Акустическое устройство для измерения параметров жидкостей под давлением

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения плотности и сдвиговой вязкости в компонентах расслаивающихся жидких систем под давлением Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения не только сдвиговой вязкости, но и плотности жидкостей Устройство снабжено двумя разнесенными по высоте камеры 1 высокого давления электроакустическими трактами и шарообразным элементом 4, размещенным внутри камеры 1 с возможностью перемещения с помощью соленоида 5, электронным блоком для измерения напряжения, подаваемого на соленоид 5 в моменты пересечения элементом 4 осей электроакустических трактов, и времен пролета элемента 4 через сечения акустических трактов при свободном падении По измеренным величинам судят о плотности контролируемой среды и ее сдвиговой вязкости в двух разнесенных по высоте областях расслаивающейся смеси жидкостей. 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з1)5 601 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :" - - с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764041/28 (22) 05.12.89 (46) 15.12.91. Бюл. ¹ 46 (71) Московский институт приборостроения (72) Г.И.Максимочкин, Ю.М.Юдин, С.И.Дергунов и В,Ф.Королев (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1619139, кл. G 01 N 29/00, 1989; (54) АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ

ПОД ДАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для . измерения плотности и сдвигавой вязкости в компонентах расслаивающихся жидких систем под давлением. Цель изобретения— расширение функциональных воэможноИзобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения плотности и сдвиговой вязкости в компонентах расслаивающихся жидких систем под давлением.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей измерения не только сдвиговой вязкости, но и плотности жидкостей.

На фиг.1 представлена блок-схема акустического устройства для измерения параметров жидкостей под давлением; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Акустическое устройство для измерения свойств жидкостей под давлением содер-. жит камеру 1 высокого давления, вмонтированный в стенку камеры 1 приемный,5U 1698743 Al стей за счет измерения не только сдвиговой вязкости, но и плотности жидкостей. Устройство снабжено двумя разнесенными по высоте камеры 1 высокого давления электроакустическими трактами и шарообразным элементом 4, размещенным внутри камеры 1 с возможностью перемещения с помощью соленоида 5,, электрон н ым блоком для измерения напряжения, подаваемого на соленоид 5 в моменты пересечения элементом 4 осей электроакустических трактов, и времен пролета элемента 4 через сечения акустических трактов при свободном падении. По измеренным величинам судя"г о плотности контролируемой среды и ее сдвиговой вязкости в двух разнесенных по высоте областях расслаивающейся смеси жидкостей, 2 ил. пьезопреобразователь 2 и подключенный к выходу последнего усилитель 3, размещенный в камере 1 шарообразный элемент 4 из ферромагнитного материала, соленоид 5, установленный на внешней стенке камеры

1 высокого давления, генератор 6 запускающих импульсов, измеритель 7 интервалов @ времени, второй приемный пьезопреобразователь 8 и два излучающих пьезопреобразователя 9, 10, подключенный ко входам последних генератор 11 зондирующих импульсов, подключенные к выходу усилителя

3 последовательно соединенные детектор

12, блок 13 дифференцирования, компаратор 14 и вольтметр 15, подключенные к выходу второго приемного пьезопреобразователя 8 последовательно соединенные второй усилитель 16, вторые детектор 17, блок

18 ДифференцAраваHия, к

PQJlbTM8Tp 20, третий и .!етвеатыЙ KQMQBpBторы 21, 22, второй изь!Вритель 23 vIIITGpBBлов BpGMGI- четь! рех канал ьн ы Й реГистpBTQp 24 vi подкпюченны8 K Выходу генератора 6 запускающих импульсов последовательно соединенные генератор 25 пилообразного напоях<ения и формирователь 26 импульсов, выход которого подключен ка входу запуска первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени, выходы первого и второго детекторов 12, 17 подкл)ачены ка ВхоДам сООтветстьенно третьего и четвертого компараторав 21, 22, а выходы последних — к информационным входам соответственна первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени, Выход генератора 25 пигаабразного напряжения подключен к соленоиду 5 и ко входам запуска первагО и втааОГО вальтметаОВ 15, 20, информационные Выходы и Выходы управления (Выходы "конец измерений" ) первого Iil BTQpQ! o вольт 48TpQR 15, 20 N первого и Второго измерлтепей интервалов времени

7 и 23 подкл!ачены к cQQTBGTOTBófoLfffëf! входам регистратора 24, излучающий и приемные пьезопреобразователи 9,10 и 2,8 уста!!Овлены на боковых стенках камеры 1 высокого давпен ля, образуя два электроакустических тракта, разнесенных по BblcQTG камеры i, а подвижный элемент4 размещен в камере 1 с возможностью перемещения по оси камеры, Кроме того, устролство содержит направляющу!о 27, которая может быть установлена внутри камерь! для обеспеченля бол88 тОчнОГО Г!ерем8гцения подвижноГО элемента по Оси KBMGpb! пример ВыпОлнения два жепабообразных ограничителя перемещений подвижного элемента, установленных с зазором, обеспечивающие возможность перемешенля между ними подвижного элемента вдоль аси камеры; аси

28 и 29 эпектроакустических трактов. Камера 1 высокого давления мажет быть выполнена в виде системы поршень-цилиндр, в

KQTopQA функции цилиндра Выполняют стенки камеры, а поашень 30 установлен В ципичдре через посредство уплатнитепя 31.

