CS219598B1 - Sposob pre kvalitativně hodnotenie ultrazvukových vání a zariadenie pre prevádzanie tohto sposobu - Google Patents

Description

219 598 (54) Spdsob pre kvalitativně hodnotenie ultrazvukových vání a zariadenie preprevádzanie tohto sposobu 1

Vynález sa týká sposobu kvalitatívnehohodnotenia ultrazvukových vání meranímleh elektroakustickej účinnosti a zapojeniaobvodu zariadenia k vykonávaniu sposobu.

Neustále zdokonalovanie ultrazvukové jtechniky prináša aj do oblasti aplikácieultrazvuku v kvapalnom prostředí stále nov-šie a technologicky dokonalejšie typy ultra-zvukových žiaričov a čistiiacich vání. Při ichvývoji sa kl-adie doraz tiež na vy soku účin-nost premeny elektrického' budiaceho vý-konu ultrazvukových meničov na akustickývýkon spotřebovaný v kvapalnom prostředíčistiacej vane. Doteraz známe spósoby zisťo-vania elektroakustickej účinnosti majú velanevýhod a ich aplikovatelnosť je v širšommeradle velmi oibtiažna.

Kalorimetrická metoda zisťovania. elektro-akustickej účinnosti, ktorá je založená nameraní teplotného rozdielu ultrazvukem oza-řovaného prostredia pri budení ultrazvuko-vých meničov daným výkonom za určitý časje poměrně zdlhavá a nie v každom přípa-de zaručuje vyhovujúcu přesnost.

Sposob merania výkomovofrekvencnýchcharakteristik ultrazvuk ověj vane s kvapal-nou náplnou a potom bez nej nie je pri po-užití vhodnéj zapisovačej techniky velmizdlhavý a nepřesný, čo sa týká samotnéhozáznamu charakteristik. Komplikované jšleje však vyhodnotenie sirky frekvenčnéhopřenosového pásma hlavně v stave s nápl-ňou vane, pretože výkonofrekvenčná cha-rakteristika má vo váčšine prípadov zložitýpriebeli s viacerými rezonančnýml frekven-ciamí.

Sposob merania hodnot akustického tla-ku v množině bodov rovnoměrně umiestne-ných v ožairovanom priestore vane, ich kva-dratlzácia, sčítanie a výpočet akustického vý-konu pornocou teoreticky odvodeného vzor-ca tiež nezaručuje za každých okolnostíspolahlivý výsledek. Tento velmi závisí oddifúznych vlastností, tvaru a velkosti sto-jatého vlnenia v priestore vane, ktoré pod-mieňuje přesnost objemovej integrácie na-meraných hodnot tlaku. Aby nebol tentosposob merania příliš zdlhavý, je potřebnémerat celým súborom snímačov akustické-ho tlaku naraz, čo je zváčša možné reali-zovat len pre jeden typ ultrazvukové] va-ne. Porovnáme účinnosti ultrazvukových vá-ní s rozličnými geometrickými rozmermi jepri použití takejte multisondy prakticky ťaž-ko realizovatelné. Všetky doteraz známe a popísané sposo-by používajú pri meraní harmonicky aleboperiodicky modulový elektrický signál.

Vyššie uvedené nevýhody známých zaria- dění rieši sposob kvalitatívneho hodnoteniaultrazvukových vání a zapojenia obvodu za- 2 riadeniai k prevádzianiu sposobu podlá tohtovynálezu, ktorého podstatou je, že ultra-zvukové meniče upevněné na vaňu naplně-nu kvapalinou sú výkonové budené sumo-vým signálem frekvenčně obmedzeným ana-logicky so sirkou pásma ultrazvukové]’ sú-stavy, pri udržovaní konštantnej úrovně zvo-lenej hodnoty signálu zo snímača akustic-kého- tlaku, pričoni sa pohybem snímačaakustického tlaku vo váni zistí maximálnaa minimálna hodnota elektrického budiace-ho výkonu šuiniového signálu za účelom sta-novenia elektroakustickej účinnosti ultra-zvukové] vane.

