FI59880B - Foerfarande och anordning foer maetning av egenskaper hos ett i en behaollare inneslutet material - Google Patents

Description

rBl KU U LUTUSJ UI.KAISU - Q 0

Mfi ™ (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 5 98 80 C (45) Γ , 1 / " (51) K».lk.3/lnt.CI.3 G 01 N 29/02 SUOMI —FINLAND (21) P»ttnttihtk.mu«-P»unt»nieknlng 771198 (22) Hikamispilvt — Arwekningtdig 15-0¾«77 (23) Alkupllvt — Giltlghctsdtg 15-01+.77 (41) Tullut Julkliulul — Bllvlt offmtllg 17 · 10.77

Patentti· ia rekisterihallitus .... .,..., ,, , . . ,, .. , _ ' (44) Nlhtivlkilpanon jt kuul.Julkaltun pvm. — ^ o

Patent· ech registerstyrelsen ' Anaökan utlagd och utUkrliwn publkarmd JU.Uö.öl (32)(33)(31) Pyydatty «tuoikcus —Bagird prlorlttt l6 . OU. j6 16.0¾.76, lO.O5.76, lO.05.76, 12.05.76, 12.05.76, 12.05.76, 21.06.76, 21.06.76, 01.07.76, Ol.07.76, Ol.07.76, 08.07.76, 12.07.76, 12.08.76, 12.08.76, 12.08.76 USSR(SU) 23I+8577, 23I+8738, 2355918, 2355919, 2359878, 2361105, 236325I+, 23736m, 2380861, 2380280, 2383172, 2383179, 2386080, 2387999, 2395661, 23981+ 38, 23981+39 (71) Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky i Konstruktorsky Institut "Tsvetmet-avtomatika", Dmitrovskoe shosse 129, Moskva, USSR(SU) (72) Nikolai Ivanovich Brazhnikov, Moskva, Nikolai Nikolaevich Khavsky, Moskva, Vladimir Fedorovich Kravchenko, Moskva, USSR(SU) (7¾) Qy Kolster Ab (5¾) Menetelmä ja laite säiliöön suljetun aineen ominaisuuksien mittaamiseksi - Förfarande och anordning för mätning av egenskaper hos ett i en beha.1-lare inneslutet material Tämä keksintö kohdistuu laitteistoon, jolla toteutetaan automaattinen säätö teknillisille muuttujille tuotantoprosesseissa teollisuuden eri aloilla käyttäen apuna akustisia värähtelyjä sekä erityisesti menetelmään, millä mitataan aineen, erityisesti nesteen ominaisuuksia säiliössä ja laitteeseen tämän menetelmän toteutta-miseks i.

Tätä keksintöä voidaan käyttää automaattisissa säätösystee-meissä hydrometallurgisissa prosesseissa ja konsentraatioprosesseissa raudan ja muun kuin raudan metallurgiassa, kemian, öljytuoteteolli-suuden ja elintarviketeollisuuden aloilla sekä muilla aloilla automaattista nesteen ominaisuuksien kosketuksetonta mittausta varten, nesteen ollessa sijoitettuna säiliöön.

Säädetyt tuotantoprosessit voidaan tunnistaa erilaisista tekijöistä, jotka destabiloivat aineksen ominaisuuksia sekä aiheuttavat 2 59880 erilaisia vaikeuksia niissä keinoissa, mitä käytetään tällaisen aineen ominaisuuksien mittaamiseen. Tällaisiin tekijöihin sisältyy teollisuuden tuotantoprosessien yhteydessä akustisten värähtelyjen epästabiilisuus tai lisääntynyt vaimentuminen kyseessä olevassa väliaineessa, epästabiili läpäisevyys, nesteen sekoittuminen ilma-kuplien vaikutuksesta, mukana olevien kiinteitten hiukkasten epästabiili pitoisuus tässä nesteessä ja muut vastaavat tekijät.

Perusvaatimus, joka menetelmille ja laitteille asetetaan mittausominaisuuksia varten säiliössä olevalle nesteelle, esim. nesteen liuosten konsentraatiota varten, muodostuu edellä mainittujen, mittausten luotettavuuteen ja tarkkuuteen vaikuttavien destabilisoi-vien tekijöiden vaikutuksen minimoimisesta. Muihin vaatimuksiin sisältyy mittausten herkkyys, huoltohenkilökunnan turvallisuus , laitteen rakenteen yksinkertaisuus ja halvat hinnat kaupallisesti.

Jotta voitaisiin mitata säiliössä olevan nesteen ominaisuuksia voidaan käyttää erilaisia menetelmiä ja erilaisia toteutustapoja tällaisille menetelmille. Ne voidaan jakaa kahteen ryhmään riippuen niiden teknillisistä periaatteista: näytesondilla toimivat ja koskettamatta toimivat menetelmät. Ensimmäisessä ryhmässä tuodaan herkät koestimet, jotka syöttävät tietoa nesteestä tähän säiliöön missä neste on ja ne ovat kosketuksissa nesteen kanssa. Toisessa ryhmässä sijaitsevat tunto-osat säiliön ulkopuolella eivätkä ne ole alttiina suoralle kosketukselle nesteen kanssa, jonka ominaisuuksia tulee mitata.

Ensimmäisestä ryhmästä tunnetaan jo resonanssimenetelmä sekä laite aineen ominaisuuksien mittaamiseksi. Tämä menetelmä muodostuu siitä, että sijoitetaan ultraäänilähde säiliöön ja lisäksi siihen sijoitetaan heijastin, mikä on sijoitettu kiinteälle etäisyydelle edellisestä. Kiinteä ultraääniaalto muodostetaan syöttölähteen ja heijastimen välille. Tämän aallon taajuus riippuu sen väliaineen ominaisuuksista, missä ultraäänilähde ja heijastin sijaitsevat.

Tämän menetelmän toteuttava laite muodostuu ultraäänilähdettä ja heijastinta lukuunottamatta laajakaistaisesta sähkövahvistimen generaattorista yhdistettynä sähköisesti ultraäänilähteeseen ja mittari- laitteesta, mikä merkitsee akustisen itseherätteisen taajuuden vaihtelut nestekerroksessa ultraäänilähteen ja heijastimen välillä.

Tämä menetelmä ja laite on kuitenkin tunnettavissa huonosta 1 luotettavuudesta ja tarkkuudesta mitattaessa viskoosien väliaineiden 3 59880 ominaisuuksia, joihin sisältyy suspensoituna olevia kiinteitä hiukkasia näitten hiukkasten tarttuessa kiinni ultraäänilähteeseen ja heijastimeen.

Ensimmäisenä mainitusta ryhmästä tunnetaan myös kapasitiivinen menetelmä sekä laite nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi. Tämä menetelmä muodostuu siitä, että herkkä osa sijoitetaan säiliön sisään ja valmistetaan kahdeksi levyksi (tai tangoksi), joiden välissä on tietty välys, ja sitten herkän osan kapasiteetti, mikä riippuu tässä välitilassa olevan väliaineen eristeominaisuuksista, mitataan ja tämä kapasiteetti toimii osoituksena säiliössä olevan nesteen tarvittavasta ominaisuudesta. Laite tämän menetelmän toteuttamiseksi sisältää paitsi kapasiteetille herkän osan, mittarin, jolla mitataan kapasiteetin vaihtelut tässä osassa, mitkä vaihtelut sitten liittyvät nesteen ominaisuuksien vaihteluihin.

Yllä kuvattu menetelmä ja laite nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi ovat puutteellisia siinä suhteessa, että ne eivät ole luotettavia väliaineen kapasiteetin epästabiilisuuden johdosta ja vaihtelujen johdosta herkän osan välyksessä ja tämän johdosta sen kapasiteetissa johtuen nesteessä suspensoituna olevien hiukkasten vaikutuksesta.

Ensimmäisenä mainitun ryhmän joukossa tunnetaan myös impedans-simenetelmä sekä laite nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi.

Tämä menetelmä muodostuu säiliössä sijaitsevan ultraäänilähteen impedanssin mittaamisesta, näiden muutosten riippuessa sen nesteen ominaisuuksista, missä syöttölähde on sijoitettuna. Laite tämän menetelmän toteuttamiseksi sisältää ultraäänilähteen kytkettynä sähköisten värähtelyjen generaattoriin sekä muistiinmerkitsijämittarin syöttölähteen impedanssin vaihtelujen mittaamiseksi.

Yllä kuvattu menetelmä ja laite on tunnettavissa nesteen mit-tausominaisuuksien huonosta tarkkuudesta ja mittaamisen riittämättömästä luotettavuudesta. Tämä aiheutuu pienehköistä vaihteluista syöttölähteen sähköisessä impedanssissa, joita aiheuttaa muutokset nesteen aikaansaamassa syöttölähteen akustisessa vaimennuksessa kun nesteen ominaisuudet vaihtelevat,

Yleinen haittapuoli' kaikille kolmelle yllä kuvatulle menetelmälle ja laitteelle ensimmäisenä mainitusta ryhmästä muodostuu myös siitä, että herkät osat tulee sijoittaa säiliön sisään, mikä 59880 vaatii teknillisen prosessin keskeyttämisen tämän laitteen asentamista, vioittumista estävää huoltoa tai korjausta varten. Sitä paitsi tällaisten laitteiden toimintaikä ja luotettavuus laskee paljon kun säiliöt täytetään vahvavaikutteisilla aineilla.

Nämä haittapuolet eivät ole olemassa yllä mainitun toisen ryhmän mukaisissa menetelmissä ja laitteissa.

Toisen ryhmän menetelmien joukossa tunnetaan jo radio-isotooppimenetelmä sekä laite nesteiden ominaisuuksien mittaamiseksi, jollaisia ominaisuuksia on esim. nesteliuosten konsentraatio.

Tämä menetelmä muodostuu radioaktiivisen säteilyn absorption vaihtelujen mittaamisesta, säteilyn kulkiessa teknillisen säiliön kautta sen akselin poikki ja näiden muutosten ollessa seurauksia muutoksista säiliössä olevan nesteen ominaisuuksissa. Laite tämän menetelmän toteuttamiseksi muodostuu radioaktiivisen säteilyn lähteestä ja vastaanottimesta sijoitettuna yksi kummallekin puolelle säiliötä sen ulkopinnalle ja mittarilaitteesta, joka on yhdistetty vastaanottimeen.

Tämä menetelmä ja laite väliaineen rajapintojen ilmaisimeksi on puutteellinen siinä suhteessa että se ei ole tarkka, se on monimutkainen rakenteeltaan ja kallis minkä lisäksi on olemassa mahdollinen säteilyvaara huoltohenkilöstölle.

Tunnetaan vielä menetelmä nesteen läsnäolon havaitsemiseksi tietyssä säiliössä.

Tämä menetelmä muodostuu siitä, että muodostetaan akustisen värähtelyn pulsseja ja ne syötetään nesteeseen säiliön seinän läpi, normaalin suunnassa tähän seinään nähden ja sitten akustiset merkit vastaanotetaan niiden kuljettua säiliön seinän läpi ja muodostetaan sähkösignaali, joka kuljettaa tietoa kyseessä olevan nesteen ominaisuuksista .

Yllä kuvatussa menetelmässä sähkösignaalin amplitudi on osoituksena kyseessä olevan nesteen ominaisuuksista. Vaihtelut tässä amplitudissa riippuvat erotuksista akustisen aallon läpäistessä säiliön sisällä nesteen tässä säiliössä, joita ominaisuuksia kyseisellä menetelmällä sitten mitataan.

Tunnetaan jo laite säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi, mikä muodostuu akustisesta anturista kytkettynä pulssigeneraattoriin ja mikä sijaitsee välittömästi säiliön seinän 5 59880 ulkopinnalla. Tämä anturi kehittää akustisia värähtelypulsseja, jotka syötetään nesteeseen säiliön seinän läpi ja vastaanotetaan ja muunnetaan sitten akustisiksi signaaleiksi, joka syötetään sähköisen tietosignaalin muotoilijan signaalituloon, joka tietosignaali sisältää tietoa kyseessä olevan nesteen ominaisuuksista. Muotoilijan ulostulo on kytketty sähköisesti mittauslaitteen sisääntuloon, mikä on yhdistetty sähkösignaalin amplitudin muistiinmerkitsijään. Amplitudi on osoituksena nesteen ominaisuuksien vaihteluista.

Tämä menetelmä nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi säiliössä sekä laite tämän menetelmän toteuttamiseksi ei salli kun sitä sovelletaan erilaisilla teollisuuden aloilla, esim. kaivosteollisuudessa, hydrometallurgiassa ja tietyillä kemian teollisuuden aloilla riittävää eli tyydyttävää tarkkuuden tasoa, mikä johtaa merkityksellisiin virheisiin kuten myös monimutkaisempaan rakenteeseen ja tämän johdosta suurempaan laitteen kaupalliseen hintaan.

Tämä voidaan osoittaa siitä tosiasiasta peräisin olevaksi, että säiliöiden poikkileikkaukset ovat suuria, joskus 8-10 metriä, mikä johtaa suureen difraktiohajontaan akustisessa aallossa sekä huomattavaan amplitudin pienentymiseen vastaanottimen alueella.

Jotta voitaisiin pienentää difraktion vaikutusta tulisi säteilyn lähdettä ja säteilyn aallon taajuutta kasvattaa, mikä vaatii selvää nousua sähköisten värähtelyjen generaattorin tehossa, mikä merkitsee vastaavasti monimutkaisempaa laitteistoa ja laitteen suurempaa hintaa.

Sitä paitsi nestemäisessä väliaineessa läsnä olevat kaasu-kuplat ja kiinteät hiukkaset johtavat merkitykselliseen siellä kulkevan akustisen aallon hajontaan, mille on tunnusomaista vastaanotetun aallon amplitudin eksponenttiaalinen vaimentuminen säiliöön koon kasvaessa, Tämä on useiden virheiden aikaansaajana ja tekee usein tämän menetelmän ja laitteen käytännössä käyttökelvottomaksi.

Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi sekä laite tämän menetelmän toteuttamiseksi, jotta täten taattaisiin nesteen ominaisuuden mittaamisen korkea luotettavuus.

Eräs toinen tämän keksinnön tarkoitus on lisätä tällaisten mittauksien tarkkuutta.

Vielä eräs nyt kyseessä olevan keksinnön tarkoitus on tehdä tämän laitteen rakenteesta ja sen toiminnasta yksinkertaisempi ja 6 59880 tämän johdosta alentaa sen kaupallista hintaa ja huollon kustannuksia.

Nämä tarkoitukset toteutetaan siten menetelmässä säiliöön suljetun aineen sellaisten ominaisuuksien mittaamiseksi, joiden muutos liittyy aineen akustiseen impedanssinmuutokseen, jonka menetelmän mukaan aineeseen kohdistetaan säiliön seinämän läpi ja kohtisuoraan tätä vastaan jaksottaisia akustisia värähtelypulsseja ja säiliön seinän läpi menevät akustiset signaalit vastaanotetaan ja muutetaan sähkösignaaliksi, joka sisältää tietoa aineen ominaisuuksista, ja menetelmälle on tunnusomaista, että säiliön seinän läpi menevät akustiset signaalit vastaanotetaan akustisen impedanssin-muutoksen kohdissa esiintyvän heijastuman jälkeen akustisten värähte-lypulssien sisäänsyöttövyöhykkeellä, että vastaanotetuista akustisista heijastuspulsseista hyödynnetään ainoastaan sellaiset, jotka syntyvät vähintään yhdenkertaisen heijastumisen seurauksena säiliön seinän sisäpinnasta, ja että sinänsä tunnettuja yhteyksiä määrättyjen suureiden välillä, jotka ovat peräisin hyödynnettävien heijastus-pulssien ajallisesti peräkkäisistä maksimi- ja minimiamplitudeista muodostetuista eripolaarisista verhokäyristä ja säiliöön suljetun aineen akustisesta impedanssista, käytetään hyväksi aineen mainittujen ominaisuuksien mittaamiseksi.

On edullista, että yhden verhokäyrän määrättynä suureena käytetään verhokäyrän ja sen nollatason välistä pintaa ja muodostetaan tämän pinnan suhde sellaiseen aikaväliin, joka on verrannollinen kahden peräkkäin sijoitetun akustisen värähtelypulssin väliseen aikaan.

On hyödyllistä, että tämän lisäksi mitataan verhokäyrän maksi-miamplitudi ja sitä verrataan kyseiseen suhteeseen.

On edullista, että yhden verhokäyrän mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verhokäyrän etu- ja takareunasta osuus, jonka molemmat päät sijaitsevat kahdella, tämän verhokäyrän maksimiampli-tudiin nähden vähintään yhden suuruusluokan verran pienemmällä amp-lituditasolla, ja määritellään osuuksien päiden aikaväli (T4=t2“t^).

On edullista, että alempi amplituditaso asetetaan säädettäväksi akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän maksimiamplitudin vaihteluihin nähden.

On hyödyllistä, että yhden verhokäyrän mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verhokäyrän takareunasta osuus, jonka molemmat päät sijaitsevat kahdella, tämän verhokäyrän maksimiamplitu- 7 59380 diin nähden vähintään yhden suuruusluokan verran pienemmällä ampli-tuditasolla, synnytetään erotetun osuuden ajallisesti myöhempää päätä vastaava sähköimpulssi sekä sähköinen vertausimpulssi hetkenä, joka sijaitsee verhokäyrän takareunaan kuuluvan aikavälin sisällä, ja mitataan sähköimpulssin ja sähköisen vertausimpulssin aikaväli.

On joustavaa, että sähköinen vertausimpulssi synnytetään aikaviiveellä, joka on suhteellinen akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän maksimiamplitudissa tapahtuvaan muutokseen.

Käytännössä on edullista, että yhden verhokäyrän mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verhokäyrän takareunasta osuus, jonka pituus vastaa akustisen värähtelyimpulssin likimain kaksinkertaista kulkuaikaa säiliön seinän läpi ja jonka etäisyys tämän verhokäyrän etureunasta on vähintään yhden suuruusluokan verran suurempi kuin akustisen värähtelyimpulssin kaksinkertainen kulkuaika säiliön seinän läpi, ja mitataan verhokäyrän maksimiamplitudi tällä osuudella,

On joustavaa, että mainitun osuuden (pääosuuden) ja kyseisen verhokäyrän etureunan välistä erotetaan lisäosuus, jonka etäisyys tämän verhokäyrän pääosuudesta on moninkertainen akustisen värähtely-impulssin kaksinkertaiseen säiliönseinän läpikulkuaikaan nähden, ja verhokäyrän maksimiamplitudeja tällä lisäosuudella verrataan keskenään .

On myös käyttökelpoista, että yhden verhokäyrän mainitun suureen mittaamiseksi todetaan akustisen impulssiheijastuksen kahden erinapaisen verhokäyrän etureunojen aikavälin etumerkki.

Yllä kuvatut tarkoitukset toteutetaan myös laitteessa säiliöön suljetun aineen ominaisuuksien mittaamiseksi, jossa laitteessa on impulssigeneraattoriin liitetty akustinen muunnin, joka on sijoitettu välittömästi säiliön seinän ulkopinnalle ja joka synnyttää akustisia värähtelyimpulsseja, jotka säteilevät aineeseen säiliön seinän läpi, vastaanotetaan ja muunnetaan akustisiksi signaaleiksi, jotka syötetään tietosignaaligeneraattorin signaalituloon, joka generaattori synnyttää signaalin, joka sisältää tietoa aineen ominaisuuksista, ja generaattorin lähtö on liitetty mittausyksikön tuloon, joka on puolestaan liitetty rekis-teröimiskojeeseen. « · 8 59880

Laite on tunnettu sarjakytkennästä, johon kuuluu aikaviiveyksikkö sähköimpulssien hidastamiseksi, jonka tulo on kytketty impulssigeneraattorin lähtöön, valikoiva impulssigeneraattori, sekä valikoiva vahvistin akustisten signaalien vahvistamiseksi, jonka signaalitulo on kytketty akustiseen muuntimeen, ja verhokäyrän demodulaattorista säiliön seinän ulkopinnan ja aineen välille syntyvän akustisen impulssiheijastuman verhokäyrien demoduloimiseksi, demodulaattorin tulon ollessa sähköisesti kytketty valikoivan vahvistimen lähtöön ja sen lähdön ollessa sähköisesti kytketty tietosignaaligeneraattorin signaalituloon.

