RU2313077C1 - Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium - Google Patents
Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313077C1 RU2313077C1 RU2006114190/28A RU2006114190A RU2313077C1 RU 2313077 C1 RU2313077 C1 RU 2313077C1 RU 2006114190/28 A RU2006114190/28 A RU 2006114190/28A RU 2006114190 A RU2006114190 A RU 2006114190A RU 2313077 C1 RU2313077 C1 RU 2313077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- comparator
- measurement
- pulses
- during
- concentration
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02809—Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения концентрации взвешенных веществ в жидкой среде и, в частности, для измерения содержания капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде.The proposal relates to the field of measuring technology and can be used to measure the concentration of suspended solids in a liquid medium and, in particular, to measure the content of droplets of oil and solid suspended particles in wastewater.
Известен ультразвуковой способ выявления и измерения концентрации взвешенных веществ в жидкой среде, заключающийся в том, что в жидкость с взвешенными частицами вводят ультразвуковые колебания и по амплитуде отраженных ультразвуковых колебаний от взвешенных частиц судят о их концентрации в жидкости (см. книгу: ред. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. - М.: Машиностроение, 1976 г., кн. 2, стр.201).There is an ultrasonic method for detecting and measuring the concentration of suspended solids in a liquid medium, which consists in the fact that ultrasonic vibrations are introduced into a liquid with suspended particles, and their concentration in the liquid is judged by the amplitude of the reflected ultrasonic vibrations from the suspended particles (see book: Ed. Klyuyev V .V. Devices for non-destructive testing of materials and products. - M.: Mechanical Engineering, 1976, book 2, p. 201).
Недостатком данного способа является низкая точность измерения концентрации взвешенных частиц в жидкости, обусловленная отсутствием калибровки в потоке жидкости в условиях непрерывного изменения ориентации частиц в жидкости относительно направления ввода ультразвуковых колебаний.The disadvantage of this method is the low accuracy of measuring the concentration of suspended particles in a liquid, due to the lack of calibration in the liquid flow under conditions of continuous change in the orientation of the particles in the liquid relative to the direction of input of ultrasonic vibrations.
Наиболее близким аналогом по сущности является ультразвуковой способ измерения содержания механических примесей в жидкости, основанный на вводе ультразвуковых импульсов по нормали к оси трубопровода и приеме отраженных ультразвуковых импульсов от механических примесей в жидкой среде. Определение концентрации взвешенных веществ в жидкой среде осуществляют по амплитуде этих колебаний с выставлением времени измерения одной пары ультразвуковых преобразователей в зависимости от площади поперечного сечения трубопровода, расхода жидкости и диаметра приемника ультразвукового датчика (патент РФ №2105300, МПК G01N 29/02, опубл. БИ №5. 1998.02.20).The closest analogue in essence is an ultrasonic method for measuring the content of mechanical impurities in a liquid, based on the input of ultrasonic pulses normal to the axis of the pipeline and the reception of reflected ultrasonic pulses from mechanical impurities in a liquid medium. Determination of the concentration of suspended solids in a liquid medium is carried out according to the amplitude of these oscillations with setting the measurement time for one pair of ultrasonic transducers depending on the cross-sectional area of the pipeline, the flow rate and the diameter of the receiver of the ultrasonic sensor (RF patent No. 2105300, IPC G01N 29/02, publ. BI No. 5. 1998.02.20).
Недостатком данного способа является то, что результаты измерений зависят от площади поперечного сечения трубопровода, расхода жидкости и диаметра приемника ультразвукового датчика, что не может обеспечить требуемую точность.The disadvantage of this method is that the measurement results depend on the cross-sectional area of the pipeline, the flow rate and the diameter of the receiver of the ultrasonic sensor, which cannot provide the required accuracy.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение точности ультразвукового измерения концентрации взвешенных веществ в жидкой среде.The technical task of the proposed method is to increase the accuracy of ultrasonic measurement of the concentration of suspended solids in a liquid medium.
