RU1797038C - Ультразвуковое устройство дл измерени параметров жидкостей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической акустике и может быть использовано дл  исследовани  физических и физико-химических свойств жидкостей в научной практике, а также нефт ной, химической, микробиологической и других отрасл х промышленности дл  контрол  физических свойств рабочих жидкостей. Цель изобретени  - повышение производительности измерени  коэффициента поглощени  ультразвука, расширение диапазона измерени  плотности в области в зких жидкостей и повышение точности измерени  в зкости. Между пьезопреобразовэтелем 3 и отражателем устанавливают сто чую волну. При этом через две нижние секции соленоида 21 протекает нарастающий ток и отражатель начинает двигатьс  вверх. Огибающа  с ам

Description

СЛ

С

18

J

N ю

3

СА 00

плитудного детектора 5 дает информацию о коэффициенте поглощени  ультразвука. При подключении третьей секции соленоида отражатель 4 достигает верхнего положени . Через две верхние секции соленоида 21

Изобретение относитс  к технической акустике и может быть использовано дл  исследовани  физико-химических свойств жидкостей в научной практике; в химической , нефт ной и других отрасл х промышленности , а также морском и речном-флоте дл  контрол  физических свойств рабочих жидкостей..

Известно ультразвуковое устройство дл  контрол  параметров жидкостей, содержащее генератор колебаний, автоклав с преобразователем и поршнем-отражателем , последовательно соединенные детектор , вход которого соединен с преобразователем усилитель, формирователь импульсов и счетчик, а также осциллограф .

Известно также ультразвуковое устройство дл  контрол  параметров жидкостей, содержащее автоклав с пьезопреобразова- телем и поршнем-отражателем, первый блок согласовани , включенный между генератором колебаний и пьезопреобразовате- лем, второй блок согласовани , включенный между преобразователем и детектором, последовательно соединенные схему запрета, вход которого соединен с выходом формировател  импульсов, ключ, обмотку управлени  и геркон, первый контакт которого предназначен дл  подключени  к соленоиду, последовательно соединенные блоком регулировки стабилизированного напр жени , и измерительный прибор, выход которого подключен к второму контакту геркона, схему установки О, выход которой соединен с входом ключа , схема запрета индикации, включенную между формирователем импульсов и измерительным прибором и соединенный со схемой установки О, первый частотомер, вход которого соединен с выходом генератора колебаний, и второй частотомер, включенный между формирователем импульсов и генератором колебаний.

Недостатками известного устройства  вл ютс :

низка  производительность определени  коэффициента поглощени  ультразвука , так как его расчет осуществл етс  вручную по осциллограмме, записанной на фотобумагу;

протекает с убыванием ток и отражатель достигает нижнего положени . Значение тока в соленоиде дл  крайних положений отражател  4 и дает значение плотности жидкости. 1 ил.

не позвол ет проводить определение плотности в зких жидкостей, так как точность измерени  плотности зависит от в зкости жидкости;

низка  точность измерени  в зкости, так как измерение частоты следовани  импульсов , по которой определ етс  в зкость, осуществл етс  на прот жении всей последовательности импульсов, включа  участки

ускоренного и замедленного движени  поршн -отражател .

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности измерений, расширение диапазона измерени  плотности и

повышение точности измерени  в зкости,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее генератор колебаний , пьезопреобразователь, цилиндр-отражатель , последовательно соединенные

амплитудный детектор, вход которого соединен с пьезопреобразователем и генератором колебаний, второй выход которого соединен с первым частотомером, усилитель низкой частоты, выход которого соединен с входом формировател  пр моугольных импульсов и второго частотомера, а также источник линейно измен ющегос  напр жени , пусковой вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход - через

цифровой амперметр с коммутатором секций соленоида, первый вход управлени  которого соединен с выходом конца измерений цифрового амперметра, включены пиковый детектор, программный счетчик импульсов,

формирователь длинного импульса, формирователь импульсов по фронту и срезу, кольцевой счетчик импульсов и трехканальный усилитель. При этом вход пикового детектора соединен с выходом усилител  низкой

частоты, вход сброса соединен с пусковым входом первого частотомера, выходом одновибратора , входом сброса счетчика импульсов и входом сброса программного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом формировател  пр моугольных импульсов, выход соединен с пусковым входом счетчика импульсов, вторым входом управлени  коммутатора секций соленоида, три выхода которого через трехканальный

