UA65290A

UA65290A - Device for weighing liquids and free-flowing materials

Info

Publication number: UA65290A
Application number: UA2003076157A
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Avramovych Zelenkov; Petro Stepanovych Sochenko; Oleksii Viacheslavovych Paziuk
Original assignee: Univ Nat Aviation
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-03-15

Abstract

The proposed device for weighing liquids and free-flowing materials contains a high-frequency oscillator, an acoustic transceiver, and additionally, an amplifier, a control unit, a unit for measuring ultrasonic vibration propagation velocity, a unit for determining material density, a temperature transducer, a storage unit, a unit for determining material volume, and an indicator. The output of the high-frequency oscillator is connected to the input of the acoustic transceiver and the corresponding inputs of the amplifier and the unit for measuring ultrasonic vibration propagation velocity.

Description

Винахід відноситься до неруйнуючого контролю і може бути використаний для важення рідинних та сипучих речовин в різноманітних сферах застосування в умовах невагомості, зокрема для контролю поточного розходу горючих речовин на літаках, в космічних апаратах, а також в наземному транспорті та на заправочних станціях.The invention relates to non-destructive testing and can be used for weighing liquid and bulk substances in various fields of application in weightlessness, in particular for monitoring the current consumption of combustible substances on airplanes, in space vehicles, as well as in ground transport and at gas stations.

Відомий спосіб та пристрій для його здійснення (1| важення електронним способом за допомогою тензодатчиків, які розташовуються під зважуємою речовиною та підключені в урівноважений електричний мост.A known method and device for its implementation (1| electronic weighing using strain gauges, which are located under the substance to be weighed and connected to a balanced electric bridge.

Основний недолік такого пристрою низька точність важення та обмеженість сфер застосування.The main disadvantage of such a device is the low accuracy of weighing and limited scope of application.

Відомий пристрій (2| визначення густини рідинних речових шляхом вимірювання швидкості ультразвуку, пропускаємого через неї, який містить генератор високої частоти, акустичний випромінювач-приймач та тригер для визначення часу затримки прийнятого сигналу відносно випромінюємого.A known device (2| determining the density of liquid substances by measuring the speed of ultrasound transmitted through it, which contains a high-frequency generator, an acoustic emitter-receiver and a trigger for determining the delay time of the received signal relative to the emitted one.

Недоліком цього пристрою є низька точність вимірювання густини рідинних речовин та відсутність операції важення. Пристрій визначає тільки густину, а для того, щоб визначити вагу, необхідно додатково обчислити об'єм речовини та помножити отриману величину густини на об'єм, що буде пов'язано з незручністю застосування пристрою для важення рідинних речовин.The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the density of liquid substances and the lack of a weighing operation. The device determines only the density, and in order to determine the weight, it is necessary to additionally calculate the volume of the substance and multiply the obtained value of the density by the volume, which will be associated with the inconvenience of using the device for weighing liquid substances.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою ультразвукового визначення густини рідинних та сипучих речовин, який містить послідовно з'єднаний генератор високої частоти та акустичний випромінювач - приймач, шляхом введення підсилювача, модуля управління, обчислювача швидкості ультразвуку, обчислювача густини, вимірювача температури, запам'ятовуючого модуля, обчислювача об'єму, обчислювача маси та індикатора, що дозволило забезпечити операції автоматичного важення рідинних та сипучих речовин з високою точністю в умовах змін земного тяжіння.The invention is based on the task of improving the device for ultrasonic determination of the density of liquid and bulk substances, which contains a series-connected high-frequency generator and an acoustic emitter - receiver, by introducing an amplifier, a control module, an ultrasound speed calculator, a density calculator, a temperature meter, a memory module, volume calculator, mass calculator and indicator, which made it possible to ensure automatic weighing operations of liquid and bulk substances with high accuracy in conditions of changes in gravity.

Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій важення рідинних та сипучих речовин, який містить послідовно з'єднаний генератор високої частоти та акустичний випромінювач - приймач, згідно з винаходом введені підсилювач, модуль управління, обчислювач швидкості ультразвуку, обчислювач густини, вимірювач температури, запам'ятовуючий модуль, обчислювач об'єму, обчислювач маси та індикатор, причому вихід генератора високої частоти підключений до входу акустичного випромінювача - приймача та до других входів підсилювача і обчислювача швидкості ультразвуку, вихід акустичного випромінювача-приймача підключений до першого входу підсилювача, вихід якого з'єднаний з першим входом обчислювача швидкості ультразвуку, вихід якого підключений до першого входу обчислювача густини, до третього та четвертого входів якого відповідно підключені виходи вимірювача температури та запам'ятовуючого модуля, а вихід обчислювача густини підключений до першого входу обчислювача об'єму, вихід якого з'єднаний із першим входом обчислювача маси, вихід якого підключений до входу індикатора, перший вихід модуля управління підключений до третього входу обчислювача швидкості ультразвуку, другий вихід модуля управління підключений до входу запам'ятовуючого модуля та до другого входу обчислювача густини, третій та четвертий виходи модуля управління відповідно з'єднані з другими входами обчислювача об'єму та обчислювача маси.The task is solved by the fact that the device for weighing liquid and bulk substances, which contains a series-connected high-frequency generator and an acoustic emitter - receiver, according to the invention, includes an amplifier, a control module, an ultrasound speed calculator, a density calculator, a temperature meter, a memory measuring module, volume calculator, mass calculator and indicator, and the output of the high-frequency generator is connected to the input of the acoustic emitter-receiver and to the second inputs of the amplifier and the ultrasound speed calculator, the output of the acoustic emitter-receiver is connected to the first input of the amplifier, the output of which is connected to the first input of the ultrasound speed calculator, the output of which is connected to the first input of the density calculator, to the third and fourth inputs of which the outputs of the temperature meter and the memory module are connected, respectively, and the output of the density calculator is connected to the first input of the volume calculator, the output of which is united with p the first input of the mass calculator, the output of which is connected to the input of the indicator, the first output of the control module is connected to the third input of the ultrasound speed calculator, the second output of the control module is connected to the input of the memory module and to the second input of the density calculator, the third and fourth outputs of the control module, respectively connected to the second inputs of the volume calculator and the mass calculator.

На фіг.1 показана структурна блок-схема пристрою важення рідинних та сипучих речовин.Figure 1 shows a structural block diagram of a device for weighing liquid and bulk substances.

Пристрій важення рідинних та сипучих речовин містить послідовно з'єднаний генератор 1 високої частоти, акустичний випромінювач-приймач 2, ємність З для завантаження речовини, яка важиться, підсилювачі, обчислювач 5 швидкості ультразвуку, модуль управління 6, вимірювач 7 температури, обчислювач 8 густини, запам'ятовуючий модуль 9, обчислювач об'єму 10, обчислювач 11 маси та індикатор 12.The device for weighing liquid and bulk substances contains a series-connected high-frequency generator 1, an acoustic emitter-receiver 2, a container C for loading the substance to be weighed, amplifiers, an ultrasound speed calculator 5, a control module 6, a temperature meter 7, a density calculator 8, memory module 9, volume calculator 10, mass calculator 11 and indicator 12.

Вихід генератора 1 високої частоти підключений до входу акустичного випромінювача-приймача 2, який розташований під дном ємності 3, та до других входів підсилювача 4 і обчислювача 5 швидкості ультразвуку, вихід акустичного випромінювача- приймача 2 підключений до першого входу підсилювача 4, вихід якого з'єднаний з першим входом обчислювача 5 швидкості ультразвуку, вихід якого підключений до першого входу обчислювача 8 густини, до третього та четвертого входу якого відповідно підключені виходи вимірювача 7 температури та запам'ятовуючого модуля 9, а вихід обчислювача 8 густини підключений до першого входу обчислювача 10 об'єму, вихід якого з'єднаний із першим входом обчислювача 11 маси, вихід якого підключений до входу індикатора 12, перший вихід модуля 6 управління підключений до третього входу обчислювача 5 швидкості ультразвуку, другий вихід модуля 6 управління підключений до входу запам'ятовуючого модуля 9 та до другого входу обчислювача 8 густини, третій та четвертий виходи модуля управління 6 відповідно з'єднані з другими входами обчислювача 10 об'єму та обчислювача 11 маси.The output of the high-frequency generator 1 is connected to the input of the acoustic emitter-receiver 2, which is located under the bottom of the container 3, and to the second inputs of the amplifier 4 and the ultrasound speed calculator 5, the output of the acoustic emitter-receiver 2 is connected to the first input of the amplifier 4, the output of which is connected to the first input of the ultrasound speed calculator 5, the output of which is connected to the first input of the density calculator 8, to the third and fourth inputs of which, respectively, the outputs of the temperature meter 7 and the memory module 9 are connected, and the output of the density calculator 8 is connected to the first input of the calculator 10 the output of which is connected to the first input of the mass calculator 11, the output of which is connected to the input of the indicator 12, the first output of the control module 6 is connected to the third input of the ultrasound speed calculator 5, the second output of the control module 6 is connected to the input of the memory module 9 and to the second input of the calculator of 8 densities, the third and fourth outputs of the module controls 6 are respectively connected to the second inputs of the volume calculator 10 and the mass calculator 11.

