Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей

 

Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей предназначено для измерения скорости ультразвука, плотности и изотермической сжимаемости и может быть использовано в молекулярной физике и физической химии для исследования свойств вещества, в химической промьшшенности для контроля технологических процессов с использованием экспресс-анализа. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение производительности контроля за счет уменьшения времени измерений. Генератор синусоидальных сигналов, генератор импульсов и модулятор формируют радиосигнал и возбуждают электроакустический преобразователь. Сигналы с преобразователя проходят через исследуемую жидкость и принимаются вторым электроакустическим преобразователем . Формирователь строба формирует прямоугольный нмпульс, который поступает на управляющий вход временного селектора в момент прихода акустического импульса на преобразователь . Сигнал с временного селектора нормализуется с помощью пикового детектора, фильтра низких частот и амплитудного дискриминатора. Число пульсаций на выходе амплитудного дискриминатора подсчитывается счетчиком и регистрируется регистратором , который запускается ключом с задержкой первой линии задержки. С задержкой второй линии задержки открьгеается второй ключ и снова запускается регистратор и регистрируется значение давления камеры с датчика давления. С задержкой третьей линии задержки откры - вается третий ключ и в регистраторе регистрируется текущее значение . перемещения поршня. При непрерывном плавном повьппении давления регистрируется давление и величина перемещения, которые используются ; для расчета скорости ультразвука, плотности и сжимаемости исследуемой жидкости. Задержка сигналов в линиях задержки меньше общего времени измерений и не влияет на точность измерений. 1 ил. о (Л с ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (i9) SU (II) (51) 4 С О1 N 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3792070/25-28 (22) 20.09.84 (46) 23.04.86.Бюл. Р 15 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) Ю.M.Þäèí, Г.И.11аксимочкин и В.Ф.Ноздрев (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 926590, кл. G 01 Ч 29/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 161526, кл. В 06 В 1/06, 1964. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОНТРОЛЯ IIAPAMETPOB ЖИДКОСТЕЙ, . (57) Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей предназначено для измерения скорости ультразвука, плотности и изотермической сжимаемости и может быть использовано в молекулярной физике и физической химии для исследования свойств вещества, в химической промышленности для контроля технологических процессов с использованием экспресс-анализа. Цель изобретения расширение функциональных возможностей и повышение производительности контроля за счет уменьшения времени измерений. Генератор синусоидальных сигналов, генератор импульсов и модулятор формируют радиосигнал и возбуждают электроакустический преобразователь. Сигналы с преобраэователя проходят через исследуемую жидкость и принимаются вторым электроакустическим преобразователем. Формирователь строба формирует прямоугольный импульс, который поступает на управляющий вход временного селектора в момент прихода акустического импульса на преобразователь. Сигнал с временного селектора нормализуется с помощью пикового детектора, фильтра низких частот и амплитудного дискриминатора. Число пульсаций на выходе амплитудного дискриминатора подсчитывается счета чиком И регистрируется регистратором, который запускается ключом с задержкой первой линии задержки.

С задержкой второй линии задержки открывается второй ключ и снова запускается регистратор и регистрируется значение давления камеры с датчика давления. С задержкой третьей линии задержки откры— вается третий ключ и в регистраторе регистрируется текущее значение перемещения поршня. При непрерывном плавном повышении давления регистрируется давление и величина перемещения, которые используются для расчета скорости ультразвука, плотности и сжимаемости исследуемой жидкости. Задержка сигналов в линиях задержки меньше общего времени измерений и не влияет на точность измерений. 1 ил.

l?26279 эО с5

Изобретение относится к ультразвуковым измерительным устройствам и может быть использовано для контроля параметров жидкостей под давлением: скорости ультразвука, плотности и сжимаемости.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение производительности контроля за счет уменьшения времени иэмерения.

На чертеже изображена блок-схема ультразвукового устройства для контроля параметров жицкостей.

