SU864109A1 - Ультразвуковой плотномер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к ультразву-. koBon контрольно-измерительной техщке и может найти применение в химической , нефт ной и других отрасл х промышленности.

Известен амплитудно-временной велосимметрический измеритель плотности среды, содержащий импульсный измеритель временного интервала распространени  ультразвука в контролируемой среде, пиковый детектор и каскгщ умножени  с индикатором Ш.

Недостаток устройства - низка  точность измерени  плотности контролируемой среды, вызванна  зависимостью результатов измерени  от величины коэффициента поглощени  ультразвука в исследуемой среде, т.е. резуль гаты измерени  плотности завис т от частоты ультразвукового сигнала и рассто ни  между преобразовател ми.

Известен также ультразвуковой прибор дл  контрол  физико-химических процессов в жидких средах, содержащий два пьезопреобразовател , генератор , усилитель и измерительный блок. В этом устройстве по значению скорости ультразвука определ ют плотность контролируемой среды (2 .

Однако этот измеритель можно примен ть только дл  ограниченного числа контролируемых , дл  которых существует однозначна  зависимость скорости ультразвука от контролируемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  ультразвуковой плотномер жидких сред, содержащий два пьезопреобразовател , возбуждающий генератор, усилитель, врем измерйтельный блок и регистратор . В измерителе импульс ультразвуковых колебаний распростран етс  по стенке резервуара со скоростью,величина которой зависит от плотности исследуемой среды з .

Однако неоднозначность зависимости скорости ультразвука от плотности среды сильно уменьшает точность и достоверность результатов измерени  плотности данного плотномера.Кроме того, на точность измерени  плотности среды оказывает вли ние тип материалов стенки резервуара и преломл ющих призм, размеры их и температурные изменени .

Claims (3)

