SU1698743A1 - Акустическое устройство дл измерени параметров жидкостей под давлением - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может использоватьс  дл  измерени  плотности и сдвиговой в зкости в компонентах расслаивающихс  жидких систем под давлением Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет измерени  не только сдвиговой в зкости, но и плотности жидкостей Устройство снабжено двум  разнесенными по высоте камеры 1 высокого давлени  электроакустическими трактами и шарообразным элементом 4, размещенным внутри камеры 1 с возможностью перемещени  с помощью соленоида 5, электронным блоком дл  измерени  напр жени , подаваемого на соленоид 5 в моменты пересечени  элементом 4 осей электроакустических трактов, и времен пролета элемента 4 через сечени  акустических трактов при свободном падении По измеренным величинам суд т о плотности контролируемой среды и ее сдвиговой в зкости в двух разнесенных по высоте област х расслаивающейс  смеси жидкостей. 2 ил

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может использоватьс  дл  измерени  плотности и сдвиговой в зкости в компонентах расслаивающихс  жидких систем под давлением.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей измерени  не только сдвиговой в зкости, но и плотности жидкостей.

На фиг.1 представлена блок-схема акустического устройства дл  измерени  параметров жидкостей под давлением; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Акустическое устройство дл  измерени  свойств жидкостей под давлением содер-- жит камеру 1 высокого давлени , вмонтированный в стенку камеры 1 приемный

пьезопреобразователь 2 и подключенный к выходу последнего усилитель 3, размещенный в камере 1 шарообразный элемент 4 из ферромагнитного материала, соленоид 5, установленный на внешней стенке камеры 1 высокого давлени , генератор 6 запускающих импульсов, измеритель 7 интервалов времени, второй приемный пьезопреобразователь 8 и два излучающих пьезопреобра- зовател  9, 10, подключенный ко входам последних генератор 11 зондирующих импульсов , подключенные к выходу усилител  3 последовательно соединенные детектор 12, блок 13 дифференцировани , компаратор 14 и вольтметр 15, подключенные к выходу второго приемного пьезопреобразо- вател  8 последовательно соединенные второй усилитель 16, вторые детектор 17, блок

18 дифференцировани , компаратор 19 и вольтметр 20, третий и четвертый компараторы 21, 22, второй измеритель 23 интервалов времени, четырехканальный регистратор 24 и подключенные к выходу генератора б запускающих импульсов последовательно соединенные генератор 25 пилообразного напр жени  и формирователь 26 импульсов, выход которого подключен ко входу запуска первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени, выходы первого л второго детекторов 12, 17 подключена ко входам соответственно третьего и четвертого компараторов 21, 22, а выходы последних - к информационным, входам соответственно первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени, выход генератора 25 пилообразного напр жени  подключен к соленоиду 5 и ко входам запуска первого и второго вольтметров 15, 20, информационные выходы и выходы управлени  (выходы коней измерений) первого и второго вольтметров 15, 20 и первого и второго измерителей интервалов времени 7 и 23 подключены к соответствующим входам регистратора 24, излучающий и приемные пьезопреобразовзтели 9,10 л 2,8 установлены на боковых стенках камеры 1 высокого давлени , образу  два электроакустических тракта, разнесенных по высоте камеры 1, а подвижный элемент 4 размещен в камере 1 с возможностью перемещени  по оси камеры.

Кроме того, устройство содержит направл ющую 27, котора  может Быть установлена внутри камеры дл  обеспечени  более точного перемещени  подвижного элемента по оси камеры, пример выполнени  два желобообразных ограничител  перемещений подвижного элемента, установленных с зазором, обеспечивающие возможность перемещени  между ними подвижного элемента вдоль оси камеры; оси 28 и 29 электроакустических трактов. Камера 1 высокого давлени  может быть выполнена в виде системы поршень-цилиндр, в . которой функции цилиндра выполн ют стенки камеры, а поршень 30 установлен в цилиндре через посредство уплотнител  31. Дл  создани  давлени  в камере прикладывают вертикальную сжимающую нагрузку к основанию камеры 1 и утолщению поршн  32.

Устройство работает следующим обра- зом.