Техническая задача решается предлагаемым способом ультразвукового измерения концентрации взвешенных веществ в жидкой среде, включающим ввод ультразвуковых импульсов по нормали к оси трубопровода и прием отраженных от взвешенных веществ в жидкой среде ультразвуковых импульсов. Новым является то, что одновременно с вводом и приемом ультразвуковых импульсов последовательно отбирают пробы жидкой среды со взвешенным веществом, а отраженные ультразвуковые импульсы от взвешенных в жидкой среде веществ преобразуют в электрические импульсы и последовательно подсчитывают число отраженных ультразвуковых импульсов на каждом из заданных уровней напряжения на компараторе, при этом в течение отбора каждой пробы (1...n) производят отсчеты, при первом измерении через компаратор пройдут все отраженные импульсы (так как уровень напряжения равен 0), на микроконтроллере подсчитываются импульсы, прошедшие через компаратор во время измерительного интервала, при каждом следующем измерении (в течение одного цикла) посредством микроконтроллера увеличивают уровень напряжения на компараторе, подсчитывают и запоминают число прошедших импульсов за измерительный интервал, для каждой последовательности отсчетов вычисляют среднее арифметическое значение (кроме нулевого уровня), затем вычисляют среднее арифметическое значение этой последовательности отсчетов (М), имея данные лабораторного анализа и результаты вычисленных средних арифметических значений последовательности отсчетов (М), аппроксимируют полиномом:The technical problem is solved by the proposed method of ultrasonic measurement of the concentration of suspended solids in a liquid medium, including the input of ultrasonic pulses along the normal to the axis of the pipeline and the reception of ultrasonic pulses reflected from suspended solids in a liquid medium. New is that simultaneously with the input and reception of ultrasonic pulses, samples of a liquid medium with a suspended substance are sequentially taken, and the reflected ultrasonic pulses from substances suspended in a liquid medium are converted into electrical pulses and the number of reflected ultrasonic pulses at each of the given voltage levels on the comparator is successively counted , at the same time, during the sampling of each sample (1 ... n), samples are taken, during the first measurement, all reflected pulses will pass through the comparator (since voltage value is 0), the microcontroller counts the pulses that passed through the comparator during the measuring interval, with each subsequent measurement (within one cycle), increase the voltage level on the comparator using the microcontroller, count and remember the number of passed pulses per measurement interval, for each sequence the samples calculate the arithmetic mean value (except for the zero level), then calculate the arithmetic mean value of this sequence of samples (M), they I laboratory analysis data and results of arithmetic values calculated sequence of samples (M), is approximated by a polynomial:
причем коэффициенты А, В, С, D определяют методом наименьших квадратов по зависимостямand the coefficients A, B, C, D are determined by the least squares method according to the dependencies
где Q1, Q2, ... Qn-1, Qn - значения концентрации взвешенных веществ, определенных из взятых из жидкой среды проб (1...n) в момент измерений и с учетом любого М и ранее определенных коэффициентов А, В, С, D находят концентрацию взвешенных веществ в жидкости.where Q 1 , Q 2 , ... Q n-1 , Q n are the values of the concentration of suspended solids determined from samples taken from the liquid medium (1 ... n) at the time of measurement and taking into account any M and previously determined coefficients A , B, C, D find the concentration of suspended solids in the liquid.
Ультразвуковой раздельно совмещенный преобразователь устанавливается через патрубок на боковой поверхности трубопровода таким образом, что его торцевая поверхность располагается на уровне образующей внутренней поверхности трубопровода. Торцевая поверхность ультразвукового преобразователя является областью, через которую излучаются в контролируемую жидкость импульсные ультразвуковые колебания в виде произведения единичной функции, экспоненты, синусоиды, и принимается из нее смесь отраженных ультразвуковых колебаний от капель нефти и твердых взвешенных частиц.An ultrasonic separately combined transducer is installed through a pipe on the lateral surface of the pipeline so that its end surface is located at the level of the generatrix of the internal surface of the pipeline. The end surface of the ultrasonic transducer is the area through which pulsed ultrasonic vibrations are emitted into the controlled fluid in the form of a product of a single function, an exponent, a sinusoid, and a mixture of reflected ultrasonic vibrations from oil droplets and solid suspended particles is taken from it.