1. Цель изобретени  - повышение точ30 ности измерени  плотности среды. Поставленна  цель достигаетс  тем что в ультразвуковой плотномер,содер жащий последовательно электроакустически соединенные возбуждающий генератор , два пьеэопреобразовател , усилитель, детектор и синхронизатор и врем измерительный каскад, дополнительно введены решающее устройство и два коммутатора, один из которых включен между первым и вторым выхода ми возбуждающего генератора радиоимпульсов и пьезоизлучателем, а второй выход усилител  через детектор, второй коммутатор и измеритель отношени  напр жений соединенс первым входом решающего устройства, причем второй выход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутатора через компенсирующую индуктив ность, выход врем измерительного кас када соединен с вторым входом решающего устройства, а синхронизатор под ключен к управл ющим входам первого и второго коммутатора, возбуждающего генератора, врем измерительного каскада и решающего устройства. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого ультразвукового плотномера. Плотномер содержит возбуждающий генератор 1 радиоимпульсов с компенсирующей индуктивностью L, врем измерительный каскад 2, второй коммутатор 3, измеритель 4 отношени  напр жений; первый коммутатор 5, усилитель б, детектор 7, решающее устройство 8, пьезоизлучатель 9, пьезоприемник 10, синхронизатор 11 и контролируемую среду 12. Устройство работает следующим об разом. Первый стартовый импульс с выхода синхронизатора 11 запускает генератор радиоимпульсов 1 на резонансной частоте пьезоизлучател  9, и первый коммутатор 5 выход генератора 1 непосре 1ственно подключает к пьезоизлучателю 9. Коэффициент передачи K-j пьезоизлучател  9 на резонансной час тоте при питании от генератора напр  жени  выражаетс  -, L где е - пъезоэлектрическа  посто нна ) L - толщина пъезоизлучател  9. Акустический импульс через контро лируемую среду 12 поступает на пъезо прие&ник 10. Прин тый электрический сигнал амплитудой U через усилитель б поступает на врем измерительный каскад 2, например триггер, а через детектор 7 и второй коммутатор 3 на первый вход измерител  4 отношени  электрических сигналов. Первый импульс синхронизатора 11 и прин тый пъезоприемником 10 акустический сигнал на выходе врем изме рительного каскада 2 вырабатывает пр моугольный импульс длительностью (5/0 , где d - рассто ние между пъезопреобразовател ми 9 и 10, с скорость ультразвука в контролируемой среде. Этот импульс поступает на второй вход устройства 8. Кроме того первый стартовый импульс синхронизатора 11 подготавливает решающее устройство 8 дл  вычислени  плотности контролируемой среды 12. Второй стартовый импульс синхронизатора 11 запускает генератор 1 радиоимпульсов и подключает его выход с помощью первого коммутатора 5 через компенсирующую индуктивность к пъезоизлучателю 9. При подключении пъезопреобразовател  9 к генератору 1 через индуктивность L , величина которой подбираетс  исход  из условий oL-i uJ5T5 ПР полной компенсации емкости зажатой пьезопластинки CQ, коэффициент передачи пьезоизлучател  9 выражаетс  ejrv/i пьезопластинки, где п ffl, fg - резонансна  частота пьезопластинки; коэффициентэлектроакустической св зи kj 2./Zo, ZQ ; Z - удельные акустические сопротивлени  соответственно пьезопреобразовател  и контролируемой .среды. Как известно ZQ Ро t а 2 р.с,где Сд, pQ - соответственно скорость ультразвука и плотность вещества пьезопреобразовател ; с, р - скорость ультразвука и плотность контролируемой среды. Сигнал на выходе пьезоприемника ц этом случае соответствует коэффициенту передачи пьезоизлучател  со скомпенсированной емкостью зажатой пьезопластинки. Этот сигнал U( через детектор 7 и второй коммутатор 3 поступает на второй вход измерител  4 отношени  электрических сигналов . Необходимо отметить, что напр жение Uj на выходе измерител  отношени  электрических сигналов 4 соответствует соотношению коэффициентов передачи пьезоизлучател , т.е. Ui/U, УЗ Напр жение U поступает на первый вход решающего устройства 8. Из соотношени  амплитудных значений, прин тых в первом и во втором случа х сигналов и величины скорости ультразвука с в контролируемой среде, решающее устройство 8 вы исл ет плотность .. кНоРо Ul lAUj/C, JC и Если в качестве пьезоизлучател  при . мен етс  кварц X среза, то константа А в этом случае равна А 4-78-Ю f-. На индикаторе решающего устройства 8 регистрируетс  окончательный результат, т.е. плотность контролируемой среды 12. Испьатани  показали большую точность и, главное, независимость показаний от поглощени  ультразвука в среде при измерении плотности жилко тей и смесей газов. Поэтому использование предлагаемого ультразвуково плотномера создает возможность иссл довать физико-химические свойства жидкостей или газов с высокой точностью как в лабораторных, так и в производственных услови х, а также в области высоких или низких температур и давлений, так как в акустическом канале отсутствуют механичес кие подвижные части. Устройство пригодно также и дл  суспензий, диаметр частиц которых много меньше длины волны ультразвука. Формула изобретени  Ультразвуковой плотномер, содержа щий последовательно электроакустичес ки соединенные возбуждающий генераTOpj два пьезопреобразовател , усилитель , детектор и синхронизатор и врем измерительный каскад, о т л и -. чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены решающее устройство и два коммутатора, один из которых включен между первым и вторым выходами возбуждающего генератора радиоимпульсов и пьезоизлучателем, а второй выход усилител  через детектор, второй коммутатор и измеритель отношени  . напр жений соединен с первым входом решающего устройства, причем второй выход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутатора через компенсирующую индуктивность, выход врем измерительного каскгода соединен с вторым входом решающего устройства, а синхронизатор подключен к управл ющим входам первого и второго коммутаторов, возбуждающего генератора , врем измерительного каскада и решающего устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерени  плотности вещества. Приборы и системы управлени , 1976 10, с. 17-21.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 226924, кл. G 01 N 9/24, 1964.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 397814, кл. G 01 N 9/24, 1970 (прототип ) .