On edullista, että tietosignaaligeneraattori on tehty akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän inegraattorin perusteella.

On hyödyllistä, että laite tunnetaan akustisen impulssiheijas-tuman verhokäyrää varten olevasta huipunilmaisimesta, jonka tulo on sähköisesti kytketty akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän demodulaattorin lähtöön ja jonka lähtö on sähköisesti kytketty mittaus-yksikön toiseen tuloon, jolloin mittausyksikkönä on differentiaali-piiri.

On myös mahdollista, että laite tunnetaan huipunilmaisimesta akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää varten, jonka tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin lähtöön, sähkösignaalien jakajasta, jonka tulot on liitetty akustisen impulssiheijastuman verho-käyrää varten olevan huipunilmaisimen ja verhokäyrän integraattorin lähtöön ja jonka lähtö on liitetty mittausyksikön tuloon, ja vertaus-signaaligeneraattorista sähköisen vertaussignaalin synnyttämiseksi, jonka lähtö on yhteydessä sen mittausyksikön toiseen tuloon; jona on differentiaalipiiri,

On edullista, että laite koostuu rajoittimesta akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän rajoittamiseksi kahdelle amplitudi-tasolle, joka synnyttää sähköimpulssin, jonka etu- ja takareuna vastaavat akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän niitä kahta osuutta, joiden päät sijaitsevat mainitulla kahdella amplitudi-tasolla, jolloin rajoittimen tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin lähtöön ja sen lähtö on liitetty sähköimpulssien kestoaikaa mittaavan tietosignaaligeneraattorin tuloon.

9 59880

On myös hyödyllistä, että laite on muodostettu akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää varten tarkoitetusta huipunilmai-simesta akustisen impulssiheijastuman verhokäyrästä erotettujen osuuksien alemman amplituditason säätämiseksi, jonka tulo on sähköisesti kytketty verhokäyrän demodulaattorin lähtöön ja jonka lähtö on sähköisesti kytketty rajoittimen ohjattuun tuloon.

On myös joustavaa, että tietosignaaligeneraattorissa on rajoitin akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän rajoittamiseksi kahdelle amplitudi-tasolle osuuden erottamiseksi akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän takareunasta sekä rajoittimen kanssa sarjaan kytketty diffe-rentoimiselin, joka synnyttää verhokäyrän takareunasta erotettua osuutta vastaavan sähköimpulssin, jolloin rajoittimen tulo toimii tietosignaaligeneraattorin tulona ja differentoimiselimen lähtö toimii tietosignaaligeneraattorin lähtönä, ja että laitteessa on aikaviiveyksikkö sähköimpulssien hidastamiseksi, joka synnyttää sähköisen vertausimpulssin ja jonka tulo on liitetty impulssigeneraattorin lähtöön ja lähtö on liitetty mittausyksikön toiseen tuloon, joka mittaa aikavälejä.

On myös edullista, että laite on muodostettu akustisen impulssiheij astuman verhokäyrää varten tarkoitetusta huipunilmaisimesta, jonka tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin lähtöön, sekä yksiköstä sähköimpulssien ajallisen hidastamisen ohjaamiseksi, jonka tulo on liitetty huipunilmaisimen lähtöön ja jonka lähtö on liitetty aikaviiveyksikön ohjattuun tuloon.

On edullista, että laite on tunnettu siitä, että sähköistä tietosignaalia varten olevassa tietosignaaligeneraattorissa on akustisen impulssiheijastuman kyseisen verhokäyrän takareunan osuuden erottamiseksi sarjakytkentä , joka koostuu toisesta aikaviiveyksiköstä sähköimpulssien hidastamiseksi, toisesta valikoivasta impulssigeneraattorista ja valikoivasta vahvistimesta kyseisen verhokäyrän amplitudin vahvistamiseksi, että laitteessa on huipunilmaisin akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän erotettua osuutta varten, jonka tulo on liitetty valikoivan vahvistimen.lähtöön, ja 1 o 59880 että toisen aikaviiveyksikön tulo on liitetty impulssigeneraattorin lähtöön ja se toimii sähköisen tietosignaalin tietosignaali-generaattorin ohjattuna tulona, jonka signaalitulona on akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän amplitudin vahvistimena toimivan valikoivan vahvistimen signaalitulo ja lähtönä on huipunilmaisimen lähtö.

Sitä paitsi on hyödyllistä, että laite on muodostettu sarja-kytkennästä, johon sisältyy kolmas aikaviiveyksikkö sähköimpulssien hidastamiseksi, kolmas valikoiva impulssigeneraattori valikoivien impulssien synnyttämiseksi, toinen valikoiva vahvistin akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän amplitudin vahvistamiseksi ja kyseisen verhokäyrän takareunan lisäosuuden erottamiseksi, joka sijaitsee verhokäyrän pääosuuden ja sen etureunan välissä, ja toinen huipun-ilmaisin akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän erotettua lisä-osuutta varten, jolloin seuraavat osat on liitetty toisiinsa: kolmannen aikaviiveyksikön tulo impulssigeneraattorin lähtöön, toisen valikoivan vahvistimen signaalitulo verhokäyrän demodulaattorin lähtöön ja toisen huipunilmaisimen lähtö differentiaalipiiriksi rakennetun mittausyksikön toiseen tuloon.

On myös mahdollista, että laite on muodostettu sarjakytken-nästä, johon sisältyy kolmas aikaviiveyksikkö sähköimpulssien hidastamiseksi, kolmas valikoiva impulssigeneraattori, toinen valikoiva vahvistin akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän amplitudia varten, joka on tarkoitettu erottamaan verhokäyrän mainitun pääosuuden ja sen takareunan välissä sijaitseva osuus tämän verhokäyrän takareunasta, sekä toinen huipunilmaisin erotettua verhokäyrän lisä-osuutta varten, jolloin kolmannen aikaviiveyksikön tulo on liitetty impulssigeneraattorin lähtöön ja toisen valikoivan vahvistimen signaalitulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin lähtöön, sähkö-signaalien jakajasta, jonka tulot on liitetty verhokäyrän erotettuja osuuksia varten tarkoitettujen ensimmäisen ja toisen huipunilmaisimen lähtöön ja jonka lähtö on liitetty mittausyksikön tuloon, ja vertaus-signaaligeneraattorista, jonka lähtö on kytketty differentiaali-piirinä toimivan mittausyksikön toiseen tuloon.

On edullista, että laite koostuu standardi-impulssin muotoilijasta, joka toimii sähkötietosignaalin tietosignaaligeneraattorina, jolloin standardi-impulssin muotoilijassa tapahtuu akustisen 'impulssiheij astuman verhokäyrän etureunaa vastaavan standardisoidun sähkö- 11 59880 impulssin muotoilu, sekä sarjakytkennästä, johon sisältyy toinen verhokäyrän demodulaattori akustisen impulssiheijastuman toista verhokäyrää varten, jonka tulo on kytketty valikoivan vahvistimen lähtöön, ja toinen standardi-impulssin muotoilija akustisen impulssi-heijastuman toisen verhokäyrän etureunaa vastaavan standardisoidun sähköimpulssin muotoilemiseksi, jolloin toisen standardi-impulssin muotoilijan lähtö on liitetty mittausyksikön toiseen tuloon, joka on sovitettu mittaamaan aikaeroa standardisoitujen sähköimpulssien muotoilun yhteydessä, jotka vastaavat akustisen impulssiheijastuman molempien erinapaisten verhokäyrien etureunoja.

Yllä kuvattu menetelmä säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi ja laite tämän menetelmän toteuttamiseksi omaavat joukon etuja tunnettuihin menetelmiin ja laitteisiin verrattuna.

Yllä kuvattu menetelmä ja laite sallivat virheiden merkityksellisen pienentymisen säiliössä olevan nesteen ominaisuuksia mitattaessa ja ne parantavat tämän johdosta näiden mittausten tarkkuutta ja luotettavuutta.

Ensinnäkin tämä menetelmä poistaa täydelleen ne virheet mitattaessa säiliössä olevan nesteen ominaisuuksia, joita aikaansaa akustisen aallon difraktiohajaantuminen nesteessä, jonka ominaisuuksia tietyssä säiliössä mitataan, koska ei synny mitään tarvetta rekisteröidä tässä nesteessä etenevää aaltoa. Akustisten värähtelyjen difraktiovaikutus niiden edetessä seinämässä ja kun ne rekisteröidään nyt kyseisen keksinnön mukaisesti on paljon vähemmän selvä eikä sillä ole mitään käytännöllistä vaikutusta mittaustarkkuuteen.

Toisekseen yllä kuvattu menetelmä sallii niiden virheiden täydellisen poistamisen, joita aiheuttaa sen akustisen aallon, joka etenee nesteessä jonka ominaisuuksia mitataan, oleellinen vaimentuminen. Tämä saavutetaan nyt kyseessä olevassa menetelmässä siten, että pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä aikaansaatuna säiliön seinämän ja kyseessä olevan nesteen ulomman pinnan välillä otetaan akustisiksi signaaleiksi, jotka osoittavat kyseessä olevaa nesteen ominaisuutta ja tämän verhokäyrän parametrit ovat riippumattomia akustisen aallon hajaantumisesta nesteessä, esim. nestemäisissä liuoksissa, joilla säiliö on täytetty.

1 2 59880

Sitä paitsi on laite yllä kuvatun menetelmän toteuttamiseksi tämän keksinnön mukaan rakenteellisesti paljon yksinkertaisempi koska käytetään pienempää akustista ilmaisinta, paljon heikompitehoista sähkövärähtelyjen generaattoria ja akustisten värähtelyjen vastaanotto tapahtuu samalla akustisella anturilla. Tämä taataan sen tosiasian johdosta, että ei ole olemassa mitään tarvetta akustisen aallon tehon selvään nousuun kuten on asianlaita tunnetussa laitteessa, missä akustisen aallon tulee kulkea suurten teollisten säiliöitten läpi. Tämä johtuu myös siitä tosiasiasta, että akustisia signaaleja vastaanotetaan samaan akustiseen anturiin, mikä kehittää akustisten värähtelyjen pulsseja ja samalla vyöhykkeellä, missä akustisen värähtelyn pulssit syötetään sen säiliön seinämään, mikä sisältää mielenkiinnon alaisena olevaa nestettä.

Esillä olevan menetelmän ja laitteen muut tarkoitukset ja edut käyvät helpommin ilmi alempana olevan, sen edullisena pidettyjen suoritusmuotojen kuvauksen perusteella kun nämä tarkastellaan yhdessä oheisten piirustusten kanssa, joissa:

Kuvio 1 esittää ehdotettua laitetta säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi tämän keksinnön mukaisesti.

Kuvio 2 esittää aikaa ja amplitudia, jotka on merkitty x- ja vastaavasti y-akselille, ja jotka kuuluvat pulssigeneraattorin sähkö-värähtelypulssille, portituspulsseille, pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrälle ja tietoja kuljettavalle sähkösignaalille, näiden vastatessa eri kaavioita a, b, c, d ja e.

Kuvio 3 esittää kuvion 1 laitetta varustettuna pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän ilmaisimella ehdotetun lait-• teen sähköpiirissä.

Kuvio 4 esittää kuvion 1 laitetta varustettuna pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän huipunilmaisimella, sähkö-signaalin jakajayksiköllä ja vertailevalla sähkösignaalin muotoilijalla ehdotetun laitteen sähköpiirissä.

Kuvio 5 esittää kuvion 1 laitetta varustettuna yksiköllä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän rajoittamiseksi kahdelta amplituditasolta, tietoja kuljettavan sähkösignaalin muotoilijalla ja sähköisen vertailusignaalin muotoilijalla ehdotetun laitteen sähköpiirissä.

1 3 59880

Kuvio 6 esittää kuvion 5 laitetta, mihin sisältyy pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän huipunilmaisin, joka tekee mahdolliseksi säätää kyseisen yksikön alhaisempaa amplitudi-tasoa, jolla yksiköllä rajoitetaan pulssien akustisen takaisinhei-jastuman verhokäyrää tämän keksinnön mukaisesti.

Kuvio 7 esittää kuvion 1 laitetta mihin sisältyy yksikkö pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän rajoittamiseksi, differentoiva yksikkö, sähköisen pulssin aikaviiveen yksikkö sekä aikavälin mittauslaite.

Kuvio 8 esittää kuvion 7 laitetta, mihin sisältyy pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän huipunilmaisin sekä sähköpulssin aikaviiveen säätöyksikkö.

Kuvio 9 esittää kuvion 1 laitetta, mihin sisältyy elektroninen kanava tietyn osan erottelemiseksi pulssien akustisen takaisinheij astuman verhokäyrän takareunasta sekä huipunilmaisin tälle osuudelle tietoja kuljettavan signaalin muotoilijassa.

Kuvio 10 esittää kuvion 9 laitetta, mihin sisältyy elektroninen lisäkanava toisen osuuden erottelemiseksi pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän takareunasta, tämän osuuden huipunilmaisin sekä differentiaalinen mittauskanava.

Kuvio 11 esittää kuvion 9 laitetta, mihin sisältyy elektroninen lisäkanava toisen osan erottamiseksi pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän takareunasta, huipunilmaisin tälle kanavalle, sähkösignaalin jakava yksikkö sekä differentiaalinen mittauskanava.

Kuvio 12 esittää kuvion 1 laitetta, mihin sisältyy kaksi yksikköä sähköisten standardipulssien muotoilemiseksi pulssien akustisten takaisinheijastumien verhokäyristä sekä yksikkö aika-erotuksen mittaamiseksi niiden hetkien välillä, jolloin sähköinen standardipulssi muotoillaan.

Kuvio 13 esittää ajan ja amplitudin x- ja vastaavasti y-akse-lilla generaattorin sähköiselle värähtelypulssille, pulssien akustisten takaisinheijastumien verhokäyrille kahdelle eri amplitudille rajoitettuine tasoineen, kaksisuuntaisesti katkaistulle pulssille, verhokäyrän huipunilmaisimen lähtösignaalille, tietoja kuljettaville ja muistiinmerkityille signaaleille, mitkä vastaavat eri kaavioita a, b, c, d, e ja f.

14 59880

Kuvio 14 vastaa kuvion 13 kaavioita generaattorin sähköisille värähdyspulsseille, pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle kaksine amplitudia rajoittavine tasoineen, kahteen suuntaan katkaistuille pulsseille, kärjellisille jännitehuipuille , jotka on muotoiltu differentoivassa yksikössä, differentoivan yksikön ulostulopulssille, huipunilmaisimen lähtösignaalille, määrätyn kestoajan pulssille, kärjeilisille jännitepulsseille, jotka on muotoiltu differentoivassa yksikössä, sähköiselle vertauspulssille, tietoja kuljettavalle pulssille ja sähkösignaalille vastaten eri kaavioita a, b, c, d , e, f, g, h, i, j ja k.

Kuvio 15 esittää kuvion 13 kaavioita generaattorin sähköisille värähdyspulsseille, pulssien akustisten takaisinheijastumien verhokäyrille, ensimmäiselle portituspulssille, pulssille, joka vastaa ensimmäistä verhokäyrää takareunasta erotettua osuutta, tietoja kuljettavalle sähkösignaalille huipunilmaisimen ulostulossa, sähköiselle vertaussignaalille, jonka amplitudi on verrannollinen verhokäyrän maksimiamplitudiin, toiselle portituspulssille, pulssille, joka vastaa toista erotettua osuutta verhokäyrän takareunasta, ja tasavirrän jännitteelle, joka on huipunilmaisimen lähdössä, näiden vastatessa kaavioita a, b, c, d, e, f, g, h ja i.

Kuvio 16 esittää kuvion 13 mukaisia kaavioita generaattorin sähköisille värähdyspulsseille, ensimmäiselle pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle ja vastaavalle sähköiselle stan-dardipulssille, toiselle pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle ja sitä vastaavalle sähköiselle standardipulssille, suorakaiteen muotoisille pulsseille, joiden kestoaika riippuu aikaerotuksesta standardipulssien muotoilun välillä, näiden vastatessa kaavioita a, b, c, d, e, f ja g.

Ehdotettu laite säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi sisältää pulssigeneraattorin (kuvio 1) ja akustisen anturin 2, joka on kytkettynä tähän ja joka on sijoitettu suoraan säiliön seinämän 3 ulommalle pinnalle.

Laitteen esitetyssä suoritusmuodossa käytetään pietsosäh-köistä anturia (vertaa esim. U.S.A.-patenttijulkaisua 2 931 233) akustisena anturina 2 kun taas pulssigeneraattori 1 on valmistettu 15 59880 piiristä, jossa on iskuherätteinen pulssigeneraattori (vertaa esim. kirjoitetusta Brazhnikov N,I. "Ultrasonic Methods" julkaistu Moskovassa, Energia Pubi. 1965, pp 146-149).

Seurauksena sähköisistä värähdyspulsseista 4, jotka saadaan generaattorista 1, kehittää akustinen anturi 2 värähdyspulsseja 5, jotka syötetään nesteeseen 6 säiliön seinän 3 läpi ja vastaanotetaan myöhemmin ja muunnetaan akustisiksi merkeiksi 7 ja 8,

Jotta voitaisiin paremmin ymmärtää menetelmää säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi esitetään kuviossa 2 aikakaaviot a, b, c, d ja e.

Merkki 7 (kuvio 2 kaavio "a" missä sähköisen värähdyspulssin 4 amplitudi esitetään y-akselina eli oordinaattina) määräytyy moninkertaisesti heijastuneiden akustisten värähtelyjen pulsseista 9 (kuvio 1), jotka aiheuttavat pulssien akustisen takaisinheijastuman säiliön seinän 3 ulomman pinnan ja valvotun nesteen 6 välillä. Merkkiä 8 määrittelee eli muodostaa akustisten värähtelyjen pulssi 10, joka on heijastunut säiliön seinän 3 vastakkaisen puolen sisemmältä pinnalta ja kulkenut kaksi kertaa nesteen 6 läpi. Kyseiset merkit 7 ja 8 ovat ajallisesti erillään akustisen värähtelyjen pulssin 5 seinään 3 syöttämisen alkuajankohdasta määrien (kuvio 2 kaavio "a") sekä vastaavasti ^+ri verran,

Laitteeseen sisältyy piiri 11 (kuvio 1), mikä on tarkoitettu yleisessä tapauksessa vastaanottamaan ja muuntamaan akustisen merkin 7, joka sisältää tietoa nesteestä 6. Piiri 11 sisältää yksikön 12 sähköpulssien aikaviivettä varten ajan 7^ — ί (kuvio 2 kaavio "b"), verran, mistä yksiköstä sisääntulo on yhdistetty pulssigeneraattorin 1 (kuvio 1) ulostuloon, generaattorin 13 por-tituspulsseja 14 varten, joilla on kestoaika ^ ^ ^ (kuvio 2 kaavio "b" missä pulssin 14 amplitudi kuvataan oordinaat-taa pitkin) ja portitusvahvistimen 15 (kuvio 1) akustisia merkkejä varten, missä merkin sisääntulo on yhdistetty akustiseen anturiin 2, kaikkien yllä mainittujen yksikköjen ollessa kytketty keskenään sarjaan. Tällainen piiri 11 takaa akustisten merkkien 7 erottelun akustisesta merkistä 8 sekä generaattorin 1 pulsseista 4.