Устройство содержит камеру 1 высокого давления, состоящую из корпуса 2 с первым электроакустическим преобразователем 3 и расположенного в нем поршня 4, последовательно соединенные генератор 5 синусоидальных сигналов и модулятор 6, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем 3, последовательно соединенные приемник 7 и вре» ° менной селектор 8, последовательно соединенные генератор 9 импульсов, выход которого coeäèíåí с управляющим входом модулятора 6, и формирователь 10 строба, выход которого соединен с управляющим входом временного селектора 8, послецовательно соединенные фазовращатель ll, вход которого соединен с выходом генератора 5 синусоидальных сигналов, аттенюатор 12, выход которого соединен с входом приемника 7 и счетчик 13.

Кроме того, устройство содержит акустически связанные толкатель 14 поршня 4 и второй электроакустический преобразователь 15> соединенные с входом приемника 7 формирователь 16 импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя 10 строба, регистратор 17, три ключа 18 — 20, выходы которых соединены с входом регистратора 17, последовательно соединенные пиковый детектор 21, пер- вый вход которого соединен с выходом временного селектора 8, а второй вход — с выходом формирователя 16 импульсов, фильтр 22 низких частот, амплитудный дискриминатор 23, первую

24, вторую 25 и третью 26 линии задержки, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого 18, второго 19 и третьего 20 ключей, и управляющим входом

4О

45 регистратора 17, датчики давления

27 и перемещения 28, выходы которых с.оединены соответственно с входами второго 19 и третьего 20 ключей.

Выход амплитудного дискриминатора 23 соединен с входом счетчика 13, выхоц которого соединен с входом первого ключа 18. Корпус 2 камеры 1 выполнен в виде стакана, снабженного уплотнением 29 для герметизации зазора 30 между поршнем 4 и корпусом 2. Толкатель 14 и поршень 4 выполнены монолитно и сплошными, слу," жат звукопроводом и предназначены для создания давления в камере l.

Устройство работает следующим образом.

В корпус 2 камеры 1 заливают исследуемую жидкость 31, вводят в корпус 2 поршень 4 так, чтобы в пространство под поршнем 4 не попал воздух. Устанавливают поршень 4 соосно корпусу 2, после чего герметиэируют зазор 30 между корпусом 2 и поршнем 4 с помощью уплотнения 29, которое может быть выполнено из набора латунных и фторопластовых колец, сжимаемых ввинчивающейся в корпус 2 гайкой (Hp показана).

Камера 1 устанавливается в гидро- пресс (не показан) с возможностью передачи усилия через толкатель 14 на поршень 4 для создания давления в исследуемой жидкости.

С помощью генератора 5 синусоидальных сигналов, генератора 9 импульсов и модулятора 6 формируют радиосигнал„ который подают на первый электроакустический преобразователь

3. Носледний излучает в исследуемую .жидкость 31 ультразвуковые импульсы, которые проходят через поршень 4, толкатель 14 поршня и воспринимаются вторым электроакустическим преобразователем 15, сигнал с которого поступает на вход приемника 7. На вход последнего подают сигнал с генератора 5 синусоидальных импульсов через фазовращатель 11 и аттенюатор 12.

Устанавливают исходное давление (Р ) и с помощью фазовращателя 11 и аттенюатора 12 добиваются того, чтобы сигналы, поступающие на вход приемника 7, были в противофазе и равны по амплитуле. При этом на выходе приемника 7 в моменты прихода акустических импульсов на второй злектроакустический преобразователь

1226279

15 получают сигнал, близкий по амплитуде к нулю.

Формирователь 10 строба, запускаемый генератором 9 импульсов, Формирует прямоугольный импульс . 5 (строб), который подается на управляющий вход временного селектора 8 в момент прихода акустического импульса на второй электроакустический преобразователь 15. На выходе временного селектора 8 получают сигнал с амплитудой, близкой к нулю.

Счетчик 13 устанавливают в нуль, после чего приступают к измерениям.

С помощью гидропроцесса плавно увеличивают давление в исследуемой жидкости, что приводит к изменению скорости ультразвука (длины волны) в исследуемой жидкости и, следовательно, к изменению фазы сигнала на выходе второго электроакустического преобразователя 15. Это вызывает пульсации амплитуды сигнала на выходе временного селектора 8, сигнал с которого нормализуется с помощью пикового детектора 21, Фильтра 22 низких частот и амплитудного дискрн" минатора 23. Сброс пикового детектора 21 осуществляется формирователем 16 импульсов по переднему фронту сигнала формирователя 10 строба.