Приемный пьезоэлектрический преобразователь за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует упругие колебания в электрические. Смесь электрических колебаний от капель нефти и твердых взвешенных частиц в виде последовательности импульсов различной амплитуды подается на вход усилителя, а затем на управляемый микроконтроллером по уровню срабатывания компаратор. Компаратор величину напряжения электрического сигнала от усилителя сравнивает с напряжением, задаваемым цифроаналоговым преобразователем однокристального микроконтроллера. Если уровень входного сигнала превышает уровень, заданный микроконтроллером, то на выходе компаратора формируется импульс напряжения с логическим уровнем, который подается на счетчик импульсов, встроенный в микроконтроллер. Однокристальный микроконтроллер, работая по записанной в него программе, осуществляет управление компаратором, определяет начало и продолжительность измерительного интервала, подсчитывает число импульсов с компаратора, накапливает результаты и через порт передает значения в ЭВМ.Due to the direct piezoelectric effect, the receiving piezoelectric transducer converts elastic vibrations into electric ones. A mixture of electrical vibrations from oil droplets and suspended solids in the form of a sequence of pulses of different amplitudes is fed to the input of the amplifier, and then to the comparator controlled by the microcontroller in terms of response level. The comparator compares the voltage value of the electrical signal from the amplifier with the voltage specified by the digital-to-analog converter of a single-chip microcontroller. If the input signal level exceeds the level set by the microcontroller, then a voltage pulse with a logical level is generated at the output of the comparator, which is fed to the pulse counter built into the microcontroller. The single-chip microcontroller, working according to the program recorded in it, controls the comparator, determines the beginning and duration of the measuring interval, counts the number of pulses from the comparator, accumulates the results and transmits the values to the computer via the port.
Измерение происходит циклами, при этом каждый цикл состоит из 16 отдельных измерений (по числу устанавливаемых последовательно уровней). Одновременно с зондирующим импульсом формируется синхронизирующий импульс, который поступает на микроконтроллер. В начале цикла измерений микроконтроллер устанавливает компаратору нулевой уровень напряжения. При поступлении синхронизирующего импульса микроконтроллер формирует временную задержку, а затем измерительный временной интервал. Смесь отраженных импульсов в этом измерительном интервале времени с выхода усилителя сравниваются компаратором по амплитуде с уровнем, установленным компаратором. Импульсы, амплитуды которых превышают этот уровень, формируют импульс на логическом выходе компаратора. При первом измерении через компаратор пройдут все отраженные импульсы, так как уровень опорного напряжения равен нулю. Это используется для проверки работоспособности.The measurement takes place in cycles, with each cycle consisting of 16 separate measurements (according to the number of levels set sequentially). Simultaneously with the probe pulse, a synchronizing pulse is formed, which is fed to the microcontroller. At the beginning of the measurement cycle, the microcontroller sets the comparator to zero voltage level. Upon receipt of a synchronizing pulse, the microcontroller generates a time delay, and then a measuring time interval. The mixture of reflected pulses in this measuring time interval from the output of the amplifier is compared by the comparator in amplitude with the level set by the comparator. Pulses whose amplitudes exceed this level form a pulse at the logic output of the comparator. During the first measurement, all reflected pulses will pass through the comparator, since the level of the reference voltage is zero. This is used to verify health.
Микроконтроллер подсчитывает импульсы, прошедшие через компаратор, и по их числу определяет концентрацию капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде.The microcontroller counts the pulses that passed through the comparator, and from their number determines the concentration of oil droplets and suspended solids in the wastewater.