Для создания давления в KBMGp8 приклады

Вают вертикальную сжимаю!цу!о наГрузку к

ОснОВанию KBMGpbl 1 и утолщению flQpL!HII

32. устройства работает следующим абра

ЗОМ.

Исследуемую расслаиваюшуюся смесь

«кидкастей залива!От В «BMGQ $1 Высокого давления и сазДают тОебуемае !!авление,, наприм8р, с помощью паашня 30. 9 ВеличиН8 дОстиГнутаГО давления можно гуди Гь па

10 величине прикладываемой к основанию 32 поршня сжимающей силы. В исходном положении подвижный элемент 4 находится в крайнем нижнем положении, С помощью генератора 6 вырабатывают запускающий импульс (фиг.2а), по которому генератор 25 пилообразного напряжения вырабатывает возрастающее линейно са временем напряжение, поступающее на соленоид 5 и входы первого и второго вольтметров 15, 20. Подвижный элемент 4 под делствием магнитного поля соленоида 5 перемещается в крайнее верхнее положение.

Генератор 11 зондирующих импульсов вырабатываетимпульсные сигналы, которыми возбуждаются излучающие преобразаватели 9,10. Излучаемые ими акустические сигналы проходят через исследуемую среду и принимаются соответственно приемными

20 пьезопреобразователями 2 и 8. Импульсные электрические сигналы с выходов последних усиливаются усилителями 3,16 и поступают на входы детекторов 12, 17. Постоянная интегрирования детекторов устанавливается такой, чтобы обеспечить постоянный уровень сигнала на выходе детектора при наличил зондирующих акустических сигналов, проходящих через исследуемую среду (фиг,2 в,f).

При достижении подвижного элемента

4 оси 28 нижнего электраакустического тракта вследствие уменьшения акустического сигнала, принимаемого приемным пьезопреобразователем 2, сигнал на выходе первого детектора 12 уменьшается, проходя через экстремум. В момент прохода

Н8рех экстремум на выходе первого блока дифференцирования получают нулевой потенциал, а на выходе первого компаратора формируется короткий импульс, поступающий на вход запуска вольтметра t5. Текущее значение напряжения (фиг.2б), поступающее в данный момент на соленоид

5, измеряется первым вольтметром 15. Па окончании измерения на его управляющем выходе формируется сигнал "Конец измерения", па которому результат измерения регистрируется регистратором 24 по первому каналу илл заносится в его буферный регистр для последующего Вывода (в зависимости от конструкции используемого регистратора)., С дальнейшим ростом напряжения, подаваемого на соленоид, подвижный элемент 4 поднимается выше и перекрывает прохождение акустических импульсов, по верхнему электроакустическому тракту 29, чта прлводит к уменьшению сигнала на выходе второго детектора 18; в момент достижения. экстремума на выходе блока 18

1698743

20

35

50 удерживаемый магнитным полем соленои- 55 да 31, действуют выталкивающая сила, пря-, мд пропорциональная плотности жидкости (искомый параметр), и сила тяжести элемента. В условиях равновесия подвижного эледифференцирования получают нулевое значение потенциала и срабатывает второй компаратор нулевого уровня. На его выходе получают импульс (фиг.2е), по которому второй вольтметр 20 измеряет текущее значение напряжения на выходе генератора 25 пилообразного напряжения, которое поступает на второй канал регистратора 24 по команде "Конец измерения" с управляющего выхода второго вольтметра 20.

По завершении работы генератора 25 пилообразного напряжения по заднему фронту его сигнала срабатывает формирователь 2б импульсов, который запускает измерители 7 и 23 интервалов времени, которые переходят в режим готовности для измерений интервала времени по переднему и заднему фронтам импульса. Подвижный элемент 4 начинает свободное падение в исследуемой среде, пересекая последовательно оси электроакустических трактов 29 и 28, В моменты пересечений на выходах первого и второго детекторов 12 и 17 получают вторые выбросы потенциала в сторону уменьшения (фиг.2 в, г), длительность которых измеряется с помощью третьего и четвертого кампараторов 21, 22 и первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени. Величины t> и tz длительностей указанных сигналов, получаемые на выходах третьего и четвертого компараторов 21, 22 (фиг. 2 е, ж) регистрируются по третьему и чет вертому каналам регистратора 24 (заносятся в соответствующие буферные регистры), после чего результаты всех измерений выводятся на цифропечатающее устройство регистратора 24 или на внешнее устройство (не показано) для дальнейшей обработки полученных данных.

