓度，声时值与实测的声时值用内插法算出实际浓度。然后8031将算出的浓度转换成模拟信号，供记录仪连续记录。根据显示要求显示浓度；温度；声时；幅度；或温度(256分度值与℃值)。将二进制温度、声时、幅度和正确测量次数寄存器复零；这样就完成了一次测量、计算、显示的全工作过程，经触发复位单稳和开始测温回到中断状态，开始进行下一个测量工作过程。

Claims

1.一种超声波液体浓度检测仪，由探头箱部分和电路部分两部分组成，探头箱部分包括入口(1)，左隔板(3)，滤网(4)，右隔板(6)，排气孔(8)，出口(9)，清洁孔(10)，超声探头(11)，测温探头(15)；电路部分包括测温电路(16)，键盘(19)，键盘与字码显示控制器(20)，数字显示器(21)，记录仪(22)，D/A(23)，A/D(24)，地址、控制和数据线(25)，8位单片机芯片(26)，ROM(27)，RAM和I/O扩展器28，高速记时器(29)，测幅分频器(30)，复位单稳31，发射电路(32)，放大器(34)、过零检测电路(35)，结束单稳器(36)，计幅门(37)，计时门(38)和25MH₂晶振(39)，其特征在于：

a、在探头箱中设置滤网(4)，排气孔(8)，以去除被测液体中的粒屑杂物和绝大部分气泡；

b、在ROM中储存多条温度、声时、浓度关系曲线，实现25℃～50.5℃范围的温度补偿，0％～38％浓度范围内的检测。

c、采用过零电平触发器技术；2MH₂的工作频率和发射接收能力大到接收回波饱和；采用25MH₂作为时标和随机多次测量后平均的方法使测量液体浓度精度达σ＝0.8ns。

d、发射电路(32)由发射单稳(33)，电阻R₅，两只电容C₁，C₂，发射管GB₁、2只二极管GB₂、GB₃构成，发射管GB₁导通时间为晶片共振的1/2～1/4周期。