Ультразвуковой датчик грязи (удг) (варианты)



Ультразвуковой датчик грязи (удг) (варианты)
Ультразвуковой датчик грязи (удг) (варианты)

 


Владельцы патента RU 2552751:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (RU)

Использование: для контроля и измерения уровня загрязнения воды. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой датчик грязи (УДГ) содержит металлический нержавеющий фланец с отверстиями и приспособлениями для герметичного крепления к стенке резервуара, на фланце закреплен водонепроницаемый электронный блок с ультразвуковыми приемниками и ультразвуковыми излучателями, соединенными герметично проложенными проводниками внутри направляющих измерительного и опорного каналов, и сосуд (стакан) опорного канала, выполненный из тонкого нержавеющего металла, при этом сосуд (стакан) опорного канала заполняется чистой дистиллированной водой только один раз на предприятии-изготовителе и герметично запаивается. Технический результат: упрощение в обслуживании, повышение надежности, безопасности работы датчика, повышение точности измерений загрязнения воды и расширение области применения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение “ультразвуковой датчик грязи (УДГ) (варианты)” относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и измерения уровня загрязнения воды, применяется в установках для очистки воды от различных примесей, в том числе мелких песчинок.

Известны датчики, принцип действия которых основан на взаимодействии электромагнитных колебаний с контролируемой средой и измерении электрического параметра, функционально связанного с физико-химическим свойством среды, находящейся в месте расположения датчика (РФ, заявка на изобретение №99124836 «Способ для измерения уровня и/или границы раздела жидких сред в резервуарах»; РФ, заявка на изобретение №99104084 «Способ измерения уровня и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий в резервуарах»; РФ, патент №2321831 «Датчик контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукта»).

В известных датчиках имеются следующие недостатки: применение резьбовых креплений, что влечет сложности в обслуживании и надежности, а также применение тока с определенной частотой и напряжением влечет к взрывоопасности и ограничению области применения.

Цель изобретения - упрощение в обслуживании, повышение надежности, безопасности работы датчика, повышение точности измерений загрязнения воды и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой датчик грязи (УДГ) содержит металлический нержавеющий фланец с отверстиями и приспособлениями для герметичного крепления к стенке резервуара; на фланце закреплен водонепроницаемый электронный блок с соединенными герметично проложенными проводниками ультразвуковыми приемниками и ультразвуковыми излучателями, направляющие измерительного канала и сосуд (стакан) опорного канала, выполненный из тонкого нержавеющего металла. Нет необходимости многократно заполнять сосуд (стакан) опорного канала чистой дистиллированной водой, так как настройка производится только один раз на предприятии-изготовителе. С электронным блоком соединены герметично проложенными проводниками ультразвуковые приемники и ультразвуковые излучатели в виде пьезокерамических шайб диаметром ~10÷18 мм и толщиной ~1.5÷3 мм. Для герметизации пьезокерамики применяются силкаст или полиуретан. Электронный блок постоянно фиксирует скорость прохождения, амплитуду и фазу ультразвуковых импульсов в контролируемой среде. Датчик не содержит резьбовых соединений.

Крепление направляющих измерительного канала осуществляется с помощью клепки, вальцовки, тонкой сварки; ультразвуковые преобразователи приклеиваются специальным токопроводящим клеем. Все узлы креплений герметизированы бензостойкой резиной (силкаст или полиуретан, уплотнительные кольца), поэтому вибрации и агрессивная среда не оказывают существенного влияния на результат. При установке на судах качка корабля компенсируется программно с помощью микросхемы - инклинометра, входящей в состав электронного блока.

Работой ультразвукового датчика грязи (УДГ) управляет электронный блок на базе микропроцессора (фиг. 1). Микропроцессор, порты ввода цифровых и аналоговых сигналов, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи опционально входят в микросхему, называемую микроконвертором, а согласующее устройство содержит компенсатор реактивной составляющей преобразователя (дроссель или конденсатор) и согласователь импедансов (трансформатор). Для увеличения отношения сигнал/помеха в состав электронного блока входит преселектор - предварительный усилитель сигналов с функцией полосовой фильтрации.