Tässä suoritusmuodossa rakennetaan portituksen pulssin gene- 16 59880 raattori suorakaiteen muotoisen pulssin generaattorin piirin ympärille, kun taas portituksen vahvistin valmistetaan tunnetun piirin mukaisesti (vertaa esim. Brazhnikov N.I. "Ultrasonic Phasemetering", julkaistu Moskovassa, Energia Pubi. 1968, pp 163— 164, kuviot 4-5).

Laite sisältää myös ilmaisimen 16 erästä verhokäyristä 17 tai 18 varten (kuvio 2 kaaviot "c" tai "d", missä näiden verho-käyrien 17 ja 18 amplitudit esitetään vastaavasti oordinaattaa pitkin) pulssien akustiselle takaisinheijastumalle, ja mistä sisääntulo on yhdistetty portitusvahvistimen 15 ulostuloon ja mistä ulostulo on yhdistetty tietoja kuljettavan sähkösignaalin 20 muotoilijan 19 signaalin sisääntuloon. Ilmaisin 16 sallii verho-käyrien 17 tai 18 käytön akustisina merkkeinä.

Mukavuuden kannalta ottaen käytetään erästä verhokäyristä eli pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrää 17 tämän jälkeen tässä selityksen tekstissä. Kuvatussa laitteen suoritusmuodossa on verhokäyrän ilmaisin valmistettu demodulaattorin diodi-piirin perustalta (vertaa esim. kirjoitusta Brazhnikov, "Ultrasonic Phasemetering", julkaistu Moskovassa, Energia Pubi. 1968, p 179 kuviot 4 ja 10).

Sähkösignaali, joka sisältää tietoa nesteen ominaisuuksista, voidaan muotoilla erilaisin tavoin.

Eräs menetelmistä muodostuu siitä, että havaitaan se pinta-ala, mitä eräs pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyristä 17 ja tämän nollataso rajoittavat, Tämän jälkeen on tarpeen määritellä tämän pinta-alan suhde siihen aikaväliin, mikä on verrannollinen aikaväliin T (kuvio 2 kaavio "a") kahden peräjälkeen syötetyn akustisen värähtelyn pulssin 5 (kuvio 1) välillä. Tässä tapauksessa tietoja kuljettavan sähkösignaalin 20 muotoilija 19 (kuvio 2 kaavio "e" missä signaalin 20 amplitudi esitetään pitkin oordinaattaa) valmistetaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 integraattorin 21 (kuvio 1) pohjalta, jonka sisääntulo on kytketty sähköisesti kyseisen verhokäyrän 17 ilmaisimeen 16 emitteriseuraajan 22 avulla ja jonka ulostulo on yhdistetty muistiinmerkitsijään 24 kytkettyyn mittauslaitteen 23 sisääntuloon.

S98S0 17

Kuvattavassa suoritusmuodossa valmistetaan integraattori 21 tunnetun vastus- ja kondensaattoripiirin mukaisesti (vertaa esim. ranskalaista patenttijulkaisua 2 087 703, kuvio 1).

Digitaalista laskinta, rekisteriä tai relettä käytetään muistiinmerkitsijänä 24 riippuen siitä minkä tyyppistä tietoa mielenkiinnon alaisesta nesteestä tarvitaan. Kuvattavana oleva esimerkki käyttää erästä tunnettua piirturia (vertaa esim. U.S.A.-patenttijulkaisua 3 345 861) kun taas mittauslaite on valmistettu piirin pohjalta, joka muuntaa tietoja kuljettavan merkin tasa-virtajännitteeksi, jolla on suurempi amplitudi.

Jotta voitaisiin pienentää niitä virheitä nesteen ominaisuuksien mittaamisessa, jotka aiheutuvat säiliön seinään 3 syötetyn akustisen värähtelyn pulssin 5 epästabiilista amplitudista, mitataan tämän lisäksi pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplitudi Uq (kuvio 2 kaavio "c") ja sitä verrataan sen pinta-alan, mitä kyseinen verhokäyrä 17 ja sen nollataso rajoittavat, suhteeseen siihen aikaväliin, mikä on verrannollinen aikaväliin T (kuvio 2 kaavio "a") kahden peräjälkeen syötetyn akustisen värähtelyn pulssin 5 (kuvio 1) välillä. Tätä tarkoitusta varten tämä laite on varustettu pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän 17 huipunilmaisimella 25 (kuvio 3), mikä kehittää sähkö-signaalin 26, mikä on jännitteeltään yhtä suuri kuin mitä on tämän verhokäyrän 17 maksimiamplitudi U . Tässä suoritusmuodossa huipun-ilmaisin 25 valmistetaan tunnetun diodi- ja kondensaattoripiirin perustalta (vertaa esim, kirjoitusta Brazhnikov N.I. "Ultrasonic Phasemetering" Moskova, Energia Pubi. 1966, pp 17-19 kuviot 2 ja 4).

Tämän huipunilmaisimen 25 sisääntulo on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon kun taas sen ulostulo on kytketty sähköisesti mittauslaitteen 23 toiseen sisääntuloon emitteriseuraajan 27 avulla, millä on säädettävä ulostulo, jotta täten muotoiltaisiin sähköistä vertaus-signaalia 28, tämän mittauslaitteen 23 ollessa valmistettu diffe-rentointipiirin pohjalta.

Tämä laite takaa muistiinmerkitsijän 24 nollatilaryöminnän poiston, minkä muutoin aiheuttaisi edellä mainittu seipään 3 syötetyn akustisten värähtelyjen pulssin 5-epästabiili amplitudi.

18 59880 Tämän laitteen toinen suoritusmuoto, mikä on analoginen kuvion 3 suoritusmuodolle saattaa olla käytössä jotta voitaisiin toteuttaa pienempi herkkyys niille nesteen ominaisuuksien mittauksen vaihteluille, joita aikaansaa pulssin 5 amplitudin mainittu epästabiilisuus, Ainoa ero muodostuu siitä, että pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 mainittua huipunilmaisinta 25 lukuunottamatta, jonka sisääntulo on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman 17 ilmaisimen 16 ulostuloon, on lisäksi järjestetty sähkösignaalin jakoyksikkö 29 (kuvio 4), jonka sisääntulot on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän 17 kyseisen huipunilmaisimen 25 sekä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 integraattorin 21 ulostuloihin, kun taas sen ulostulo on yhdistetty mittausyksikön 23 ensimmäiseen sisääntuloon, Laite sisältää myös sähköisen vertaussignaalin muotoilijan 30, jonka sisääntulo on yhdistetty mittauslaitteen 23 toiseen sisääntuloon, tämän mittausyksikön 23 ollessa valmistettu differen-tointipiirin pohjalta, Tässä laitteen suoritusmuodossa sähkösignaalin jakajayksikkö 29 on valmistettu tunnetun synkronisen seurantapiirin perusteelta (vertaa esim. kirjoitusta Brazhnikov N.I. "Ultrasonic Methods", Energia Pubi, Moskova, 1965, pp 223-224, kuviot 5. 11).

Sähkösignaali, joka sisältää tietoa mielenkiinnon alaisen nesteen ominaisuuksista, on muotoiltavissa myöskin erottelemalla osuudet erään pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 etureunasta ja takareunasta nousu- ja laskureunasta, näiden vastaavien päiden sijaitessa kahdella eri amplituditasolla vähintään yhden suuruuskertaluokan verran pienempinä kuin mitä on kyseisen verhokäyrän 17 maksimiamplitudi, ja että havaitaan aikaväli kyseisten osuuksien välillä.

Tämä toteutetaan laitteen eräällä suoritusmuodolla, mikä on analoginen kuvion 1 suoritusmuodolle,

Ainoa erotus muodostuu siitä, että laite sisältää yksikön 31 (kuvio 5), millä rajoitetaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 kahdelta eri amplituditasolta ja mikä muotoilee sähköpulssin 32, millä on kestoaika ja amplitudi , ja missä 19 59880 nousureuna ja laskureuna vastaavat pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrän 17 mainittuja kahta osuutta näiden päiden sijaitessa kyseisellä kahdella amplituditasolla. Pulssin 32 nousu-reuna ja laskureuna vastaavat ajanhetkiä t^ ja tj. Tässä suoritusmuodossa yksikkö 31 pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän rajoittamiseksi valmistetaan tunnetun diodipiirin pohjalta (vertaa esim, kirjoitusta Goldenberg L.M. "Theory and Calculation of Pulse Devices in Semiconductor Instruments" julkaistu Moskovassa, Sviaz Pui. 1969, pp 170-171 kuvio 3, 7).

Tässä tapauksessa rajoittavan yksikön 31 sisääntulo on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon kun taas tämän ulostulo on yhdistetty tietoja kuljettavan sähkösignaalin 20 muotoilijan 19 sisääntuloon.

Yksikkö 31 valmistetaan tässä suoritusmuodossa sarjakytket-tyjen tunnetuiden yksiköiden pohjalta. Siinä on yksikkö 38 verho-käyrän katkaisemiseksi alemmalta amplituditasolta sekä vahvistin -rajoitin 34 kyseisen verhokäyrän 17 ylempää amplituditasoa varten. Kyseinen tietoja kuljettavan sähkösignaalin muotoilija 19 on tässä tapauksessa sähköpulssin kestoajan mittayksikkö, mikä valmistetaan kuten kuviossa 5 esitetään sarjakytketyksi emitteriseuraajaksi 22 sekä integraattoriksi 21, jonka ulostulo on yhdistetty tietoja kuljettavan sähkösignaalin 20 muotoilijan 19 ulostuloon.

Jotta voitaisiin rekisteröidä poikkeamat nesteen mitatussa ominaisuudessa sen alkuperäisestä arvosta verrataan tietoa kuljettavaa sähkösignaalia mittauslaitteessa 23, mikä on valmistettu differentointipiirin pohjalta, muotoilijan 30 antamaan sähköiseen vertaussignaaliin. Tämän vertaussignaalin amplitudi on yhtä suuri kuin tietoja kuljettavan signaalin 20 amplitudi ja sen kestoaika vastaa pulssin 32 kestoaikaa 'Z^ kun mitattavana on nesteen ominaisuuden alkuperäinen arvo,

Jotta voitaisiin pienentää säiliön seinään 3 syötetyn akustisten värähtelyjen pulssin 5 epästabiilin amplitudin vaikutusta nesteen ominaisuuksien mittauksen tarkkuuteen, asetetaan alempi kahdesta amplitudin rajoitustasosta verhokäyrälle 17 suhteessa tämän verhokäyrän maksimiamplitudin vaihteluihin nähden. Tämä toteu- 20 59880 tetaan siten, että laitteeseen on lisäksi otettu pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 huipunilmaisin 25 (kuvio 6), mikä on suunniteltu säätämään verhokäyrän 17 erotettujen osuuksien alempaa amplituditasoa. Tässä tapauksessa sisääntulo huipun ilmaisimeen 25 on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon, kun taas sen ulostulo on kytketty sähköisesti emitteriseuraajan 27 avulla yksikön 31 säädettyyn sisääntuloon, jotta rajoitettaisiin pulssien akustisen takaisinheij astuman verhokäyrä 17 kahdelta amplitudin tasolta.

Sähkösignaali joka tuo tietoa nesteen ominaisuuksista, muodostetaan myös siten, että erotetaan yhdestä verhokäyrästä 17 lasku-reunan osuus, jonka päät sijaitsevat kahdella eri amplituditasolla, jotka ovat vähintään yhden suuruuskertaluokan verran pienempiä kuin mitä on tämän verhokäyrän maksimiamplitudi, muotoillaan sähkö-pulssi, joka vastaa tätä erotettua osuutta, muotoillaan sähköinen vertauspulssi tiettynä ajanhetkenä, mikä vastaa toista tuotetun sähköpulssin asennoista toiminnan mittausalueella ja mitataan sitten aikaväli kyseisten pulssien välillä.

Tämä toteutetaan laitteen suoritusmuodon avulla, mikä on analoginen kuviossa 1 esitetylle.

Ainoa erotus muodostuu siitä, että tietoja kuljettavan sähkö-signaalin muotoilija sisältää useita sarjakytkettyjä yksiköitä. Yksikkö 31 (kuvio 7) pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän 17 rajoittamiseksi kahdelta eri amplituditasolta on tarkoitettu erottamaan tietty osuus pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 laskureunasta ja differentoiva yksikkö 35 on tarkoitettu muotoilemaan sähköpulssi 36, joka vastaa kyseistä erotettua osuutta verhokäyrän 17 laskeutuvassa reunassa ja joka on erotettu siitä hetkestä kun akustinen värähtelypulssi 5 syötetään säiliön seinään 3 aikavälin t2 verran. Tässä tapauksessa sisääntulo muotoilijaan 19 tietoja kuljettavalle sähköpulssille 36 on sisääntulo rajoittavaan yksikköön 31, kun taas ulostulo on ulostulo differentoivasta yksiköstä 35. Laite on tässä tapauksessa myös varustettu yksiköllä 37 sähköpulssin aikaviivettä varten ajan '"C5 verran, mikä yksikkö on tarkoitettu muotoilemaan vertailun sähkö- pulssi 38, sisääntulon tälle ollessa yhdistetty pulssigeneraattorin 1 % 21 59880 ulostuloon ja ulostulon puolestaan ollessa yhdistetty mittaus-yksikön 23 toiseen sisääntuloon. Tässä tapauksessa mittausyksikkö 23 on laite aikavälien ^ = - 7^ mittaamiseksi, joka tässä suoritusmuodossa on valmistettu vuorottelijan perusteelta (vertaa esim, kirjoitusta Brazhnikov N.I, "Ultrasonic Methods", Moskovassa, Energia Pubi. 1965, pp 166-167 kuvio 3. 14). Aikaviiveen yksikkö 37 on valmistettu pulssien 40 muotoilijan 39 perusteelta, joilla pulsseilla on määritelty kestoaika, mikä on sovitettu yhtä suureksi kuin mitä on vaadittu aikaviive i- ja toisen differentointiyksikön 41 perustalta liitettynä sarjaan edellisen kanssa ja minkä tarkoituksena on muotoilla sähköinen vertauspulssi 38, joka vastaa pulssin 40 laskureunaa.

Säiliön seinään 3 syötettyjen akustisten värähtelyjen pulssien 5 amplitudin epästabiilisuuden vaikutus nesteen ominaisuuksien mittauksen tarkkuuteen on pienennettävissä muotoilemalla vertailu-pulssi 38 käyttäen aikaviivettä, mikä on verrannollinen kyseisen verhokäyrän 17 maksimiamplitudin UQ vaihteluihin.

Tätä tarkoitusta varten laitteeseen tämän lisäksi sisältyy huipunilmaisin 25 (kuvio 8) pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle 17, mistä ilmaisimesta sisääntulo on yhdistetty pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon, sähköpulssin aikaviiveen säätöyksikkö 42, mistä puolestaan sisääntulo on yhdistetty sähköisesti huipunilmaisimen 25 ulostuloon emitteriseuraajan 27 kautta ja mistä ulostulo on yhdistetty sähköpulssin aikaviiveen yksikön 37 säädettyyn sisääntuloon. Tällainen sisääntulo on muotoilijan 39 säädetty sisääntulo kun käytetään määrätyn kestoajan pulssien 40 muotoilijaa 39 aikaviiveen yksikössä 37,

Nesteen ominaisuuksista tietoa kuljettava sähkösignaali voidaan myös muotoilla erottelemalla eräästä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 laskeutuvasta reunasta osa, minkä pituus 'Χ.η on likimäärin yhtä suuri kuin arvo sille kaksinkertaiselle aikamäärälle, mikä tarvitaan akustisen värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinämän 3 läpi kulkemiseen ja mikä sijaitsee erossa kyseisen verhokäyrän 17 nousureunasta etäisyyden 22 59880 verran, mikä on jaettavissa sillä kaksinkertaisella ajalla f, mikä tarvitaan akustisen värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen ja määrittelemällä verhokäyrän 17 maksimi-amplitudi tällä osuudella.

Tätä tarkoitusta varten ehdotetaan laitteen suoritusmuotoa, mikä on myös analoginen kuviossa 1 esitetylle,

Ainoa ero muodostuu siitä, että tietoja kuljettavan sähkö-signaalin 20 muotoilija 19 sisältää piirin 43 (kuvio 9), mikä muodostuu sarjakytketyistä yksiköistä. Siinä on toinen yksikkö 44 sähköpulssin aikaviivettä varten, toinen generaattori 45 portitus-pulssia 46 varten ja portituksen amplitudivahvistin 47 pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle 17. Tämä piiri 43 on suunniteltu erottamaan tietty osa verhokäyrän 17 jälkireunasta erilliseksi pulssiksi 48. Muotoilija 19 sisältää myös huipunilmaisimen 49 erotellulle osuudelle pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrästä 17, mistä ilmaisimesta sisääntulo on yhdistetty porti-tusvahvistimen 47 ulostuloon. Tässä tapauksessa sisääntulo toiselle sähköpulssin aikaviiveen yksikölle 44 on yhdistetty pulssigeneraat-torin 1 ulostuloon ja se toimii säädettynä sisääntulona tietoja kuljettavan sähkösignaalin 20 muotoilijalle 19, jonka sisääntulo on sisääntulo pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 portituksen amplitudivahvistimelle 47. Muotoilijan 19 ulostulo on ulostulo huipunilmaisimesta 49.

Säiliön seinään 3 syötettyjen akustisten värähtelyjen pulssien 5 amplitudin epästabiilisuuden vaikutus nesteen ominaisuuksien mittaamisen tarkkuuteen on tässä yhteydessä pienennettävissä siten, että erotellaan ylimääräinen osuus tästä verhokäyrästä 17 sen pää-osuuden ja nousureunan väliltä, mikä osuus sijaitsee erossa tämän verhokäyrän 17 pääosuudesta arvon verran, mikä on jaettavissa määrällä mikä on suuruudeltaan kaksi kertaa se aika, mikä on tarpeen akustisten värähtelyjen pulssille läpi säiliön seinästä 3 kulkemiseen ja verrataan maksimiamplitudia verhokäyristä 17 tähän pääosuuteen ja ylimääräiseen osuuteen.

Tämän laitteen eräs suoritusmuoto, missä kyseisten toimenpiteitten mukaisesti muistiinmerkitsijän 24 nollatilan ryömintä saadaan poistettua riippumatta säiliön seinään 3 syötettyjen puis- 23 59880 sien 5 amplitudin epästabiilisuudesta on analoginen kuviossa 9 esitetylle.

Eroavaisuudet muodostuvat siitä, että mukana on piiri 50 (kuvio 10), joka muodostuu sarjakytketyistä yksiköistä,. Siinä on kolmas sähköpulssin aikaviiveen yksikkö 51 , kolmas generaattori 52 portituspulsseille 53, toinen portituksen vahvistin 54 pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 amplitudille, mikä vahvistin on tarkoitettu erottelemaan tietty ylimääräinen osuus tämän verhokäyrän 17 laskureunasta, joka vastaa pulssia 55. Tämä ylimääräinen osuus sijaitsee verhokäyrän 17 mainitun pääosuuden ja sen nousureunan välillä. Piiri 50 sisältää myös toisen huipunilmaisimen 56 erotellulle ylimääräiselle osuudelle pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrästä 17. Tässä tapauksessa sisääntulo kolmannen sähköpulssin aikaviiveen yksikköön 51 yhdistetään pulssigeneraat-torin 1 ulostuloon, toisen portituksen vahvistimen 54 sisääntulo yhdistetään pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon kun taas toisen huipunilmaisimen 56 ulostulo kytketään sähköisesti mittayksikön 23 toiseen sisääntuloon emitteriseuraajan 57 avulla, millä on säädettävissä oleva ulostulo. Tässä yhteydessä on mittayksikkö 23 valmistettu differentointi-piirin pohjalta.

