RU1793363C - Устройство дл определени концентрации растворенного вещества - Google Patents
Устройство дл определени концентрации растворенного веществаInfo
- Publication number
- RU1793363C RU1793363C SU904849778A SU4849778A RU1793363C RU 1793363 C RU1793363 C RU 1793363C SU 904849778 A SU904849778 A SU 904849778A SU 4849778 A SU4849778 A SU 4849778A RU 1793363 C RU1793363 C RU 1793363C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- acoustic
- temperature
- concentration
- channel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к анализу жидкостей и может быть использовано дл контрол концентрации вещества, растворенного в различных жидкост х, например непол рных полимеров в морской воде. Цель изобретени - повышение точности измерений за счет компенсации погрешностей, вносимых воздействием внешних факторов. Устройство имеет эталонный и измерительный каналы. Погрешности измерени компенсируютс подбором материалов конструктивных элементов каналов по коэффициентам линейного расширени и мо- дулю Юнга. Эталонный канал герметично отделен от исследуемой среды плоскогофрированным сильфоном. Устройство имеет возможности измен ть положение отражател (длину каналов) в зависимости от условий измерени . 1 ил.;
Description
с/
С
Изобретение относитс к анализу жид- й с помощью акустических колебаний может быть использовано дл контрол веществ, растворенных в 1чных жидкост х, например непол р- полимеров в морской воде.
кости
и
концентрации
раз л
ных
Известно устройство дл определени концзнтрации растворенного вещества, содержащее эталонный и измерительный каналы , измерительный канал выполнен прот эчным дл исследуемого раствора, эталонный канал погружен в исследуемый раствор и герметично отделен от него подвижным элементом цилиндрической форг. ы и заполнен эталонной средой, воспринимающей давление в исследуемом расг творе через подвижный элемент.
Недостатками этого устройства вл ютс необходимость измер ть температуру и давление исследуемого раствора, необходимость использовани при вычислении концентрации Сложных эмпирических зависимостей , невозможность измерений с за-, данной точностью при наличии в измер емой среде дисперсной фазы, забивающей поры мембран, больша чувствительность к фоновым загр знени м растворител или раствор емого вещества, существенное изменение чувствительности в различных по химическому составу рабочих и эталонных средах, что ограничивает
х|. ЧЭ OJ
GJ О
со
применение устройства в системах автоматического управлени и контрол , быстрое отравление чувствительного элемента измерител даже следами некоторых веществ.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс устройство определени концентрации растворенного вещества, содержащее погруженные в контролируемую среду измерительный и эталонный акустические каналы, каждый из которых ограничен отражателем и электроакустическим преобразователем, эталонный канал заключен в сильфон, расположенный между электроакустическим преобразователем и отражателем, и герметично отделен от контролируемой среды , электронный блок генерации и измерени .
Недостатками известного устройства вл ютс низка точность, обусловленна отсутствием термобарокомпенсации акустических баз опорного и измерительного каналов и применением электроакустических преобразователей, работающих в разных режимах: в опорном канале в режиме обратимого электроакустического преобразовател , в измерительном - один в режиме излучени , а другой - в режиме приема, что обуславливает разные величины паразитных задержек в электронных цеп х устройств , при этом электронный блок устройства суммирует паразитные задержки , так как электроакустические кольца сое- динены последовательно; отсутствие возможности мен ть величины акустических баз обоих каналов в зависимости от скоростей звука в контролируемых и эталонных средах, что существенно ограничивает область применени устройства; также отсутствие возможности использовани в качестве среды сравнени используемых в момент измерени компонентов контролируемых жидкостей, например, тех частей растворов, которые используютс в качестве растворител , что создает трудности при изготовлении эталонных сред; в устройстве не уравниваютс давление жидкостей в обо- . их каналах, так как сильфон опорного канала жестко закреплен и не имеет хода вдоль своей оси, поэтому он уравнивает только температуры жидкостей, при этом термо- компенсирующий сильфон, соедин ющий внутренние полости обоих каналов, не охватывает весь объем термостатируемой жидкости , при этом обмен контролируемой жидкости, протекающей через измерительный канал, осуществл етс с намного меньшей скоростью, чем вне устройства, что приводит к погрешности измерений, величина которой пр мо пропорциональна скорости потока контролируемой жидкости, так как при изменении температуры контролируемой жидкости вне измерительного канала баланс температуры вне и внутри
измерительного канала наступает с задержкой по времени, что вызывает увеличение погрешности устройства.