Принцип действия датчика грязи основан на измерении параметров ультразвукового сигнала, прошедшего исследуемую жидкость, и сравнении полученных параметров с параметрами образцового сигнала, соответствующего чистой воде. Фрагменты загрязнений изменяют плотность воды, что влияет на скорость и затухание звука в ней. Скорость звука зависит также от температуры среды, что необходимо учитывать. В программе микропроцессора заложены три различных способа обнаружения загрязнений:

1) Измерение скорости звука.

Модуль синхронизации контроллера вырабатывает команды для излучения в измерительном канале ультразвуковых импульсов заданной длительности, частоты заполнения и частоты следования. Излученные импульсы достигают ультразвукового приемника, преобразуются в электрический сигнал и попадают в канал измерения скорости звука контроллера электронного блока. Корреляционным способом микропроцессор вычисляет время прохождения сигнала между излучателем и приемником. Затем вычисляется скорость звука, так как расстояние между излучателем и приемником известно и предварительно занесено в память контроллера. Процедура повторяется многократно, а результаты усредняются, что повышает точность измерений.

Далее посредством канала измерения температуры определяется текущее значение температуры среды. Из банка данных эталонных скоростей звука выбирается соответствующая текущему значению температуры скорость звука в чистой воде и сравнивается со скоростью, полученной в измерительном канале. Результат сравнивается с величиной допустимого значения из банка пороговых значений уровня загрязнения. Если порог превышен, модуль принятия решений микропроцессора вырабатывает соответствующее сообщение и выдает его на пульт оператора и исполнительное устройство. Эталонные значения скоростей звука могут быть взяты и из модуля измерения скорости звука в опорном канале, так как конструкция датчика предполагает герметизацию контейнера для образца воды (сосуд (стакан) опорного канала) и быстрого выравнивания температуры этой воды с внешней средой. Банк данных эталонных скоростей звука заполняется во время калибровки устройства следующим образом: рабочая часть измерителя погружается в сосуд с чистой холодной водой (сосуд (стакан) опорного канала), с пульта оператора запускается модуль калибровки микропроцессора, после чего включается медленный подогрев воды; при достижении заданных значений температуры прибор автоматически измеряет текущее значение звука и заносит его в банк данных.

Данный способ не чувствителен к наличию загрязнений на рабочей поверхности ультразвуковых преобразователей, так как работа ведется на прямом сигнале, и применим для обнаружения мелкодисперсных однородных загрязнений.

2) Измерение затухания звука.

В алгоритмическом плане этот способ полностью аналогичен первому, но основывается на измерении колебаний уровня сигнала при прохождении им интервала между излучателем и приемником измерительного канала. Это измерение может обуславливаться как затуханием, так и отклонением ультразвукового импульса при прохождении через сгустки неоднородной среды.

Данный способ более эффективен в кратковременном плане, а в долговременном - возможно налипание грязи на рабочие поверхности, что требует периодической очистки поверхностей преобразователей и повторной калибровки датчика. В ультразвуковом датчике грязи (УДГ) предусмотрена такая очистка, за которую отвечает модуль очистки микропроцессора. Модуль очистки направляет на преобразователи мощный сигнал, разрушающий отложения; одновременно включается насос, смывающий отложения.

3) Измерение интерференции сигнала.

В отличие от предыдущих в этом способе используется не импульсный сигнал, а тональный сигнал, который многократно переотражается от стенок резервуара и попадает на поверхность приемника с разных направлений. Проходя разные расстояния в каждом из направлений, сигналы складываются на приемнике в разных фазах и интерферируют. Если частота сигнала, размеры емкости и параметры среды не меняются, то в исследуемом объеме образуются стоячие волны и интерференционная картина «застывает», то есть сигнал на выходе приемника звука не меняется. Изменение любого из перечисленных параметров влечет за собой изменение фазы сигнала на выходе приемника.

Таким образом, при этом способе контролируется не участок между приемником и излучателем, а объем резервуара, при этом приемник не должен располагаться в луче излучателя, а приемников может быть несколько для повышения точности измерения.

