SU913157A1 - Ультразвуковой измеритель плотности жидких сред 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля плотности жидких сред в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности . ⁵

Известен ультразвуковой плотномер жидких сред, содержащий резервуар с контролируемой средой, акустический измерительный преобразователь, импульсный генератор, усилитель, блок задержки, формирующие каскады, времяизмерительный и регистрирующий блоки, причем измерительный преобразователь выполнен в виде двух приемно-излучающих акустических головок на преломляющих призмах, установленных на внешней поверхности резервуара с контролируемой средой встречно друг другу, одна из которых соединена с импульс- _м ным генератором, а другая - через ВЧ фильтр с усилителем 1

Однако этот плотномер не обеспечивает высокой точности измерения из-за

2

зависимости времени /прохождения ультразвука по стенке резервуара не только от плотности жидкости, но и от скорости распространения ультразвука в ней.

Известно также устройство для контроля плотности жидкостей в трубопроводах (резервуарах) содержащее акустический измерительный преобразователь с внешними конусными волноводами и кольцевыми пьезопластинамй, генератор возбуждения импульсов, усилитель, временной селектор, блок измерения амплитуд, блок селекции, подключенный к временному селектору, второй временной селектор,вход которого связан с выходом усилителя, а выход - с блоком измерения отношения амплитуд, и регистрирующий прибор [2],

Однако это устройство, работающее на принципе определения коэффициента отражения ультразвуковых волн от границы раздела стенки трубопровода

3 913,5

и протекающей по нему жидкости, не позволяет производить высокочастотное измерение плотности жидкости, так как коэффициент отражения зависит от акустического сопротивления среды, 5 т!е. и от ее плотности, и от скорости распространения ультразвука в ней.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель плотности жидких сред,, содержа- ю щий последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, два временных селектора, входы которых подключены к выходу усилителя, триггер, ,5 входы которого соединены с выходами генератора возбуждающих импульсов и усилителя, а выход - с управляющим входами временных селекторов и с первым входом блока умножения, выходы ₂₀ которого соединены с регистрирующим прибором, а два других входа - соответственно с выходом первого блока измерения отношения амплитуд, первый и второй входы котооого подключены ₂₅ соответственно к выходам генератора возбуждающих импульсов и первого временного селектора, и блока извлечения квадратного корня, вход которого соединен с выходом второго блока ₃₀ измерения отношения амплитуд, подключенного своими первыми и вторыми входами соответственно к выходам первого и второго временных селекторов, входы которых соединены с выходами усилителя рЗ}.

Однако это устройство не позволяет измерять плотность жидких сред в резервуарах больших размеров из-за значительной величины измерительной базы и вследствие этого сильного затухания излучаемого сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения плотности жидких сред и расширение функциональных возможностей плотномера.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой измеритель плотности жидких сред, содержащий резервуар с исследуемой жидкостью,последовательно соединенные генератор воз- ⁵¹ буждающих импульсов, акустический измерительный преобразователь и усилитель^ выходу которого подсоединены входы двух временных селекторов,блок измерения отношения амплитуд, блок ^5: умножения, выход которого соединен со входом блока регистрации, введены блоки суммирования и вычитания

' 4

амплитуд, дополнительный усилитель и блок формирования временного интервала, причем акустический измерительный преобразователь выполнен в виде приемно-излучающего преобразователя, размещенного в верхней части резервуара, вход блока формирования временного интервала подключен к выходу усилителя, его выход - к управляющим входам временных селекторов и к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения отношения амплитуд,при этом первый вход блока измерения отношений, соединен с выходом блока сложения амплитуд, первый вход которого подсоединен к выходу первого временного селектора и первому входу блока вычитания амплитуд, второй вход которого соединен со вторым входом блока сложения амплитуд и, через дополнительный усилитель, с выходом второго временного селектора, а выход блока вычитания амплитуд подключен ко второму входу блока измерения отношения амплитуд.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов 1, резервуар с исследуемой жидкостью 2, акустический измерительный преобразователь 3, размещенный в верхней части резервуара 2, усилитель 4, два временных селектора 5 и

6, входы которых подключены к выходу усилителя 4, к которому подключен также формирователь временного интервала

7, выход которого соединен с управляющими входами временных селекторов 5 и 6, дополнительный усилитель 8, вход которого соединен с выходом временного селектора 6,а выход его - с входом блока вычитания амплитуд 9, второй вход которого соединен с выходом временного селектора 5 и с входом блока сложения амплитуд 10, второй вход последнего соединен с выходом времени ного селектора 5. а выход блока вычитания амплитуд 9 соединен со входом блока измерения отношения амплитуд

11, второй вход которого соединен с выходом блока сложения амплитуд 10; выход блока измерения отношения амплитуд 11 соединен с первым входом блока умножения 12, второй вход которого соединен с выходом формирователя временного интервала 7,а выход - со входом блока регистации 13.

