SU1693530A1

SU1693530A1 - Способ определени физико-механических свойств сыпучих материалов при помощи преобразовател с буферным стержнем

Info

Publication number: SU1693530A1
Application number: SU894727382A
Authority: SU
Inventors: Игорь Алексеевич Муляр; Михаил Борисович Минкин; Алексей Игоревич Муляр
Original assignee: Донской сельскохозяйственный институт
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1991-11-23

Abstract

Изобретение относитс к акустическим методам исследовани физико-механических свойств материалов. Целью изобретени вл етс определение относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпучих материалах за счет осуществлени измерений с помощью дополнительного буферного стержн , отличающегос по импедансу от основного. На торцы одинаковых по форме и размерам буферных стержней 3 и 4 из разных материалов устанавливают идентичные ультразвуковые (УЗ) преобразователи 1 и 2. При нагрузке свободных торцов стержней 3 и 4 на воздух излучают преобразовател ми 1 и 2 импульсы УЗ-колебаний, принимают эхо-сигналы от свободных торцов стержней 3 и 4 и измер ют их амплитуду. Погружают в почву 6 свободные торцы стержней 3 и 4 и аналогичным образом измер ют амплитуду полученных эхо-сигналов, а также глубину .погружени стержней 3 и 4 в почву 6. С помощью измеренных параметров определ ют относительный объем газовой фазы. 1 ил. У fe

Description

Изобретение относится к акустическим методам исследования физико-механических свойств материалов и может быть использовано при определении свойств сыпучих материалов, например почв или грунтов.

Целью изобретения является определение относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпучих материалах за счет осуществления измерений с помощью дополнительного буферного стержня, отличающегося по импедансу от основного,

На чертеже схематично представлен вариант реализации способа определения физико-механических свойств сыпучих материалов при помощи преобразователя буферным стержнем.

На схеме обозначены идентичные ультразвуковые преобразователи 1 и 2, соединенные с идентичными по форме, но отличающимися по импедансу буферными стержнями 3 и 4, цилиндр 5 для взятия проб почвы 6.

Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов с помощью преобразователя с буферным стержнем заключается в следующем.

Поочередно осуи^ествляют акустический контакт основного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом. При этом излучают УЗ-колебания, принимают отраженные от границы основной буферный стержень-контактирующий с ним материал УЗ-колебания и измеряют амплитуды Uin и Uib принятых колебаний при контакте основного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, и глубину Δχ погружения буферного стержня в исследуемый сыпучий материал. Также поочередно осуществляют акустический контакт дополнительного буферного стержня, по форме идентичного основному, но отличающегося от него по импедансу, с исследуемым сыпучим материалом (погружением на глубину Δχ) и воздухом. При этом излучают УЗ-коле бания, принимают отраженные от границы дополнительный буферный стержень - кон тактирующий с ним материал УЗ-колебания и измеряют амплитуды ϋ_2π и U₂b принятых колебаний при контакте дополнительного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно. От носительный объем газовой фазы з исследуемом увлажненном сыпучем материале; определяют из соотношений Um/Um и U₂n/U_2B и величины глубины Δχ.

Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов с по мощью преобразователя с буферным стержнем реализуется следующим образом.

Изготавливают составной датчик, включающий два одинаковых по форме и размерам буферных стержня 3 и 4, выполненных из различных материалов, например оргстекла с импедансом Ζι = 3,1005 Ю⁵ г/см², с и. стали с импедансом Z2 = 4,4968 Ί0⁶ г/см² с и два одинаковых УЗ-преобразователя 1 и 2, закрепленных на торцах стержней 3 и 4. При нагружении свободных торцов стержней 3 и 4 на воздух с импедансом ΖΒ = 41 г/см² ' с возбуждают преобразователи 1 и 2, например с помощью генератора УЗ-дефектоскопа УДМ-1М. Импульсы УЗ-колебаний от преобразователей 1 и 2 доходят до свободного торца стержней 3 и 4, отразившись от границы с воздухом, возвращаются к уз преобразователям 1 и 2.