Измерения проводятся путем ввода ультразвуковых колебаний по нормали к оси трубопровода и приема отраженных от взвешенных веществ в жидкой среде ультразвуковых колебаний, одновременного последовательного многократного отбора проб жидкой среды с взвешенным веществом, приема отраженных ультразвуковых колебаний от взвешенных в жидкой среде веществ в виде их смеси и последовательного определения числа отраженных ультразвуковых импульсов на каждом из заданных уровней напряжения на компараторе, при этом в течение отбора каждой пробы (1...n) производят отсчеты, при первом измерении через компаратор пройдут все отраженные импульсы (так как уровень напряжения равен 0), на микроконтроллере подсчитываются импульсы, прошедшие через компаратор во время измерительного интервала, при каждом следующем измерении (в течение одного цикла) посредством микроконтроллера увеличивают уровень напряжения на компараторе, подсчитывают и запоминают число прошедших импульсов за измерительный интервал, для каждой последовательности отсчетов вычисляют среднее арифметическое значение (кроме нулевого уровня), затем вычисляют среднее арифметическое значение этой последовательности отсчетов (М), имея данные лабораторного анализа и результаты вычисленных средних арифметических значений последовательности отсчетов (М), аппроксимируют полиномом:Measurements are carried out by introducing ultrasonic vibrations normal to the axis of the pipeline and receiving ultrasonic vibrations reflected from suspended solids in a liquid medium, simultaneous multiple sequential sampling of a liquid medium with suspended solids, receiving ultrasonic vibrations reflected from substances suspended in a liquid medium in the form of their mixture and sequential determining the number of reflected ultrasonic pulses at each of the given voltage levels on the comparator, while during the sampling of each sample (1 ... n) make readings, during the first measurement, all reflected pulses will pass through the comparator (since the voltage level is 0), the pulses passing through the comparator during the measuring interval are counted on the microcontroller, and during each next measurement (during one cycle) they increase the level through the microcontroller voltage on the comparator, count and remember the number of transmitted pulses for the measuring interval, for each sequence of samples calculate the arithmetic mean value (except for level), then calculate the arithmetic average of this sequence of samples (M), having the data of laboratory analysis and the results of the calculated average arithmetic values of the sequence of samples (M), approximate the polynomial:
причем коэффициенты А, В, С, D определяют методом наименьших квадратов по зависимостямand the coefficients A, B, C, D are determined by the least squares method according to the dependencies
где Q1, Q2, ... Qn-1, Qn - значения концентрации взвешенных веществ, определенных из взятых из жидкой среды проб (1...n) в момент измерений и с учетом любого М и ранее определенных коэффициентов А, В, С, D находят концентрацию взвешенных веществ в жидкости.where Q 1 , Q 2 , ... Q n-1 , Q n are the values of the concentration of suspended solids determined from samples taken from the liquid medium (1 ... n) at the time of measurement and taking into account any M and previously determined coefficients A , B, C, D find the concentration of suspended solids in the liquid.
Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критериям «новизны» и «изобретательского уровня», так как предложенные признаки позволяют обеспечить повышенную точность измерения концентрации взвешенных веществ, например капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде.The proposed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step", as the proposed features can provide increased accuracy of measuring the concentration of suspended solids, such as oil droplets and solid suspended particles in wastewater.
На фиг.1 изображено устройство, с помощью которого осуществлен предлагаемый способ. На фиг.2 изображена сопоставимость полученных при помощи предлагаемого ультразвукового способа измерения концентрации капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде с результатами лабораторного анализа.Figure 1 shows the device with which the proposed method is implemented. Figure 2 shows the comparability obtained using the proposed ultrasonic method for measuring the concentration of droplets of oil and solid suspended particles in wastewater with the results of laboratory analysis.