Podstatou zapojenia zariadenia k prevá-dzaniu sposobu je, že snímač akustickéhotlaku ponořený do náplně ultrazvukové] va-ne je připojený cez prispósobovací zosilňo-vač, elektronický voltmeter a cez potencio-meter na regulačný vstup kompresora dy-namiky. Na signálový vstup kompresora dy-namiky je připojený šumový generátor. Vý-stup kompresora dynamiky je připojený cezpásmový priepustný filter, výkonový zosil-ňovač a wattmeter na ultrazvukové měni-če upevněné na dno ultrazvukové]' vane. Výhodou sposobu kvalitatívneho hodno-tenia ultrazvukových vání je rýchlosf me-rania, pohotová aplikovatelnosť na rožnetypy vání s možnosťou merania v širokomrozsahu teplot ultrazvukovéj sústavy, čímje tiež v dostatočnej miere vyvážená nároč-nost sposobu na náročnost přístrojovéhovybavenia. Příkladné prevedenie zapojenia zariade-nia pre kvalitativně hodnotenie ultrazvuko-vých vání je znázorněné na připojených vý-kresoch, kde na obr. 1 je blokové zapojeniezariadenia, nia obr. 2 je znázorněná grafickázávislost budiaceho výkonu ultrazvukové]vane na frekvencii harmonického budiace-ho signálu a potřebné nastavenie šířky pás-ma priepustného' filtra pri meraní a naobr. 3 je znázorněná grafická závislost elek-troukustitíkej účinnosti na budiacom vý-kone.

Zapojenie zariadenia pre kvalitativně hod-notenie ultrazvukových vání znázorněné naobr. 1 je převedené následovně.

Snímač akustického tlaku 8 ponořený donáplně 9 ultrazvukovej vane 7 je připo-jený cez prispósobovací zosilňovač 10, elek-tronický voltmeter 11 a cez potenciometer12 na. regulačný vstup 13 kompresora dy-namiky 2. Signálový vstup 14 kompresoradynamiky 2 je připojený na výstup gumové-ho generátoru 1. Výstup kompresora dyna-miky 2 je připojený cez pásmový priepust-ný filter 3, výkonový zosilňovač 4 a watt-meter 5 na ultrazvukové meniče 6 upevně-né na dne ultrazvukovej vane 7a 219 S98

Sumový generátor 1 budí cez kompresordynamiky 2 a pásmiový priepustný filter 3výkonový zosilňiovač 4. Priepustné pásmofiltra 3 je zvolené tak, aby sa v ňom na-chádzali všetky rezonančně vrcholy výko-nové] charakteristiky ultrazvukové] vane 7.Frekvenčně obmedzený sumový signál vý-konové zesilněný zosilňovačom 4 budí ul-trazvukové meniče 6 připojené na ultrazvu-kovú vanu 7. Vysokiofrekvenčný wattmeter3 meria činný elektrický výkon. Signál zosnímača akustického tlaku 8 umiestnenéhov priestore náplně 9 sa privádza k vyhod-mocovaciemu súboru prístrojov pozostávajú-cich z prisposiobovacieho zosilňovača 10 aelektronického voltmetre 11. Na prispóso-bovacoim zosilňo-vači 10 je nastavené zosil-nenie zodpovedajúce meraniu na elektro-nickém vo-ltmetri 11 bez dodatečného pre-počítavania výchylky na hodnoty akustic-kého tlaku. Striedavý výstup z voltmetru 11riadi po nastavení úrovně signálu potencio-metrom 12 zosilnenie kompresora dynami-ky 2. Přete je tiež možné nastavit konštant-ný meraný akustický tlak a označit ho pef[Pa]. Potom, ak sú zistené dálšie údaje, kde:

Ai, A2, A3... An sú vyžarovacie plochy na ul-trazvukových meničoch připevněných navanu [m2] n — je počet meničov závislý na velkostipovrchu vane p — je měrná hmotnost ozařovaného kva-palného prostredia [kg/m3] c — je rychlost šírenia. vlnenia [m/sec]je účinnost daná vzoircom: 2 . p2ef . Σ Ai i-1 p . c . (Pmax + Pmin) . 100 [ % ] [Pa, m2,kg/m3, nn/sec, W]

Pre Overenie sposobu kvalitatívneho hod-notenia ultrazvukových vání pódia tohto vy-nálezu s ©statnými metodami je výhodnév případe žiarenia odpadu vane nastavitvýšku hladiny na nepárny násobok štvrtinyvlnovej dížky, t. j. h=(2n— 1], λ/4, kde n je zvolené celékladné číslo c λ =—t pričom c je rýchlosť šírenia vln v danomprostředí [ m/sec ], f je středná freikvenciarezonančného pásma vane [Hz], Súčasne je výhodné stabilizovat akustic-ké vlastnosti kvapalného prostredia odply-nením pomocou zohriatia pod biod varu aúčinkami ultrazvuku. Tento spósob před-pokládá prifsposobenie ultrazvukových me-ničov 6 vane k vnútornému odporu výko-nového zosilňovača 4 a približnú znalostfrekvenčného pásma, v ktorom sa nachádza-jú rezonančně frekvencie meranej ultrazvu-kovej vane 7. Pri jeho použití sa výraznou mierou zvyšuje difuzita vlnenia a znižujúúčinky stojatého vlnenia, pretože využívápre výkonové budenie meničov stochastic-ký-šumový signál. Používá sa len jeden sní-mač akustického tlaku 8 v kvapaline, ktorýmeria efektívnu hodnotu signálu frekvenč-ně obmedzeného v zhode so šířkou pásmaultrazvukové] sústavy. Táto hodnota sa udr-žuje na konstantněj úrovni automatickouregulácio-u zosilnenia. Akustický výkon tak-to regulovanej sústavy je potom možné vy-počítat ak© súčin intenzity ultrazvukovéhopoia a plochy, která akustický tlak vyvo-lává. Táto plocha je zhodná s vyzařovanouplochou všelikých ultrazvukových meničovupevněných na vanu.

