Ультразвуковой плотномер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпик о>864109 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл З (22) Заявлено 110380 (2l) 2891782/18-25 с присоединением заявкм ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 150981

G N 29/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н отк рытий (53) УДК 548 ° 137 (088.8) П. †.В.П.Милюс и В.A. СукацкАс

) " ., .ь,::,:,, Каунасский политехнический ин титуд „-., „;.

"п (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ. ПЛОТНОМЕР

Изобретение относится к ультразвуЙовой контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известен амплитудно-временной велосимметрический измеритель плотности среды, содержащий импульсный измеритель временного интервала распространения ультразвука в контролируемой среде, пиковый детектор и каскад умножения с индикатором (.13 .

Однако неоднозначность эависимос2О ти скорости ультразвука от плотности среды сильно уменьшает точность и достоверность результатов измерения плотности данного плотномера.Кроме того, на точность измерения плотности среды оказывает влияние тип материалов стенки резервуара и преломляющих призм, размеры их и температурные изменения.

Цель изобретения — повышение точности измерения плотности среды.

Недостаток устройства —. низкая точность измерения плотности контролируемой среды, вызванная зависимостью результатов измерения от величины коэффициента поглощения ультразвука в исследуемой среде, т.е. результаты измерения плотности зависят от частоты ультразвукового сигнала и расстояния между преобразователями.

Известен также ультразвуковой прибор для контроля физико-химических процессов в жидких средах, содержащий два пьезопреобразователя, генератор, усилитель и измерительный блок. В этом устройстве по значению скорости ультразвука определяют. плотность контролируемой среды (2(.

Однако этот измеритель можно применять только для ограниченного числа контролируемых сред, для которых существует однозначная зависимость скорости ультразвука от плотности контролируемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой плотномер жидких сред, содержащий два пьеэопреобразователя, возбуждающий генератор, усилитель, времяизмерительный блок и регистратор. В измерителе импульс ультразвуковых колебаний распространяется по стенке резервуара со скоростью, величина которой зависит от плотности исследуемой среды (3) .. 864109

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой плотномер,содержащий последовательно электроакустически соединенные ноэбуждающий генератор, два пьеэопреобразователя, усилитель, детектор и синхронизатор и времяизмерительный каскад, дополнительно введены решающее устройство и дна коммутатора, один из которых включен между перным и вторым выходами возбуждающего генератора радиоимпульсов и пьеэоизлучателем, а второй выход усилителя через детектор, второй коммутатор и измеритель отношения напряжений соединен с первым входом решающего устройства, причем второй выход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутатора через компенсирующую индуктивность, выход времяизмерительногo каскада соединен с вторым входом решающего устройства, а синхронизатор подключен к управляющим входам первого и второго коммутатора, возбуждающего генератора, времяизмерительного каскада и решающего устройства.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого ультразвукового плотномера.

Плотномер содержит возбуждающий генератор 1 радиоимпульсон с компенсирующей индуктинностью |.1, времяизмерительный каскад 2, второй коммутатор 3, измеритель 4 отношения напряжений, первый коммутатор 5, усилитель 6, детектор 7, решающее устройство 8, пьезоизлучатель 9, пьезоприемник 10, синхронизатор 11 и контролируемую среду 12.

Устройство работает следующим образом.

Первый стартовый импульс с выхода синхронизатора 11 запускает генератор радиоимпульсов 1 на резонансной частоте пьезоиэлучателя 9, и первый коммутатор 5 выход генератора 1 непосредственно подключает к пьеэоизлучаМлю 9. Коэффициент передачи K„ пьеэоизлучателя 9 на резонансной частоте при питании от генератора напряжения выражается

2е к=—

1 Ь где е — пъезоэлектрическая постоянная

L — толщина пъеэоизлучателя 9.

Акустический импульс через контролируемую среду 12 поступает на пъезоприейник 10. Принятый электрический сигнал амплитудой U через усилитель

6 поступает на времяизмерительный каскад 2, например триггер, а через детектор 7 и второй коммутатор 3 на первый вход измерителя 4 отношения электрических сигналов.