Tämän laitteen eräs suoritusmuoto, missä ei pelkästään muis-tiinmerkitsijän 24 nollatilan ryöminnän määrää ole eliminoitu vaan ne vaihtelut nesteen ominaisuuden mittauksen herkkyydessä, joita säiliön seinään 3 syötettyjen akustisten värähteltyjen pulssien 5 yllä mainittu epästabiilisuus aikaansaa, saadaan poistettua, on varustettu kuvion 1 mukaisen laitteen yksiköitä lukuunottamatta piirillä 50 (kuvio 11), joka muodostuu sarjakytketyistä yksiköistä. Siinä on kolmas sähköpulssin aikaviiveen yksikkö 51 , kolmas generaattori 52 portituspulsseille 53, toinen portituksen amplitudi-vahvistin 54 pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrälle 17, mikä on tarkoitettu erottelemaan ylimääräinen osuus kyseisen verhokäyrän 17 lasku- eli loppureunasta, mikä sijaitsee tämän verhokäyrän mainitun pääosuuden ja sen nousureunan välillä, toinen huipunilmaisin 56 verhokäyrän 17 erotetulle ylimääräiselle osuudelle. Tässä tapauksessa sisääntulo kolmanteen yksikön 51 sähkö- 24 59880 pulssien aikaviivettä varten yhdistetään pulssigeneraattorin 1 ulostuloon kun taas merkin sisääntulo toiselle portituksen vahvistimelle 54 yhdistetään pulssin akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostuloon. Tällä laitteella on myös mukana sähkösig-naalin jakoyksikkö 58, jonka sisääntulot on yhdistetty ensimmäisen ja toisen huipunilmaisimen 49 ja 56 ulostuloihin, jotka ovat verho-käyrän 17 erotettuja osuuksia varten, ja jonka ulostulo on yhdistetty mittausyksikön 23 sisääntuloon, sähköisen vertaussignaalin muotoilija 30, jonka ulostulo on yhdistetty mittausyksikön 23 toiseen sisääntuloon. Tässä tapauksessa mittausyksikkö 23 on valmistettu differentointipiirin pohjalta ja toinen huipunilmaisin 56 on yhdistetty jakajayksikköön 58 emitteriseuraajan 57 kautta.

Useita nesteitä ajatellen, joiden akustinen impedanssi on lähellä tai on enemmän kuin mitä on säiliön seinän 3 akustinen impedanssi, muodostetaan sähkösignaali, joka tuo tietoa nesteen ominaisuuksista havaitsemalla sen aikavälin etumerkki, joka sijaitsee pulssien akustisen takaisinheijastuman kahden heteropolaarisen verhokäyrän 17 ja 18 nousureunojen välillä. Tässä tapauksessa laitteen suoritusmuoto on analoginen kuvion 1 laitteelle.

Ainoa ero muodostuu siitä, että tietoja kuljettavan sähkö-signaalin 20 muotoilija 19 on sopiva yksikkö 59 (kuvio 12) standardisähköpulssien muotoilemiseksi, mikä takaa standardisähkö-pulssin 60 muotoilemisen vastaamaan pulssien akustisen takaisinheij astuman verhokäyrän 17 nousureunaa. Laitteen tässä suoritusmuodossa sähköisten standardipulssien muotoiluyksikkö 59 on valmistettu tunnetun vahvistinmuotoilijan piirin perustalta, mihin sisältyy vastus-kondensaattoripiiri sen sisääntulossa (vertaa esim. kirjoitusta Goldenberg L.M. "Theory and Calculation of Semiconductor Pulsed Devices", Moskovassa, Sviaz Pubi. 1969, pp 181-183, kuvio 3. 16). Sitä paitsi laitteelle on tyypillistä sarjakytketty piiri, joka sisältää ilmaisimen 61 toiselle pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrälle 18, mistä ilmaisimesta sisääntulo on yhdistetty akustisen merkin portitusvahvistimen 15 ulostuloon ja toinen standardisähköpulssin muotoilijayksikkö 62 tarkoitettu muotoilemaan standardisähköpulssi 63, joka vastaa pulssien akustisen takaisinheijastuman toisen verhokäyrän 18 nousureunaa. Tässä tapauk- 25 59880 sessa ulostulo toisesta yksiköstä 62 standardisähköpulssin muotoilemiseksi yhdistetään mittausyksikön 23 toiseen sisääntuloon ja mittausyksikkö 23 on yksikkö aikaerotuksen mittaamiseksi standardi-sähköpulssien 60 ja 63 muotoilujen välillä, jotka vastaavat molempien pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrien 17 ja 18 nousureunoj a.

Kaikki yllä kuvatut laitteen suoritusmuodot voivat onnistuneesti olla käytössä säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi. Menetelmä säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi toteutetaan yllä kuvatuissa suoritusmuodoissa alempana kuvattavan laitteen avulla.

Akustinen anturi 2 (kuvio 1) kehittää akustisen värähtelyn U pulsseja 5, mitkä syötetään jaksotellen nesteeseen 6 säiliön, missä säiliössä neste sijaitsee seinän 3 läpi kohtisuorassa säiliön seinään 3 nähden syöttäen.

Nämä pulssit 5 heijastuvat rajapinnasta seinän 3 sisäpinnan ja nesteen 6 välillä tämän seinämän 3 ulomman pinnan suuntaan, mistä ne sitten myös heijastuvat. Moninkerroin seinämässä 3 heijastuneista pulsseista 9 johtuen muodostuu pulssien akustinen takaisin-heijastuma, jonka totaali akustinen merkki 7 (kuvio 2 kaavio "a") vastaanotetaan samaan anturiin 2 (kuvio 1). Merkin 7 lähtökohta sijaitsee erossa akustisen värähtelyn pulssin 5 säiliön seinämään 3 syöttämishetkestä aikavälin X verran (kuvio 2 kaavio "a”), mikä voidaan määritellä lausekkeella: T=-^- (1) c missä d on säiliön seinämän 3 paksuus ja C on akustisten värähtelyjen etenemisnopeus säiliön seinämässä 3.

Kyseisen merkin 7 lisäksi vastaanottaa akustinen anturi 2 myös säiliön seinämästä 3 akustisen merkin 8, minkä akustisten värähtelyjen pulssi 10 kehittää, joka on kulkenut kahdesti nesteen 6 lävitse ja heijastunut sisemmästä säiliön seinämästä 3. Kyseisten merkkien 7 ja 8 nousureunat ovat ajallisesti toinen toisistaan erossa määrän ^ verran (kuvio 2 kaavio "a"), mikä riippuu säiliön poikkileikkauksesta D ja akustisten värähtelyjen etenemisnopeudesta 26 59880 tässä nesteessä 6 eli on: = -P- (2) U1

Akustinen anturi 2 (kuvio 1) kehittää akustisen värähtelyjen pulsseja 5 seurauksena sähkövärähtelyn pulsseista 4, jotka on aikaansaatu pulssin toistoajalla T (kuvio 2, kaavio "a") pulssigeneraat-torissa 1 (kuvio 1).

Generaattorin 1 pulssit 4 sen lisäksi että ne syötetään akustiseen anturiin 2 syötetään myös akustisten merkkien 7 ja 8 kanssa portitusvahvistimen 15 merkin sisääntuloon, jonka säädön sisääntuloon syötetään portituspulsseja 14 (kuvio 2 kaavio "b") kestoajaltaan Hl generaattorista 13 (kuvio 1), mikä kehittää nämä pulssit generaattorin 1 pulsseista 4 aikaviiveellä L2 (kuvio 2 kaavio "b"). Tämä aikaviive ^ sovitetaan pitemmäksi kuin mitä on generaattorin 1 (kuvio 1) pulssin 4 (kaavio "a") kestoaika, mutta asetetaan lyhyemmäksi tai yhtä suureksi kuin mitä on kaksi kertaa se aika Hl mikä vaaditaan akustisilta värähtelyiltä säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen. Portituspulssin 14 kestoaika valitaan siten, että kyseisten pulssien muotoilu generaattorissa 13 on jo tapahtunut ennen kuin akustinen merkki 8 saapuu syötettynä akustiseen anturiin 2. Tässä tapauksessa voidaan havaita seuraava riippuvaisuus aikamäärissä: % -- ?+ ΐΛ - Τ2 (3)

Portitusvahvistimen 15 lisäksi portituspulssin generaattorin 13 ja aikaviiveen yksikön 12 sisältävän piirin 11 tällaisella toiminnalla erotellaan akustinen merkki 7 akustisesta merkistä 8 ja generaattorin 1 pulsseista 4.

Eroteltu akustinen merkki 7 portitusvahvistimen 15 ulostulosta syötetään pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän ilmaisimen 16 sisääntuloon. Tämän ilmaisin 16 erottelee verhokäyrän 17 tai 18 (kuvio 2 kaaviot "c" tai "d") akustisesta merkistä 7 näiden ollessa pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyriä, joka takaisinheijastuma on aikaansaatu säiliön seinän 3 (kuvio 1) ulomman pinnan ja säiliön nesteen 6 välillä. Laittean niissä suoritusmuodoissa jotka on esitetty kuvioissa 1, 3-11 ainoastaan toinen verhokäyrä, nimittäin pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 (kuvio 2 kaavio "c") on käytössä.

27 59880

Kyseinen pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 aikaansaatuna akustisen ilmaisimen anturin 2 vyöhykkeellä säiliön seinämän 3 ulomman pinnan ja nesteen 6 välillä tuo mukanaan tietoa kyseisen nesteen 5 ominaisuuksista.

Tarkastellaan nyt esimerkkitapauksena erästä nesteen ominaisuuksista, nimittäin nesteiden binääristen liuoksien tai kiinteiden aineiden liuosten nesteessä konsentraatiota q. On yleisesti tunnettua (vertaa esim. kirjoitusta Brazhnikov "Ultrasonic" Methods" Energia Pubi. 1965, pp 56-73) että akustisten värähtelyjen etenemisen nopeus nesteen liuoksessa riippuu funktionomaisesti sen konsentraatiosta ja voidaan yleisesti lausua riippuvaisuutena: w

Silti liuoksen konsentraatio q on useimmissa tapauksissa suoraan verrannollinen tiheyteen ^ eli saadaan: fi ‘fet 0 Kt cf); (5) missä on liuottimen tiheys.

Täten nesteen liuoksen akustinen impedanssi Z-^, mikä on suurudeltaan riippuu tämän liuoksen konsentraatiosta q seuraavasti: Z'~fot (I* X, <£) f, if.)', (δ)

Useiden nesteiden liuosten konsentraatioiden q alueella, mikä on riittävän laaja teollisuussovellutuksia varten, on akustisen impedanssin Z^ riippuvuus (6) konsentraatiosta q melko, lähellä lineaarista riippuvuutta: 28 59880 0+«*ϊ); missä ZQ1 on liuottimen akustinen impedanssi.

Impedanssin riippuvaisuussuhteen verrannollisuustekijä ^ tiettyyn vesiliuosten konsentraatioon q (g/1) nähden (Zn, = 1,48 x 5 -2 -1 10 g cm c ) annetaan alempana taulukossa 1.

Taulukko 1

Vesiliuoksia: Alumiini- Magneesium- Sinkkisul- Kaliunsul- sulfaatti sulfaatti faatti faatti G"1.l 0.00051 0.00061 0.00039 0.00037

Vesiliuoksia: Natriuniklo- Kaliujrhyd- Litium- Natriumhyd- ridi raatti hydraatti raatti „ G“1.l 0.00069 0.00011 0.00025 0.00017 ^2_

Vesiliuoksia: Ammoniakki Typpihappo Rikkihappo Suolahappo X2 G”1.l 0.00005 0.00007 -0.00007 0.00035

Verhokäyrän 17 (kuvio 2, kaavio "c") maksimiamplituudin Uq riippuvuus akustisten impedanssien Z^ ja Z = C nesteen liuoksessa suhteesta ja vastaavasti säiliön seinän 3 aineksesta määräytyy seuraavassa esitetyn riippuvaisuuden perusteella: U.~£KS δ 'Λ f*-)'*, (8) 29 59880 missä B on akustisten värähtelyiden pulssin 5 maksimiamplituudi syötettynä säiliön seinään 3, on kerroin, mikä ottaa huomioon sen kosketuskerroksen vaikutuksen, mikä sijaitsee säiliönseinän 3 (kuvio 1) ja akustisen anturin 2 välissä kun akustisten värähtelyjen pulssit kulkevat anturiin 2 sen jälkeen kun ne ovat heijastuneet säiliön seinän 3 sisemmästä pinnasta, kuten myös sen akustisen anturin 2 ominaisuudet, mikä toimii vastaanottimena, £ on kerroin (ykköstä pienempi) joka ottaa huomioon akustisten värähtelyjen pulssin 5 vaimentumisen sen kulkiessa kahdesti säiliön seinän 3 läpi.

Amplituudi maksimeille pulssien akustisen takaisinheijastu-man verhokäyrässä 17, mitä osoitetaan katkoviivalla kaaviossa "c" (kuvio 2) pienentynyy ajan t mukaan kussakin jaksossa T akustisen värähtelyjen pulsseja 5 syötettäessä. Tämä pienentyminen saattaa hyvänä likimääräistyksenä olla esitettävissä seuraavalla riippuvaisuudella : LOl n «S * f CO f- T±L) T ; U-i~ R 1+-J- ' C9) missä R on akustisten värähtelyjen pulssin 9 heijastuskerroin väliseinämästä säiliön seinän 3 sisemmän pinnan ja akustisen anturin 2 välillä, ^ on pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän 17 nousureunan kestoaika.

Ylläesitetty riippuvuus pätee ajalle t ja tyydyttää seuraa-vassa esitetyt reunaehdot: / f «—- < (Ί0)

T+T

30 59880 (? <Γι Tämä aika t = L+ U vastaa pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän maksimikohtaa UQ koska on ilmeistä lausekkeiden (8) ja (9) perusteella, että tällaisenä aikana pätee:

1/ - u OO

Koska nesteen liuoksen akustinen impedanssi Z-^ on lausekkeen (6) mukaisesti funktio (¾) tämän liuoksen konsentraatiosta q, on pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän amplituudi U myös juuri aikaansaadun lausekkeen (10) mukaisesti funktio tästä konsentraatiosta q seuraavasti: 4 - £ fyJ;' (12) Täten pulssin akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 aikaansaatuna ilmaisimen 16 (kuvio 1) ulostuloon tuo tietoa nesteen mitatusta ominaisuudesta. Esitetyssä esimerkissä teollisuussovel-lutukseen esitetystä menetelmästä ja laitteista tämän toteuttamiseksi ominaisuutena on nesteen liuoksen konsentraatio q.

Pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 syötetään ilmaisimen 16 ulostulosta tietoja kuljettavan sähkömerkin 20 (kuvio 2 kaavio "e") muotoilijan 19 sisääntuloon, mistä nesteen sähköinen parametri on verrannollinen nesteen mielenkiinnon alaiseen ominaisuuteen. Tietoja kuljettava sähkömerkki 20 syötetään mittalaitteen 23 sisääntuloon, missä se muunnetaan standardiksi sähkömer-kiksi verrannollisena nesteen mitattavana olevaan ominaisuuteen. Ulostulo mittayksiköstä 23 tuodaan muistiinmerkitsijään 24·. Riippuen mittauksen olosuhteista voidaan tulokset saada kahdella eri tavalla. Ensinnäkin voidaan mittauksen tulokset määritellä asteikolla, joka on mitoitettu nesteen mitattavana olevan ominaisuuden yksiköiden mukaisesti. Esim. mitattaessa nesteiden liuosten konsentraatiota ovat mittatulokset grammoina litrassa (grammaa liuonnutta ainetta liuoksen litraa kohden). Siinä tapauksessa, että muistiinmerkitsijä 24 tehdään releen pohjalta mittausten tulos määräytyy nesteen ominaisuudelle poikkeamien läsnäolona tai puuttumisena nesteen ominaisuudessa sen nimellisarvoon nähden.

Tietoja kuljettava sähkömerkki voidaan muotoilla pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 (kuvio 2 kaavio "c") ilmaisi- 31 59880 mesta 15 saatuna useilla eri tavoilla.

Eräs tapa on määritellä se pinta-ala S mitä pulssin akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 ja tämän nollataso rajoittavat ja sitten havaita tämän pinta-alan S suhde siihen aikaväliin, mikä on verrannollinen aikaväliin T (kaavio "a") kahden peräkkäin syötetyn akustisen värähtelyn pulssin 5 (kuvio 1) välillä.

Tämä pinta-ala S määräytyy melko tarkkaan käytännön tarkoituksia varten ja pulssien akustisten takaisinheijastuman verhokäy-rälle 17 lausekkeesta: 7¾ _ S- ντ'υ.^ u<dt; (13)

Tarkastellaan sitten funktiota, mikä on osa lausekkeista (8) sekä (9) suureille Uq ja 0- V" ' (14) funktiona tietystä muuttujasta: Δ = 2, - Z0, (15)

Viimemainittu on, kuten on ilmeistä lausekkeesta (6) puolestaan funktio nesteen mitattavana olevasta ominaisuudesta, se tahtoo sanoa nesteen liuoksen konsentraatiosta q seuraavasti: Δ 1 Ä ^2 ^-o t ' (16·)

Lausekkeista (14) ja (15) seuraa, että: / 2δ^ι__).

2 + Δ 21 - —- ' * Z (17)

Juuri aikaansaadussa lausekkeessa on se funktion arvo kun akustinen impedanssi on yhtä suuri kuin nesteen 6 (kuvio 1) akustisen impedanssin alkuarvo Zg^.