Пристрій важення рідинних та сипучих речовин працює таким чином. Спочатку в режимі підготовки пристрою в ємність З завантажується важуєма речовина до рівня І, включається пристрій та визначається швидкість С ультразвуку Влібчислювачі 5 відповідно до формул: сі сThe device for weighing liquid and bulk substances works as follows. First, in the device preparation mode, the substance to be weighed is loaded into the container C to the level I, the device is turned on and the speed C of the ultrasound is determined.

То де Т - час затримки проходження в прямий та зворотній бік на відстані 2Ї ультразвукового імпульсу, випромінюємого знизу від акустичного випромінювача 2 до поверхні рівня І. завантаженої речовини, та відбитого від цієї поверхні і прийнятого акустичним приймачем; А - товщина дна ємності; сі - швидкість ультразвуку при його проходженні через дно ємності;Where T is the forward and reverse travel delay time of the ultrasonic pulse emitted from below from the acoustic emitter 2 to the surface of level I of the loaded substance, and reflected from this surface and received by the acoustic receiver; A - the thickness of the bottom of the container; si - speed of ultrasound when it passes through the bottom of the container;

То - загальний час затримки проходження ультразвуку.That is the total delay time of the passage of ultrasound.

Відома ІЗ| залежність швидкості С проходження ультразвуку через зважуєму речовину від її густини р, яка ше відповідними формулами:IZ is known the dependence of the speed C of the passage of ultrasound through the weighing substance on its density p, which is given by the corresponding formulas:

Р) для у речовин іP) for u substances and

В (3) для твердих сипучих речовин.In (3) for solid bulk substances.

Де К - модуль всебічного стискування для рідинних речовин, Е - модуль пружності для сипучих речовин.Where K is the modulus of comprehensive compression for liquid substances, E is the modulus of elasticity for bulk substances.

Об'єм М зважуємої речовини легко визначається відповідно формулі:The volume M of the substance to be weighed is easily determined according to the formula:

М-І- 5, (4) де 5 - відома величина площини дна ємності 3.M-I- 5, (4) where 5 is the known size of the plane of the bottom of container 3.

Значення параметрів К і Е являються постійними для даного типу речовин (2, 3), тому доцільно параметри К іThe values of parameters K and E are constant for this type of substances (2, 3), so it is advisable to set parameters K and

Е визначити попередньо. Для цього попередньо визначається вага Р зважуємої речовини з відомою ємністю М за допомогрю точного важення на терезах. Потім обчислюється густина р зважуємої речовини відповідно формулі: р- УE to be determined in advance. To do this, the weight P of the substance to be weighed with a known capacity M is preliminarily determined using accurate weighing on scales. Then the density p of the substance to be weighed is calculated according to the formula: p-U

М, в)M, c)

Використовуючи формули (2), (3) та (5), визначаються модулі К та Е відповідно до формул:Using formulas (2), (3) and (5), modules K and E are determined according to the formulas:

К- р.С- 2K- r.S- 2

Е- р.с , (6)E-r.s, (6)

В формулах (б) швидкість ультразвука визначена за виразом (1), а густина р - відповідно по формулі (5).In formulas (b), the speed of ultrasound is determined by expression (1), and the density p - respectively, by formula (5).

Отримані чинники К та Е для даного типу речовини заносяться в запам'ятовуючий пристрій 9.The obtained K and E factors for this type of substance are entered into the memory device 9.

Після такої попередньої підготовки пристрій важення відповідно до винаходу можна застосовувати для важення рідинних та сипучих речовин визначеного типу в будь-яких розмірах.After such preliminary preparation, the weighing device according to the invention can be used for weighing liquid and bulk substances of a certain type in any size.

Для цього заповнюється ємність З до будь-якого рівня І вимірюється швидкість С ультразвуку та обчислюється густина р в обчислювачі 8 - відповідно до формул: с р- Е тег б (7 де параметри К і Е беруться із запам'ятовуючого модулю 9 для даного типу речовин відповідно.To do this, the capacity C is filled to any level, and the speed C of ultrasound is measured and the density p is calculated in the calculator 8 - according to the formulas: c p- E tag b (7 where the parameters K and E are taken from the memory module 9 for this type substances respectively.