Измерение скорости звука и измерение затухания звука может проходить одновременно.

На фиг. 2 представлена конструкция ультразвукового датчика грязи (УДГ). Датчик содержит нержавеющий фланец (2) с отверстиями и приспособлениями для герметичного крепления к стенке резервуара; на фланце закреплен водонепроницаемый электронный блок (3) с соединенными герметично проложенными проводниками ультразвуковыми приемниками (6) и ультразвуковыми излучателями (7), направляющие измерительного канала (4) и сосуд (стакан) опорного канала (5), выполненный из тонкого нержавеющего металла. Кабель с помощью сальника входит в электронный блок (1).

Изобретение обеспечивает четкий, надежный и безопасный контроль загрязнения воды с помощью ультразвука.

1. Ультразвуковой датчик грязи (УДГ) содержит металлический нержавеющий фланец с отверстиями и приспособлениями для герметичного крепления к стенке резервуара, на фланце закреплен водонепроницаемый электронный блок с ультразвуковыми приемниками и ультразвуковыми излучателями, соединенными герметично проложенными проводниками внутри направляющих измерительного и опорного каналов, и сосуд (стакан) опорного канала, выполненный из тонкого нержавеющего металла, отличающийся тем, что сосуд (стакан) опорного канала заполняется чистой дистиллированной водой только один раз на предприятии-изготовителе и герметично запаивается.

2. Ультразвуковой датчик грязи (УДГ) по п. 1 отличается тем, что все узлы креплений загерметизированы бензостойкой резиной - силкастом или полиуретаном.

3. Ультразвуковой датчик грязи (УДГ) по п. 1 отличается тем, что его чувствительные элементы, контактирующие с контролируемой жидкостью, имеют нулевой электрический потенциал.

4. Ультразвуковой датчик грязи (УДГ) по п. 1 отличается тем, что функционирует на основе работы электронного блока на базе микропроцессора, причем в программе микропроцессора изначально заложены различные способы обнаружения загрязнений: измерение скорости звука, измерение затухания звука и измерение фазы звукового сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для физико-химического анализа жидких и газообразных сред. Достигаемый технический результат - повышение избирательности мод колебаний при увеличении числа датчиков возбуждаемых мод.

Изобретение относится к области физической акустики и предназначено для изучения акустических свойств жидкостей, таких как морская вода и различные технические жидкости.

Использование: для измерения продольного и сдвигового импендансов жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвукового преобразователя возбуждают в двух тонких волноводах различные нулевые моды нормальных волн, измеряют коэффициенты затухания каждого типа волны в волноводах и рассчитывают продольный и сдвиговый импедансы исследуемой жидкости, при этом волноводы акустического блока изготавливают в виде тонких полос различной толщины, возбуждают в них нулевую моду волны Лэмба, калибруют акустический блок путем последовательного измерения в обоих волноводах коэффициентов затухания нулевой моды волны Лэмба при их последовательном погружении в две жидкости с известными продольным и сдвиговым импедансами, из полученных уравнений рассчитывают коэффициенты, связывающие импедансы жидкости с коэффициентом поглощения волны Лэмба в волноводах, затем погружают волноводы в исследуемую жидкость, измеряют коэффициенты затухания нулевой моды волны Лэмба в обоих волноводах и с помощью найденных численных значений коэффициентов по известным соотношениям рассчитывают продольный и сдвиговый импедансы исследуемой жидкости.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам измерения влажности нефти без предварительной сепарации газа из продукции скважины. В процессе проведения экспериментальных работ находится зависимость средней абсолютной погрешности проверочных точек от средней абсолютной погрешности экспериментальных точек обучающей выборки.

Использование: для одновременного определения обводненности и газосодержания в нефте-водогазовой смеси. Сущность изобретения заключается в том, что определяют скорость звука в среде, причем при определении скорости звука раздельно определяют групповую и фазовую скорости, по групповой и/или фазовой скорости определяют обводненность, а по разности групповой и фазовой скорости определяют газосодержание.