Отразившиеся импульсы УЗ-колебаний трансформируются преобразователями 1 и 2 в электрические сигналы и осуществляется измерение их амплитуд Urn, U₂b с помощью, например, осциллографа С1-65. Затем с помощью цилиндра 5 берут пробу почвы 6 и погружают в нее датчик свободными торцами стержней 3 и 4 на глубину Δχ. Значение Δχ выбирают небольшим и измеряюттак. при диаметре преобразователей 1 и 2, равном 20 мм Δχ = 2 мм. При нагружении свободных торцов стержней 3 и 4 на почву 6 возбуждают преобразователи 1 и 2. Импульсы УЗ-колебаний от преобразователей 1 и 2 доходят до свободного торца стержней 3 и 4 и, отразившись от границы с почвой 6, возвращаются к УЗ-преобразователям 1 и 2. Отразившиеся импульсы УЗ-колебаний трансформируются преобразователями 1 и 2 в электрические сигналы и осуществляется измерение их амплитуды Um и U₂n. Исходя из полученных данных осуществляют численным методом решение приведенной системы уравнений на ЭВМ и находят значение относительного объема j газовой фазы исследуемой почвы 6:

С ^-1 ~ ^~^в > 2 , U 1п ² _ ( Z) - Ζτχ -, 2 1 ^V2i+ZB^; 7j²1b ~ ^lZi+Z™'

I S_{B r} ( Zl ~ Z_{B 4} 2 ( Z) - Ζτψ ч 2 ч _So ^И Zl 4- Z_B ^J “Ζι + Z-гж ^{; J} ' z Z1-Z_B ч Um _ Zi-Z_n ¹ Zl +Z_B Um ~ Zl +Zn ’ / Z₂ ~ Z_B \ 2 . U 2n _ / Z₂ ~ Ζ_τ» ч 2 . ^Zz+Zb^ _и2_2в v ζζΊ-Ζτχ*' ⁺ s;H-zr+z_B-) ^]’ ₍ Z₂-Z_{a 4} u₂n Z₂-Zn <Z₂+Z_B' U₂B Z₂+Zn~'

J = (Sb/So)^3/2 + Ax/So^V2, где Zi, Za, Z_B, Z_T*, Z_n - импедансы буферных стержней 3 и 4, воздуха, увлажненной твердой фазы почвы 6 и самой почвы 6 соответственно;

Um, U2n - амплитуды эхо-сигналов, от- I раженных свободным торцом буферных стержней 3 и 4 при контакте с почвой 6 соответственно;

U1 в, U2b - амплитуда эхо-сигналов, отраженных свободным торцом буферных стер- 1 жней 3 и 4 при контакте с воздухом соответственно;

Sb ~ интегральная площадь контакта воздуха с каждым из буферных стержней 3 и 4; 1

So - площадь сечения УЗ-пучка на свободном торце буферных стержней 3 и 4;

Δ х - глубина погружения буферных стержней 3 и 4 в исследуемую почву 6;

J - относительный объем газообразной 2 фазы в исследуемой почве 6.

Система из пяти уравнений позволяет найти решение для искомого относительного объема ] газовой фазы при неизвестности еще четырех параметров, например Ζ_τ», Ζ.-, 2 Ζ₂, Ζ_Β.

Экспериментально полученные результаты показывают, что точность определения относительного обьема газовой фазы предлагаемого способа относительно способа, по которому измеряют массу и объем образ ца почвы, заливают образец водой, кипятят полученную взвесь и измеряют массу и объем взвеси после охлаждения, для чернозема обыкновенного мицеллярно-карбонатного тяжело-суглинистого при его влажности от 10 до 22% составляет менее 6%, а для солонца степного среднего сульфатно-хлоридного при его влажности от 9 до 22% составляет менее 9%.

Claims

Формула изобретения

Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов при помо5 щи преобразователя с буферным стержнем, заключающийся в том, что поочередно осуществляют акустический контакт буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом, излучают ультразвуковые 0 колебания, принимают колебания, отраженные от границы буферный стержень - контактирующий с ним материал, измеряют амплитуды Um и Um принятых колебаний при контакте буферного стержня и с иссле5 дуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, и по ним определяют искомый параметр, отличающийся тем, что, с целью определения относительного обьема газовой фазы в увлажненных сыпу0 чих материалах, поочередно осуществляют акустический контакт идентичного по форме основному дополнительного буферного стержня, импеданс которого отличается от импеданса основного буферного стержня, с 5 исследуемым сыпучим материалом и воздухом, излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания, отраженные от границы дополнительный буферный стержень - контактирующий с ним материал, 0 измеряют амплитуды U2n и U2s принятых колебаний при контакте дополнительного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, дополнительно измеряют глубину Δχ погру5 жения буферных стержней в исследуемый сыпучий материал, а относительный объем газовой фазы определяют из соотношений Um/Um и U2n/U2e и величины глубины Δχ.