Исследуемую расслаивающуюс  смесь жидкостей заливают в камеру 1 высокого давлени  и создают требуемое давление, t например, с помощью поршн  30.0 величине достигнутого давлени  можно судить по

величине прикладываемой к основанию 32 поршн  сжимающей силы. В исходном положении подвижный элемент 4 находитс  в крайнем нижнем положении.

С помощью генератора 6 вырабатывают

запускающий импульс (фиг.2а), по которому генератор 25 пилообразного напр жени  вырабатывает возрастающее линейно со временем напр жение, поступающее на со0 леноид 5 и входы первого и второго вольтметров 15, 20. Подвижный элемент 4 под действием магнитного пол  соленоида 5 перемещаетс  в крайнее верхнее положение. Генератор 11 зондирующих импульсов

5 вырабатывает импульсные сигналы, которыми возбуждаютс  излучающие преобразователи 9,10. Излучаемые ими акустические сигналы проход т через исследуемую среду и принимаютс  соответственно приемными

0 пьезопреобразовател ми 2 и 8. Импульсные электрические сигналы с выходов последних усиливаютс  усилител ми 3,16 и поступают на входы детекторов 12, 17. Посто нна  интегрировани  детекторов устанавли5 ааетс  такой, чтобы обеспечить посто нный уровень сигнала на выходе детектора при наличии зондирующих акустических сигналов , проход щих через исследуемую среду (фиг.2 в,е).

0 При достижении подвижного элемента 4 оси 28 нижнего электроакустического тракта вследствие уменьшени  акустического сигнала, принимаемого приемным пьезопреобразователем 2, сигнал на выхо5 де первого детектора 12 уменьшаетс , проход  через экстремум. В момент прохода черех экстремум на выходе первого блока дифференцировани  получают нулевой потенциал , а на выходе первого компаратора

0 формируетс  короткий импульс, поступающий на вход запуска вольтметра 15. Текущее значение напр жени  (фиг.26), поступающее в данный момент на соленоид 5, измер етс  первым вольтметром 15. По

5 окончании измерени  на его управл ющем выходе формируетс  сигнал Конец измерени , по которому результат измерени  регистрируетс  регистратором 24 по первому каналу или заноситс  в его буферный ре0 гистр дл  последующего вывода (в зависимости от конструкции используемого регистратора).

. С дальнейшим ростом напр жени , подаваемого на соленоид, подвижный эле5 мент 4 поднимаетс  выше и перекрывает прохождение акустических импульсов по верхнему электроакустическому тракту 29, что приводит к уменьшению сигнала на выходе второго детектора 18; в момент достижени  экстремума на выходе блока 18

дифференцировани  получают нулевое значение потенциала и срабатывает второй компаратор нулевого уровн . На его выходе получают импульс (фиг.2е), по которому второй вольтметр 20 измер ет текущее значение напр жени  на выходе генератора 25 пилообразного напр жени , которое поступает на второй канал регистратора 24 по команде Конец измерени  с управл ющего выхода второго вольтметра 20.

По завершении работы генератора 25 пилообразного напр жени  по заднему фронту его сигнала срабатывает формирователь 26 импульсов, который запускает измерители 7 и 23 интервалов времени, которые переход т в режим готовности дл  измерений интервала времени по переднему и заднему фронтам импульса. Подвижный элемент 4 начинает свободное падение в исследуемой среде, пересека  последовательно оси электроакустических трактов 29 и 28. В моменты пересечений на выходах первого и второго детекторов 12 и 17 получают вторые выбросы потенциала в сторону уменьшени  (фиг.2 в, г), длительность которых измер етс  с помощью третьего и четвертого компараторов 21, 22 и первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени . Величины п и Т2 длительностей указанных сигналов, получаемые на выходах третьего и четвертого компараторов 21, 22 (фиг. 2 е, ж) регистрируютс  по третьему и четвертому каналам регистратора 24 (занос тс  в соответствующие буферные регистры), после чего результаты всех измерений вывод тс  на цифропечатающее устройство регистратора 24 или на внешнее устройство (не показано) дл  дальнейшей обработки полученных данных.

Измеренные величины напр жений Ui и Ua и значений интервалов времени ъ и TZ определ ют значени  плотности и сдвиговой в зкости исследуемых компонент расслаивающейс  смеси в нижней и верхней част х камеры высокого давлени . Конкретна  св зь непосредственно измер емых и искомых величин определ етс  предварительной градуировкой устройства с использованием среды с известной плотностью и сдвиговой в зкостью и их зависимости от давлени .

