CS266724B1

CS266724B1 - Zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách

Info

Publication number: CS266724B1
Application number: CS87614A
Authority: CS
Inventors: Milos Janour; Josef Ing Kiefmann; Oldrich Ing Pekarek
Original assignee: Milos Janour; Josef Ing Kiefmann; Pekarek Oldrich
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS61487A1

Abstract

Řeší se zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách, sestávající z vysílací ultrazvukové sondy, teplotního čidla, přijí mací ultrazvukové sondy, měrné nádoby, impulsního vysí lače, širokopásmové přijímače, časoměrných obvodů, mikroprocesorové řídicí jednotky, analogověČíslicového převodníku a obvodů zadává ní konstant, obvodů zobrazení výsledků a obvodů rozhraní. Zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách umožňuje měřit přímo objemový podíl složek v binární směsi kapalin za předpokladu, že se jedná o směs s rozdílnou rychlostí šíření ultrazvuku v každé složce. Zařízeni je vhodné pro použití v systémech přímého číslicového řízení chemickotechnologických procesů.

Description

Vynález se týká zařízení na ultrazvukové měření ve směsích dvou kapalin s rozdílnou rychlostí šíření ultrazvuku. Zařízení dovoluje měřit rychlost šíření s dostatečnou citlivostí ’ v širokém rozsahu kapalných směsí. Hodí se zejména pro měření objemového podílu složek ve směsi dvou kapalin s rozdílnou rychlostí šíření ultrazvukové vlny. Zařízení umožňuje provádět tuto analýzu v reálném čase a je možno jej využít jako čidla v přímém číslicovém řízení chemickotechnologických procesů. Typickým příkladem použití tohoto zařízení je automatické řízení extraktorů dle čs. AO 238 339 Způsob automatické regulace mechanicky promíchávaných extrakčních kolon a zařízení k provádění tohto způsobu.

Z dosud známých prostředků pro automatické stanovování složení kapalných směsí není známo takto problémově orientované zařízení vhodné pro začlenění do řídicích číslicových systémů technologických procesů, které by průběžně provádělo tuto analýzu s výsledky v odpovídajících fyzikálních jednotkách. K měření se zpravidla užívá metod a prostředků odpovídajících laboratorním potřebám a nesplňujících technologické provozní požadavky ani potřeby autoamtického řízení. Uvedené nevýhody jsou odstraněny zařízením dle vynálezu, jež umožňuje měřit pomocí ultrazvuku na vlastním průtočném technologickém systému, kde ku příkladu měrnou nádobu tvoří tělo chemické kolony nebo měrná nádoba s průběžným přečerpáváním analyzované směsi.

Novost zařízení dle vynálezu spočívá v tom, že vhodným spojením známých prvků je vytvořen měřicí systém, umožňující stanovovat objemový podíl složek v binární směsi kapalin, přičemž tato nová vlastnost je dosažena tím, že zařízení měří s vysokou přesností čas průchodu ultrazvukové vlny po dráze mezi vysílací a přijímací sondou a současně měří i teplotu testované směsi. Vysílací a přijímací sonda jsou vybaveny elektroakustickými měniči, které je nutno je umístit proti sobě v předepsané osové vzdálenosti. Zavedením známých rychlostních konstant pro obě kapalné složky s příslušnými teplotními koeficienty umožňuje v reálném čase vyhodnocovat objemový podíl složek ve směsi pomocí známých vztahů, které jsou průběžně počítány mikroprocesorovou řídicí jednotkou a výsledek je k dispozici na výstupních svorkách zařízení ve zvolené formě a fyzikálních jednotkách.

Vedle uvedených předností zařízení umožňuje vytvářet tabulky rychlostí šíření ultrazvukového signálu pro dosud neznámé kapaliny včetně určování jejich teplotních koeficientů podle známých vztahů:

_ c₁c₂t - i.c₂

- i-(c₁- c₂>

kde C^, jsou rychlosti šíření ultrazvuku v homogenních složkách, je vzdálenost mezi vysílací a přijímací ultrazvukovou sondou, t je čas průchodu ultrazvukové vlny kapalinou,

X je objemový podíl složky s rychlostí šíření C£í ^C1 = ^C10 ^{+ b}l-^(T - ^To> ' ^C2 = ^C20 ^{+ b}2 <^T - ^To>

kde T je referenční teplota, C_ln, C_9n jsou rychlosti šíření ultrazvuku v homogenních složkách o ¹ 1U ZU ' při teplotě Τθ; b^, b₂ jsou absolutní teplotní součinitelé, T - teplota; Cp C₂ - rychlosti šíření ultrazvuku v homogenních složkách při· teplotě T.