Цель изобретени - повышение точности за счет компенсации погрешностей,
вносимых воздействием температуры и гидростатического давлени .
Это достигаетс тем, что в известное устройство введены первое основание, установленное параллельно ему с возможностыо перемещени второе основание, на торцах которого установлены отражатели, и фиксирующа перемещаема опора, электроакустические преобразователи установлены на первом основании на
противоположных его концах соосно второму основанию, сильфон выполнен плоскогофрированным , эталонный канал заполнен растворителем, который поступает в основной трубопровод, а материалы первого и
второго основани выбраны из соотношени «1 EI 0.2 Еа,где«1 иаг -температурные коэффициенты линейного расширени ; AI и Еа - модули Юнга материалов первого и второго оснований соответственно.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже, где показан его продольный . разрез.
Устройство состоит из первого обратимого электроакустического преобразовател 1, прилегающего к внутренней поверхности первого протектора 2, ограничивающего с одной стороны акустическую базу 3 эталонного канала, плоскогофрированный сильфон 4 из теплопроводного материала , образующий герметичный объем эталонного канала, ограниченный с торцов первым протектором 2 и торцом второго основани 6 с отражател ми 5 и 9, соединенного фиксирующей опорой 7 с первым основанием 8, на котором закреплен с одной стороны первый протектор 2. Рабочий объем измерительного канала ограничен вторым торцом отражател 9 с одной стороны, а с другой - вторым протектором 10, згкрепленным на другом конце первого основани 8, К внутренней поверхности протектора 10 прилегает второй обратимый электроакустический преобразователь 11. Первый и второй обратимые электроакустические
преобразователи 1 и 11 размещены в герметичных корпусах 12 и 13 и электрически соединены с электронным блоком 14, размещенным в герметичном корпусе 15.
Устройство работает следующим образом .
Эталонный канал заполн етс растбо- риделем, используемым дл приготовлени исследуемого раствора, в который погружено1 устройство.
Первый обратимый электроакустический преобразователь 1 излучает под воз- де йствием электрического импульса, генерируемого эталонным блоком 14, ульт- ра|звуковой зондирующий импульс, проходит термобарокомпенсированную акустическую базу 3 эталонного канала, за- пблненного растворителем, отражаетс торцом 5 основани 6 и возвращаетс , пройд через акустически прозрачный протектор 2, на обратимый электроакустический преобразователь 1, вырабатывающий псд воздействием ультразвукового зондирующего импульса электрический сигнал, угравл ющий запуском возбуждающего п( рвый обратимый электроакустический преобразователь 1 - образуетс электроакустическое кольцо, частота следовани импульсов которого зависит от параметров состо ни измер емой жидкости-темпера- туэы, давлени , концентрации растворенных веществ. В этом случае врем одного
Ц1/
кла Т составл ет
T-T3+lL,c,
где Т3 - паразитные задержки в электрон- нс м блоке и протекторе;
L - величина акустической базы, м;
с - скорость звука в жидкости, м/с.
Компенсаци погрешностей, вносимых бездействием температуры и гидростатического давлени , основана на обеспечении посто нства длины акустической базы L за ет равных температурных и барических иращений длин компенсационных плеч, в
сч nf
о; но из которых входит акустическа база, а направление удлинени этих плеч проти- вс положно друг другу, как показано на фиг. 1.Рабочее рассто ние между торцами протекторов 2 и 10 равно Н, длина цилиндрического основани 6 - h. В частном случае, когда цилиндрический отражатель 6 разме- щ;н так, что акустические базы эталонного и рабочего каналов равны, то длина акустической базы L равна разности (Н - h):2, если фиксирующа опора 7 размещена на пер- вам основании 8 симметрично протекторам 2 и 10 и второму основанию 6. В общем случае
Н НА + НВ; h ПА + hB; LA НА - НА;
LB Нв - he.
Относительно оси перемещаемой фиксирующей опоры 7 температурное приращение частей первого основани 8 - НА и Нв будет
АНд Нд-ои At; ДНв - Нв ai At;
температурное приращение частей Ид и he второго основани 6 будет
ДЬд пд а-1 At; Дпв пв аг At,
откуда следует, что дл услови посто нства длины акустических баз и об зательно условие ALA 0; необходимо таким образом размещать перемещаемую фиксирующую опору 7, чтобы выполн лось условие компенсации приращений длин оснований
20
AHA-AhA 0; АНв-Дпв 0;
5
0
5
0
5 0 5
5,м.
