УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения концентрации взвешенных веществ в жидких средах в сельскохозяйственном производстве, нефтеперерабатывающей и горнорудной отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения концентрации взвешенных веществ в суспензиях, протекающих по трубопроводу, включающее излучатель ультразвуковых волн и приемник, измерительную систему, пробоотборник, компрессорную станцию [1]
Недостатками этого устройства являются сложное конструктивное исполнение измерительной и вспомогательной систем, низкая надежность работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения концентрации взвешенных веществ в жидкости, включающее в себя эталонную и измерительную камеры с ультразвуковыми излучателями и приемниками, измерительный блок, входной и выходной трубопроводы, насос и фильтрующий элемент [2]
Недостатками этого устройства являются наличие относительно сложной трубопроводной системы и невысокая точность измерения при контроле полидисперсных взвешенных веществ в жидкости.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения концентрации взвешенных веществ в жидкости, протекающей по трубопроводам большого сечения.

Для достижения поставленной цели устройство для измерения концентрации взвешенных веществ в жидкости дополнительно содержит первичный преобразователь расхода жидкости в трубопроводе, блок измерения расхода, первый и второй функциональные преобразователи, синхрогенератор, блок возбуждающих генераторов, управляемый таймер, блоки измерения концентрации с соответствующими блоками сброса, блок определения среднего значения концентрации и формирователь выходного сигнала, причем выход первичного преобразователя расхода подключен к первому входу блока измерения расхода, а выход последнего соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, при этом выход первого подключен к первому входу управляемого таймера, а выход второго к синхрогенератору, выход которого соединен с входом блока возбуждающих генераторов, причем выходы последнего подключены к излучателям ультразвуковых датчиков, кроме того, ультразвуковые приемники электрически связаны с первыми входами соответствующих блоков измерения концентрации, причем, если первый выход управляемого таймера связан с блоком сброса второго блока измерения концентрации, то последний выход с блоком сброса первого блока измерения концентрации, а выход этого блока сброса соединен со вторыми входами блока измерения расхода и управляемого таймера, кроме того, четвертые входы блоков измерения концентрации подключены ко второму выходу синхрогенератора, а выходы блоков измерения концентрации соединены с входами блока определения среднего значения концентрации, выход которого подключен к формирователю выходного сигнала.

Кроме того, ультразвуковые излучатели и приемники равномерно распределены вдоль центральной оси трубопровода на его внешней стенке, причем их акустические оси перпендикулярны оси трубопровода, но смещены относительно друг друга на угол 360^o/n, где n число пар излучатель приемник.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схематично участок трубопровода, имеющий ультразвуковые датчики приемник - излучатель с числом пар, в качестве примера, n 3; на фиг. 3 разрез трубопровода А-А на фиг. 2.

Предлагаемое устройство для измерения концентрации в трубопроводе 1 включает в себя первичный преобразователь расхода жидкости 2, блок измерения расхода жидкости в трубопроводе 3, первый 4 и второй 5 функциональные преобразователи, синхрогенератор 6, блок возбуждающих генераторов 7, ультразвуковые излучатели 8, 9 и 10, ультразвуковые приемники 11, 12 и 13, акустические каналы которых перпендикулярны центральной оси трубопровода и смещены относительно друг друга на угол 360^o/n, где n число пар излучатель приемник.

Кроме того, устройство включает в себя соответствующие каждому приемнику блоки измерения концентрации 14, 15 и 16, управляемый таймер 17, блоки сброса 18, 19 и 20 соответствующих блоков 14, 15 и 16, блок определения среднего значения концентрации 21 и формирователь выходного сигнала концентрации 22.

Устройство работает следующим образом. По трубопроводу 1, имеющему площадь поперечного сечения S, в указанном на фиг. 2 направлении протекает жидкость с объемным расходом Q, в которой необходимо определять концентрацию взвешенных веществ. Установленный на трубопроводе 1 преобразователь расхода 2 позволяет получить первичный аналоговый сигнал, пропорциональный расходу протекающей жидкости и поступающий на первый вход блока измерения расхода жидкости 3, который его усиливает и запоминает в течение периода времени T. Сигнал с выхода блока 3 поступает на вход первого функционального преобразователя 4, являющегося преобразователем напряжение частота, с выхода которого осуществляется управление переключениями таймера 17 через интервалы времени
,
где l нормальное расстояние между двумя соседними ультразвуковыми парами датчиков;
S площадь поперечного сечения трубопровода;
Q расход жидкости.

