УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ РАСТВОРА Российский патент 1997 года по МПК G01N29/00 G01N29/24 

Устройство относится к техническим средствам ультразвукового контроля и может быть использовано для контроля плотности раствора, находящегося в промышленных резервуарах и отстойниках.

Известно устройство для ультразвукового контроля плотности раствора /1/, основанное на измерении затухания ультразвуковых продольных волн в контролируемой среде и содержащее ультразвуковой преобразователь с двумя симметрично расположенными относительно его измерительной и компенсационной камерами с отражателями и модулирующим диском обтюратором с электроприводом.

Однако известное устройство имеет весьма сложную конструкцию, а следовательно, недостаточную надежность, а также невысокую точность определения плотности суспензий, пульпы и эмульсий, различной (особенно крупной) дисперсности частиц из-за значительной изменчивости дифракционного расхождения продольных волн внутри измерительной камеры.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту устранения недостатков аналога является устройство для автоматического контроля массы и плотности жидкости в резервуаре [2] основанное на измерении затухания другого типа ультразвуковых волн изгибных волн Лэмба, возбуждаемых не в растворе, а в наружной стенке металлического резервуара, и содержащее импульсный генератор, регистрирующий блок, два ультразвуковых преобразователя, аттенюатор и пиковый детектор.

Однако это устройство имеет другие недостатки, например, низкую чувствительность и точность измерения плотности раствора в толстостенных железобетонных, пластмассовых и других неметаллических резервуарах из-за худших по сравнению с металлическими волноводных свойств их стенок, а также труднодоступность к внешним стенкам резервуаров, находящихся в земле, невозможность измерения внутри резервуаров.

Цель изобретения повышение точности контроля в любой внутренней точке резервуара или отстойника сложной конфигурации со стенками из различных материалов, например, железобетона или пластмассы.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство снабжено герметичным корпусом и выносным индикатором, электрически связанным посредством кабеля с блоком измерения амплитуд, а преобразователи и блоки питания, возбуждения, регистрации и измерения амплитуд установлены в корпусе, блок питания выполнен автономным, преобразователи закреплены на внутренней поверхности корпуса на противоположных его концах. Герметичный корпус выполнен в виде цилиндрической капсулы.

На фиг.1 представлены две модификации предлагаемого устройства - направленного (а) и кругового (б) действия; на фиг.2 зависимость амплитуды волн Лэмба от плотности жидкостей и растворов.

Устройство для ультразвукового контроля плотности растворов (фиг.1) содержит цилиндрическую капсулу 1, автономный источник питания с электрической схемой 2 для возбуждения и регистрации волн Лэмба, ультразвуковые преобразователи (излучатель и приемник) 3 и 4, преломляющие трансформаторы 5, соединительный кабель 6, выносной индикатор 7, пластину 8.

Герметичная цилиндрическая капсула 1 изготовлена из металла, стекла или пластмассы при необходимости в соответствии с требованиями взрывоопасности и стойкости в химически агрессивных и токсичных растворах. Искробезопасность устройства обеспечивается размещением внутри капсулы источника питания и электрической схемы 2 с микроваттным выходом на цифровой или стрелочный индикатор контроля 7.

Ультразвуковые преобразователи выполнены из пьезоэлектрических материалов, например в варианте устройства направленного действия (фиг.1, а) - в виде дисков или прямоугольных пластин, закрепленных соответственно на преломляющих стержневых или призматических трансформаторах 5 насадках из пластмассы, например капролона, текстолита или мягкого металла, например свинца. Разнесенные по оси преобразователи закреплены на внутренней поверхности пластины 8, врезанной в окно капсулы.

В варианте устройства кругового действия (фиг.1, б) преобразователи 3, 4 выполнены в виде конических пьезоколец. Они могут быть изготовлены также из сферических сегментов или составлены из серии отдельных пластин трапецеидальной формы. Трансформаторы (насадка) 5 изготовлены из того же материала, что и в первом варианте, например, из капролона или свинца, но в виде более сложных конических колец (тел вращения, образованных вокруг продольной оси поперечного сечения трансформатора в плоскости чертежа первого варианта), которые сопряжены и закреплены с пьезокольцами 3, 4 и внутренней стенкой капсулы 1 по всей длине ее окружности.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Блок возбуждения 2 вырабатывает короткие электрические импульсы с заданной длительностью и частотой следования, с помощью которых возбуждается один из преобразователей, например 3, излучающий продольные волны в трансформатор 5, которые на границе со стенкой (пластиной) капсулы под выбранным критическим углом преломления (например для стальной капсулы с капролоновым трансформатором под углом 30 35^o) преобразуются в волны Лэмба в частотном диапазоне 0,1 10 мГц. Оптимальная же частота выбирается в зависимости от типа раствора, толщины стенок капсулы (пластины), общих геометрических размеров капсулы, материалов и других факторов. Для средних значений эта частота около 1 мГц. После прохождения по стенке (пластине 8) капсулы 1 волны Лэмба регистрируются и измеряются схемой 2, а результаты измерений амплитуд передаются по кабелю 6 к индикатору контроля 7. Величина амплитуды прошедших ультразвуковых волн Лэмба (фиг.2) обратно пропорциональна объемной плотности контактирующего с капсулой раствора, так как последний представляет собой так называемую присоединенную поглощающую массу. Фактически эффективно участвующая в поглощении (ослаблении) масса раствора приблизительно равна удвоенному объему части капсулы, находящейся между ультразвуковыми преобразователями. Каждый конкретный образец устройства в соответствии с требованиями метрологии перед измерениями должен быть откалиброван с помощью эталонных проб контролируемого раствора. Пример такой калибровки для водного раствора ортофосфорной кислоты, с концентрацией от0 до 100% приведен на графике фиг.1. Аналогичные графики могут быть сняты и для масляных растворов или эмульсий, а также для суспензий и аэрозолей.

Процесс измерения плотности раствора в различных внутренних точках резервуара или отстойника любой конфигурации сводится к соответствующему перемещению капсулы с помощью кабеля на интересующую глубину и последующему снятию или автоматической записи отсчетов значений с предварительно откалиброванного индикатора.

Устройство относится к техническим средствам ультразвукового контроля и может быть использовано для контроля плотности раствора. Задача изобретения - повышение точности контроля внутри резервуара, выполненного из любых материалов. Устройство имеет герметичный корпус, на внутренней стенке которого закреплены преобразователи, соединенные со схемой возбуждения и приема волн Лэмба. Устройство имеет выносной индикатор электрически связанный посредством кабеля с измерителем амплитуд. ъБлок питания выполнен автономным и установлен в корпусе совместно с блоками возбуждения и регистрации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для ультразвукового контроля плотности растворов, содержащее приемный и излучающий ультразвуковые преобразователи, каждый из которых соединен с электрической схемой, включающей блоки питания, возбуждения и регистрации упругих волн Лэмба, отличающееся тем, что оно снабжено герметичным корпусом и выносным индикатором, электрически связанным посредством кабеля с блоком измерения амплитуд, а преобразователи и блоки питания, возбуждения, регистрации и измерения амплитуд установлены в корпусе, блок питания выполнен автономным, преобразователи закреплены на внутренней поверхности корпуса на противоположных его концах. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметичный корпус выполнен в виде цилиндрической капсулы.