Uvedený matematický úkon nie je možnévykonat pri budení sústavy signálom har-monickým, modulovaným a podobné tak,aby vyšiel spolahlivý výsledok. Konštantnýsignál zo snímača akustického' tlaku a tedai konštantný tlak vo všetkých miestach va-ne, kde sa snímač akustického tlaku právěnachádza je udržiavaný změnou budiacehovýkonu. Pri vyhodnocovaní sa berie do úva-hy aritmetický priemer maximálnej Pmax[W] a minimálněj Pmin [W] hodnoty. Per-centuálny podiel akustického výkonu astredného elektrického výkonu určuje elek-troakustickú účinnost ultrazvukovéj vane.Meraním íbolo zistené, že nie je možné správ-né vypočítat účinnost pri konštantnom bu-diacom výkone, keby sa bral do úvahy arit-metický priemer minimálnej a maximálnejhodnoty naímeraného akustického tlaku.

Pre overenie sposobu a zapojeni,a zaria-denia podlá tohto vynálezu bola tiež po-užitá ultrazvuková vana o objeme 7 li-trov.Výška hladiny odplynenej 23 °C teplej vodybola 0,13 m, čo zodpovedá nepárnemu ná-sobku štvrtiny vlnovej dížky 7x λ/4. Vana bo-la budená tromi ultrazvukovými meničmiumiestnenými na dne vane a ich celkovávyžarovacia plocha bola 1,47.10“2 m2. A.kozdroj signálu bol použitý generátor bielehošumu so spektrálnou hustotou výstupnéhonapátia 10_4V2/Hz. Pásmový priepustný fil-ter bol zvolený v šírke pásma jednej třetinyoktávy so střednou frekvenciou 20 kHz.

Vzájemný vztah okrajových frekvenciípásmovéj priepuste a výkonovofrekvenčnejcharakteristiky prispósobenej ultrazvukovejsústavy budenej harmonickým signálom jeznázorněný na obr. 2. Všetky tri rezonančněvrcholy ležia vo vnútri tretinooktánovéhopásma. Výsledky porovnávacích meraní súznázorněné na obr. 3 vo formě závislostielektroakustickej účinnosti na budiacom vý-kone. Prvé dva body J a K boli určené spo-sobom a zapojením zariadenia podlá tohtovynálezu. Body L, M a N bolí určené mera-ním výkonovofrekvenčných charakteristikultrazvukové] sústavy bez kvapalnej náplněa s náplňou. Posledný bod O bol určený ka-lorimetrickou metodou.

Claims (3)

219 S98 PREDMET VYNALEZU

1. SpĎso-b pře kvalitativně bodnotenie ul-trazvukových vání vyznačujúci sa tým, žeultrazvukové meniče upevněné n,a vanu na-plněnu kvapalinou sú výkonové budené šu-movým signálom frekvenčně obmedzenýmanalogicky so šířkou pásma ultrazvukovejsú,stavy při udržiavaní konštantnej úrovnězvoleno j hodnoty snímaného akustickéhosignálu, pričom sa pohybom snímača akus-tického tlaku vo váni zistí maximálna aminimálna hodnota elektrického budiacehovýkonu šumovéhO' signálu za úcelom sta.no-venia elektroakustickej účinnosti ultrazvu-kové] vane.

2. Zapojenie obvodu k prevádzaniu spóso-bu podlá bodu 1 tvořeného šumovým gene-rátorem, kompresorem dynamiky, pásmo- vým priepustným filtrem, výkonovým zosil-ňovačom, wattmetrom, snímačem akustické-ho tlaku, prisposobovacím zosilňovačom,elektronickým voltmetrem a potenciomet-rom vyznačujúce sa tým,, že snímač akus-tického tlalku (8) ponořený do náplně (9]ultrazvukové] vane (7) je připojený cez při-sp osobovací zosilňovač (10), elektronickývoltmeter (11) a cez potenciometer (12) naregulačný vstup (13) kompresora dynami-ky (2), pričom na jeho signálový vstup (14)je připojený šumový generátor (1) a výstupkompresora dynamiky (2) je připojený cezpásmový priepustný filter (3), cez výkono-vý zosilňovač (4) a cez wattmeter (5) naultrazvukové meniče (6) upevněné na dnoultrazvukovej vane (7).

3 výkresy