Использование: для обнаружения газовых пустот в жидкости, протекающей по трубе. Сущность изобретения заключается в том, что размещают первый преобразователь с внешней стороны на верхней части трубы и второй преобразователь с внешней стороны на нижней части трубы по существу под первым преобразователем, причем ультразвуковая энергия проходит по поперечной траектории между первым и вторым преобразователями, при этом обеспечивают посредством мультиплексора и контроллера генерирование передач ультразвуковых сигналов первым ультразвуковым преобразователем, размещенным на верхней части трубы с внешней стороны, и вторым ультразвуковым преобразователем, размещенным на нижней части трубы с внешней стороны по существу под первым преобразователем, причем эти передачи происходят последовательно следующим образом: передача от первого преобразователя второму преобразователю, причем если передача принята вторым преобразователем, что определено посредством приемника и контроллера, то пустоты нет, а если передача от первого преобразователя не принята вторым преобразователем, то пустота имеется; и передача от второго преобразователя, которая отражена или от верхней стенки трубы, если пустоты нет, или от поверхности жидкости, если пустота имеется, с возвращением к второму преобразователю.

Изобретение относится к области исследования состава жидкостей и материалов с содержанием не менее двух компонентов, в частности к способам определения количественного состава многокомпонентных сред.

Описан способ акустического определения изменения состояния потока текучей среды в трубопроводе, снабженном расходомером. Способ включает установку, по меньшей мере, одного акустического датчика в трубопроводе измерительной станции, запись базовой акустической конфигурации с акустического датчика посредством контролируемого пропускания текучей среды через измерительную станцию, при идеальных условиях.

Изобретение относится к технике измерения качественных параметров воздушных и жидких сред и может быть использовано для измерения содержания механических примесей как в жидких, так и в газообразных средах.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проведении физического моделирования процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет-носителей (РН) в условиях малой гравитации с использованием экспериментальных модельных установок в земных условиях, а также и при натурных пусках РН с системами газификации.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема. Технический результат заключается в повышении достоверности способа акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, а также расширении функциональных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тестирования жидкости, используемой как восстановитель, в связи с очисткой выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит датчик (6) температуры и модуль (8) измерения скорости звука. Датчик температуры выполнен с возможностью определения первой температуры T1 для жидкости и подачи на ее основе сигнала (12) температуры в вычислительный модуль (10). Модуль (8) измерения скорости звука выполнен с возможностью определения первой скорости v1 звука для жидкости при температуре T1 и подачи на ее основе сигнала (14) скорости звука в вычислительный модуль (10). Датчик (6) температуры дополнительно выполнен с возможностью определения второй температуры T2 для жидкости. Вычислительный модуль (10) выполнен с возможностью вычисления абсолютного значения разности ΔT температур между T1 и T2 и сравнения ΔT с заданным пороговым значением TTH. Если ΔT превышает TTH , то определяют вторую скорость звука v2 для жидкости при температуре T2. Вычислительный модуль (10) выполнен с возможностью сравнения v1 и v2 с соответствующими первым и вторым эталонными значениями vrefl и vref2 скорости для эталонной жидкости при соответствующих температурах T1 и T2. На основе результата сравнения генерируют индикаторный сигнал. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. Заявлен способ определения теплового потока (dQ/dt), исходящего от теплонесущей текучей среды (12), которая представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред и которая протекает через пространство (11) потока от первого положения, где она имеет первую температуру (Т1), ко второму положению, где она имеет благодаря этому тепловому потоку (dQ/dt) вторую температуру (Т2), которая ниже, чем упомянутая первая температура (Т1). Плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) определяют путем измерения скорости (vs) звука в упомянутой текучей среде, а упомянутые плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) используют для определения теплового потока (dQ/dt). Также предложено устройство для реализации указанного способа, включающее средство для измерения дифференциальной температуры, средство для измерения абсолютной температуры, средство для измерения скорости звука в текучей среде, средство для измерения объемного расхода, а также блок оценки для определения теплового потока на основании полученных данных. Технический результат - повышение точности определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх