Ультразвуковой плотномер жидкости

Ультразвуковой плотномер жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалмстмческнх

Республик

<н748240 (6t) Дополнительное к авт. сеид-ву (я)М. К.2 (22) Заявлено 04.0578 (21) 2614045/25-10

6 01 М 29/00 с присоединением заявки М»

Государственный комнтет

СССР. по делам нзобретенмй и открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 150780, Бюллетень Йо 26 (53) УДК 534 632 (088.8) Дата опубликования описания 15,0780 (72) Автор изобретения

В.A.Ñóêàöêàñ (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им.йнтанаса Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ IIJIOTHOMEP ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности жидкости при научных иссле- дованиях и в различных отраслях промышленности.

Известны ультразвуковые плотномеры LQ (2), измеряющие плотность по затуханию прошедшего через "контролируемую среду ультразвука и содержЖ ие пьезоэлектрический преобразователь, рабочую и компенсационную ультразвуковые камеры, расположенные на противоположных сторонах пьезоэлектрического преобразователя, с отражаю щими экранами, установленными на разных расстояниях от пьезоэлектрического преобразователя. Плотномер 1) содержит также следящую систему и вторичный прибор, а плотномер (2 приводимый во вращение синхронным двигателем моделирующий диск-обтюратор, расположенный в компенсационной камере между пьезоэлектрическим пре-25 образователем и отражающим -экраном.

О плотиости контролируемой среды судят на основе сравнения амплитуд ультразвука,прошедшего через соответственно контролируемую и эталонную . 30 среды. Так как амплитуда ультразвука зависит также от других акустических параметров, например коэффициента поглощения, для однозначнбго определения плотности необходимо знать зависимость амплитуды ультразвука от плотности для каждого контролируемого вещества.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ультразвуковой плотномер жидкости (3j, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий и приемный преобразователи, расположенные на противоположных сторонах измерительной кюветы, подключенные к приемному преобразователю два полосовых усилителя-детектора, центральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей, а центральная частота второго— резонансной частоте преобразователей, цепь иэ последовательно соединенных формирователя и триггера.

Указанное устройство дает возможность определить удельное акустическое сопрбтивление среды (произведение плотности на скорость ультра748240 звука), и для получения значения плотности необходимо разделить конечный результат измерения на значение скорости ультразвука. Для этого необходима дополнительная работа оператора.

Целью изобретения является автоматизация процесса измерения.

Поставленная цель достигнута тем, что в измеритель введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска. При этом выход генератора импульсов через двухпозиционный пере ключатель подключен к высокочастотноМу и -низкочастотному входам частотомера, — вход запуска которого соединен с выходом схемы запуска. Выход, первого полосового усилителя-детектора через второй формирователь подключен к входу блока настройки, к установочным входам двух-триггеров и к входу схемы запуска. Выход второго полосового усилителя-детектора под"ключен через цепь из последователь но соединенных формирователя и триггера к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом двухгозиционного переключателя.

На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового плотномера жидкости; на фиг. 2 — эпюры сигналов.

Ультразвуковой плотномер жидкости содержит диапаэонный генератор

1, соединенный с измеряющим преобразователем 2, вмонтированным в измерительную к.свету 2, на противоположной стороне которой расположен приемный преобразователь 4, два полосовых усилителя-детектора 5 и 6, центральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей 2 и 4, а центральная частота второго — резонансной частоте преобразователей 2 и 4. Выход полосового усилителя-детектора 5 через второй формирователь 7 подключен к входу блока настройкн 8,выход которого соединен с входом диапазонного детектора 1. Выход полосового усилителя-детектора 6 через цепь из последовательно соединенных формирователя 9 и триггера 10 подключен к счетному входу второго триггера 11.

Выход генератора импульсов 12 через двухпозиционный переключатель 13 подключен к высокочастотному и низкочастотному входам частотомера 14, вход запуска которого соединен с выходом схемы запуска 15. Вход схемы запуска соединен с выходом формирователя 7 и с установочными входами триггеров 10 и 11, выход триггера 11 соединен с управляющим входом двухпоэиционного переключателя 13.

Устроиство работает следующим образом. Частота диапазоннога генера2х д4 4fo ср 1Я д (2) а учитывая, что 2 =.Рс .C=-р 2ag р

55 где с — скорость ультразвука в среде, — плотность среды, получаем:

ГЦЗ (3) Ар= g g д р

40 о 1 О

Погрешность, допускаемая при получении формулы (2),практически для всех жидкостей. не превышает 3,5% и может быть учтена введением поправки. тора 1 изменяется по прямолинейному закону в области частоты 0,5f(y (фиг. 2, а, б), где fy — резонансная частота преобразователей 2 и 4. Напряжением генератора 1 возбуждается преобразователь 2, излучающий ультразвуковые волны в исследуемую жидкость, которой заполнена кювета 3. На определенных частотах резонирует столбик жидкости, находящейся между преобразователями 2 и 4, что сопро1О вождается резким увеличением модуля напряжения на обкладках приемного преобразователя 4 и выходного напряжения усилителя-детектора 5 (фиг.2,а).

Одновременно столбик резонирует на

35 частоте в два раза выше, т.е. частоте f ; каждый из резонансов сопровождается увеличением выходного напряжения усилителя-детектора 6 (фиг. 2, б). Возбуждающим сигналом ро в этом случае служит напряжение второй гармоники генератора 1, а резонансы повторяются чаще, потому что скорость изменения частоты для второй гармоники в два раза больше.

Формирователи 7 и 9 формируют острые импульсы в моменты акустических резонансов (фиг. 2, в, г). Сигналами формирователя 7, воздействующего на блок настройки 8, и=меняется направление перестройки частоты диапаэонного генератора 1, а триггеры 10 и 11 устанавливаются в нулевое положение.

Таким образом, частота диапазонного генератора 1 изменяется в интервале между двумя акустическими резонансами h f измеренном в области частоты 0,5f . Удельное акустическое сопротивление исследуемой среды Е„р,вы-, .ражается так о ! где Z — удельное акустическое сопротивление вещества преобразователя; — интервал частоты между двумя о акустическими резонансами в-области

В случае h f (h f < <формула (1) может быть упрощена путем приближенного выражения корня следующим образом:

50 г

748240

Частота генератора 1 изменяется на величину Ь to çà время, соответствующее появлению на выходе формирователя 9 каждого третьего импульса., (ввиду в два раза большей скорости перестройки частоты для сигнала второй гармоники). Поэтому к выходу формирователя 9 подключены триггеры

10 и 11. В результате деления каждым триггером на два (фиг. 2, д, е) выходной импульс триггера 11 соответствует перестройке частоты генератора 1 на h f, а интервал между импульсами — перестройке на hf„ — ЬГ

Генератор импульсов 12 подключается переключателем 13 к высокочастотному входу частотомера 14 в течение импульса триггера 11 и к низкочастотному входу его — в интервале между импульсами. Частотомер 14 измеряет отношение частот, поэтому его показания по окончании цикла измере- 20 ния равны количеству импульсов, поступивших на высокочастотный вход, За время, соответствующее поступлению заданного количества импульсов на низкочастотный вход. Если общее время2э измерения много больше одного дикла перестройки частоты, то показания частотомера пропорцйональны

hf о

Частотомер 14 запускается схемой запуска 15 в момент, соответствующий началу заданного цикла перестройки ч5 частоты. Правильное чередование состо-. яний триггеров 10 и 11 обеспечивается тем, что выход формирователя 7 соединен с установочными входами обоих триггеров. таким образом, плотность жидкости 40 измеряется автоматически.

Формула изобретения

Ультразвуковой плотномер жидкости, . содержащий последовательно соединен ные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий и приемный преобразователи, расположенные на противоположных сторонах измерительной кюветы, подключенные к приемному преобразователю два полосовых усилителя-детектора, центральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей, а центральная частота второго — резонансной частоте преобразователей,цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения, в него введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска, при этом выход генератора импульсов через двухпозиционный переключатель подключен к высокочастотному и-низкочастотному входам частотомера, вход запуска которого соединен с выходом схемы запуска, выход первого полосового усилителя-детектора через второй формирователь подключен к входу блока настройки, к установочным входам двух триггеров и к входу схемы запуска, выход второго полосового усилителя-детектора подключен через цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 207459,кл. G 01 N-9/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 236843, кл. G 01 N 9/00, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2410562/18-10, кл. G Ol. N 29/00, 1976 (прототип)..

Фиг.2

:. l

ЦНИИПИ Заказ 4228/30 тираж 10l9 Подписное, А Й .

"Фйлиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4