Ультразвуковой измеритель концентрации растворов

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля концентрации жидкостей и может быть использовано в обогатительной, гидрометаллургической и других отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение точности измерений за счет учета изменения толщины стенки резервуара. Импульс генератора, трансформированный излучающим преобразователем, вводят через звукопровод в стенку резерijyapa с контролируемым раствором, принимают через звукопровод приемным преобразователем,усиливают,преобразуют в пиковом детекторе и блоке логарифмирования . Из блока логарифмирования сигнал поступает на первый вход матора. Одновременно с этим перпендикулярно стенке резервуара вводят другой сигнал,принимают сигнал,пропорциональный временному интервалу, обусловленному текущим значением толщины стенки по сравнению с начальной толпщной. Этот сигнал вырабатывает эхоимпульсный ультразвуковой толщиномер. Сигнал с выхода толщинометра подают на второй вход сумматора. С выхода сумматора сигнал, пропорциональный измеряемой концентрации раствора с учетом изменения толщины стенки, поступает на регистрирующий блок. Шкала регистрирующего блока проградуирована в единицах концентра - ции контролируемого . раствора. 1 ил. (О (Л ю со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 (01 N 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, 3

Ъ i ю

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3798524/25-28 (22) 04.10.84 (46) )5.05.86. Бюл.1(- 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский конструкторский институт Цветметавтоматика (72) И.И.Бражников и Н.С.Шавыкина (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

397814, кл. G 0) N 29/02, 1973. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕИТРАЦИИ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля концентрации жидкостей и может быть использовано в обогатительной, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет учета изменения толщины стенки резервуара.

Импульс генератора, трансформированный излучающим преобразователем, вводят через звукопровод в стенку резернуара с контролируемым раствором, принимают через звукопровод приемным преобразователем, усиливают,преобразуют в пиковом детекторе и блоке логарифмирования. Из блока ло гарифмирования сигнал поступает на первый вход сумматора. Одновременно с этим перпендикулярно стенке резервуара вводят другой сигнал, принимают сигнал, пропорциональный временному интервалу, обусловленному текущим значением толщины стенки по сравнению с начальной толщиной.

Этот сигнал вырабатывает эхоимпульсный ультразвуковой толщиномер. Сигнал с выхода толщинометра подают на второй вход сумматора. С выхода сумматора сигнал, пропорциональный измеряемой концентрации раствора с учетом изменения толщины стенки, поступает на регистрирующий блок. Шкала регистрирующего блока проградуирована в единицах концентра— ции контролируемого . раствора.1 ил.

12.1!453

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля концентрации и состава жидкостей,, например водных растворов солей, кислот, щелочей, и может быть использовано в гидрометаллургической, обогатительной и других отраслях промышленности, Целью изобретения является повыпение точности измерений растворов за счет учета изменения толщины стенки резервуара.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов содержит генератор 1 импульсов, излучатель 2 с лреломляющим звукопроводом 3, который установлен на внешней стенке 4 резервуара.

В резервуаре находится контролируемый раствор 5. На расстоянии от излучателя 2 на внешней поверхности стенки резервуара расположен приемник 6 с преломляющим звукопроводом 7. Измеритель содержит также усилитель 8, пиковый детектор 9, блок 10 логарифмирования, соединенный с входом сумматора 11, выход которого соединен с входом регистрирующего блока )2, эхоимпульсный ультразвуковой толщиномер

13, имеющий преобразователь, установленный на внешней поверхности стенки резервуара и подсоединенный своим выходом к второму входу сумматора 11.

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов работает следующим образом.

Электрический импульс гененаратора 1 воздействует на излучатель 2.

Импульсная ультразвуковая волна этого излучателя вводится через звукопровод Знаклонно к поверхности стенки 4 резервуара, где находится контролируемый химический раствор 5, и возбуждает в стенке волну Пэмба. Эта волна, проходя внутри стенки вдоль ее поверхности, испытывает затухание„. зависящеее от концентрации q раствора 5.

После прохождения по стенке волна, достигнув второго преломляющего эвукопровода 7, трансформируется в нем в продольную импульсную волну, поступающую в приемник 6.

Для электрического сигнала прием— ника волны, установленного на наклонном звукопроводе 7, имеет место следующая зависимость от изменения концентрации лс) при постоянной толщине с1, стенки 4 резервуара:

1),— )1 (1) 4q == q — q где U амплитуда сигнала лри текущем значении концентрации q амплитуда сигнала при начальном значении концентрации «, и начальной толщине стенки d, коэффициент пропорциональности, зависящий от вида химраствора и параметров акустического тракта.

1о )0

1)=U (1- К--) 1 о Д

25 о

«d = d - «), (2) где Й вЂ” текущее значение толщины стенки резервуара;

К вЂ” безразмерный коэффициент пропорциональности.