откуда
-А Ц-$)+,%
При измерении концентрации растворенного вещества за вл емым устройством необходимым условием его точных измерений вл етс равенство таких параметров состо ни исследуемой жидкости и эталонной , как температура и давление. Дл уменьшени времени выравнивани температур в эталонном и рабочем объемах необходимо максимально увеличить площадь контакта раствора с растворителем через теплопроводный элемент, сохранив при этом способность к уравнению давлений. Этим услови м соответствует сильфон с плоскогофрированными гофрами. Давление передаетс плоскими участками гофра.
При необходимости динамического способа формировани среды эталонного канала он выполн етс проточным дл растворител , в котором раствор етс контролируемое вещество.
Врем выхода измерител на заданную точность измерений лимитируетс наибольшей длительностью уравнивани одного из вторичных параметров жидкостей эталона и исследуемого раствора - температуры и давлени , Врем выравнивани давлений мало и не учитываетс из-за малого вклада во врем выхода измерител на заданную точность. Врем выравнивани температур вл етс лимитирующим дл определени быстродействи измерител .
В устройстве дл определени концентрации растворенного вещества известны неизменные рассто ни : между протекторами 2 и 10, равное Н; между торцами второго основани б, равное h. В этом случае Н h - LA + LB. Так как величину акустической базы 3 эталонного канала LA невозможно измер ть из-за наличи сильфона 4, после установки необходимого соотношени частот циркул ции импульсов в электроакустических синхрокольцах эталонного и рабочего каналов измер ют величину акустической базы LB рабочего канала. Далее определ ют место размещени перемещаемой фиксирующей опоры 7, соедин ющей основани , вычисл величину пв по установленной формуле - известны величины Н, h, LB, о. и ai , Например, при отсутствии термокомпенсации, при типовой величине акустической базы LB рабочего канала, равной 0,02 м: материале первого основани 8 - стали нержавеющей 12X18Н10Т, у которой температурный коэффициент линейного расширени а 16,1 1/град. погрешность , вносима дестабилизирующим воздействием температуры с градиентом At 40° С, при удлинении акустической базы 3 на 2 AL, учитыва путь ультразвукового зондирующего импульса туда и обратно , скорости звука в исследуемом растворе. 1500 м/с, частота следовани ультразвуковых импульсов в электроакустическом кольце при отсутствии температурного
градиента
Л t 0 составит Р
2 L
37500 Гц, при воздействии температурного градиента A t 40° С на акустическую
базу 3- F- 2(и°д -37475.9 Гц.
ЛР Р- Р1 24,14Гц.
При необходимой точности определени скорости звука с, равной 0,1 м/с 2,5 Гц, погрешность, вносима воздействием A t, составит A F/2,5 9,6 м/с, что неприемлемо , так как на примере определени концентрации бензола в CaHsOH, дл которого зависимость скорости звука от концентрации в линейном приближении равна К с -6 + 7,74, где К-концентрации бензола в CaHsOH; с - скорость звука в растворе; точность измерени концентрации при с 0,1 м/с даст величину А К 6 10:4 моль/л, а погрешность определени скорости звука с А с 9 м/с даст величину А К, равную 5,4 моль/л, что в 90 раз превышает допустимый уровень поФормула изобретени Устройство дл определени концентраций растворенного вещества, содержащее погруженные в контролируемую среду измерительный и эталонный акустические
грешности. Введение термокомпенсации приводит к уменьшению погрешности измерений . При величинах длины первого основа- ни 8 из титанового сплава с Щ 8,8 1 /град Н 0,08 м, длине второго основани 6 из нержавеющей стали с «2 16,1 -10 1/град h 0,04 м, при величине LB 0,02 м, величина пв, вычисленна по формуле, составит Ьв - 0,02 м, разность температурных приращений Нв и Ьв составит 1,2 10 м. Длина акустической базы LB изменитс на эту величину, что даст прирост частоты Fi1 с1500
-б
2(LB+ALi)
2(0,02 + 1,2- )
37497,8 Гц, a A Fi1 F - Fi1 37500 - 37497,8 2,25 Гц. Так как прирост частоты циркул ции ультразвуковых импульсов составл ет 2,8 Гц на прирост скорости звука на 0,1 м/с, a A Fi1 2,25 Гц, то термокомпенсаци акустических баз эталонного и рабочего каналов позвол ет проводить измерени с заданной точностью. Барокомпенсаци акустических баз LA и
LB осуществл етс одновременно с термокомпенсацией при отношени х температурных коэффициентов линейного расширени а и модулей Юнга Е материалов стойки 8 и отражател 6, равных а EI 0.2 EI .