32 59880

Esimerkkitapauksessa kun mitataan nesteen liuosta missä konsentraatio on q on termi RQ1 yhtä suuri kuin funktio kun akustinen impedanssi on puolestaan yhtä suuri kuin mitä on liuottimen akustinen impedanssi Zq-^. Tässä tapauksessa pätee: 0- 4^ ' C-.8)

Useimmissa käytännön tapauksissa säiliön seinän 3 akustinen impedanssi on yhden suuruuskertaluokan tai enemmän suurempi kuin mitä on nesteen 6 akustinen impedanssi ja mitä sen vaihtelut Z-^ ovat eli toisin sanoen: ζ., u δ I,** z , 09) Tämän 'johdosta lauseke (17) voidaan antaa melkoisella tarkkuuden määrällä yksinkertaisemmassa muodossa: = ®o, (i-2 J ~) , (20)

Siinä tapauksessa että mitataan nesteen liuosten konsentraa-tiota q saadaan lausekkeiden (16) ja (20) mukaisesti tällöin: (21) Tämän johdosta voidaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudi Uq ja kyseisen verhokäyrän 17 vaihtuva arvo lausua riippuvuuksien (8), (9), (14) ja (20) perusteella seuraavassa esitettyjen yhtälöiden mukaisesti: U^£Ks&R0iO~Z^r~)' (22) (23) 33 59880

Kun nämä lausekkeet (22) ja (23) sijoitetaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 (kuvio 2 k avio "c") maksi-miamplituudin Uq ja kyseisen verhokäyrän 17 amplituudin arvon sijaan lausekkeessa (13), mikä ilmaisi sen pinta-alan S, jota kyseinen pulssien akustisten takaisinheijastuman verhokäyrä 17 ja tämän nollataso rajoittivat saadaan nyt yhtälöksi: S - 0t5l1£t<j&ROi (‘1- —g —) +' έ _ f1 (24) +4¾ [s**» z ^ & mikä integroinnin jälkeen saadaanj ^uotoon: S.SKs&TRe,0-2-£-L· χ f[SR8;0-2 / . _J__] - (25' l tn[£RR0, Ο-^ψί)] 2i J'

Kyseisen pinta-alan S suhde A aikaväliin At, mikä on verrannollinen aikaväliin T (kuvio 2 kaaviona”) kahden peräkkäin syötetyn pulssin 5 (kuvio 1) välillä akustisesta värähtelyistä, mikä on tietty ilmaisu nesteen 6 ominaisuudesta juuri edellä aikaansaadun lausekkeen mukaisesti, on myös ilmaistavissa kuten alla esitetään: . εκ* β Ro, t_Λ l/t-2 (26) missä K^ on vakiokerroin, joka ilmaisee riippuvuuskertoimen ja lisäksi of* £RZo,'. (27)

Ylläkuvatut toimenpiteet> joiden tarkoitus on löytää pinta-ala S, mitä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 (kuvio 2 kaavio "c") sekä kyseisen osan nollataso rajoittavat ja määritellä kyseisen pinta-alan S suhde A siihen aikaväliin, mikä on 34 59880 verrannollinen aikaväliin T kahden peräkkäin syötetyn pulssin 5 (kuvio 1) välillä akustisissa värähtelyissä toteutetaan tietoja kuljettavan sähkömerkin 20 muotoilijassa 19. Tässä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 syötetään kyseisen verhokäy-rän 17 ilmaisimen 16 ulostulosta emitteriseuraajan 22 kautta pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 integraattorin 21 sisääntuloon. Tässä tapauksessa kyseinen integraattori 21 muodostaa tietoa kuljettavan sähkömerkin 20, jolla amplituudi on EQ (kuvio 2 kaavio "e") ja mikä voidaan ilmaista alempana esitettävällä lausekkeella:

Ec * Ks * ‘ tno! + in (i-2 ψ) X (28) *0-2-^-); missä Kg ja Kg ovat verrannollisuuskertoimia seuraavasti:

^ £KsKsbRc,T

K*s Τζτ ' (29) r- —;

Tietoja kuljettava sähkömerkki 20 syötetään integraattorin 21 (kuvio 1) ulostulosta mittayksikön 23 sisääntuloon. Tämä viimemainittu muuntaa tietoja kuljettavan sähkömerkin 20, jonka amplituudi EQ on verrannollinen nesteen mielenkiinnon alaiseen ominaisuuteen standardiksi sähkömerkiksi, jolla on määritelty muoto mittausolo-suhteitten mukaisesti. Tämä standardi sähkömerkki syötetään mittayksikön 23 muistiinmerkitsijään, mikä kehittää ulostulon tiedon ulostulosta nesteen mielenkiinnon alaisesta ominaisuudesta tarvittavassa muodossaan.

Kun mitataan nesteen liuoksen konsentraatiota q esimerkkitapauksessa muotoillaan standardi merkki differenssimerkistä käynnissä olevan, tietoja kuljettavan merkin, minkä amplituudi on EQ

35 ^9830 ja vertailumerkin väliltä, missä jälkimmäisessä amplituudi on Eqo. Tämä vertailumerkki muotoillaan mittayksikössä 23 itsessään ja se sovitetaan amplituudiltaan yhtä suureksi kuin mitä on tietoja kuljettava merkki E mikäli säiliö sisältää liuotinta missä akustinen o impedanssi on Zg·^ eli silloin kun pitoisuus eli konsentraatio q ja nesteen akustisen impedanssin lisäysmäärä ^ Z-^ ovat vastaavasti molemmat nollan suuruisia.

c „ i/ f et'*'- Ί , T1 ) ' h* 2T A (31) -missä Kg^ on tekijän Kg suuruus akustisen värähtelyjen pulssin 5 amplituudin alkuperäisillä arvoilla BQ ja tekijä BQ3 ottaa huomioon vaihtelut kosketuskerroksessa säiliön seinän 3 ja akustisen anturin 2 välillä sekä viimemainitun muuntotekijän sen toimiessa vastaanot-timena.

Nesteen liuoksen konsentraation q tälläisen mittaamisen tapauksessa valmistetaan mittayksikkö 23 differentointipiirin pohjalta. Standardi merkki

Iz - B - E β 1 U oo 0 J (32) on tässä tapauksessa suuruudeltaan riippuvainen nesteen 6 akustisen impedanssin vaihteluista ^Z^ ja vastaavasti nesteen liuoksen konsentraatiosta q seuraavasti: » — A?j _ · EU=<rto° * 7 (33) tal Eυ -K2 z * Ecc p / (3*0 missä yb on nesteen ominaisuuden mittaamisessa esiintyvä herkkyys-tekij ä.

36 59880

Kun esiintyy nesteen akustisen impedanssin vaihteluita Z^, joita aiheuttavat vaihtelut mitattavana olevassa nesteen ominaisuudessa ja nämä ovat heikkoja, kuten käytännössä useimmiten on asianlaita nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyskerroin voidaan ilmaista seuraavassa esitettävällä lausekkeella: β- ; t j (35) t00 di £<*'.) d£u * d(^-) missä dE^ on standardin merkin, mikä on funktio ensimmäinen d(AZ derivaatta muuttujasta A Z^/Z kyseiseen muuttujaan -- nähden sallii seuraavan lausekkeen mielenkiinnon alai-

Z

sena olevan nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyydelle : I—Adj^zA— + Λ J (36) missä ^ d o( ^ “ "/ * (37)

Tekijän K? arvot useille eri suureen sekä myös (r°< V'"* 01 arvoille kun ^ on suuruudeltaan 10 annetaan alla taulukossa 2.

Taulukko 2.

cj η 0-99 0.98 0.97 ' 0.96 IC7 0.1 0.1051 011104 0.1159 0.1218 ((J*c/ Ky~ iJEh o( 5 4.93 4.36 4.73 4.70 37 S9880

Ylläkuvattu menetelmä nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi on yksinkertainen toteuttaa. Se sallii tehokkaan mittaamisen kun akustisten värähtelyjen pulssien 5 amplituudi B syötettynä säiliön seinämään 3 on vakinainen kuten myös kosketuskerroksen ja pietsosäh-köisten muuntotekijöiden huomioonottamisen vastaanottimena toimivassa akustisessa anturissa 2.

Kun nämä parametrit eivät ole stabiileja tekijän K arvo kerrottuna akustisten värähtelyjen pulssin 5 amplituudilla B muuttuu myös, koska se riippuu näistä parametreista. Tämä johtaa nesteen 6 ominaisuuksien mittaamisen nollatilan ryömintään A Ey mikä määritellään eroituksena tietoja kuljettavalla sähkömerkin 20 sen arvon E Ä kun Λ Z, = 0 ja vertailun sähkömerkin välillä. Tämä nollatilan ryömintä mitattaessa nesteen ominaisuuksia johtaa mitä tulee nesteen mitattavan ominaisuuden vaihtelualueeseen lausekkeeseen: , f LjlL· , δΚ·') U ^ΒΛβ it*' ' (38) missä Q rL,J ovat suhteellisia vaihteluja amplituu- &C jCc,6 dille B akustisen värähtelyjen pulssissa 5 ja tekijälle K ottaen huomioon muutokset kosketuskerroksessa säiliön seinän 3 ja akustisen anturin 2 välillä sekä muutokset viimemainitun muuntotekijöissä sen toimiessa vastaanottimena, E on standardi merkki ja ETT vastaa um J u nesteen ominaisuuden vaihtelujen mitatun alueen ylärajaa.

Ylläkuvatut vaihtelut ja A^3 °vat suuruudeltaan: f" 38 59880 ^β=0-βί j (39) Δ «i - K? - K°* ' (40)

Jotta voitaisiin eliminoida tämä nollatilanteen ryömintä nesteen ominaisuuksien mittaamisen aikana, minkä puolestaan aikaansaa akustisten värähtelyjen pulssin 5 (kuvio 1 )epästabiili amplituudi syötettynä säiliön seinään 3 mitataan tämän lisäksi pulssin akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiampli-tuudi Ug (kuvio 2 kaavio "c") ja sitä verrataan tämän verhokäyrän 17 ja sen nollatason rajoittaman pinta-alan S suhteeseen A siihen aikaväliin, mikä on verrannollinen aikaväliin T (kaavio "c") kahden akustisen värähtelyn pulssin 5 välillä, jotka peräjälkeen syötetään säiliön seinämään 3.

Tätä tarkoitusta varten laitteen toinen suoritusmuoto on varustettu huipun ilmaisjmella 25 (kuvio 3) pulssin akustisen takaisinheij astuman verhokäyrälle 17, muotoillen merkin 26 jännitteelr tään yhtä suureksi kuin mitä on tämän verhokäyrän 17 maksimiampli-tuudi Uq. Tämä merkki syötetään emitteriseuraajan 27 sisääntuloon, vertailun sähkömerkin 28 muodostuessa tämän ulostuloon ja on sillä amplituudi: £οβχ/{*υ· missä jy _ (42)

* ' ^ T

Tässä tapauksessa vertailun merkin amplituudi Eqo seuraa suureiden tekijän ja amplituudin B vaihteluja Δ K3 ja vastaavasti Δ B akustisen värähtelyjen pulssille 5 syötettynä säiliön seinämään 3. Tämän seurauksena nesteen mielenkiinnon alaisen ominaisuuksien mittauksien nollatilan ryömintä saadaan poistettua, koska

suureen E ΛΖ,—* 0 ia E„ arvot ovat keskenään yhtä suuria, o 1 oo J

39 59880

Kun nollatilanteen ryömintä on saatu täten poistettua on nesteen ominaisuuden mittauksien herkkyyskerroin nyt: o . o Γ/ , j 7 Α-ΗτϊΊΙΣΠΤΓ* +iJ , s (7 2T 7 (Λ3)

Koska esitetty laite (kuvio 3) takaa muistiinmerkitsijästä 24 nollatilanteen ryöminnän tehokkaan poistamisen, minkä yllämainittu akustisen värähtelyjen pulssin amplituudin epästabiilisuus aikaansai kun se syötettiin säiliön seinään 3, käytetään tätä ensisijaisesti teollisissa tuotantoprosesseissa, misä poikkeama nesteen mielenkiinnon alaisessa ominaisuudessa määritellystä nimel- •e' lisarvoista tulee merkitä muistiin, esim. optimointisysteemeissä teknillisiä prosesseja varten.

Siinä tapauksessa että tarvitaan nesteen mielenkiinnon alaisen ominaisuuden vaihtelujen muistiinmerkitsemisen lisäksi näiden vaihtelujen mittaamista tulisi ottaa mukaan mittauksen herkkyyden vaihtelun korjaustekijä.

Tällainen vaihtelujen korjaus mittausten herkkyydessä nesteen mielenkiinnon alaiselle ominaisuudelle, minkä aikaansaa yllämainittu pulssin 5 amplituudin epästabiilisuus, toteutetaan vielä eräässä toisessa suoritusmuodossa laitteesta kuvion 4 mukaan. Tässä merkki 26 saatuna huipunilmaisimen 25 ulostuloon syötetään yksikön 29 sisääntuloon mistä akustisia merkkejä jaellaan. Tällä merkillä 26 on yhtä suuri amplituudi kuin amplituudi UQ (kuvio 2 kaavio "c") pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrässä 17. Toiseen sisääntuloon jakajayksiköstä 29 (kuvio 4) syötetään tietoja kuljettavan merkin muotoilijan 19 ulostulo millä on amplituudi Eq. Ulostulon merkki E^/U sähkömerkin jakavasta yksiköstä 29 on suuruudel-taan 40 59880 r /r e· ts**? Ψ)Τ-1 τ' } ° s υ° «4Τ * 2T J (44) missä Kg on vakiotekijä, joka riippuu sähkömerkin jakajayksikön 29 ulostulo-ominaisuuksista.

Merkki Eg syötetään sähkömerkin jakajayksikön 29 ulostulosta mittayksikköön 23, mikä on valmistettu differentointipiirin pohjalta ja missä merkkiä verrataan vertailumerkkiin Egg syötettynä muotoilijasta 30. Tämä vertailumerkki asetetaan etukäteen yhtä suureksi amplituudiltaan kuin mitä on sähkömerkin jakajayksikön 29 ulostulo-merkki nesteen 6 mielenkiinnon alaisen ominaisuuden alkuarvolla.

Tässä tapauksessa vertailumerkin arvo voidaan saada lausekkeesta: > ***! 7 /οί-4 ^ ry j m K‘,T ( (W 2 Ί / (45)

Ulostulon merkki mittayksiköstä 23, millä amplituudina on Ey = E^oq - E^o on verrannollinen nesteen 6 akustisen impedanssin vaihteluihin ja vastaavasti mitattavana olevaan ominaisuuteen esim. nesteliuoksen konsentraatioon q eli pätee: E e ' -ili— U J* 2 ' (46) Tässä herkkyystekijä β^ nesteen ominaisuuksien mittaamiselle voidaan lausua alempana esitettävällä lausekkeella: j d Eg , Λ~Έ7Γ.' dfAll.) ‘ co ( 2 J (47) ja on sillä pienillä ΔΖ^ suureen arvoilla seuraava likiarvo: 59880' 41 a o ft* & 1_ .

h

Nesteen 6 ominaisuuksista tietoa kuljettava sähkömerkki 20 voidaan myös muotoilla eroittelemalla osuudet eräästä pulssien akustisen verhokäyrän 17 etureunasta ja loppureunasta, näiden vastaavien päiden sijaitessa kahdella eri amplituuditasolla vähintäin yhden suuruuskertaluokan verran pienempinä kuin mitä on tämän verho-käyrän 17 maksimiamplituudi U , minkä jälkeen havaitaan näiden osuuksien välillä oleva aikaväli.

Jotta voitaisiin paremmin ymmärtää se nesteen ominaisuuksien mittaamisen menetelmä, mikä on toteutettu ylläkuvatuilla laitteen suoritusmuotoina annetaan kuvioissa 13, 14, 15 ja 16 aikakaaviot siitä.

Viitaten kuvion 13 aikakaavioihin a, b, c, d, e ja f ovat oordinaatat vastaavasti amplituudeja seuraaville suureille: generaattorin 1 sähköisen värähtelyn pulssi 4, pulssien akustisen takai-sinheijastuman verhokäyrä 17 kaksine amplituudin rajoitustasoineen E^ ja Eg, kahteen suuntaan katkaistu pulssi 32, mainitun verhokäyrän 17 huipun ilmaisimen 25 ulostulomerkki 26, tietoja kuljettava merkki 20 ja muistiinmerkitty merkki.

Viitaten kuvion 14 aikakaavioihin a, b, c, d, 3, f, g, h, i,· ja ja k ovat oordinaatat vastaavasti amplituudeja seuraaville suureille: generaattorin 1 sähköisen värähtelyn pulssi 4, pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 kaksine amplituudin rajoitustasoineen ja Eg, kahteen suuntaan katkaistu pulssi 32, kärjelliset jännitepulssit kehitettynä differentoivassa yksikössä 35, differentoivan yksikön 35 ulostulopulssi 36, huipun ilmaisimen 25 ulostulomerkki 26, määrätyn kestoajan pulssi- 40, kärjellinen jänni-tepulssi kehitettynä differentoivassa yksikössä 41, vertailun sähköpulssi 38, tietoja kuljettava pulssi ja sähkömerkki 20.

Viitaten kuvion 15 kaavioihin a, b, c, d, e, f, g, h ja i ovat siinä oordinaatat vastaavasti amplituudeja seuraaville suureille: generaattorin 1 sähköisen värähtelyn pulssi 4, pulssien 59880 akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17, ensimmäinen portitus-pulssi 46, ensimmäistä kyseisen verhokäyrän 17 loppureunasta eroitet-tua osuutta vastaava pulssi 48, tietoja kuljettava sähkömerkki 20 saatuna huipun ilmaisimen 49 ulostulosta, vertailun sähkömerkki, jolla amplituudi E^ on verrannollinen verhokäyrän 17 maksimiampli-tuudiin, toinen portituspulssi 53, pulssi 55 vastaten toista eroi-teltua osuutta verhokäyrän 17 loppureunasta, se tasavirran jännitteen amplituudi Eg mikä saadaan kyseisen toisen eroitellun osuuden huipun ilmaisimen 56 ulostulosta.

Viitaten kuvion 16 aikakaavioihin a, b, c, d, e, f ja g ovat siinä oordinaatat vastaavasti amplituudeja seuraaville suureille: generaattorin 1 sähköisen värähtelyn pulssi 4, ensimmäinen pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17, mikä vastaa standardin sähköpulssin 60 verhokäyrää 17, toinen pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrä 18 vastaten standardin sähköpulssin 63 verhokäyrää 18, suorakaiteen muotoiset pulssit, joiden kestoaika määräytyy aikaeroituksesta standardipulssien 60, 63 sekä vastaavasti 60' ja 63' välillä.

Yksikkö 31 (kuvio 5) pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 rajoittamiseksi aikaansaa tästä verhokäyrästä 17 sähköpulssin 32 millä kestoaika on (kuvio 13 kaavio "c") ja amplituudi on U^. Pulssin 32 etummainen ja loppureuna vastaavat kahta osuutta pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrästä 17 näiden päiden sijaitessa kahdella eri amplituuditasolla E1 ja E2 (kuvio 13 kaavio "b").

Tässä tapauksessa tämän pulssin nousureuna muotoillaan ajanhetkenä t^ laskien akustisten värähtelyjen pulssien 5 siitä hetkestä (kuvio 5) jolloin ne syötetään säiliön seinään 3 ja tämä saadaan lausekkeesta: 7* * T+T- f1_ · £ (49) ja loppureuna muotoillaan ajanhetkenä laskettuna samanlaiseen tapaan seuraavasti: 43 59880 / f £/1 i (ft Uc J__ " &ί«0-ζψ-)] (5J) missä u-^usr., ;

α ä (5D

on pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimi-amplituudi säiliössä olevan nesteen 6 aluksi vallitsevalla akustisella impedanssilla Zg^, se tahtoo sanoa kun = 0.

Muotoillun sähköpulssin 32 kestoaika mikä on yhtä suuri kuin ±2 - t^ on tietty suure, joka riippuu nesteen 6 akustisen impedanssin vaihteluista ^ja on vastaavasti riippuvainen tämän nesteen ominaisuuksien muutoksista seuraavasti:

r, - r7 & (d -πττ I

Ά'‘L^Ί^ΪψίΤ V

-τ'Λ__, ; L υ„0 (i-2Z±l) J (52) Tämän pulssin kestoajan vaihtelut ^ minkä nesteen 6 akustisen impedanssin vaihtelut aikaansaavat, on: t H ^a Δ Δ 4*J /4 Zr.J '2 (55) ja tämä on määrältään ^ . 7 <— f- ^ ^1 2 (5'+) m^ss^ θ l tf on suureen osittaisderivaatta muuttujaan

AjLl nähden ja on nesteen ominaisuuksien mittaamisen herkkyyst^kijä mikä voidaan ilmaista lau sekkeella : 59880 ti» i iP {4__λ & f °f t9cc ^_ _ fi>S T 'j(±L·) ' /(ΐ-2ψ)ί^[φ·2ψ) (55) -o Efii1 „_

z TiSTcSzWP

Mittausten herkkyyden alkuarvon tekijäÄ^eli toisin sanoen kerroin akustisen impedanssin pienillä poikkeamilla sen alkuperäisestä arvosta voidaan ilmaista alempana esitettävällä lausekkeella: ~ A o ^ U-‘° ^ - 0 ^

Jo3 Oe<> C

Mielenkiinnon alaisena olevan nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyskerroin on kuten sen alkuperäinen arvokin negatii vinen, koska akustisen impedanssin kasvaessa pienenee yksiköllä 31 (kuvio 5) kehitetyn sähköpulssin 32 kestoaika jolla rajoitetaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrää 17.

Kun valitaan tyypillisiksi parametreiksi __/ • * o / * s , __n ‘ · 'L ( ovat numeroarvoina tarkkaan ilmaistut kertoimet 1129,7___iii— (53)

Ai ' ,i29>8 fi'0-Z SL·)[l- IS, SO29« /f -2^1} 'Z V")

Suhteellinen herkkyyden tekijäkerroin /3 nesteen liuoksen konsentraation mittauksille, mikä on yhtä suuri kuin kasvumäärä liuoksen konsentraation q yksikköä kohden siihen kaksinkertaiseen aikaan X verrattuna, mikä vaaditaan akustisilta värähtelyiltä mielenkiinnon alaisen nesteen säiliön seinämän 3 la!pi kulkemiseen saadaan lausekkeiden (7) sekä (54) mukaisesti lausuttua alempana esitettävällä yhtälöllä: Λ Δ'{-4 _ n 1/ ^C* h'TT~fl'‘ 1 c«> 45 59880

Pulssin 32 kestoajan vaihtelut Λ t ^ sekä kerroin /~* $ g yksikön 31 ulostulossa pulssien akustisen takaisinheijastuman verho-käyrän 17 rajoittamiseksi,· mikä vastaa 1 g/1 määräistä vaihtelua konsentraatiossa q tietyillä heikoilla vesiliuoksilla mitä pidetään terässäiliössä minkä seinänpaksuus d on 12 mm, annetaan tyypillisillä yhtälön (57) parametreillä alla taulukossa 3.

Taulukko 3 - ·

Vesiliuoksia: Alumiini- Litium- Ammoniak- Suolahappo „ sulfaatti hydraatti ki -fjy,*6~x£ 0.0302 0.014-8 0.00296 0.0207 - 0.124- 0.0607 0.0121 0.0849 _________—-

Pulssi 32 jonka kestoaika on £4 ja amplituudi on U1 syötetään yksikön 31 ulostulosta tietoja kuljettavan sähkömerkin 20 muotoilijaan 19, mikä on valmistettu sähköpulssin pituusmittarin piirin pohjalta. Kuviossa 5 esitetyn laitteen suoritusmuodon tapauksessa on tällainen sähköpulssin pituuden mittari valmistettu integ-raattorista 21. Pulssi 32 syötetään tämän integraattorin 21 sisääntuloon missä toistotaajuus on T (kuvio 13 kaavio "a") tullen se emitteriseuraajan 22 (kuvio 5) kautta yksikön 31 ulostulosta rajoittamaan pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrää 17.

" Sähköpulssit 32 muunnetaan integraattorissa 21 tasavirran jännitteeksi, jolla amplituudi on (kuvio 13, kaavio "e") mikä on verrannollinen kestoaikaan %^ ja on sillä vakiomaplituudi : 59880

e- Ut T

tj = >r _ 4 C60) missä K^0 on verrannollisuuskerroin.

Tietoja kuljettava merkki 20 (kuvio 5), jonka amplituudi E^ on verrannollinen nesteen 6 mielenkiinnon alaiseen ominaisuuteen syötetään mittayksikköön 23. Tässä yksikössä 23 tietoja kuljettavaa merkkiä 20 verrataan sen amplituudin osalta muotoilijan 30 ulostulo-merkkiin, mikä muotoili vertailun sähkomerkin, minkä amplituudi Eg^ (kuvio 13 kaavio "f") on puolestaan yhtä suuri kuin

C ^10 - T

= iv 4 0S ' (61) missä yhtälön (52) mukaisesti nyt pätee: 5♦°T[e' (* 41 + (62)

Eroitusmerkki Ey = Egg - Eg syötetään muistiinmerkitsijään 24, mikä merkitsee muistiin tarvittavassa muodossa nesteen 6 säiliössä mielenkiinnon alaisen ominaisuuden arvon tai poikkeamat tässä kyseisestä alkuperäisestä arvosta.

Ylläkuvattu laitteen suoritusmuoto on ensisijaisesti käytössä valvottaessa ominaisuuksien tilaa nesteessä optimointisysteemeissä teknillisiä prosesseja varten kuten myös havaittaessa väliaineiden rajapintaa, kuten esim. kaasun ja nesteen tai nesteen ja nesteen rajapintaa.

Pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksi-miamplituudin alkuperäisen arvon Uqo vaihtelut liittyen tiettyihin nesteen 6 parametrien riippuvaisuuksiin akustisten värähtelypuls-sien 5 arvoista syötettynä säiliön seinämään 3 saattavat johtaa muutoksiin nesteen ominaisuuksien mittaamisen herkkyydessä, esim. nesteen liuoksien konsentraatiota q*mitattaessa. Suureen ^^3 ^3 47 5^880 suhteellisen muutoksen β> ^ minkä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin alkuperäisarvon Uqx muutos aiheuttaa suhde Θ, suureeseen AU Ä/U mikä on tämän verhokäy-

1 oo oo J

rän 17 maksimiamplituudin Uqq suhteellinen muutos voidaan lausua seuraavasti: /1 Itce d fis . .. , .....

missä - on nesteen ominaisuuksien mittaamisen herkkyy- O u66 den kertoimen osittaisderivaatta pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin " alkuarvoon UQ nähden.

Suureen ^ 3 osittaisderivaatta muuttujaan Uqo nähden on määrältään :

2 f t1 f* _ e- (1.2 ψ4] J

~».,Μφ)]τΐ/..(ι-2ψ) J' (64)·

Ottaen huomioon tämän arvon, lauseke (62 suhdetta 9^ varten tekijän /5^ suhteellisia muutoksien nesteen 6 ominaisuuksien mittaamisen herkkyyden ja suureen Uoq välillä on nyt: n - i- _.

' a, - en (d -fr*—) > u°* J (65) missä sitten: 48 59880 a r'f, In Z[o(fi- z ~Τ^)] , TU„ (l- Z ^-) ' <66>

Suureiden . ^ J_L ja' tyypillisillä arvoilla esim. lausekkeen (57) mukaisesti eli kun' C<? n << / i/ et << in fd -f— I '

Uf 1 1 ‘ UecJ.i (67) saadaan lausekkeesta (65) nesteen ominaisuuksien mittaamisen herk-kyystekijän suhteellisten muutosten suhteeksi muuttujan Uqo arvoon nähden: &,· -en '* four,) / <s8>

Lausekkeesta (68) seuraa, että kun pulssien akustisen ta-kaisinheijastuman verhokäyrän 17 alempi amplituudin rajoitustason arvo E^ valitaan pienemmäksi kuin UQo (missä e on luonnollisen <?e logaritmin kantaluku) nesteen.ominaisuuden mittaamisen herkkyyden suhteellinen vaihtelu ei ylitä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin alkuperäisarvon Uqo suhteellista vaihtelua. Tämän johdosta parametrien o(. ja E/Uqo yhtälöstä (57) tyypillisillä arvoilla suureen UQo viiden prosentin vaihtelu johtaa 2,3 % vaihteluun nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyydessä.

Jotta voitaisiin eliminoida se virhe, jonka yllämainittu nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyden vaihtelu aiheuttaa johtuen suureiden Uqo epästabiilisuudesta sovitetaan alempi kahdesta amplituudin rajoitustasosta verhokäyrälle 17, millä amplituudi on E^ säädettäväksi suhteessa pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin Uq vaihteluihin. Tässä tapauksessa pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän huipun ilmaisin 25 (kuvio 6) sisällytetään laitteeseen nesteen ominaisuuden mittaamiseksi, jotta täten säädettäisiin pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 mainituista eroitetuista osuuksista alempaa amplituuditasoa. Tasavirran merkki 26 (kuvio 13, kaavio "d") muodos- 49 59880 tetaan huipun ilmaisimen 25 ulostuloon, tässä tapauksessa sen amplituudi on suuruudeltaan U_ (1-2 ^1. Kyseinen merkki 2 6 syö- oo tetään emitteriseuraajaan 27 (kuvio 6) ja säätömerkki saadaan tämän ulostuloon millä on amplituudi: / n ^ ^ ) EJ = Qz Uco (*~ 2 £ j ' (S9) missä ¢( 2 on verrannollisuuskerroin.

Säätömerkki syötetään edelleen yksikköön 33, millä katkaistaan verhokäyrä 17 alemmalta amplituuditasolta ja sitä käyte-- tään siellä rajoittamaan tämä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 17 tältä alemmalta tasolta. Tässä tapauksessa sen pulssin 32 kestoaika L ^ (kuvio 13, kaavio "c") minkä katkaisuyksik-kö 33 (kuvio 6) aikaansaa voidaan lausua riippuvaisuutena: ~iJ[d(iEZAE7JT C C7Q)

Eroitusmerkki Eu = EQ - Eg muodostettuna mittayksikössä 23 lausekkeiden (60) sekä (61) mukaisesti on suuruudeltaan: £ - *>· U,— /T _γ I .

υ -Τ ( L04 /.

.-/, (71) tai ottaen huomioon vhtälö / _ ^ ^ ^2 r·//. ^ i 04 Pr) saadaan lähtien lausekkeesta (70) riippuvaisuus: F = ^ ( g* (1- o ^) υ T _ ~7nd . / (72) 50 59880

Nesteen 6 säiliössä (kuvio 6) mielenkiinnon alaisen ominaisuuden mittaamisen herkkyystekijä /¾ yllämainitussa menetelmän muunnoksessa ja vastaavassa laitteen sovellutustapauksessa johtaa arvoon, mikä on riippumaton pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin alkuperäisarvosta Uqo, eli: o ±ALl—= -3—P5- [φζψ-Β (75)

Nesteen ominaisuuksista tietoa kuljettava.merkki muotoillaan myös eroittelemalla tietty osuus pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 loppureunasta, mistä päät sijaitsevat kahdella eri amplituuditasolla E^ (kuvio 14, kaavio "b") sekä E^ ainakin yhden suuruuskertaluokan verran pienempänä kuin mitä on tämän verhokäyrän 17 maksimiamplituudi UQ muotoilemalla sähköpulssi 36 (kaavio "e") vastaamaan tätä eroitettua osuutta ja muotoillen vertailun sähköpulssin 38 (kaavio "i") sinä ajanhetkenä, mikä vastaa erästä sen muotoilun sähköpulssin 36 asennoista, mikä on toiminnan mittausalueella, minkä jälkeen mitataan aikaväli näiden pulssien välillä.

Tässä tapauksessa sähköpulssi 32 muotoillaan sen yksikön 31 avulla, (kuvio 7) millä rajoitetaan pulssien akustisen takaisinhei-jastuman verhokäyrä 17 kahdelta amplituuditasolta. Pulssin 32 loppu-reuna (kuvio 14, kaavio "c") vastaa sitä tämän verhokäyrän 17 loppureunan osaa, mistä päät sijaitsevat kahdella eri amplituuditasolla E^ ja E£ (kaavio "b"). Loppureuna muodostaen ajanhetkenä ±2 minkä lauseke (50) määrittelee. Muotoiltu pulssi 32 syötetään differentointiyksikköön 35 (kuvio 7), missä se differentoinnin muunnetaan kahdeksi kärjeiliseksi jännitepulssiksi (kaavio "d") vastaten tämän etureunaa ja loppureunaa. Jälkimmäinen kärjeilinen pulssi on käytössä muotoilemaan yksikön 35 ulostulon pulssi 36 (kuvio 14, kaavio "e") mikä sijaitsee erossa akustisen värähtelyn pulssin 5 (kuvio 7) säiliön seinään 3 sisäänsyöttämisen alkuhetkestä ajan Ϊ2 verran. Pulssi 36 syötetään sitten mittayksikön 23 sisääntuloon. Vertailun sähköpulssi 38 (kuvio 14, kaavio "i") syötetään mittayksikön 23 toiseen sisääntuloon. Tämä vertailun sähköpulssi 38 saa-daan aikaviiveellä, mikä on suuruudeltaan L ^ generaattorin sähkö-pulssin aikaviiveen yksikön 37 (kuvio 7) ulostulosta. Samalla ker- 51 59880 taa generaattorin 1 sähköpulssit 4· syötetään määrätyn kestoajan pulssien muotoilijan 39 sisääntuloon, mikä laite on osa aikaviiveen yksiköstä 37. Muotoilija 39 kehittää pulsseja 40 (kuvio 14, kaa- f—" vio ’’g") joilla on kestoaika i ^ mikä sovitetaan yhtä suureksi kuin eräs arvoista tg2 ajalle t2 muotoiltaessa sähköpulssia 36 (kaavio "e") säiliössä olevan nesteen 6 ominaisuuden mittaamisen toiminta-alueella. Tällainen arvo saattaa olla aika nesteen akustisen impedanssin alkuperäisarvolla Zg^ toisin sanoen T -·/ - viri_*1’

Ls-\2- £n d c (74)

Pulssit 40 syötetään muotoilijan 39 (kuvio 7) ulostulosta differentoivaan yksikköön 41. Differentoinnin jälkeen kukin pulssi 40 muunnetaan kärjeilisiksi jännitepulsseiksi (kuvio 14, kaavio "h") vastaten edellisen alareunaa ja loppureunaa. Differentoiva yksikkö 41 (kuvio 7) muuntaa jälkimmäisen kärjeilisen pulssin ver-tailupulssiksi 38 (kuvio 14, kaavio "i") mikä on viivytetty akustisten värähtelyjen pulssin 5 (kuvio 7) säiliön seinään 3 syöttämisen ajanhetkestä aikamäärän T verran.

Vastuksena sähköiseen pulssiin 36 ja vertailun sähköpulssiin 38 mitkä tuodaan mittayksikön 23 sisääntuloihin muotoilee tämä " mittayksikkö 23 suorakaiteen muotoisen sähköpulssin (kuvio 14, kaavio "k"). Tämä suorakaiteen muotoinen pulssi on amplituudiltaan U2 ja kestoajaltaan 6 yhtä suuri kuin mitä on aikaväli sähköpuls-~ sin 36 ja vertailun sähköpulssin 38 välillä, eli: (c 'cl 2 £n d in Id (j-Z / 2 J (75) 52

ÖVÖÖU

<Γ

Muotoillun suorakaiteen muotoisen pulssin kestoaika c g mikä saadaan lausekkeesta (75) on verrannollinen nesteen 6 akustisen impedanssin vaihteluihin ΔΖ^ ja vastaavasti tämän nesteen mielenkiinnon alaiseen ominaisuuteen. Nesteen ominaisuuksien mittaamisen herkkyyskerroin saadaan tässä tapauksessa lausekkeesta: β Uov J L K I'M C* / i~ h *τ 'jflfT * (ϊΖψ)*» (76)

Mitä tulee tekijän /b g absoluuttiarvoon se poikkeaa vain vähän nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyden tekijästä /3 .

Sen yleinen arvo tyypillisille parametrien c/. sekä E^/Uqo arvoille annetaan lausekkeissa (57) ja konsentraation mittauksille eräissä liuoksissa se annetaan taulukossa 2.

Siinä tapauksessa että digitaalista yksikköä käytetään muis-tiinmerkitsijänä 24, käytetään yllämainittua suorakaiteen muotoista pulssia (kuvio 14, kaavio "j") suoraan standardina sähkömerkkinä. Tässä tapauksessa osoittaa muistiinmerkitsijä 24 (kuvio 7) näyttönä ja reikäkortilla digitaalisen tiedon siihen syötettävän pulssin kestoajasta Tg ja vastaavasti nesteen ominaisuudesta, esim. sen konsentraatiosta q.

Kun käytetään analogista muistiinmerkitsijää 24 ja se kehittää analoogista tietoa, muunnetaan suorakaiteen muotoiset sähköiset pulssit mittayksikössä 23 tasavirran standardiksi merkiksi jännitteellä Eg verrannollisena suorakaiteen muotoisten pulssien kesto-aikaan TTg. Integroinnilla muunnettuna on jännite Eg (kuvio 14, kaavio "e") suuruudeltaan: 53 by ööu E* = «U -rjl·- (?7)

Ylläkuvattu kuvion 7 laitteen suoritusmuoto on käytössä pääasiallisesti määrittelemään nesteen ominaisuuden poikkeamien sen alkuperäisestä arvosta läsnäoloa ja niiden merkkiä samoin kuin myös nestemäisten väliaineiden pinnankorkeustason erilliseen ilmaisuun.

Tämä laitteen suoritusmuoto saattaa sitä paitsi olla käytössä määrittelemään näitten nesteen mitattavana olevassa ominaisuudessa poikkeamien määrää sen alkuperäisarvosta, kun vaihtelut ajallisesti pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiampli-tuudin alkuperäisarvosta Uqo ovat pieniä. Siinä tapauksessa että arvon Uqo vaihtelut ajallisesti, joita tietyt laitteen parametrien riippuvaisuudet aikaansaavat, ovat merkityksellisiä, saattaa muodostua nesteen ominaisuuden mittaamisen nollatilanteen ryömintää. Tämä nollatilanteen ryömintä saattaa aiheutua suureen t^ epästa-biilisuudesta johtuen esim. akustisten värähtelyjen pulssin 5 syötettynä säiliön seinään 3 amplituudin B vaihteluista ja tämän johdosta suureen U muutoksista, oo

Mittaamisen nollatilanteen ryöminnän suhde &^ nesteen ominaisuuden akustisen impedanssin mitattuihin vaihteluihin ΔΖ-, ΊΓ nähden yksikköä kohden suhteellista muutosta pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 amplituudin alkuperäisarvossa UQO, voidaan määritellä alempana annettavalla riippuvaisuusyhtälöl-lä: & -bee j jvcc

2 ££L·- ‘ T

Jf£r-)ä2,-~o missä ft on herkkyystekijän ft ^ alkuperäisarvo nesteen ominaisuuden mittaamiselle eli: 59880 A - 2 βn Cd 2777) fos' £n2 c< (79)

Kun otetaan huomioon lauseke (74) saadaan

T

J U„ l/„ ίη Λ ISO) ja sijoittamalla nyt muuttujan lausekkeesta (79) arvo ja sijoittamalla saatu derivaatan δto2 lausekkeeseen (78) saadaan ä uoo tuloseksi: /0 ^/7 d 2 2 2n (d L·L ) (81)

Uoo ·

Saadusta riippuvaisuudesta seuraa, että nollatilanteen ryömintä voidaan saada häviävän pieneen arvoon, mikäli parametri o(on riittävän lähellä ykköstä. Täten kun = 0,9 8 ja kun E^/Uqo = 0,1 on suhde &2 suuruudeltaan 0,00428. Tässä tapauksessa suureen UQO suhteellinen muutos määrän 5 % verran johtaa mittaamisen nollatilanteen ryömintään vastaten muutosta nesteen akustisen impedanssin suhteessa säiliön seinän 3 akustiseen impedanssiin nähden hyvin • -4 * pienen määrän verran määrältään 2,14 x 10 . 'Mitä tulee konsentraa- tion q mittaamiseen, esim. alumiinisulfaatin vesiliuoksen mittaamiseen vastaa nollatilanteen ryömintä A seurauksena 5 % muutokses- qo sa suureen Uoo määrässä määrää , ©2 , mikä on vähemmän kuin 0,5 g/1.