Устройство для измерения содержания капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде, изображенное на фиг.1, состоит из генератора 1, соединенного своим высокочастотным выходом с передающим пьезоэлектрическим преобразователем 2. Передающий пьезоэлектрический преобразователь размещен в корпусе ультразвукового преобразователя 3 раздельно-совмещенного типа. В корпусе этого же ультразвукового преобразователя 3 размещен приемный пьезоэлектрический преобразователь 4, соединенный со входом усилителя 5, выход которого соединен со входом управляемого компаратора 6. Выход управляемого компаратора 6 соединен с логическим входом микроконтроллера 7. Логический вход микроконтроллера 7 соединен с синхронизирующим выходом генератора 1. Логические выходы микроконтроллера 7 соединены с входами управляемого компаратора 6. Микроконтроллер 7 через порт 8 типа RS-485 передает данные на ЭВМ 9 для накопления, обработки и индикации суммарного содержания нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде.The device for measuring the content of oil droplets and suspended solids in the wastewater shown in Fig. 1 consists of a generator 1 connected by its high-frequency output to a transmitting piezoelectric transducer 2. The transmitting piezoelectric transducer is placed in a housing of a separately-combined ultrasonic transducer 3. In the housing of the same ultrasonic transducer 3, a receiving piezoelectric transducer 4 is placed, connected to the input of the amplifier 5, the output of which is connected to the input of the controlled comparator 6. The output of the controlled comparator 6 is connected to the logic input of the microcontroller 7. The logical input of the microcontroller 7 is connected to the synchronizing output of the generator 1. The logic outputs of the microcontroller 7 are connected to the inputs of the controlled comparator 6. The microcontroller 7 sends data to computer 9 through a port 8 of RS-485 type for storage, processing weave and indicating the total content of oil and suspended solids in the waste water.
Питание устройства осуществляется от сети 220 В, 50 Гц через блок питания 10 с двумя выходами, каждый по 15 В, 50 Гц. Один из них предназначен для питания генератора, а другой - для питания приемника 11, состоящего из усилителя 5, управляемого компаратора 6, микроконтроллера 7 и порта 8 типа RS-485. В блоке питания 10 входная обмотка трансформатора 220 В, 50 Гц и выходные обмотки 15 В, 50 Гц размещены в отдельных секциях каркаса катушки трансформатора.The device is powered from a network of 220 V, 50 Hz through a power supply 10 with two outputs, each 15 V, 50 Hz. One of them is designed to power the generator, and the other is to power the receiver 11, consisting of an amplifier 5, a controlled comparator 6, a microcontroller 7, and an RS-485 port 8. In the power supply 10, the input winding of the
Ультразвуковой преобразователь через патрубок на боковой поверхности трубопровода устанавливается таким образом, что торцевая его поверхность располагается на уровне образующей внутренней поверхности трубопровода. Торцевая поверхность ультразвукового преобразователя является областью, через которую излучаются в контролируемую среду и принимаются из нее ультразвуковые колебания.An ultrasonic transducer is installed through a pipe on the side surface of the pipeline in such a way that its end surface is located at the level of the generatrix of the internal surface of the pipeline. The end surface of the ultrasonic transducer is the area through which ultrasonic vibrations are emitted into the controlled medium and received from it.
Электрические колебания генератора 1 воздействуют на передающий пьезоэлемент 2, который за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразует их в ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания через торцевую поверхность ультразвукового преобразователя 3 вводятся в трубопровод со сточной водой. Ультразвуковые колебания распространяются в сточной воде в радиальном направлении. От частиц нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде отражаются ультразвуковые колебания, которые через торцевую поверхность ультразвукового преобразователя 3 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 4. Приемный пьезоэлектрический преобразователь за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразуют ультразвуковые колебания в электрические колебания.The electrical vibrations of the generator 1 act on the transmitting piezoelectric element 2, which, due to the inverse piezoelectric effect, converts them into ultrasonic vibrations. Ultrasonic vibrations through the end surface of the ultrasonic transducer 3 are introduced into the pipeline with wastewater. Ultrasonic vibrations propagate in the wastewater in a radial direction. Ultrasonic vibrations are reflected from oil particles and solid suspended particles in the wastewater, which act through the end surface of the ultrasonic transducer 3 on the receiving piezoelectric transducer 4. The receiving piezoelectric transducer converts ultrasonic vibrations into electrical vibrations due to the direct piezoelectric effect.