Использование предлагаемого изобретени позвол ет упростить процесс измерений концентраций растворенного вещества за счет исключени необходимости учитывать текущие значени температуры и давлени , следить за посто нством состава растворител , вычисл ть величины скорости распространени скоростей звука, использу только разности выходных сигналов эталонного и рабочего каналов измерителей скорости звука в растворе и растворителе , при упрощении конструкции и уменьшении габаритов измерител , использовать измеритель в системах контрол и управлени , когда при номинальных параметрах состо ни контролируемых сред выходной сигнал измерител должен быть посто нной величины и не зависеть от исходных величин скорости звука в контролируемых средах, а также при разных
исходных величинах температуры, давлени , начальной концентрации и качества растворител .
каналы, каждый из которых ограничен отражателем и электроакустическим преобразователем , эталонный канал заключен в сильфон, расположенный между электроакустическим преобразователем и.отражателём и герметично отделен от контролируемой среды, электронный блок генерации и накренил, отличающеес тем, что, с цеЬью повышени точности измерений за счет компенсации погрешностей, вносимых воздействием внешних факторов, в него введены первое основание, установленное параллельно ему с возможностью переме- и второе основание, на торцах котороще гоу пер
ггановлены отражатели, и фиксирующа смещаема опора, электроакустические
преобразователи установлена на первом
/- 0
основании на противоположных его концах соосно с вторым основанием, сильфон выполнен плоскогофрированным, эталонный канал заполнен растворителем, который поступает в основной трубопровод, а материалы первого и второго оснований выбраны из соотношени а E.I 05 Ј2 ., где а йог- температурные коэффициенты линейного расширени , a EI и Е2 - модули Юнга материалов первого и второго оснований , соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904849778A RU1793363C (ru) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Устройство дл определени концентрации растворенного вещества |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904849778A RU1793363C (ru) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Устройство дл определени концентрации растворенного вещества |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1793363C true RU1793363C (ru) | 1993-02-07 |
Family
ID=21526758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904849778A RU1793363C (ru) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Устройство дл определени концентрации растворенного вещества |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1793363C (ru) |
-
1990
- 1990-07-10 RU SU904849778A patent/RU1793363C/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8302455B2 (en) | Determining delay times for ultrasonic flow meters | |
JPH09508202A (ja) | 一時的クロストーク分離手段を持つ超音波変換装置 | |
US20030136193A1 (en) | Ultrasonic apparatus and method for measuring the concentration and flow rate of gas | |
WO1988008516A1 (en) | Ultrasonic fluid flowmeter | |
FI109615B (fi) | Virtausmittari | |
FI62907B (fi) | Foerfarande och anordning att maeta elastiska egenskaper hos ett elastomaterial | |
RU2298769C2 (ru) | Устройство для определения и/или контролирования объемного и/или массового расхода среды в резервуаре | |
US3413595A (en) | Ultrasonic apparatus for checking processes in liquid media | |
JP3381747B2 (ja) | 溶液濃度の測定方法および測定装置 | |
JPH0447770B2 (ru) | ||
RU1793363C (ru) | Устройство дл определени концентрации растворенного вещества | |
EP0813060B1 (en) | Acoustic sensor with resonator cell for in-line continuous monitoring of gasses | |
JP3469405B2 (ja) | 温度計測装置 | |
FI76885C (fi) | Akustiskt stroemningsmaetningsfoerfarande och anordning foer tillaempning av detta. | |
RU223381U1 (ru) | Модуль оценивания солености морской воды на основе измерителя скорости звука | |
Norli et al. | 3I-3 A Three-Way Pulse Method for a Precision Sound Velocity Measurement Cell | |
JP3067933B2 (ja) | 溶液濃度測定方法および測定装置 | |
JPS6040916A (ja) | 超音波流速・流量計の温度変化誤差の補正法 | |
RU1757304C (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
Jackson et al. | A three-path ultrasonic flowmeter for small-diameter pipelines | |
JPH02116745A (ja) | 超音波溶液濃度測定装置 | |
JPH11183404A (ja) | 濃度計 | |
RU2210764C1 (ru) | Способ определения плотности жидкостей и устройство для его осуществления | |
SU1702188A1 (ru) | Устройство дл определени параметров акустических колебаний в жидких средах | |
RU1772722C (ru) | Измеритель скорости звука |