Крім дого (родиться температурна поправка густини рі, відповідно формулі (21: рі -р-ось-ц (8) де Є - середня температурна поправка до густини, яка показує на скільки міняється густина для даного типу речовини при зміні температури на 1"С. Коефіцієнт 2 визначається попередньо і записується в запам'ятовуючий модуль 9.In addition, the temperature correction of the density ri is born, according to the formula (21: ri -р-ос-ц (8) where E is the average temperature correction to the density, which shows how much the density changes for a given type of substance when the temperature changes by 1"С Coefficient 2 is determined in advance and recorded in the memory module 9.

Після цього в обчислювачі 10 визначається об'єм Мі, зважуємої речовини відповідно формулі:After that, the volume Mi of the substance to be weighed is determined in calculator 10 according to the formula:

М1:1-5, (9) де ГЕ висота рівня речовини в ємності З і визначається за формулою: 2 (0)M1:1-5, (9) where ГЕ is the height of the substance level in container З and is determined by the formula: 2 (0)

В обчислювачі 11 визначається маса М зважуємої речовини відповідно формулі:In calculator 11, the mass M of the substance to be weighed is determined according to the formula:

МаерімМі, (11)MaerimMi, (11)

Визначена по формулі (11) маса М виводиться на індикатор як вага.The mass M determined by formula (11) is displayed on the indicator as weight.

Пропонуємий пристрій відповідно винаходу може знайти широке застосування в системах точного важення рідинних та сипучих речовин на повітряних та космічних літальних апаратах, наприклад, в системах споживання горючих речовин.The proposed device according to the invention can be widely used in systems of accurate weighing of liquid and bulk substances on air and space aircraft, for example, in systems of consumption of combustible substances.

Джерела інформації. 1. Гроссман Н.Я., Шньрев Г.Д. Автоматизированнье системьий взвешивания и дозирования. - М.Sources. 1. Grossman N.Ya., Shnrev G.D. Automation of system weighing and dosing. - M.

Машиностроение, 1988. - 2926. 2. Гаузпер С.И., Кивилис С.С., Осокина А.П., Павловский А.Н.Mashinostroenie, 1988. - 2926. 2. Hauzper S.Y., Kivylis S.S., Osokina A.P., Pavlovsky A.N.

Измерение массь,, обьема, плотности. Из-ство стандартов - М., 1982. - 5206.Measurement of mass, volume, density. Iz-stvo standartov - M., 1982. - 5206.

З. Кухлинг Х. Справочник по физике - М., 1984. - 360с.Z. Kuhling H. Handbook of physics - M., 1984. - 360p.

е і «АЙ пити шеe and "AY drink she."

Ян. шр-5Ian shr-5

Генератор високої Підсилювач частоти 4Generator high frequency amplifier 4

Обчислювач Модуль швидкості управління ультразвуку 6Calculator Ultrasonic control speed module 6

Вимірювач |! обтелоні| ГЗеоняте температури густини "модуль ї 8 ;Meter |! obteloni| GZeonate temperature density "module 8;

ОбчислювачCalculator

Обчислювач об'єму маси 10 11Mass volume calculator 10 11

ІндикаторIndicator

Фіг.1Fig.1

Claims

A device for weighing liquid and bulk substances, which contains a series-connected high-frequency generator, an acoustic emitter-receiver, which is distinguished by the fact that an amplifier, a control module, an ultrasound speed calculator, a density calculator, a temperature meter, a memory module, a calculator are additionally introduced volume, mass calculator and indicator, and the output of the high-frequency generator is connected to the input of the acoustic emitter-receiver and to the second inputs of the amplifier and the ultrasound velocity calculator, the output of the acoustic emitter-receiver is connected to the first input of the amplifier, the output of which is connected to the first input the ultrasound velocity calculator, the output of which is connected to the first input of the density calculator, the third and fourth inputs of which are respectively connected to the outputs of the temperature meter and the memory module, and the output of the density calculator is connected to the first input of the volume calculator, the output of which is connected to the first the input of the mass calculator and, the output of which is connected to the input of the indicator, the first output of the control module is connected to the third input of the ultrasound speed calculator, the second output of the control module is connected to the input of the memory module and to the second input of the density calculator, the third and fourth outputs of the control module are respectively connected to the second inputs of the volume calculator and the mass calculator.