Zařízení rovněž umožňuje volit další pracovní režimy, kdy jsou data filtrována, počítány separátně rychlosti, časový interval mezi vysláním a přijetím měrného impulsu atp., kteréžto vlastnosti vyplývají z přítomnosti mikroprocesorové funkční jednotky.

Podstatou vynálezu je zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách, ve kterém je testovaná kapalina v měrné nádobě, do níž jsou vnořeny elektroakustické měniče vysílací a přijímací sondy a teplotní čidlo. Přijímací sonda je spojena se vstupem širokopásmového

CS 266 724 Bl 3 přijímače s vysokým ziskem a výstup tohoto zesilovače je spojen s časoměrnými obvody, které ovládají impulsní vysílač a přes něj i buzení vysílacího elektroakustického měniče a současně odměřují časovou prodlevu mezi vysláním impulsů do vysílací sondy a jeho zachycením přijímačem. Tyto časoměrné obvody jsou ovládány mikroprocesorovou řídicí jednotkou a současně jsou i zdrojem dat pro vyhodnocení měření. Teplotní čidlo je spojeno rovněž s mikroprocesorovou řídicí jednotkou přes analogočíslicový převodník. Mikroprocesorová řídicí jednotka zpracovává údaje z časoměrných obvodů, teplotního čidla a z připojených vstupních obvodů pro zadávání konstant. Výsledky jsou zobrazeny na displeji a rovněž jsou k dispozici na výstupních svorkách obvodu rozhraní. Zadávají se tyto konstanty: referenční teploty, při kterých byly získány hodnoty rychlosti šíření ultrazvuku v homogenních kapalných složkách, rychlosti šíření v homogenních kapalných složkách, odpovídající teplotní koeficienty rychlostí šíření v homogenních kapalných složkách.

Podstata vynálezu je vysvětlena na připojených výkresech, kde představuje obr. 1 celkové blokové schéma obr. 2 přímé spojení zařízení s průtočným systémem obr. 3 zapojení s měrnou průtočnou nádobou. .

Na obr. 1, na celkovém blokovém schématu, je vysílací sonda _1 propojena spojem 21 s impulsním vysílačem 2^ který je připojen spoji 25 a 52 na vstup a výstup časoměrných obvodů 5^, jejichž další vstup je připojen spojem 45 na výstup širokopásmového přijímače 4 a tento je pak spojen s ultrazvukovou přijímací sondou 2 spojem 34. Teplotní čidlo 2 jé připojeno spojem 87 na vstup analogověčíslicového převodníku 2, zatímco vstup tohoto je připojen spojem 76 na jeden ze vstupů bloku mikroprocesorové řídicí jednotky 6. Obvody zadávání referenční teploty a volby funkce zařízení 9. jsou připojeny spojem 96 na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky 6; obvody zadávání rychlostní konstanty prvé složky a jí odpovídajícího teplotního koeficientu 10 jsou připojeny spojem 106 na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky 6; obvody zadávání rychlostní konstanty druhé složky a jí odpovídajícího teplotního koeficientu 11 jsou připojeny spojem 116 na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky 6. Obvody rozhraní 13 jsou spojeny spoji 136 a 613 s odpovídajícím vstupem a výstupem mikroprocesorové řídicí jednotky 67 obvody rozhraní 13 jsou rovněž spojeny s odpovídající vstupní a výstupní svorkou zařízení 131 a 132. Mikroprocesorová řídicí jednotka je spojena dvěma spoji 56, 65 s odpovídajícím vstupem a výstupem časoměrných obvodů 2· Displej 12 je spojen spojem 612 s odpovídajícím výstupem mikroprocesorové řídicí jednotky já. Ultrazvuková vysílací sonda JL, ultrazvuková přijímací sonda 2 ^a teplotní čidlo _8 jsou umístěny v měrné nádobě 14.