Электрический сигнал приемника б через усилитель 8 поступает в пиковый детектор 9, вырабатывающий аналоговый сигнал, амплитуда Е которого пропорциональна амплитуде сигнала приемника (3) Е = Ь«Б, 40 где b — постоянный коэффициент.

Этот аналоговый сигнал поступает в б,пок 10 логарифмирования, где он сравнивается с опорным аналоговым сигналом. Амплитуда Ео опорного сигнала (после ранее проведенного измерения амплитуды U сигнала приемника при начальных значениях толщины d стенки и концентрации q раствора) о имеет значение

% (4) )» = b,U

В результате сравнения блок 10 вырабатывает выходной сигнал с амп55 литудой, пропорциональной логарифму сравниваемых величин

)«: :=К 1М «К 1ь

Ео Uî

Е U 9 (5) При изменении толщины d стенки в

20 процессе эксплуатации относительно начальной толщины d, принятый сигнал имеет следующую зависимость от ))d и ) (123I453 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, имеющий размерность аналогового сигнала.

Как следует из выражений (2) и (5), выходной сигнал блока 1О зави- 5 сит и от измеряемой величины до и от уменьшения толщины d стенки резервуара.

Исключение зависимости контроля концентрации q от уменьшения толщины стенки производится в сумматоре 11 на один из входов которого поступает сигнал блока логарифмирования.

Это достигается следующим образом ° 15

Ультразвуковой преобразователь эхоимпульсного ультразвукового толщиномера 13 имеет резонансную частоту, на порядок большую частоты излучателя 2 и приемника 6 в тракте 20 распространения волны Лэмба. Преобразователь возбуждается коротким импульсом, вырабатываемым в блоке измерения отклонения толщины d стенки от начального ее значения d, и через звукопровод (не показан) излучает дополнительную высокочастотную ультразвуковуюимпульсную волну по нормали к поверхности стенки 4 резервуара. 30

Эта импульсная волна частично отражается от стенки 4 и частично проникает в нее.

Отраженная от внешней поверхности стенки ультразвуковая импульсная вол- З5 на достигает преобразователя толщиномера 13, который вырабатывает из нее первый электрический эхосигнал.

Частично вошедшая по нормали в стенку 4 импульсная волна достигает щ внутренней поверхности стенки и," отразившись от этой поверхности, распространяется через стенку обратно к преобразователю толщиномера 13, Ко торый формирует второй электрический эхосигнал.

Интервал времени с между этими эхосигналами составляет величину

2d с = — ) с 50 где с — скорость ультразвуковой продольной волны в материале стенки резервуара.

В толщиномере 13 измеряется интервал с между принятыми эхоимпульсами и его абсолютное изменение д ь относительно первоначального значения с,, которое предварительно определяют при начальном значении d толщины стенки. Сформированный аналоговый электрический сигнал по амплиту †де пропорционален уменьшению д . временного интервала с относительно его начального (при толщине Й, ) значения дт.

Eã (8) со

Блок 11 вырабатывает выходной сигнал, равный сумме поступающих на его входы аналоговых сигналов.

Выходной сигнал сумматора ll который пропорционален измеряемой величине дс1 и не зависит от уменьшения толщины стенки 1с1 (9) Е = Кйс1, поступает на регистрирующий блок 12, шкала которого градуирована в единицах концентрации q контролируемого раствора.

Применение устройства позволяет повысить точность измерения за счет обеспечения корректировки показаний на величину влияния изменения толщины стенки резервуара, имеющего место при ведении технологического процесса.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов, содержащий генератор импульсов, последовательно электроакустически соединенные излучатель и приемник волны Лэмба в стенке резервуара с контролируемым раство-. ром, усилитель, пиковый детектор и регистрирующий блок, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыС -C, Д

E = К -- — — = К-- (У)

2 2 2л о о где К вЂ” коэффициент пропорциональности, имеющий размерность аналогового сигнала, поделенного на размерность времени.

Величину этого коэффициента пропорциональности устанавливают такой, чтобы обеспечивалось исключение влияния зависимости (2) сигнала от изменения д d на изменение g q.

Тогда аналоговый сигнал, поступаюший на второй вход сумматора II будет иметь амплитуду

123)453

Составитель Б . Бычков

Редактор А.Гулько Техред Л.Олейник Корректор Г. Решетник

Заказ 2560/50

Тираж 778 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1роизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4 шения точности, он снабжен последовательно соединенными эхоимпульсным ультразвуковым толщиномером H сумматором, подключенным выходом к регис-. трирующему блоку, блоком логарифмирования, входом подключенным к пиковому детектору, а выходом — к второму входу сумматора.