С выхода блока 3 аналоговый сигнал приходит и на второй функциональный преобразователь 5, в котором осуществляется преобразование напряжения в частоту посылки одиночных ультразвуковых импульсов в исследуемую среду излучателями 8, 9 и 10, ударные импульсы на которые поступают из блока возбуждающих генераторов 7. Блок 7 управляется синхрогенератором 6, частота работы которого задается блоком 5 в соответствии с зависимостью
,
где Q расход жидкости в трубопроводе;
S площадь поперечного сечения трубопровода;
d_п диаметр пьезоэлементов приемных датчиков 11, 12 и 13.

Вследствие общей зависимости амплитуды ультразвуковой волны, проходящей через жидкость, от концентрации взвешенных веществ происходит определенное уменьшение ультразвуковых импульсов, воспринимаемых приемными датчиками 11, 12 и 13 и расположенных на диаметрально противоположной стенке трубопровода 1.

Электрические сигналы от приемных датчиков приходят на первые входы соответствующих блоков измерения концентрации 14, 15 и 16.

С первого выхода таймера 17 поступает логический сигнал на второй вход блока измерения 14, разрешая при этом его работу. За это время в блоке 14 определяется среднее значение концентрации с помощью первой пары датчиков 8 и 11.

Через время τ сигнал с первого выхода блока 17 исчезает, что приводит к стробированию блока 14 и запоминанию величины концентрации, измеренной с помощью первой пары датчиков.

Снятие сигнала с первого выхода таймера 17 приводит к появлению на выходе блока сброса 19 кратковременного импульса, который, поступая на третий вход блока измерения 15, стирает информацию об измеренной ранее концентрации датчиком 12. Сразу же после снятия логического сигнала с первого выхода блока 17 появляется такой же сигнал длительностью t и на втором выходе. Этот сигнал разрешает работу блока измерения 15, определяющего среднюю концентрацию взвешенных веществ на втором акустическом канале в течение времени подачи разрешающего сигнала с блока 17.

После снятия сигнала со второго выхода блока 17 с помощью блока 20 осуществляется сброс блока измерения 16, который начинает свою работу после подачи логического сигнала на его второй вход от третьего выхода таймера 17. Длительность сигнала пропорциональна расходу жидкости Q в трубопроводе и равна t. В течение этого времени блок 16 определяет среднее значение концентрации взвешенных веществ на основании информации, поступающей от последней по ходу жидкости ультразвуковой пары излучатель приемник 10 13.

После снятия сигнала с третьего выхода таймера 17 блок 18 производит сброс блока измерения расхода 3, таймера 17 и блока измерения 14. Далее блок 3 фиксирует текущее значение расхода жидкости и процесс определения концентрации в каждом акустическом канале повторяется.

Полный цикл измерения концентрации всеми ультразвуковыми парами составляет
T = n•τ,
где n число пар излучатель приемник;
τ время, в течение которого производится измерение концентрации одной ультразвуковой парой излучатель приемник.

Определенные блоками 14 16 значения концентрации суммируются и усредняются в блоке 21, а в блоке 22 окончательно формируется выходной сигнал в единицах концентрации взвешенных веществ.

Использование: измерение концентрации взвешенных веществ в жидких средах. Сущность изобретения: концентрацию определяют как среднеарифметическое значение концентраций, измеренных при помощи группы датчиков, расположенных по длине трубопровода. Элементы схемы производят обработку результатов измерения датчиков. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения концентрации взвешенных веществ в жидкости, содержащее n ультразвуковых излучателей и n приемников, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные первичный преобразователь расхода жидкости в трубопроводе, блок измерения расхода, первый функциональный преобразователь, синхрогенератор и блок возбуждающих генераторов, подключенный соответственно к ультразвуковым излучателям, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и управляемый таймер, последователь соединенные блок определения среднего значения концентрации и формирователь выходного сигнала, n блоков сброса и n блоков измерения концентрации, подключенных информационными входами к выходам соответствующих приемников, синхронизирующими входами к выходу синхрогенератора, а выходами к входам блока определения среднего значения концентрации, каждый из n выходов управляемого таймера подключен к входу соответствующего блока сброса и разрешающему входу соответствующего блока измерения концентрации, выход каждого блока сброса, кроме последнего, подключен к входу сброса последующего блока измерения концентрации, а выход последнего блока сброса связан с входом сброса первого блока измерения концентрации и управляющими входами управляемого таймера и блока измерения расхода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый излучатель установлен на трубопроводе диаметрально противоположно соответствующему приемнику, пары излучатель приемник размещены на равном расстоянии одна от другой вдоль трубопровода, а акустические оси каждой из пар излучатель приемник смещены относительно одна другой на угол 360^o/n.