усилитель соединены с трем  секци ми соленоида , вторым пусковым входом источника линейно измен ющегос  напр жени  и вторым выходом кольцевого счетчика импульсов , первый выход которого соединен с пусковым входом цифрового амперметра и первым фиксирующим входом источника линейно измен ющегос  напр жени , третий выход соединен со вторым пусковым входом цифрового амперметра и третьим фиксирующим входом источника линейно измен ющегос  напр жени , четвертый выход соединен с входом остановки счетчика импульсов, а вход соединен с выходом формировател  длинного импульса, вход которого соединен с выходом усилител  низкой частоты, при этом информационные выходы первого и второго частотомеров, пикового детектора, счетчика импульсов и цифрового амперметра, а также выходы конца измерений счетчика импульсов и цифрового амперметра соединены с интерфейсом микропроцессора.

На чертеже представлена блок-схема ультразвукового устройства дл  комплексных измерений параметров жидкостей.

Устройство содержит генератор 1 колебаний , цилиндр 2 с пьезопреобразователем 3 и поршнем-отражателем 4, последовательно соединенные амплитудный детектор 5, вход которого соединен с пьезопреобразователем 3 и генератором 1 колебаний, усилитель 6 низкой частоты, выход которого соединен с входами пикового детектора 7, формировател  8 пр моугольных импульсов и формировател  9 длинного импульса, который последовательно соединен с формирователем 10 импульсов по фронту и срезу и кольцевым счетчиком 11 импульсов, первый выход которого соединен с первым фиксирующим входом источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , с первым пусковым входом цифрового амперметра 13 и пусковым входом пикового детектора 7, второй выход соединен со вторым пусковым входом источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , вторым входом коммутатора 14 секций соленоида, пусковыми входами счетчика 15 импульсов и программного счетчика 16 импульсов третий выход соединен с третьим фиксирующим входом исто.чника 12 линейно измен ющегос  напр жени  и вторым пусковым входом цифрового амперметра 13, четвертый выход соединен с входом остановки счетчика 15 импульсов, выход Конец измерени  которого , а также информационный выход соединены с интерфейсом 17 микропроцессора 18, а вход соединен с выходом формировател  8 пр моугольных импульсов, выход которого соединен также с входом программного счетчика 16 импульсов и входом второго частотомера 19, пусковой вход которого соединен с выходом программного счетчика 16 импульсов, а информационный выход - с интерфейсом 17 микропроцессора 18. 5Кроме того устройство включает трехка- нальный усилитель 20, три выхода которого соединены с трем  секци ми соленоида 21, а три входа которого соединены с выходами коммутатора 14 секций соленоида, первый

0 вход управлени  которого соединен с выходом Конец измерений цифрового амперметра 13 и интерфейсом 17 микропроцессора 18. Первый частотомер 22, вход которого сое- динен с выходом генератора 1 колебаний, а

5 пусковой вход с выходом одновибратора 23, этот же выход которого соединен с пусковым входом источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , входами сброса счетчика 15 импульсов, программного счет0 чика импульсов, пикового детектора 7 и интерфейса 17 микропроцессора 18.

Информационные выходы первого 22 и второго 19 частотомеров, пикового детектора 7, счетчика импульсов 15 и цифрового

5 амперметра 13 соединены с интерфейсом 17 микропроцессора 18.

Устройство работает следующим образом ,

Непрерывные высокочастотные колеба0 ни  с выхода генератора 1 колебаний посту- пают на пьезопреобразователь 3, который преобразует электрические колебани  в акустические волны соответствующей частоты в жидкости. Между пьезопреобразова5 телем 3 и торцом поршн -отражател  4, наход щемс  а крайнем нижнем положении , устанавливаетс  сто ча  волна.

При запуске одновибратора 23 на его выходе формируетс  импульс, привод щий

0 в исходное состо ние счетчик 15 импульсов программный счетчик 16 импульсов пиковый детектор 7, интерфейс 17 микропроцессора 18, запускает первый частотомер 22 и источник 12 линейно измен ющегос  на5 пр жени , на выходе которого напр жение начинает линейно нарастать, При этом через две нижние секции соленоида 21 начинает протекать с линейным нарастанием ток. По достижении некоторого значени  то0 ка поршень-отражатель 4 приходит во флотационное равновесие с последующим его ; нарушением и начинает двигатьс  вверх в крайнее верхнее положение. С этого момента пьезопреобразователь 3 начинает реаги5 ровать на изменение фазы сто чей волны в соответствии с перемещением поршн -отражател  4, амплитудно модулиру  непрерывные высокочастотные колебани  генератора 1. Пррмодулированные таким образом колебани  поступают на амплитудный детектор 5, который выдел ет огибающую . Полученный низкочастотный сигнал усиливаетс  усилителем низкой 6 частоты, с выхода которого он поступает на вход формировател  9 длинного импульса, который вырабатывает пр моугольный импульс длительностью , соответствующей времени движени  поршн -отражател  4 из одного крайнего положени  в другое. Этот импульс далее поступает на формирователь 10 импульсов по фронту и срезу, который по переднему фронту и срезу (заднему фронту) вырабатывает короткие пр моугольные импульсы , поступающие на кольцевой счетчик 11 ммпульсрв.

Первый импульс, сформированный по фронту первого длинного импульса и соответствующий моменту нарушени  флотационного равновеси  поршн -отражател  4, с первого выхода кольцевого счетчика 11 импульсов поступает на первый фиксирующий вход источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , вызыва  фиксацию достигнутого значени  тока в первых двух секци х соленоида 21. Этот же импул ьс поступает на первый пусковой вход цифрового амперметра 13, который измер ет зафиксированное значение тока. Этот же импульс поступает на пусковой вход пикового детектора 7 и запускает его на измерение амплитуды затухающих колебаний сигнала, поступающего на его вход с выхода усилител  6 низкой частоты. По результатам измерени  амплитуды микропроцессорный блок определ ет коэффициент поглощени  ультразвука.

По окончанию измерений цифровой амперметр 13 вырабатывает сигнал, который с выхода Конец измерений поступает в микропроцессорный блок, который считывает измеренное значение тока и на первый вход управлени  коммутатора секций соленоида 14, который подключает к источнику 12 линейно измен ющегос  напр жени  и третью секцию соленоида 21. При этом поршень-отражатель 4 движетс  под действием суммарного пол  трех секций соленоида 21 до своего крайнего верхнего положени  в цилиндре 2.

При достижении крайнего верхнего положени  в цилиндре 2 поршнем-отражателем 4 сигнал на выходе усилител  6 низкой частоты прекращаетс  и формирователь 9 длинного импульса формирует задний фронт (срез) длинного импульса. По заднему фронту длинного импульса формирователь 10 импульсов по фронту и срезу вырабатывает короткий пр моугольный импульс, поступающий на вход кольцевого счетчика 11 импульсов. В соответствие этому импульсу на втором выходе кольцевого счетчика 11

импульсов по вл етс  сигнал. Этот сигнал поступает: на пусковые входы программного счетчика 16 импульсов и счетчика 15 импульсов и запускает их на второй вход

управлени  коммутатора 14 секций соленоида , который отключает от источника 12 линейно измен ющегос  напр жени  нижнюю секцию трехсекционного соленоида 21 оставл   под напр жением среднюю

0 и верхнюю секциигна второй пусковой вход источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , на выходе которого напр жение начинает линейно убывать. При этом через две верхние секции соленоида 21 начинает

5 протекать с линейным убыванием ток. По достижении некоторого значени  тока поршень-отражатель 4 приходит во флотационное равновесие под действием трех сил - т жести, архимедовой и электромагнитной,

0 с последующим его нарушением и начинает двигатьс  вниз в крайнее нижнее положение . С этого момента начинаетс  формирование сигнала аналогично как и при движении поршн  - отражател  вверх. На

5 выходе формировател  9 длинного импул ь- са по вл етс  второй пр моугольный импульс длительностью, соответствующей времени движени  поршн  отражател  4 из верхнего крайнего положени  в нижнее. По

0 переднему и заднему фронту (срезу) этого импуЬьса формирователь 10 импульсов по фронту и срезу вырабатывает короткие пр моугольные импульсы, поступающие на кольцевой счетчик 11 импульсов.

5Короткий пр моугольный импульс, сформированный по фронту второго длинного импульса и соответствующий моменту нарушени  флотационного равновеси  поршн -отражател  4 в крайнем верхнем поло0 жении в цилиндре 2, с третьего выхода кольцевого счетчика 11 импульсов поступает на второй фиксирующий вход источника 12 линейно измен ющегос  напр жени , вызыва  фиксацию достигнутого значени 

5 тока в двух верхних секци х соленоида 21. Этот же импульс поступает на второй пусковой вход цифрового амперметра 13,который измер ет зафиксированное значение тока и по окончании измерений вырабатывает сиг0 нал который с выхода Конец измерений поступает в микропроцессорный блок, который считывает измеренное значение тока и по полученным значени м тока дл  крайнего нижнего и крайнего верхнего положени 

5 поршн -отражател  4 осуществл ют расчет плотности исследуемой жидкости. Сигнал с выхода Конец измерени  поступает также на первый вход управлени  коммутатора секций соленоида 14, который обесточивает соленоид 21, и поршень-отражатель 4 начинает свободно двигатьс  вниз в кольцевом зазоре жидкости в цилиндре 2 под действием силы т жести.