Смесь электрических колебаний от частиц нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде в виде последовательности импульсов различной амплитуды подается на вход усилителя 5, а затем на управляемый компаратор 6. Компаратор сравнивает величину напряжения сигнала с усилителя с напряжением, задаваемым цифроаналоговым преобразователем однокристального микроконтроллера 7. Если уровень входного сигнала превышает уровень, заданный микроконтроллером, то на выходе компаратора формируется импульс напряжения с логическими уровнями, который подается на счетчик импульсов, встроенный в микроконтроллер 7. Однокристальный микроконтроллер, работая по установленной в него программе, осуществляет управление компаратором 6, определяет начало и продолжительность измерительного интервала, подсчитывает число импульсов с компаратора, накапливает результаты и приблизительно 2 раза в секунду через порт 8 типа RS-485 передает значения в ЭВМ 9.A mixture of electrical oscillations from oil particles and solid suspended particles in wastewater in the form of a sequence of pulses of different amplitudes is fed to the input of an amplifier 5, and then to a controlled comparator 6. The comparator compares the signal voltage from the amplifier with the voltage specified by the digital-to-analog converter of a single-chip microcontroller 7. If the input signal exceeds the level specified by the microcontroller, then a voltage pulse with logical levels is formed at the output of the comparator, which it is given to the pulse counter built into the microcontroller 7. The single-chip microcontroller, working according to the program installed in it, controls the comparator 6, determines the beginning and duration of the measuring interval, counts the number of pulses from the comparator, accumulates the results and about 2 times per second through type 8 port RS-485 transfers the values to the computer 9.
В фиг 3. приведен алгоритм выполнения способа.In Fig. 3 shows the algorithm for performing the method.
Измерения происходят циклами, каждый из которых состоит из 16 отдельных измерений. Генератор 1 выдает зондирующий импульс на передающий пьезоэлектрический преобразователь 2. Одновременно с зондирующим импульсом генератором формируется синхронизирующий импульс, который поступает на микроконтроллер 7. В начале цикла измерения микроконтроллер устанавливает на компараторе 6 нулевой уровень напряжения. При поступлении синхронизирующего импульса микроконтроллер формирует задержку, а затем измерительный интервал. Отраженные импульсы с выхода усилителя 5 в заданном измерительном интервале сравниваются компаратором 6 по амплитуде с уровнем, установленным микроконтроллером. Импульсы, амплитуда которых превышает этот уровень, формируют импульс на логическом выходе компаратора. Импульсы, амплитуда которых меньше этого уровня, через компаратор не проходят. При первом измерении через компаратор пройдут все отраженные импульсы (так как уровень напряжения равен 0). Микроконтроллер подсчитывает импульсы, прошедшие через компаратор во время измерительного интервала. При втором измерении микроконтроллер устанавливает уровень напряжения, равный 1 (условно), и компаратор пропускает только те импульсы, амплитуда которых выше этого уровня. При третьем измерении микроконтроллер устанавливает уровень напряжения, равный 2, и т.д. Микроконтроллер осуществляет подсчет импульсов, прошедших через компаратор, и накопление результатов. Таким образом, при каждом следующем измерении (в течение одного цикла) микроконтроллер увеличивает уровень на компараторе, подсчитывает и запоминает число прошедших импульсов за измерительный интервал. В конце цикла измерения (после шестнадцатого измерения) микроконтроллер формирует из накопленных шестнадцати значений пакет данных, добавляет к нему заголовок и контрольную сумму и передает его через порт RS-485 в ЭВМ. Значение, полученное при первом измерении в каждом цикле (уровень равен 0), не несет полезной информации и лишь является индикатором правильного функционирования схемы измерения.Measurements take place in cycles, each of which consists of 16 separate measurements. The generator 1 generates a probe pulse to the transmitting piezoelectric transducer 2. Simultaneously with the probe pulse, a synchronizing pulse is generated by the generator, which is supplied to the microcontroller 7. At the beginning of the measurement cycle, the microcontroller sets the voltage level on the comparator 6. Upon receipt of a synchronizing pulse, the microcontroller generates a delay, and then the measuring interval. The reflected pulses from the output of the amplifier 5 in a given measuring interval are