Измеренные величины напряжений 0 и Uz и значений интервалов времени т> и tz определяют значения плотности.и сдвиговой вязкости исследуемых компонент расслаивающейся смеси в нижней и верхней частях камеры высокого давления. Конкретная связь непосредственно измеряемых и искомых величин определяется предварительной градуировкой устройства с использованием среды с известной плотностью и сдвиговой вязкостью и их зависимости от давления.

Можно дать следующее краткое обоснование алгоритма работы устройства.

На подвижный сферический элемент 4, мента сумма всех сил равна нулю и имеется однозначная связь между искомой плотностью жидкости и силой, действующей на сферический элемент 4 со стороны соленоида 31, т.е, с напряжением, подаваемым в данный. момент на соленоид, Конкретная взаимосвязь указанных величин определяется градуировкой.

При падении сферического элемента

0 вниз скорость его падения однозначно определяется его диаметром, массой и искомой сдвиговой вязкостью жидкости, которая может быть определена по измеренной скорости падения элемента или времени пролета им фиксированного расстояния (сечения акустического тракта).

Взаимосвязь измеряемого времени пролета т, т с вязкостью компонент расслаиваю щейся смеси определяется градуировкай, Предлагаемое устройство обеспечивает возможность измерять плотность и сдвиговую вязкость как однородных жидких сред, так и отдельно в компонентах расслаиваю-. щейся жидкой смеси в зависимости от дав5 ления. Все измерения могут быть проведены за один цикл измерения, включающий подъем сферического элемента внутри камеры высокого давления вверх и его свободное падение в исследуемой жидкости.

В качестве измерителей интервалов времени могут быть использованы частотомеры ЧЗ-34 А, работающие в режиме измерения интервала времени с запуском от переднего. и остановкой по заднему фронту импульса, в качестве вольтметров — любой цифровой вольтметр с подходящим диапазоном измерений, в качестве регистратора

24 может использоваться, например, транскриптор Ф5033 с цифропечатающим устройством ЭУМ-23Д или любой другой регистратор с четырьмя буферными запоминающими блоками на входе. В качестве нагружающего механизма, создающего усилие сжатия в камере высокого давления, может использоваться пресс гидравлический, например типа ГГПР.

Формула изобретения

Акустическое устройство для измерения параметров жидкостей под давлением, содержащее камеру высокого давления, размещенный в ней шарообразный элемент из ферромагнитного материала, соленоид, установленный на внешней стенке камеры высокого давления, вмонтированный в стенку камеры высокого давления первый приемный пьезопреобразователь, подключенный к его выходу первый усилитель, генератор запускающих импульсов и последовательно соединенные первый измеритель временных интервалов и регист1698743 ратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью следовательно соединенными четвертым расширения функциональных возможно- - компаратором, вход которого подключен к стей путем измерения не только сдвиговой выходу второго детектора, и вторым измевяэкости, но и плотности жидкостей, она рителем временных интервалов, выход коснабжено последовательно соединенными 5 торого связан с регистратором, последовапервым детектором, вход которого связан с тельно соединенными генератором пилообвыходомпервогоусилителя,блокомдиффе- разного напряжения, вход которого под-. ренцирования, компаратором и вольтмет- ключен к выходу генератора запускающих ром, выход которого подключен к регистра- импульсов, и формирователем импульсов тору, последовательно соединенными вто- 10 сброса. выход которого связан с управляюрыми приемным преобразователем, уста- щимивходамиизмерителейвременногоинновленным в стенке камеры высокого тервала, генератором зондирующих давления на расстоянии вдоль ее оси от импульсов и подключенными к нему двумя первого приемного пьезопреобразователя, излучающими пьезопреобразователями, усилителем, детектором, блоком дифферен- 15 вмонтированными в стенку камеры высокоцирования, компаратором и вольтметром, ro давления так, что акустические оси пьевыход которого подключен к регистратору, зопреобраэователей пересечены .с осью третьим компаратором, включенным между камеры, а выход генератора пилообразного выходом первого детектора и входом перво- напряжения подключен к солеиноиду и инго измерителя временных интервалов, по- 20 формационным входам вольтметра.

1698743

Составитель Л.Кондрыкинская

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор А.Долинич

Заказ 4390 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101