УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01N9/24 G01N29/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэродинамическим устройствам для измерения плотности различных жидкостей, и может найти применение в таких отраслях промышленности, как химическая, лакокрасочная, микробиологическая и пищевая промышленность.

Известен ультразвуковой плотномер (Викторов В.А., Лункин Б.В. Измерение количества и плотности различных сред (резонансный метод). - М.: Энергия, 1973, - 112 с.), содержащий передающие и приемные пьезоизлучатели, акустически контактирующие с жидкостью, генератор, излучатель, усилитель, управляемый ограничитель, делитель, пиковый детектор и указатель плотности. О плотности вещества в таком плотномере судят по амплитуде сигнала, поступающего с делителя, осуществляющего деление двух сигналов: пропорционального акустическому сопротивлению вещества и пропорционального скорости ультразвука в нем.

Недостатком такого устройства является использование электрических блоков, а также невозможность контроля сред, склонных к налипанию на стенках аппарата с образованием твердой фазы.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство (Скучик Е. Основы акустики. т. 2 (пер. с англ.) - М.: Мир, 1976. - С. 439), содержащее генератор звуковых колебаний, формирователь плоской акустической волны в виде отрезка трубы и измеритель звукового давления. Генератор звуковых колебаний расположен в нижней части трубы, полость которой заполнена веществом с известным акустическим импедансом, а в верхней ее части размещено исследуемое вещество. При некоторой частоте генерируемого сигнала в формирователе плоской акустической волны образуются стоячие волны. С помощью измерителя звукового давления измеряют максимальное и минимальное давления в стоячей волне. Плотность вещества определяют как функцию ρ_в = f(c_в, d), где c_в - скорость распространения звука в контролируемом веществе; d - отношение максимумов звукового давления в стоячей воде к минимумам.

Недостатком устройства принятого за прототип, является невысокая надежность контроля агрессивных, пожаро- и взрывоопасных сред, а также контактность измерений.

Технической задачей изобретения является расширение области применения и обеспечение бесконтактного неразрушающего контроля плотности в условиях производства.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что устройство для измерения плотности снабжено генератором акустических колебаний, выполненным в виде диафрагмы и размещенным в верхней части формирователя плоской акустической волны, пневматической емкостью, источником постоянного расхода, устройством перемещения, блоком управления, измерителем перемещения, при этом источник постоянного расхода, генератор акустических колебаний и формирователь плоской акустической волны соединены с пневматической емкостью, внутри формирователя плоской акустической волны размещен измеритель звукового давления в виде стройного турбулентного усилителя, выход которого подключен к блоку управления устройством перемещения, которое соединено с пневматической емкостью и с измерителем перемещения.

На чертеже представлена схема устройства для измерения плотности.

Устройство для измерения плотности жидкости включает в себя источник постоянного расхода воздуха 9, генератор акустических колебаний 6 в виде диафрагмы и формирователь 7 плоской акустической волны, соединенные с пневматической емкостью 5. Внутри формирователя 7 размещены питающий 8 и приемный 1 капилляры струйного турбулентного усилителя, выход которого подключен к блоку управления 2 устройством перемещения 3. Устройство перемещения 3 соединено с измерителем перемещения 4.

Устройство для измерения плотности работает следующим образом.

Сжатый воздух с постоянным расходом с выхода источника постоянного расхода 9 подается в питающую емкость 5. Из емкости 5 газ через диафрагму поступает в полость формирователя 7 плоской акустической волны, который расположен открытым концом нормально к поверхности контролируемой жидкости 10. На вход питающего капилляра 8 подают давление питания P_пит, при этом на выходе капилляра 1 формируется выходной сигнал P_mвых = 1. При звуковом давлении отличном от нуля режим течения газа в струе изменяется и становится турбулентным, что приводит к уменьшению выходного давления P_вых. Давление P_вых принимает максимальное значение при нулевом звуковом давлении, так как режим течения вновь становится ламинарным. С помощью устройства 3 осуществляется перемещение пневматической емкости 5 относительно поверхности жидкости 10 от базисного значения h_о, соответствующего половине длины волны λ излучаемого акустического сигнала до расстояния l, при котором в пространстве между генератором акустических колебаний 6 и поверхностью контролируемой жидкости 10 возникает стоячая волна. Момент достижения экстремума в распределении стоячей волны фиксируется струйным турбулентным усилителем, сигнал с его выхода поступает на вход блока управления 2, управляющее воздействие с которого посредством устройства перемещения 3 возвращает систему в исходное положение. Далее процесс происходит аналогично изложенному выше. Таким образом, о плотности судят по расстоянию от генератора акустических колебаний 6 до поверхности 10, при котором происходит ступенчатое изменение фазы образованной стоячей волны.

Предлагаемое устройство для измерения плотности жидкостей позволяет проводить бесконтактный неразрушающий контроль агрессивных и быстрокристаллизующихся жидкостей, а также сред, характеризующихся пожаро- и взрывоопасностью, за счет использования пневмоакустических эффектов, сопровождающихся образованием стоячей волны в пространстве между генератором акустических колебаний и контролируемой поверхностью, путем измерения смещения ее экстремума при изменении фазы комплексного коэффициента отражения.

Устройство для измерения плотности жидкости может найти применение в различных отраслях промышленности, например в химической, лакокрасочной, микробиологической и в пищевой. Техническим результатом изобретения является расширение области применения и обеспечение бесконтактного неразрушающего контроля плотности в условиях производства. Устройство для измерения плотности жидкости снабжено генератором акустических колебаний, выполненным в виде диафрагмы и размещенным в верхней части формирователя плоской акустической волны, пневматической емкостью, источником постоянного расхода, устройством перемещения, блоком управления, измерителем перемещения. Источник постоянного расхода, генератор акустических колебаний и формирователь плоской акустической волны соединены с пневматической емкостью. Внутри формирователя плоской акустической волны размещен измеритель звукового давления в виде струйного турбулентного усилителя, выход которого подключен к блоку управления устройством перемещения. Устройство перемещения соединено с пневматической емкостью и с измерителем перемещения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля плотности жидкости, содержащее генератор акустических колебаний, размещенный в формирователе плоской акустической волны, и измеритель звукового давления, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено пневматической емкостью, источником постоянного расхода, устройством перемещения, блоком управления, измерителем перемещения, при этом источник постоянного расхода, генератор акустических колебаний и формирователь плоской акустической волны соединены с пневматической емкостью, внутри формирователя плоской акустической волны размещен измеритель звукового давления в виде струйного турбулентного усилителя, выход которого подключен к блоку управления устройством перемещения, которое соединено с пневматической емкостью и с измерителем перемещения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор акустических колебаний выполнен в виде диафрагмы и размещен в верхней части формирователя плоской акустической волны.