Na obrázku 2 je zařízení dle vynálezu zapojeno na průtočný systém, kupř. protiproudý extraktor, kde do procesu vstupují dvě kapalné složky A a B. Vysílací sonda _1, přijímací sonda 2 a teplotní čidlo £ jsou umístěny v měrné nádobě 14, která je součástí těla průtočného technologického systému tak, aby elektroakustické měniče zaujímaly proti sobě předepsanou vzdálenost a byly v jedné ose. Sondy 1 a 3 a teplotní čidlo 2 jsou připojeny na blok elektronických obvodů 20 (obsahující přístroje značené vztahovými značkami £, 5, 2, 2* 10,

11, 12, 13 z obr. 1) a výsledky se objeví na displeji 12.

Na obrázku 3 je zařízení dle vynálezu pracující s měrnou nádobou 14, která je plněna pomocí čerpadla C z vhodně zvoleného místa technologického systému. Měrná nádoba 14 zabezpečuje umístění vysílači a přijímací sondy 2 ^a 2 ^ta^/ aby byla dodržena předepsaná osová vzdálenost sond.

Zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách dle vynálezu umožňuje přímo měřit objemový podíl kapalných složek v binární směsi za předpokladu, že se jedná o směs s rozdílnou rychlostí šíření ultrazvukové vlny v každé složce. Zařízení dle vynálezu poskytuje výsledky měření v reálném čase, ve zvolené formě a ve zvolené fyzikální jednotce. Zařízení umožňuje pracovat i s neznámými kapalinami, kdy lze snadno pro ně před vstupem do směsi

CS 266 724 Bl tímto zařízením stanovit nutné konstanty rychlosti šíření a teplotní koeficienty bez účasti další měřicí techniky. Zařízení dle vynálezu nalezne široké uplatnění v automatických řídicích systémech, kde je nutno průběžně stanovovat objemovou zádrž v technologických procesech typu kapalina-kapalina jako je ku příkladu kapalinová extrakce.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Zařízení pro ultrazvukovou analýzu v kapalinách, sestávající z vysílací ultrazvukové sondy, teplotního čidla, přijímací ultrazvukové sondy, měrné nádoby, impulsního vysílače, širokopásmového přijímače, časoměrných obvodů, mikroprocesorové řídicí jednotky, analogověčíslicového převodníku a obvodů zadávání konstant, obvodů zobrazení výsledků a obvodů rozhraní vyznačující se tím, že ultrazvuková vysílací sonda (1) je připojena spojem (21) k výstupu impulsního vysílače (2), který je připojen spoji (25, 52) na vstup a výstup časoměrných obvodů (5), jejichž další vstup je připojen spojem (45) na výstup širokopásmového přijímače (4) a tento je pak spojen s ultrazvukovou přijímací sondou (3) spojem (34), teplotní čidlo (8) je připojeno spojem (87) na vstup analogověčíslicového převodníku (7), zatímco výstup tohoto je připojen spojem (76) na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky (6); obvody zadávání referenční teploty a volby funkce zařízení (9) jsou připojeny spojem (96) na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky (6), obvody zadávání rychlostní konstanty prvé složky a jí odpovídajícího teplotního koeficientu (10) jsou připojeny spojem (106) na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky (6), obvody zadávání rychlostní konstanty druhé složky a jí odpovídajícího teplotního koeficientu (11) jsou připojeny spojem (116) na jeden ze vstupů mikroprocesorové řídicí jednotky (6); obvody rozhraní zařízení (13) jsou spojeny spoji (136, 613) s odpovídajícím vstupem mikroprocesorové řídicí jednotky (6), obvody rozhraní (13) jsou rovněž spojeny s odpovídající vstupní a výstupní svorkou zařízení (131, 132); mikroprocesorová řídicí jednotka (6) je spojena dvěma spoji (56, 65) s odpovídajícím vstupem a výstupem časoměrných obvodů (5), displej (12) je spojen spojem (612) s odpovídajícím výstupem mikroprocesorové řídicí jednotky (6),, přičemž ultrazvuková vysílací sonda (1) a ultrazvuková přijímací sonda (3), jakož i teplotní čidlo (8) jsou umístěny v měrné nádobě (14).