Число пульсаций, получаемых на выходе амплитудного дискриминатора

23, подсчитывают счетчиком 13. С приходом каждого очередного импульса на счетчик 13 с задержкой, определяемой первой линией 24 задержки, открывается первый ключ 18 и запускается регистратор 17, Текущее значение счета с выхода счетчика 13 регистрируется регистратором 17.

С задержкой, определяемой второй линией 25 задержки, открывается второй ключ 19 и снова запускается регистратор 17. В результате регистрируется текущее значение P дав45 ления, информация о котором поступает с датчика 27 давления, связанного с камерой 1.

Наконец, с задержкой, определяемой третьей линией 26 задержки от крывается третий ключ 20 и запускается регистратор 17, При этом регистрируется текущее значение Ьк перемещения поршня 4 с толкателем 14 под действием сжимающего усилия. 55

Информация поступает с. выхода датчика 28 перемещения, связанного с камерой 1.

При поступлении очередного импульса на вход счетчика 13 описанный процесс повторяется.

Таким образом, при непрерывном плавном повышении давления получают ряд измеренных значений 1,2,...n u соответствующие им значения Р<, Р,,...,,Р и ьх, ьх,,...ах„. За г и Ф держка сигналов в линиях 24 — 26 задержки много меньше общего времени измерений и не влияет на точность.

Значения искомых параметров жид" кости: скорости ультразвука (С), плотности () сжимаемости (P ), определяются по формулам

L„f, С

L,f

- и- 1 где L =х — 4х — а+ЬР о tl (4) f — частота ультразвука;

Сг и С вЂ” скорость ультразвука при давлении Р„ и исходном давлении Р соответственно;

Е„и Š— высота столба исследуемой жидкости при давлениях P u P соото ветственно;

1 и о — плотность жидкости при р го п давлениях P„ P соответственно; х — показание датчика перео мещения при давлении Р а и Ь вЂ” коэффициенты, значения которых определяют из градуировочных измерений одного из параметров, например f) в жидкости с известной зависимостью р =р (P).

Значение коэффициентов определяют, решая систему уравнений (2) и (4).

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает преимущества, заключающийся в расширении функциональных во1можностей и уменьшении

5 1226 времени измерения. За один цикл увеличения давления в исследуемом интервале давления получают информаицю о зависимости от давления скорости ультразвука, плотности к изотермической сжимаемости.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для 10 контроля параметров жидкостей, содержащее камеру высокого давления, состоящую из корпуса с первым электроакустическим преобразователем и расположенного в нем поршня по- 15 следовательно соединенные генератор синусоидальных сигналов и модулятор, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем, последовательно соединенные 20 приемник и временной селектор, последовательно соединенные генератор импульсов, выход которого соединен с управляющим входом модулятора, и формирователь строба, выход которого 25 соединен с управляющим входом временного селектора, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора синусоидальных сигналов, Ç0 аттенюатор„ выход которого соединен

279 с входом приемника, и счетчик, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и повышения производительности контроля, оно снабжено вторым электроакустическим преобразователем, расположенным на поршне и соединенным с входом приемника, формирователем импульсов, входом подключенным к выходу формирователя строба, регистратором, тремя ключами, выходы которых соединены с входом регистратора, последовательно соединенными пиковым детектором,, первым входом подключенным к выходу временного селектора, вторым входом к выходу формирователя импульсов, фильтром низких частот, амплитудным дискриминатором, первой, второй и третьей линиями задержки, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего ключей, и управляющим входом регистратора, датчиком давления и датчиком перемещения, выходы которых соединены соответственно с входами второго и третьего ключей, выход амплитудного дискриминатора соединен с входом счетчика выход которого соединен с входом первого ключа.

1226279

Составитель Л.Иванов-Шиц

Редактор И.Дербак Техред И.Попович Корректор Л.Патай

Заказ 2122/40 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,r.ужгород,ул.Проектная,4