5 9131

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора возбуждающих импульсов 1, возбуждают приемно-излумающий акустический пре- 5 образователь 3, проходят через воздушное пространство, отражаются от поверхности исследуемой жидкости и принимаются акустическим преобразователем 3. Амплитуда этих импульсов 10 равна

и, = и₀ к е

где и_о - амплитуда возбуждающего импульса;

- расстояние между отражающей

15

поверхностью и акустическим измерительным преобразо-вателем;

οΙ_β - коэффициент затухания в воз- 20 духе;

К - коэффициент отражения, равный

ν - &^2 - Р-ι Си

25

где β, - плотность воздуха;

плотность исследуемой жидкости ; - скорость звука в воздухе; ³⁰ Οχ - скорость звука в исследуемой жидкости.

Отсюда находим _ $>, С< . и₀ + Щ

35

40

Имлульсы/возбужденные в приемноизлучающем акустическом преобразователе 3, проходят также через исследуемую жидкость, отражаются от дна резервуара, снова проходят сквозь исследуемую жидкость и принимаются акустическим измерительным преобразовав телем.

Импульсы с выхода лреобазователя 3 усиливаются усилителем 4 и подаются на вход формирователя временного интервала 7, на выходе которого формируются импульсы, длительность которых равна времени приема первого и второго отраженных импульсов Т=1/с, ⁵⁰ где 1 - уровень жидкости в резервуаре. Выход усилителя 4 подключен также ко входам временных селекторов 5 и 6, служащих для выделения возбуждающего импульса и первого отраженного импульса и_о и и₄. Выход временного селектора 5 соединен с входом блока сложения амплитуд, второй

45

55

57 6

вход которого соединен с выходом усилителя 8, вход которого соединен с выходом временного селектора 6. На выходе блока сложения амплитуд получается сигнал,соответствующий сумме амплитуд возбуждающего импульса 11_о, умноженного на коэффициент усиления усилителя 8 а^,и первого отраженного импульса О . Выход усилителя 8 соединен со входом блока вычитания амплитуд, второй вход которого соединен с выходом временного селектора

5. На выходе блока вычитания амплитуд получается сигнал, соответствующий разности амплитуды первого отраженного импульса Щ и амплитуды возбуж-. дающего импульса 1)_о, умноженного на коэффициент усиления усилителя 8.

Выходы блоков вычитания и сложения амплитуд соединены с входами блока измерения отношения амплитуд 11, на выходе которого получается сигнал τι и_о +1Б

^и2 = Ъ ’

где а_г- коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента преобразования блока измерения отношения амплитуд 11.

Выход блока измерения отношения амплитуд 11 соединен со входом блока умножения 12, ко второму входу которого подключен выход формирователя временного интервала 7·

Таким образом, на выходе блока умножения 12, подключенного к регистрирующему блоку 13, получается сигнал

II = я II т = а а ^аТ · ί

и₃ а₃ и₂ г а₂ а^ г,

где а₃ - коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента преобразователя умножителя 12.

Отсюда следует, что, если установить

-2β.,οίβ

то

' . ^из ^{= а}4 ? ’

где ад - коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициентов преобразования блоков устройства.

Точность измерения плотности жидкости зависит от точности преобразования информативных сигналов в отдельных блоках устройства.

Предлагаемое устройство позволяет производить непрерывный контроль плотΊ 913157 8

ности жидкостей, находящийся в больших резервуарах, используя один приемноизлучающий измерительный акустический преобразователь, обеспечивает измерение плотности независимо от 5 кбэффициента затухания, скорости распространения ультразвука в исследуемой среде и размеров резервуара. Это достигается тем, что реализуется алгоритм измерения плотности, исполь- 1® зующий акустический приемно-излучаю1ций преобразователь, размещенный в верхней часТи резервуара и основанный на измерении амплитуды сигнала, отраженного от границы раздела воз- ¹⁵ душного пространства и исследуемой среды, распространяющегося в воздушной среде и, таким образом, не зависящего от площади резервуара', коэф⁼ фициента затухания и скорости ра.спро- 20 странения ультразвука в исследуемой жидкости.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   25

   Ультразвуковой измеритель плотности жидких сред, содержащий резервуар с исследуемой жидкостью, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, акустический изме- 30 рительный преобразователь и усилитель, к выходу которого подсоединены входы двух временных селекторов, блок измерения отношения амплитуд, блок умножения, выход которого соединен со 35 входом блока регистрации, отличающийся тем-, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него введены блоки суммирования и вычитания амплитуд, дополнительный усилитель и блок формирования временного интервала, причем акустический измерительный преобразователь выполнен в виде приемно-излучающего преобразователя, размещенного в верхней части резервуара, вход блока формирования временного интервала подключен к выходу усилителя, его выход - к управляющим входам временных селекторов и к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока измерения отношения амплитуд, при этом первый вход блока измерения отношений соединен с выходом блока сложения амлитуд, первый вход которого подсоединен к выходу первого временного селектора и первому входу блока вычитания амплитуд, второй вход которого соединен со вторым входом блока сложения амплитуд и через дополнительный усилитель с выходом второго временного селектора, а выход блока вычитания амплитуд подключен ко второму входу блока измерения отношения амплитуд.