Первый импульс синхронизатора 11 и принятый пъеэоприемником 10 акустический сигнал на выходе времяизме. рительного каскада 2 вырабатывает прямоугольный импульс длительностью

Y= 6/а, где d — расстояние между пъезопреобразователями 9 и 10, с скорость ультразвука в контролируемой среде. Этот импульс поступает на второй нход устройства 8. Кроме того первый стартоный импульс синхронизатора 11 подготавливает решающее устройство 8 для вычисления плотности контролируемой среды 12.

Второй стартовый импульс синхронизатора 11 запускает генератор 1 радиоимпульсов и подключает его выход с помощью первого коммутатора

5 через компенсирующую индуктивность

I5 к пъезоиэлучателю 9. При подключении пъезопреобраэонателя 9 к генератору

1 через индуктивность L„, величина которой подбирается исходя из условий — — т.е. при полной компенЮо о

20 сации емкости зажатой пьезопластинки сО, коэффициент передачи пьеэоизлучателя 9 выражается

COPO 1 .дц ус и еУ ь

1е М< пьезопластинки, rze o=2n o,fo — резонансная частота пьезопластинки;

К - коэффициент электроаку- стической связи

z/2oд Zp д

Z — удельные акустические сопротивления соответстненно пьезопреобразо.

35 вателя и контролируемой .среды.

Как известно Zo =Poc, à Z = P.c,r e с — соответственно скорость

0 О ультразвука и плотность вещества Щ пьеэопреобразователя; с, р — скорость ультразвука и плотность контролируемои среды. Сигнал на выходе пьезоприемника Ug в этом случае соответствует коэффйциенту передачи пьезоизлучателя со скомпенаированной емкостью зажатой пьеэопластинки. Этот сигнал

U через детектор 7 и второй коммутатор 3 поступает на второй вход измерителя 4 отношения электрических сигналов.

SO Необходимо отметить, что напряжение Ug на выходе измерителя отношения электрических сигналов 4 соответствует соотношению коэфФициентов передачи пьезоиэлучателя, т.е.

55 К„(ко=0q/Ug = 0 . Напряжение Uy поступает на первый вход решающего устройства 8. Из соотношения амплитудных значений, принятых в первом и во втором случаях сигналон и величины скорости ультразвука с в контролируемой среде, решающее устройство

8 вычисляет плотность

864109

Формула изобретения

Составитель Э.Скорняков

Редактор M. Келемеш Техред М. Табакович Корректор О. Билак

Заказ 7771/63 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Если в качестве пьезоиэлучателя при.меняется кварц "Х" среза, то константа A в этом случае равна A

4 78.10а(иаа . Иа ииаикатаре решающего устроиства 8 регистрируется окончательный результат, т.е. плотность контролируемой среды 12.

Испытания показали большую точность и, главное, независимость показаний от поглощения ультразвука в среде при измерении плотности жилкостей и смесей газов. Поэтому использование предлагаемого ультразвукового плотномера создает возможность исследовать физико-химические свойства жидкостей или газов с высокой точностью как в лабораторных, так и в 15 производственных условиях, а также в области высоких или низких температур и давлений, так как в акустическом канале отсутствуют механические подвижные части. Устройство при- 20 годно также и для суспензий, диаметр частиц которых много меньше длины волны ультразвука.

Ультразвуковой плотномер, содержащий последовательно злектроакустически соединенные возбуждающий генератор, два пьезопреобраэователя, усилитель, детектор и синхронизатор и времяиэмерительный каскад, о т л и ч а ю щ и и сятем,,что, с целью повышения точности измерения, в него введены решающее устройство и два коммутатора, один из которых включен между первым и вторым выходами возбуждающего генератора радиоимпульсов ы пьезоиэлучателем, а второй выход усилителя через детектор, второй коммутатор и измеритель отношения напряжений соединен с первым входом решающего устройства, причем второй выход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутатора через компенсирующую индуктивность, выход времяизмерительного каскада соединен с вторым входом решающего устройства, а синхронизатор подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов, возбуждающего генератора, времяизмерительного каскада и решающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности вещества."Приборы и системы управления", 1976

М 10, с. 17-21.

2. Авторское свидетельство СССР

9 222266992244, кл. G 01 N 9/24, 1964.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 397814, кл. G 01 и 9/24, 1970 (прототип).