compared by the comparator 6 in amplitude with the level set by the microcontroller. Pulses whose amplitude exceeds this level form a pulse at the logic output of the comparator. Pulses whose amplitude is less than this level do not pass through the comparator. During the first measurement, all reflected pulses will pass through the comparator (since the voltage level is 0). The microcontroller counts the pulses transmitted through the comparator during the measurement interval. In the second measurement, the microcontroller sets the voltage level to 1 (conditionally), and the comparator passes only those pulses whose amplitude is higher than this level. In the third measurement, the microcontroller sets the voltage level to 2, etc. The microcontroller calculates the pulses passing through the comparator, and the accumulation of results. Thus, with each subsequent measurement (within one cycle), the microcontroller increases the level on the comparator, counts and remembers the number of transmitted pulses per measurement interval. At the end of the measurement cycle (after the sixteenth measurement), the microcontroller generates a data packet from the accumulated sixteen values, adds a header and a checksum to it, and transmits it through the RS-485 port to the computer. The value obtained during the first measurement in each cycle (level is 0) does not carry useful information and is only an indicator of the correct functioning of the measurement circuit.
В ЭВМ данные с микроконтроллера поступают для обработки информации в формате MS Excel. После монтажа устройства на трубопроводе параллельно каждому циклу измерений отбираются 20 проб сточной воды для последующего их анализа в лаборатории. Одновременно в течение отбора каждой пробы производят по 100 отсчетов. Для каждой последовательности из 100 отсчетов вычисляется среднее арифметическое значение по 15 уровням (кроме нулевого). Затем вычисляется среднее арифметическое значение этой последовательности из 100 отсчетов. Имея данные лабораторного анализа и результаты вычисленных средних арифметических значений последовательности, аппроксимируют полиномом:In the computer, data from the microcontroller is received to process information in MS Excel format. After installing the device on the pipeline, 20 samples of wastewater are taken in parallel with each measurement cycle for subsequent analysis in the laboratory. At the same time, 100 samples are taken during the sampling of each sample. For each sequence of 100 samples, the arithmetic average of 15 levels is calculated (except for the zero). Then, the arithmetic average of this sequence of 100 samples is calculated. Having the data of laboratory analysis and the results of the calculated arithmetic mean values of the sequence, approximate the polynomial:
причем коэффициенты А, В, С, D определяют методом наименьших квадратов по зависимостямand the coefficients A, B, C, D are determined by the least squares method according to the dependencies
где Q1, Q2, ... Qn-1, Qn - значения концентрации взвешенных веществ, определенных из взятых из жидкой среды проб (1...n) в момент измерений и с учетом любого М и ранее определенных коэффициентов А, В, С, D находят концентрацию взвешенных веществ в жидкости.where Q 1 , Q 2 , ... Q n-1 , Q n are the values of the concentration of suspended solids determined from samples taken from the liquid medium (1 ... n) at the time of measurement and taking into account any M and previously determined coefficients A , B, C, D find the concentration of suspended solids in the liquid.
Таким образом, по сравнению с прототипом способ обеспечивает более высокую точность измерения концентрации капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде без ввода поправок на площадь поперечного сечения трубопровода, расхода жидкости и диаметра приемника ультразвукового датчика. Применение проб жидкости, взятых в момент измерения, исключает погрешность, вызванную произвольной ориентацией капель нефти и твердых взвешенных частиц, обеспечивает автоматизацию калибровки и уменьшает трудоемкость проведения измерений.Thus, in comparison with the prototype, the method provides higher accuracy in measuring the concentration of oil droplets and solid suspended particles in wastewater without introducing corrections for the cross-sectional area of the pipeline, fluid flow and the diameter of the receiver of the ultrasonic sensor. The use of fluid samples taken at the time of measurement eliminates the error caused by the arbitrary orientation of oil droplets and solid suspended particles, provides calibration automation and reduces the complexity of the measurements.