С выхода формировател  8 пр моугольных импульсов пр моугольные импульсы; соответствующие акустическому сигналу, поступают на вход второго частотомера 19 и на вход программного счетчика 16 импульсов , который по достижению заданного числа импульсов, который по достижению заданного числа импульсов, соответствующих положению поршн -отражател  4 в средней части цилиндра 2, вырабатывает сигнал который с его выхода поступает на пусковой вход частотомера 19, который осу- ществл ет частоту следовани  пр моугольных импульсов на его входе. По отношению высокой частоты генератора 1, измер емой частотомером 22, и частоте следовани  пр моугольных импульсов с формировател  8 пр моугольных импульсов микропроессор- ный блок осуществл ют расчет в зкости исследуемой жидкости.

За врем  движени  поршн -отражател  4 из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение пр моугольные импульсы с выхода формировател  8 пр моугольных импульсов поступают также на вход счетчика 15 импульсов, который подсчитывает их число . По числу импульсов, соответствующих максимумам акустической сто чей волны на известной длине хода поршн -отражател  4, микропроессорный блок производит расчет скорости ультразвуковой волны в исследуемой жидкости.

При достижении поршнем-отражателем 4 крайнего нижнего положени  в цилиндре 2 сигнал на выходе усилител  6 низкой частоты прекращаетс  и формирователь 9 длинного импульса формирует заданный фронт(срез) длинного импульса. По заднему

Claims (3)

1. Повысить производительность измерений , так как пиковый детектор, выполненный , например, по схеме интегрирующего аналого-цифрового преобразовател  и будучи сопр жен с процессорным блоком обеспечивает автоматические измерени  амплитуд акустического сигнала, по которым определ етс  коэффициент поглощени  ультразвука.

2. Расширить диапазон измерени  плотности в область в зких жидкостей за счет регистрации момента нарушени  флотационного равновеси  .поршн -отражател  как в крайнем нижнем, так и в крайнем верхнем положении, что исключает вли ние силы в зкого трени  жидкости на результат определени  плотности, так как дл  этих положений она направлена в противоположные стороны.

3. Повысить точность измерени  в зкости жидкостей вследствие определени  скорости движени  поршн -отражател  только на участке его равномерного движени  в кольцевом зазоре жидкости.

с целью повышени  производительности, расширени  диапазона измерени  плотности и повышени  точности измерени  в зкости , оно снабжено последовательно соединенными одновибратором, источником линейно измен ющегос  напр жени , цифровым амперметром, коммутатором и трехканальным усилителем, последовательно соединенными формирователем пр моугольных длинных импульсов, вход которого

подключен к выходу усилител  низкой частоты , формирователем, импульсов по фронту и срезу и кольцевым счетчиком, последовательно соединенным пиковым детектором , вход которого подключен к выходу усилители низкой частоты, и интерфейсом

микропроцессора и программным счетчиком , входом подключенным к выходу формировател  пр моугольных импульсов, выход одновибратора подключен к входам сброса счетчика импульсов, интерфейса микропроцессора, пикового детектора и программного счетчика и к пусковому входу первого частотомера, информационные выходы частотомеров, цифрового амперметра, счетчика импульсов и пикового детектора подключены к интерфейсу микропроцессора , первый выход кольцевого счетчика св зан с вторыми входами цифрового амперметра и источника линейно измен ющегос  напр жени  и с входом пуска пикового детектора, второй выход кольцевого счетчика подключен к второму входу крмму0

5

татора, третьему входу источника линейно измен ющегос  напр жени  и пусковым входам счетчика импульсов и программного счетчика, третий выход кольцевого счетчика св зан с третьим входом цифрового амперметра и с четвертым входом источника линейно измен ющегос  напр жени , четвертый выход кольцевого счетчика св зан с входом остановки счетчика импульсов, выход окончани  измерений которого подключен к интерфейсу микропроцессора, выход окончани  измерени  цифрового амперметра подключен к третьему входу коммутатора и к интерфейсу микропроцессора , а соленоид выполнен из трех секций, подключенных к соответствующим выходам трехканального усилител .