2Δ"Κ2 Käytännöllisesti katsoen voidaan nesteen ominaisuuden mittaamisien nollatilanteen ryöminnän täydellinen poistaminen toteuttaa siten, että vertailun sähkömerkki 38 (kuvio 14, kaavio "i") muotoillaan käyttäen aikaviivettä , mikä on verrannollinen pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin U vaihteluihin, o Tämä tarkoitusta varten muotoilee huipunilmaisin 25 (kuvio 8) 5ί> 59880 tasavirtatyyppisen sähkömerkin 26 (kuvio 14, kaavio "f") siitä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrästä 17, mikä syötetään tämän verhokäyrän 17 ilmaisimen 16 ulostulosta.

Tämä sähkömerkki 26 minkä amplituudi UQ = UQO (1-2ΛΖ^/Ζ) syötetään emitteriseuraajan 27 (kuvio 8) kautta sisääntuloon yksiköstä 42, mikä säätää sähköpulssien aikaviivettä . Yksikön 42 ulos-tulomerkki syötetään sen pulssien 40 muotoilijan 39 sisääntuloon, minkä kestoaika f^ liittyy sähkömerkkiin 26 alempana ilmaistavalla tavalla:

Ts - Tcs - ö, U.

(32) missä ^o5 on aikaviiveen tasakomponentti, ot on säätötekijään verrannollinen aikaviive.

O

Differentoinnin yksikössä 41 pulssista 40 muotoilulla vertailun sähköpulssilla 38 on aikaviive akustisen pulssin 5 säiliön seinään 3 syöttämisen ajanhetkeen verrattuna, mikä on yhtä suuri kuin pulssin 40 (kuvio 14, kaavio "g") kestoaika TT .

Mittayksikössä 23 (kuvio 8) seurauksena sähköpulssista36 (kuvio 14, kaavio "e") muotoiltu suorakaiteen muotoinen pulssi ja vertailun sähköpulssi 38 (kaavio "i") syötettynä näihin sisääntuloihin ovat kestoajaltaan: (33) Tämä kestoaika on kuten myös laitteen aikaisemmassa suoritusmuodossa verrannollinen nesteen 6 akustisen impedanssin vaihteluihin ja tämän johdosta tämän nesteen mielenkiinnon alaisen ominaisuuden, esim. nesteen liuoksen konsentraation q vaihteluihin.

Aikaviiveen tasakomponentti *ΖΓ05 sekä aikaviiveen verrannol- 56 59880 lisuuden säätöteki jä voidaan saada ratkaisemalla seuraava kahden yhtälön yhtälöryhmä: 7 = 7 + ci u - __n e»··) 6άΖ—ο iT 3 c° 777 ~°

<3 Te' *T

ä Uoa Δ —s- O ~~(Joe £>1 o( ‘ “ & ^8^

Koska suureen UQ määrä katsotaan muuttujaksi tietyissä rajoissa (yleensä ei enempää kuin muutamia prosentteja)käytetään näitä yhtälöitä ratkaistaessa suuretta U mikä on U alkuperäisen arvon kanssa yhtäsuuri tämän muuttujan UQo sijaan. Tässä tapauksessa pätee: oo a =__c_ S i/ccc (86) (87)

Ottaen huomioon saadut arvot suureille sekä saatuna lausekkeesta (22) on suorakaiteen muotoisen pulssin (kaavio "j") kestoaika mittayksikössä 23 (kuvio 8) muotoiltuna määrältään lausekkeen (83) mukaisesti seuraava: f— ( Γλ u°g fj o 1(®®) fri(d-rJr)tn(l-2 <* ^~utz 1 //; [<A (<-2 -^-)] -1

Nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyystekijäg voidaan lausua yhtälöllä: 57 59880 n __L äTc 2βη _ 2 U" Λ'Τ Jfihj (l-2+l±)?« 2[c((1-2 Ψ)] U.„ 4** (89)

Nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyystekijän alkuarvo β> o6 on tekijän y3g arvo kun Z-^ = 0 ja kun Uqo = Uqoq on mää rältään : 2^0 β-vd U„ - Uo** 9 / Uco I -2 y ΰ ^oe> (90) Näistä lausekkeista seuraa, että mittaamisen herkkyys tällöin eroaa merkityksettömän vähän säiliön nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyydestä jo aikaisemmin kuvatulle laitteen suoritusmuodolle, minkä piiri on esitettynä kuviossa 5. Täten kun o£= 0,95 ja kun E^/Uqo =0,1 vaihtelee mittaamisen herkkyystekijä tässä tapauksessa välillä 1829,8 - 1791,2 eli se tahtoo sanoa vain 21, %.

Käytännöllisesti säilytetyllä mittaamisen herkkyydellä pienennetään tässä nollatilanteen ryömintää enemmän kuin yhden suuruus-kertaluokan verran. Mittaamisen nollatilanteen ryöminnän suhde nesteen 6 akustisen impedanssin mitattujen vaihtelujen alueeseen AH /Z nähden kutakin yksikköä kohden suhteellista muutosta pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 (kuvio 8) amplituudin alkuperäisarvossa Uoq on nyt määrältään: 58 59880 n - J β —· (91)

Osittaisderivaatta tekijään U verrattuna sen pulssin kes-<r- . oo toajassa mikä muotoillaan mittayksikössä 23 kun Λ lähestyy nollamäärää on muotoiltavissa seuraavaan tapaan edellä lausekkeena (88) esitetyn mukaisesti: <J II ____ (92) ΊΠ77Γ& -~o. et U oe d.

Ottaen huomioon tämä riippuvaisuus (92) ja lausekkeen (90) perusteella tekijä β> voidaan suhde lausua seuraavaan tapaan: a = ^ °* fd )

3 9 0- u°* I1~n-J

^ (-'ft p. ' U 0 o o ' (C) ^ )

Vertailtaessa lausekkeita (81) sekä (93) suureisiin θ2 ja seuraa, että mikäli aikaviiveen säätö toteutetaan kuvion 8 suoritusmuodossa pienentyy nollatilanteen ryömintä, mikäli kaikki muut asiantilanteet ovat samanlaisia määrän / / “ ^ _ /t - / //(f C ^ (1- ) kertaisesti.

1/pc o ^

Erityisesti kun kyseessä on viisiprosentti muutos Uqo suureessa pienentyy mittauksen nollatilanteen ryömintä noin 20 kertaisesti ja on sillä häviävän pieni arvo, millä ei ole oikeastaan mitään vaikutusta mittausten tarkkuuteen.

Nesteen ominaisuuksista tietoa kuljettava sähkömerkki voidaan myös kehittää eroittamalla tietty osa eräästä pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän loppureunasta, tämän osuuden ollessa kestoajaltaan (kuvio 15, kaavio "b") mikä on suuruudeltaan liki main yhtäsuuri kuin mitä on se kaksinkertainen aikamäärä X mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 (kuvio 8) säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen ja mikä sijaitsee erossa tämän verhokäyrän 17 etureunasta etäisyyden verran, mikä on ainakin yhden suuruuskerta-luokan verran määrästä L mikä on se kaksinkertainen aika, mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 läpi 59 59880 kulkemiseen minkä jälkeen havaitaan verhokäyrän 17 maksimiamplituudi U3 tällä osuudella.

Nesteen ominaisuuksista tietoa kuljettava sähkömerkki muotoillaan tällä tavoin siinä suoritusmuodossa, minkä piiri on esitetty kuviossa 9.

Tässä eroitellaan tietty osuus portitusvahvistimen 4-7 avulla, mitä säädetään portituspulssilla 4-6 (kuvio 15, kaavio "c") pulssien akustisen takasinheijastuman verhokäyrän 17 loppureunasta erillisenä pulssina 48 (kaavio "d").

Portituspulssi 46 kehitetään toisella generaattorilla 45 (kuvio 9) mikä liipaistaan pulssilla 4 (kuvio 15, kaavio "a") mikä syötetään generaattorista 1 (kuvio 9) sellaisella, aikaviiveellä (kuvio 15, kaavio "c"), mikä kehitetään toisella sähköpulssin aikaviiveen yksiköllä 44 (kuvio 9). Aikaviiveen määrät

^ O

asetetaan eroamaan määrästä χ mikä on se kaksinkertainen aika, mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen, eli: ί8 = b1f ; (94) missä on jaollisuuskerroin, mikä on tietty kokonaisluku.

Portituspulssin 46 kestoaika % ? (kuvio 15, kaavio "c") on tässä tapauksessa määrältään lähellä määrää TT mikä on se kaksinkertainen aika, mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssien kulkuun.

Pulssi 48 (kaavio "d") vastaten pulssien akustisen takaisin-heijastuman verhokäyrän 17 eroiteltua osuutta on kestoajaltaan yhtä suuri kuin mitä on portituspulssin 46 (kaavio "c") kestoaika η ja sen amplituudi on verrannollinen verhokäyrän 17 eroitellun osuuden amplituudiin Ug .

Tässä tapauksessa on U4 = K12 U3’ (95) missä K-^2 on verrannollisuuskerroin.

Pulssin 48 maksimiamplituudi vastaten pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 loppureunan eroiteltua osuutta riippuu nesteen akustisen impedanssin vaihtelusta A seuraavaan tapaan: 60 59880

υ< = fc,a uoc d ({-2 —J

(9ö)

Pulssi 48, minkä amplituudi on funktio nesteen 6 mitatusta ominaisuudesta syötetään portitusvahvistimen 47 (kuvio 9) ulostulosta huipunilmaisimen 49 sisääntuloon. Viimemainittu muuntaa syötetyn pulssin 48 tietoja kuljettavaksi sähkömerkiksi 20, joka on muodoltaan tasavirtaa (kuvio 15, kaavio "e”). Tällä jännitteellä on amplituudi Eg, mikä on yhtä suuri kuin tämän pulssin 48 amplituudi

V

Tietoja kuljettava sähkömerkki 20 viedään huipunilmaisimen 49 (kuvio 9) ulostulosta mittayksikköön 23, missä sen amplituudia verrataan vertailun sähkömerkin vastaavaan minkä amplituudi on E^ (kuvio 15, kaavio "f") ja mikä syötetään muotoilijasta 30. Eroitusmerkki E^ =E^ - Eg syötetään mittayksikön 23 ulostulosta muis-tiinmerkitsijään 24, mikä toteaa säiliössä olevan nesteen 6 ominaisuuden .

Nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyskerroin η määritellään tässä tapauksessa seuraavalla lausekkeella: β / d E c/ ___ ___ Ί E? ^4 •!r°UZT ά(ψ)"~υ..<· 3(ψ) (97) missä U0Q1+ on suureen arvo kun ^ Z^=0 Δ Uqq=0.

Kun otetaan huomioon että: <9 U 4 n / f, π r,/ o Δ ) 1 ~ ^

Ejf äh) ' ~2biK12U0OL<E(i-2 * JJ

d[ 2J . (93) / . / (99) on lauseke (97) tekijälle ^ nyt: Λ " 2l> (1-2 1 (1J0) U e 0 ' 2~ ' / 61 5^880

Laitteen ylläkuvatun suoritusmuodon käyttäminen sallii jakavan rajapinnan tarkan säädön toisiinsa sekoittumattomien nesteiden välillä, erillisen ilmaisun nesteen pinnankorkeuden tasosta ja muiden teknillisisten ongelmien ratkaisun.

Nesteen 6 ominaisuuden sen alkuperäisestä arvosta poikkeamien läsnäolon valvonta ja mittaaminen, jollaisia arvoja ovat esim. nesteliuosten konsentraatio q, voidaan myös toteuttaa tässä laitteen suoritusmuodossa edellyttäen että pulssien akustisen takaisinheijas-tuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudin alkuarvon Uqo on stabiili. Suureen Uqo epästabiilisuus johtaa nesteen ominaisuuden mittauksen nollatilanteen ryömintään, mikä on määrältään jdd00 (tässä E tT“ u oo AU /U on suureen U suhteellinen vaihtelumäärä).

** oo oo oo

Nollatilanteen ryöminnän täydellinen eliminointi nesteen ominaisuuden mittaamisesta, minkä epästabiilisuuden aikaansaa Uqo epästabiilisuus aiheutuen esim. akustisten värähtelyjen pulssien 5 syötettyjen säiliön seinään 3 epästabiilista amplituudista voidaan tällöin toteuttaa siten, että tietty ylimääräinen osuus pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrästä 17 eroitellaan sen pää-osuuden ja nousureunan väliltä, tämän sijaitessa erossa tämän verho-käyrän 17 pääosuudesta etäisyyden verran, mikä poikkeaa määrästä mikä on se kaksinkertainen aika, mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen ja vertailun sähköpulssi muotoillaan verhokäyrän 17 eroitellusta ylimääräisestä osuudesta.

Tällainen vertailun sähkömerkin muotoilu, mikä sallii nollatilanteen ryöminnän poistamisen mitattaessa nesteen 6 ominaisuuksia saadaan toteutettua kuvion 10 suoritusmuodossa seuraavaan tapaan.

Toisessa pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 amplituudin portitusvahvistimessa 54, mitä säädetään portituspuls-seilla 54 eroitellaan ylimääräinen osuus tämän verhokäyrän 17 loppu-reunasta, tämän pulssin 55 (kuvio 15 kaavio "h") vastatessa kyseistä osuutta. Tämä osuus sijaitsee verhokäyrän 17 pääosuuden, joka sijait-see aikavälillä (.^-( l g + Ly), ja tämän saman nousureunan välillä. Pulssi 53 muodostetaan kolmannella generaattorilla 52 (kuvio 10) portituspulsseista, mikä liipaistaan sillä sähköpulssilla 4, mikä syötetään generaattorista 1 ja tulee kolmannen sähköpulssin aikaviiveen yksikön 51 läpi viivyttäen näitä pulsseja aikamäärän g verran.

62 59880 Tämä viive asetetaan poikkeamaan ajasta , mikä on se kaksinkertainen aika, mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 lävitse kulkemiseen: <±g = b2f , (101) missä b2 =1, 2 on suhteen jaollisuuskerroin.

Portituspulssin 53 (kuvio 15, kaavio "g") kestoaika asetetaan lähelle sitä kaksinkertaista aikaa L mikä vaaditaan akustisten värähtelyjen pulssilta 5 säiliön seinän 3 läpi kulkemiseen säiliön sisältäessä mitattavana olevaa nestettä 6.

Pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 maksimiamplituudi Ug (kaavio "b") tämän loppureunasta eroitellulla ylimääräisellä osuudella voidaan ilmaista seuraavalla yhtälöllä: 4 - / ✓ Δ 7. \ 0-1-Γ-) / (10a)

Pulssin 55 (kaavio "h") amplituudi Ug vastaten tämän verho-käyrän 17 ylimääräistä osuutta on verrannollinen tämän verhokäyrän 17 (kaavio "b") maksimiamplituudiin Ug tällä ylimääräisellä osuudella, eli: 4 / ±^ ' U - K. US- Ä ' (^2 2 ' (103) missä K-^2 on verrannollisuuskerroin.

Tämä pulssi 55 viedään toisen portitusvahvistimen 54 (kuvio 10) ulostulosta toisen huipunilmaisimen 56 sisääntuloon, mikä on verho-käyrän 17 eroitellulle osuudelle, ja missä se muunnetaan tasavirran jännitteeksi millä on amplituudi Eg (kuvio 15, kaavio "i") suuruudeltaan yhtä suurena kuin pulssin 55 (kaavio "h") maksimiamplituudi Ug. Saatu jännite syötetään emitteriseuraajalle 57 (kuvio 10) kehittäen vertailun sähkömerkin amplituudilla E^ (kuvio 15, kaavio "s") verrannollisena pulssin 55 (kaavio "h") amplituudiin Ug, eli: « 63 59880 e, " ««υ< - ^^ w'*' 0-2 ψ-) (Λ .

^ (1U4; missä on verrannollisuuskerroin.

Verrannollisuuskertoimet ja K-^4 sovitetaan tässä tapauksessa siten että eroitus E^ vertailun sähkömerkin (kuvio 15, kaavio "f") ja vertailun sähkömerkin 20 (kaavio "e") mittayksikön 23 (kuvio 10) ulostulossa välillä on nollasuuruinen nesteen 6 akustisen impedanssin alkuperäisarvolla Zq-^ (se tahtoo sanoa kun = 0) siis: 'b - (1U5) Täten vertailun sähkömerkki (kaavio "f") muotoillaan niin että sen amplituudi on:

Ej=KuU^ -0-2~) . (1u5)

Eroitusmerkki E^ syötettynä muistiinmerkitsijään 24 (kuvio 10) riippuu nesteen 6 akustisen impedanssin valmistetuista Z^ seuraa-vaan tapaan: E U - Kn ^ * **' * [Cl-2 *§*-) **- O- 2 -φ-) ** (107)

Nesteen ominaisuuden mittaamisen herkkyyskerroin lausutaan tässä tapauksessa seuraavasti: 6it 59880 A L· Jtu' -0? Uoo [f. L/i.,iL·-/* 7 Λ=</.., <>{ψ.) - 2t> UZL(i'2 ^ Z ¢108 7

Ylläkuvattu laitteen suoritusmuoto saattaa olla tehokkaasti käytössä, koska siinä saadaan jätettyä pois mittaamisen nollatilanteen ryömintä ei pelkästään rajapinnan valvomiseksi kahden toisiinsa sekoittumattoman nesteen välillä ja nesteen pinnantason erillistä ilmaisua varten säiliöissä vaan myöskin mitattaessa nesteen ominaisuuden poikkeamia sen alkuperäisarvosta, esim. mitattaessa nesteen ominaisuuden poikkeamia sen alkuperäisarvosta, esim. mitattaessa nesteen liuoksen konsentraatiota q riippumatta suureen Uqo vaihteluista. Tällä tavoin vaihtelujen vaikutus akustisen värähtelyn pulssin 5 säiliön seinään 3 soveltamisolosuhteisiin ja vaihtelut pulssin amplituudissa saadaan poistettua ylläkuvatun typpisessä nesteen ominaisuuden mittaamisessa.

Näitten vaihteluitten pulssien 5 säiliön seinää 3 soveltamisen olosuhteiden vaihteluissa ja näiden amplituudissa neutralisointi nesteen ominaisuuden mittauksen herkkyyteen nähden, kuten myös nollatilanteen ryöminnän poistaminen nesteen ominaisuuden mittauksista voidaan toteuttaa jakamalla jännitteet niillä vastaavilla amplituu-deilla Eg ja Eg (kaaviot "e" sekä "i") jotka pulsseista 48 ja 55 (kaaviot *’dM sekä "h") kehitetään ja jotka saadaan porttikytkemällä vastaavasti pääosuus ja ylimääräinen osuus pulssien akustisen takai-sinheijastuman verhokäyrän 17 loppureunasta.

Kuvion 11 suoritusmuodossa, missä tämä tarkoitus toteutetaan pulssin 5 eroittaminen vastaten kyseisen verhokäyrän 17 ylimääräistä osuutta ja sähkömerkin (jännitteen) muotoilu amplituudille Eg (kuvio 15, kaavio "i") mikä on yhtä suuri kuin pulssin 55 amplituudi Ug, toteutetaan piirillä 50 (kuvio 11) mikä on samankaltainen kuin kuvion 10 edellä esitetty suoritusmuoto. Tämä sähkömerkki viedään toisen huipunilmaisimen 56 ulostulosta erääseen sähkömerkin jakaja-yksikön 58 sisääntuloista. Tämän toinen sisääntulo syötetään tietoja kuljettavan sähkömerkin 20 (kuvio 15, kaavio "e") huipun ilmaisimen 49 ulostulosta. Sähkömerkki amplituudilla Eg, mikä on yhtäsuuri kuin niiden sähkömerkkien jakolaskun osamäärä, jotka syötettiin yksikön 58 sisääntuloihin (kuvio 11) voidaan muodostaa tämän laitteen ulostuloon suuruudeltaan: 65 59880 - ι/ n Χς—= -<». oi * ti* KiH U“> H<3 p χ λ .».lii.;/,- 4- , , x [1- J 2 J S 009) missä K-^ on verrannollisuuskerroin.