Были проведены эксперименты с использованием изготовленного образца устройства, реализующего данный способ измерения концентрации капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде, получены экспериментальные зависимости показаний устройства от концентрации капель нефти и твердых взвешенных частиц в сточной воде в диапазоне от 15 до 200 мг/л. Одна из этих зависимостей, полученная для ультразвукового преобразователя с резонансной частотой 3,6 МГц, приведена на фиг.2. Эксперименты показали, что использование предложенных формул и порядка измерения позволили измерить концентрацию с точностью не хуже 5%.Experiments were conducted using a manufactured sample of a device that implements this method of measuring the concentration of oil droplets and suspended solids in wastewater, obtained experimental dependences of the device readings on the concentration of oil droplets and suspended solids in wastewater in the range from 15 to 200 mg / L. One of these dependences obtained for an ultrasonic transducer with a resonant frequency of 3.6 MHz is shown in FIG. The experiments showed that the use of the proposed formulas and the order of measurement made it possible to measure the concentration with an accuracy of no worse than 5%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114190/28A RU2313077C1 (en) | 2006-04-25 | 2006-04-25 | Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114190/28A RU2313077C1 (en) | 2006-04-25 | 2006-04-25 | Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2313077C1 true RU2313077C1 (en) | 2007-12-20 |
Family
ID=38917303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006114190/28A RU2313077C1 (en) | 2006-04-25 | 2006-04-25 | Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2313077C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489712C2 (en) * | 2009-03-11 | 2013-08-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Measuring device of concentration of mechanical impurities in media |
-
2006
- 2006-04-25 RU RU2006114190/28A patent/RU2313077C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489712C2 (en) * | 2009-03-11 | 2013-08-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Measuring device of concentration of mechanical impurities in media |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106871980B (en) | The intermittent excitation of gas ultrasonic flowmeter based on adjacent peak maximum difference and signal processing method and system | |
| US6305233B1 (en) | Digital speed determination in ultrasonic flow measurements | |
| Puttmer et al. | Ultrasonic density sensor for liquids | |
| CN1068429C (en) | Clamp-on ultrasonic volume throughput measuring device | |
| CA2716489C (en) | Method and system of determining forthcoming failure of transducers | |
| JP5402620B2 (en) | Flow measuring device | |
| EP0807261A2 (en) | Improvements relating to pulse echo distance measurement | |
| RU2449248C2 (en) | Ultrasonic flowmeter (versions) and method of measuring flow parameters of fluid medium | |
| US20070167792A1 (en) | Ultrasonic flowmeter capable of applying both pulse doppler method and transit time method, method and program for automatically selecting measurement method in flowmeter, and electronic device for flowmeter | |
| WO2009118542A1 (en) | Acoustic level determination of a material in a vessel | |
| CN103542901A (en) | Flow meter | |
| CN101762298A (en) | Ultrasonic meter | |
| EP2324328A1 (en) | Method and system of detecting liquid in an acoustic flow meter | |
| CN101592630A (en) | Device and method for analyzing oxygen concentration and flow rate | |
| RU2313077C1 (en) | Mode of ultrasound measurement of concentration of weighted substances in a fluid medium | |
| CN108431554B (en) | Fluid measuring device | |
| JP2014516162A (en) | Fluid flow detection method by ultrasonic propagation time method | |
| RU2471153C2 (en) | Method and system for measurement of total flow of liquid medium and ultrasonic flow metre | |
| CN115388965A (en) | Measurement algorithm of gas ultrasonic flow sensor | |
| CN105486429A (en) | Ultrasonic wave heat meter based on filtering algorithm | |
| EP2722654B1 (en) | Fluid flow metering apparatus | |
| JP4266117B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
| RU2101698C1 (en) | Device measuring concentration of suspended substances in fluid | |
| RU2491519C1 (en) | Level indicator | |
| RU2126143C1 (en) | Ultrasonic flowmeter of components of multiphase medium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171010 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20171010 Effective date: 20211222 |