Можно дать следующее краткое обоснование алгоритма работы устройства.

На подвижный сферический элемент 4, удерживаемый магнитным полем соленоида 31, действуют выталкивающа  сила, пр -. мр пропорциональна  плотности жидкости (искомый параметр), и сила т жести элемента . В услови х равновеси  подвижного элемента сумма всех сил равна нулю и имеетс  однозначна  св зь между искомой плотностью жидкости и силой, действующей на сферический элемент 4 со стороны солено- 5 ида 31, т.е. с напр жением, подаваемым в данный момент на соленоид. Конкретна  взаимосв зь-указанных величин определ етс  градуировкой.

При падении сферического элемента

0 вниз скорость его падени  однозначно определ етс  его диаметром, массой и иско- мой сдвиговой в зкостью жидкости, котора  может быть определена по измеренной скорости падени  элемента или вре5 мени пролета им фиксированного рассто ни  (сечени  акустического тракта). Взаимосв зь измер емого времени пролета ri, ti с в зкостью компонент расслаивающейс  смеси определ етс  градуировкой,

0 Предлагаемое устройство обеспечивает возможность измер ть плотность и сдвиговую в зкость как однородных жидких сред, так и отдельно в компонентах расслаивающейс  жидкой смеси в зависимости от дав5 лени . Все измерени  могут быть проведены за один цикл измерени , включающий подъем сферического элемента внутри камеры высокого давлени  вверх и его свободное падение в исследуемой жидкости.

0 В качестве измерителей интервалов времени могут быть использованы частотомеры 43-34 А, работающие в режиме измерени  интервала времени с запуском от переднего и остановкой по заднему фронту

5 импульса, в качестве вольтметров - любой цифровой вольтметр с подход щим диапазоном измерений, в качестве регистратора 24 может использоватьс , например, транскриптор Ф5033 с цифропечатающим уст0 ройством ЭУМ-23Д или любой другой регистратор с четырьм  буферными запоминающими блоками на входе. В качестве на- гружающего механизма, создающего усилие сжати  в камере высокого давлени ,

5 может использоватьс  пресс гидравлический , например типа ПГПР.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Акустическое устройство дл  измерени  параметров жидкостей под давлением,

   0 содержащее камеру высокого давлени , размещенный в ней шарообразный элемент из ферромагнитного материала, соленоид, установленный на внешней стенке камеры высокого давлени , вмонтированный в

   5 стенку камеры высокого давлени  первый приемный пьезопреобразователь, подключенный к его выходу первый усилитель, генератор запускающих импульсов и последовательно соединенные первый из- .меритель временных интервалов и регистратор , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем измерени  не только сдвиговой в зкости, но и плотности жидкостей, оно снабжено последовательно соединенными первым детектором, вход которого св зан с выходом первого усилител , блоком дифференцировани , компаратором и вольтметром , выход которого подключен к регистратору , последовательно соединенными вто- рыми приемным преобразователем, установленным в стенке камеры высокого давлени  на рассто нии вдоль ее оси от первого приемного пьезопреобразовател , усилителем, детектором, блоком дифферен- цировани , компаратором и вольтметром, выход которого подключен к регистратору, третьим компаратором, включенным между выходом первого детектора и входом первого измерител  временных интервалов, по-

   следовательно соединенными четвертым компаратором, вход которого подключен к выходу второго детектора, и вторым измерителем временных интервалов, выход которого св зан с регистратором, последовательно соединенными генератором пилообразного напр жени , вход которого под-, ключей к выходу генератора запускающих импульсов, и формирователем импульсов сброса, выход которого св зан с управл ющими входами измерителей временного интервала , генератором зондирующих импульсов и подключенными к нему двум  излучающими пьезопреобразовател ми, вмонтированными в стенку камеры высокого давлени  так, что акустические оси пье- зопреобразователей пересечены с осью камеры, а выход генератора пилообразного напр жени  подключен к солеиноиду и информационным входам вольтметра.

   X

   3J.

   Фиг.1

   а

   &

   S

   В

   е ж

   I

   Ъ

   фие.2