Ulostulon sähkömerkki mainitusta jakajayksiköstä 58 syötetään erääseen mittayksikön 23 sisääntuloista, missä sitä verrataan vertailun sähkömerkkiin, minkä amplituudi on E^ (kuvio 15, kaavio "f") ja mikä syötetään vertailun sähkömerkin muotoilijasta 30 (kuvio 11). Tässä tapauksessa vertailun sähkömerkin amplituudi asetetaan yhtä suureksi kuin mitä on jakajayksikön 58 ulostulomerkin amplituudi, sen vastatessa nesteen 6 akustisen impedanssin alkupe-räisarvoa Zq1 (mikä siis vastaa = 0) eli: --y?--o( (110)

Eroitusmerkki, jolla on -amplituudi Ey = E^ - Eg ja mikä on f S -/(111) syötetään mittayksikön 23 ulostulosta muistiinmerkitsijään 24, minkä asteikko on mitoitettu mielenkiinnon alaisen nesteen ominaisuuden mittayksiköiden mukaisesti. Mittayksikön herkkyyskerroin on

S

tässä tapauksessa lausuttavissa seuraavasti: β - Ί 9 h U ~ K *4 /o P }rJ ^ ~ ^ h-—,j(jsry2xr(lrlJ * ' 2 / (112)

Tietyille nesteille, joiden impedanssi on lähellä tai enemmän kuin mitä on säiliön seinän 3 akustinen impedanssi muotoillaan nesteen S ominaisuuksista tietoa kuljettava sähkömerkki havaitsemalla sen aikavälin etumerkki, joka on pulssien akustisen takaisin-heijastuman kahden heteropolaarisen verhokäyrän 17 ja 18 nousureuno-jen välillä.

59880 66

Kuvion 12 suoritusmuodossa tämä tarkoitus toteutetaan seuraa-vaan tapaan: Standardin sähköpulssin muotoiluyksikkö 59 kehittää standardin sähköpulssin 60 (kuvio 16, kaavio "c") vastaten pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 17 nousureunaa. Toinen pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrä 18 viedään ilmaisimen 61 (kuvio 12) läpi toiseen standardin sähköpulssin muotoilu-yksikköön 62, mikä kehittää standardin sähköpulssin 63 (kuvio 16, kaavio "e") vastaten toisen pulssien akustisen takaisinheijastuman verhokäyrän 18 nousureunaa (kaavio "d").

Standardit sähköpulssit 60 ja 63 (kaaviot "c" sekä "e") vastaten pulssien akustisten takaisinheijastumien verhokäyrien 17 ja 18 nousureunoja syötetään muotoiluyksikköjen 59 (kuvio 12) ja 62 ulostuloista mittayksikön 23 sisääntuloihin. Yksikkö 23 kehittää seurauksena pulsseista 60 ja 63., mitkä sen sisääntuloihin syötetään suorakaiteen muotoisen pulssin (kuvio 16, kaavio "f"), jonka kesto-aika on yhtä suuri kuin mitä on aikaväli standardien sähkö- pulssien 60 ja 63 välillä (kaaviot "c" sekä "e”). Mittayksikön 23 (kuvio 12) ulostulon suorakaiteen muotoisen pulssin etumerkki (positiivinen tai negatiivinen) riippuu säiliössä olevan nesteen 6 akustisen impedanssin ja säiliön seinän 3 akustisen impedanssin Z välisestä suhteesta. Mikäli -tämä suhde Z^/Z on ykköstä pienempi tällä pulssilla (kuvio 16, kaavio "f") on negatiivinen napaisuus.

Siinä tapauksessa että suhde Z^/Z on ykköstä suurempi molempien verhokäyrien 17' ja 18' muoto ja sijainti (kaaviot Mb" sekä "d"), mitkä on osoitettu katkoviivoilla, muuttuvat. Seurauksena standardit sähköiset pulssit siirtyvät ajallisesti ja joutuvat pulssien 60' ja 63' sijaintipaikkoihin (kaaviot "c"' sekä "e" osoitettuna katkoviivoilla). Seurauksena standardeista pulsseista 60' ja 63', joiden sijaintipaikka siirtyy ajallisesti muodostuu mittayksikössä 23 (kuvio 12) suorakaiteen muotoinen pulssi (kuvio 16, kaavio "g") millä on positiivinen napaisuus.

Suorakaiteen muotoiset pulssit (kaaviot "f" tai kaavio "g") joiden etumerkki tuo tietoa nesteen 6 ominaisuudesta (kuvio 12) viedään mittayksikön 23 ulostulosta muistiinmerkitsijään 24.

Ylläkuvattu menetelmä säiliössä olevan nesteen ominaisuuksien mittaamiseksi toteutettuna kuvioiden 1 ja 3-12 mukaisilla laitteilla 67 59880 takaa suuren tarkkuuden ilman kosketusta tapahtuvaan nesteiden säiliöissä erilaisten, ominaisuuksien automaattiseen mittaamiseen useiden teollisuusalojen teknillisissä prosesseissa, joita ovat metallurgia, malminpuhdistus, kemian teollisuus, öljyteollisuus, leintarviketeollisuus ja muutkin.

Claims (21)

1. 59880 68
2. 1, Menetelmä säiliöön suljetun aineen sellaisten ominaisuuksien mittaamiseksi, joiden muutos liittyy aineen akustiseen impedanssinmuutokseen, jonka menetelmän mukaan aineeseen kohdistetaan säiliön seinämän (3) läpi ja kohtisuoraan tätä vastaan jaksottaisia akustisia värähtely-pulsseja (5) ja säiliön seinän läpi menevät akustiset signaalit (7) vastaanotetaan ja muutetaan sähkösignaaliksi, joka sisältää tietoa aineen ominaisuuksista, tunnettu siitä, että säiliön seinän (3) läpi menevät akustiset signaalit vastaanotetaan akustisen impedanssin-muutoksen kohdissa esiintyvän heijastuman jälkeen akustisten värähtelypulssien (5) sisäänsyöttövyöhykkeellä, että vastaanotetuista akustisista heijastuspulsseista hyödynnetään ainoastaan sellaiset, jotka syntyvät vähintään yhdenkertaisen heijastumisen seurauksena säiliön seinän (3) sisäpinnasta, ja että sinänsä tunnettuja yhteyksiä määrättyjen suureiden välillä, jotka ovat peräisin hyödynnettävien heijastuspulssien ajallisesti peräkkäisistä maksimi- ja minimiamplitudeista muodostetuista eripolaarisista verhokäyristä (17* 18) ja säiliöön (3) suljetun aineen (6) akustisesta impedanssista, käytetään hyväksi aineen (6) mainittujen ominaisuuksien mittaamiseksi.
3. 2, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden verhokäyrän (17» 18) määrättynä suureena käytetään verhokäyrän ja sen nolla-tason välistä pintaa (S) ja muodostetaan tämän pinnein (S) suhde sellaiseen aikaväliin, joka on verrannollinen kahden peräkkäin sijoitetun akustisen värähtely-pulssin (5) väliseen aikaan (T),
4. 3, Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäksi mitataan verhokäyrän (17, 18) maksimiamplitudi (V ), jota verrataan mainittuun suhteeseen. U. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden verhokäyrän (17, 18) mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verho-käyrän etu- ja takareunasta osuus, jonka molemmat päät sijaitsevat kahdella, tämän verhokäyrän maksimiamplitudiin (V ) nähden vähintään yhden suuruusluokan verran pienemmällä amplituditasolla, ja määritellään osuuksien päiden aikaväli ^TU=t2-t1
5. 5. Patenttivaatimuksen h mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alempi amplituditaso asetetaan säädettäväksi akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän (17, 18) maksimiamplitudin vaihteluihin nähden.
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden verhokäyrän (17, 18) mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verho-käyrän takareunasta osuus, jonka molemmat päät sijaitsevat kahdella, tämän verho- 69 Λ Λ Λ Λ S^ÖÖU käyrän maksimi amplitudiin (V ) nähden vähintään yhden suuruusluokan verran pienemmällä amplituditasolla, synnytetään erotetun osuuden ajallisesti myöhempää päätä vastaava sähköimpulssi (36) sekä sähköinen vertausimpulssi (38) hetkenä, joka sijaitsee verhokäyrän takareunaan kuuluvan aikavälin sisällä, ja mitataan sähkö-impulssin (36) ja sähköisen vertausimpulssin (38) aikaväli (Tg).
7. 7, Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköinen vertausimpulssi (38) synnytetään aikaviiveellä, joka on suhteellinen akustisen impulss-iheijastuman verhokäyrän (17, 18) maksimiamplitudissa tapahtuvaan muutokseen.
8. 8, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden verhokäyrän (17, 18) mainitun suureen mittaamiseksi erotetaan tämän verho-käyrän takareunasta osuus (T^.), jonka pituus vastaa akustisen värähtelyimpulssin (5) likimain kaksinkertaista kulkuaikaa säiliön seinän läpi ja jonka etäisyys tämän verhokäyrän (17, 18) etureunasta on vähintään yhden suuruusluokan verran suurempi kuin akustisen värähtelyimpulssin (5) kaksinkertainen kulkuaika säiliön seinän läpi, ja mitataan verhokäyrän (17» 18) maksimiamplitudi (V^) tällä osuudella.
9. 9, Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun osuuden (T^) (pääosuuden) ja kyseisen verhokäyrän (17, 18) etureunan välistä erotetaan lisäosuus (T^q), jonka etäisyys tämän verhokäyrän (17» 18) pää-osuudesta (Tg) on moninkertainen akustisen värähtelyimpulssin (5) kaksinkertaiseen säiliönseinän läpikulkuaikaan nähden, ja verhokäyrän (17, 18) maksimiamplitudeja (V3, Vg) tällä lisäosuudella (T-jg) verrataan keskenään.
10. 10, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden verhokäyrän (17» 18) mainitun suureen mittaamiseksi todetaan akustisen impulssille! jastuksen kahden erinapaisen verhokäyrän (17, 18) etureunojen aikavälin etumerkki .
11. 11, Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi säiliöön suljetun aineen ominaisuuksien mittaamiseksi, jossa laitteessa on impulssigeneraattoriin liitetty akustinen muunnin, joka on sijoitettu välittömästi säiliön seinän ulkopinnalle ja joka synnyttää akustisia värähtely-impulsseja, jotka säteilevät aineeseen säiliön seinän läpi, vastaanotetaan ja muunnetaan akustisiksi signaaleiksi, jotka syötetään tietosignaaligeneraattorin signaalituloon, joka generaattori synnyttää signaalin, joka sisältää tietoa aineen ominaisuuksista, ja generaattorin lähtö on liitetty mittausyksikön tuloon, joka on puolestaan liitetty rekisteröimiskojeeseen, tunnettu 59880 70 sarjakytkennästä (11), johon kuuluu aikaviiveyksikkö (32) sähköimpulssien hidastamiseksi, jonka tulo on kytketty impulssigeneraattorin (1) lähtöön, valikoiva impulssigeneraattori (13)» sekä valikoiva vahvistin (15) akustisten signaalien vahvistamiseksi, jonka signaalitulo on kytketty akustiseen muuntimeen (2), ja verhokäyrän demodulaattorista (16) säiliön seinän (3) ulkopinnan ja aineen välille syntyvän akustisen impulssiheijastuman verhokäyrien (1T, 18) demoduloi-miseksi, demodulaattorin tulon ollessa sähköisesti kytketty valikoivan vahvistimen (15) lähtöön ja sen lähdön ollessa sähköisesti kytketty tietosignaaligene-raattorin (19) signaalituloon (kuv. 1).
12. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että tietosignaaligeneraattori (19) on tehty akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (1T) integraattorin (21) perusteella (kuv. 1).
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu akustisen impuls-siheijastuman verhokäyrää (17) varten olevasta huipunilmaisimesta (25), jonka tulo on sähköisesti kytketty akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön ja jonka lähtö on sähköisesti kytketty mittausyksikön (23) toiseen tuloon, jolloin mittausyksikkönä (23) on differentiaalipiiri (kuv. 3). 1U. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu huipunilmaisimesta (25) akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää (17) varten, jonka tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön, sähkösignaalien (26, 20) jakajasta (29), jonka tulot on liitetty akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää (17) varten olevan huipunilmaisimen (25) ja verhokäyrän integraattorin (21) lähtöön ja jonka lähtö on liitetty mittausyksikön (23) tuloon, ja vertaussignaaligeneraatto-rista (30) sähköisen vertaussignaalin synnyttämiseksi, jonka lähtö on yhteydessä sen mittausyksikön (23) toiseen tuloon, jona on differentiaalipiiri (kuv. 1).
14. 15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu rajoittimesta (31) akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (17) rajoittamiseksi kahdelle amplituditasolle, joka synnyttää sähköimpulssin (32), jonka etu- ja takareuna vastaavat akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (17) niitä kahta osuutta, joiden päät sijaitsevat mainitulla kahdella amplituditasolla, jolloin rajoittimen (31) tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön ja sen lähtö on liitetty sähköimpulssien kestoaikaa mittaavan tietosignaaligeneraattorin (19) tuloon (kuv. 5)·
15. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää (17) varten tarkoitetusta huipunilmaisimesta (25) 71 59880 akustisen impulssiheijastuman verhokäyrästä (7) erotettujen osuuksien alemman amplituditason säätämiseksi, jonka tulo on sähköisesti kytketty verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön ja jonka lähtö on sähköisesti kytketty rajoittimen (31) ohjattuun tuloon (kuv. 6).
16. 17· Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että tietosignaaligeneraattorissa (19) on rajoitin (31) akustisen impulssi-heijastuman verhokäyrän (17) rajoittamiseksi kahdelle amplituditasolle osuuden erottamiseksi akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (17) takareunasta sekä rajoittimen (31) kanssa sarjaan kytketty differentoimiselin (35)> joka synnyttää verhokäyrän takareunasta erotettua osuutta vastaavan sähköimpulssin (36), jolloin rajoittimen (31) tulo toimii tietosignaaligeneraattorin (19) tulona ja differentoimiselimen (35) lähtö toimii tietosignaaligeneraattorin (19) lähtönä, ja että laitteessa on aikaviiveyksikkö (37) sähköimpulssien hidastamiseksi, joka synnyttää sähköisen vertausimpulssin (38) ja jonka tulo on liitetty impulssi-generaattorin (1) lähtöön ja lähtö on liitetty mittausyksikön (23) toiseen tuloon, joka mittaa aikavälejä (kuv. 7).
17. 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu akustisen impulssiheijastuman verhokäyrää (17) varten tarkoitetusta huipunilmaisimesta (25), jonka tulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön, sekä yksiköstä (1+2) sähköimpulssien ajallisen hidastamisen ohjaamiseksi, jonka tulo on liitetty huipunilmaisimen (25) lähtöön ja jonka lähtö on liitetty aikaviiveyksikön (37) ohjattuun tuloon (kuv. 8).
18. 19· Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että sähköistä tietosignaalia (20) varten olevassa tietosignaaligeneraattorissa (19) on akustisen impulssiheijastuman kyseisen verhokäyrän (17) takareunan osuuden erottamiseksi sarjakytkentä (1+3), joka koostuu toisesta aikaviiveyksiköstä (UH) sähköimpulssien hidastamiseksi, toisesta valikoivasta impulssigeneraattorista (1+5) ja valikoivasta vahvistimesta (1+7) kyseisen verhokäyrän (17) amplitudin vahvistamiseksi , että laitteessa on huipunilmaisin (1+9) akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän (17) erotettua osuutta varten, jonka tulo on liitetty valikoivan vahvistimen (1+7) lähtöön, ja että toisen aikaviiveyksikön (1+1+) tulo on liitetty impulssigeneraattorin (1) lähtöön ja se toimii sähköisen tietosignaalin (20) tietosignaaligeneraattorin (19) ohjattuna tulona, jonka signaalitulona on akustisen impulssiheijastuman verho- 59880 72 käyrän (17) amplitudin vahvistimena toimivan valikoivan vahvistimen (kj) signaali-tulo ja lähtönä on huipunilmaisimen (1+9) lähtö (kuv. 9).
19. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu sarjakytkennästä (50), johon sisältyy kolmas aikaviiveyksikkö (51) sähköimpulssien hidastamiseksi, kolmas valikoiva impulssigeneraattori (52) valikoivien impulssien (53) synnyttämiseksi, toinen valikoiva vahvistin (5*0 akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän (17) amplitudin vahvistamiseksi ja kyseisen verhokäyrän (17) takareunan lisäosuuden erottamiseksi, joka sijaitsee verhokäyrän (17) pääosuuden ja sen etu-reunan välissä, ja toinen huipuniImaisin (56) akustisen impulssiheijastuman verho-käyrän (17) erotettua lisäosuutta varten, jolloin seuraavat osat on liitetty toisiinsa: kolmannen aikaviiveyksikön (51) tulo impulssigeneraattorin (1) lähtöön, toisen valikoivan vahvistimen (5*0 signaalitulo verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön ja toisen huipunilmaisimen (56) lähtö differentiaalipiiriksi rakennetun mittausyksikön (23) toiseen tuloon (kuv. 10).
20. 21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu sarjakytkennästä (50), johon sisältyy kolmas aikaviiveyksikkö (51) sähköimpulssien hidastamiseksi, kolmas valikoiva impulssigeneraattori (52), toinen valikoiva vahvistin (5*0 akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (17) amplitudia varten, joka on tarkoitettu erottamaan verhokäyrän (17) mainitun pääosuuden ja sen takareunan välissä sijaitseva osuus tämän verhokäyrän (17) takareunasta, sekä toinen huipun-ilmaisin (56) erotettua verhokäyrän lisäosuutta varten, jolloin kolmannen aikaviiveyksikön (51) tulo on liitetty impulssigeneraattorin (l) lähtöön ja toisen valikoivan vahvistimen (5*0 signaalitulo on liitetty verhokäyrän demodulaattorin (16) lähtöön, sähkösignaalien jakajasta (58), jonka tulot on liitetty verhokäyrän (17) erotettuja osuuksia varten tarkoitettujen ensimmäisen ja toisen huipunilmaisimien (U9, 56) lähtöön ja jonka lähtö on liitetty mittausyksikön (23) tuloon, ja vertaus-signaaligeneraattorista (30), jonka lähtö on kytketty differentiaalipiirinä toimivan mittausyksikön (23) toiseen tuloon (kuv, 11).
21. 22. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu standardi-impulssin muotoilijasta (59), joka toimii sähkötietosignaalin (20) tietosignaali-generaattorina (19), jolloin standardi-impulssin muotoilijassa (59) tapahtuu akustisen impulssiheijastuman verhokäyrän (17) etureunaa vastaavan standardisoidun sähköimpulssin (60) muotoilu, sekä sarjakytkennästä, johon sisältyy toinen verho-käyrän demodulaattori (61) akustisen impulssiheijastuman toista verhokäyrää (18) varten, jonka tulo on kytketty valikoivan vahvistimen (15) lähtöön, ja toinen standardi-impulssin muotoilija (62) akustisen impulssiheijastuman toisen verho-käyrän (18) etureunaa vastaavan standardisoidun sähköimpulssin (63) muotoilemiseksi, 73 59880 jolloin toisen standardi-impulssin muotoilijan (62) lähtö on liitetty mittaus-yksikön (23) toiseen tuloon, joka on sovitettu mittaamaan aikaeroa standardisoitujen sähköimpulssien (60, 63) muotoilun yhteydessä, jotka vastaavat akustisen impulssi-heijastuman molempien erinapaisten verhokäyrien (17, 18) etureunoja (kuv. 12). 74 S9880