УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G01N9/24 G01N29/18 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для контроля плотности класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами.

Известен способ измерения плотности жидкости, заключающийся в том, что плотность ρ контролируемой жидкости вычисляют по выражению путем измерения скорости распространения в ней ультразвуковых колебаний V, считая постоянным коэффициент адиабатической сжимаемости β_ад (Кивилис С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980, стр. 222).

Недостатком известного способа является низкая точность определения плотности жидкости, обусловленная сложностью вычисления коэффициента адиабатической сжимаемости жидкости, а также его значительная температурная зависимость.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является способ измерения плотности жидкости, заключающийся в том, что тем или иным способом определяют время прохождения ультразвуковыми колебаниями фиксированного расстояния в контролируемой жидкости, что соответствует измерению скорости распространения ультразвуковых колебаний, и определяют ее плотность по априори установленной зависимости времени прохождения от плотности (Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности. Приборы и системы управления, 1976 г., 10, стр. 17-21).

Недостатком такого способа является невозможность автоматического контроля плотности различных видов жидкостей, обусловленная необходимостью априорного знания вида контролируемой жидкости.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей существующего способа измерения плотности для класса жидкостей в широком температурном диапазоне.

Эта задача достигается тем, что в ультразвуковом способе определения плотности жидкости, заключающемся в определении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости, предварительно устанавливают зависимости скорости распространения ультразвука от температуры и скорости распространения ультразвука от плотности для жидкостей со схожими физико-химическими свойствами, с учетом определенной при фиксированной температуре скорости распространения ультразвука выбирают зависимость скорости от плотности для контролируемой жидкости и по ней определяют плотность. Нужную из предварительно установленных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры выбирают путем сравнения экспериментально полученных и расчетных значений скорости при фиксированной температуре по минимальному расхождению.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации способа, на фиг.2 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры жидкости, на фиг.3 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности жидкости.

Устройство на фиг.1 включает излучающий 1 и приемный 2 преобразователи, зону контроля плотности 3 с контролируемой жидкостью, датчик температуры 4, электронную схему 5 и вычислительное устройство 6.

Для осуществления предложенного способа излучающим преобразователем 1 возбуждают, а приемным преобразователем 2 принимают продольную волну в контролируемой жидкости, находящейся в зоне контроля плотности 3. Электронной схемой 5 фиксируют время прохождения волной фиксированного расстояния b и вычисляют скорость распространения ультразвука V_изм. Одновременно датчиком температуры 4 измеряют температуру T_изм контролируемой жидкости, и результаты измерения температуры и скорости распространения ультразвука передают в вычислительное устройство 6. На основании вычисленной скорости распространения ультразвука V_изм и температуры контролируемой жидкости Т_изм производят определение ее плотности путем идентификации жидкости в семействе экспериментально полученных калибровочных зависимостей V(T) и пересчета скорости распространения ультразвука V_изм в плотность ρ.
Идентификацию жидкости производят путем определения оптимальной зависимости V(T) подстановкой измеренной температуры Т_изм в каждую из экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры V(T) для всего класса жидкостей, вычисления расчетного значения скорости распространения ультразвука V_i для каждой зависимости по выражению V_i=k_i•Т_изм+q_i (k_i и q_i - постоянные коэффициенты для каждой жидкости из всего класса, вычисленные при помощи математической обработки экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры) и определения абсолютных отклонений ΔV_i значений скорости распространения ультразвука V_изм, полученного в результате измерения, от расчетных значений V_i. На фиг.2 в качестве примера приведены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для класса нефтепродуктов, включающего моторное масло, тормозную жидкость, дизельное топливо, бензин АИ-92 и бензин АИ-80. Наименьшее отклонение ΔV_i определяет вид контролируемой жидкости, в соответствии с которым выполняют пересчет измеренной скорости распространения ультразвука V_изм в плотность ρ по соотношению ρ= а_i•V_изм ²+b_i•V_изм+с_i, где а_i, b_i и с_i - постоянные коэффициенты пересчета для выделенной жидкости, вычисленные при помощи математической обработки экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от плотности. На фиг.3 в качестве примера приведены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для класса нефтепродуктов, упомянутого выше, по которым производят пересчет скорости распространения ультразвука в плотность жидкости.

Схожий характер зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры в промышленном диапазоне, незначительно отличающихся коэффициентами наклона, позволяет производить автоматическую идентификацию контролируемой жидкости из класса со схожими физико-химическими свойствами и вычислять ее плотность.

Использование: для контроля плотности класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами Сущность: в способе определяют скорость распространения ультразвуковых волн в жидкости и определяют по ней плотность, предварительно устанавливая зависимости скорости распространения ультразвука от температуры и скорости распространения ультразвука от плотности для жидкостей со схожими физико-химическими свойствами. С учетом определенной при фиксированной температуре скорости распространения ультразвука выбирают зависимость скорости от плотности для контролируемой жидкости и по ней определяют плотность. Технический результат - расширение функциональных возможностей существующего способа измерения плотности уже для класса жидкостей и в широком температурном диапазоне. 3 ил.

Ультразвуковой способ определения плотности жидкости, заключающийся в определении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости и температуры жидкости, в предварительном установлении зависимости скорости распространения ультразвука от температуры и скорости распространения ультразвука от плотности для жидкостей со схожими физико-химическими свойствами, идентификации жидкости в семействе экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости от температуры и определении плотности, отличающийся тем, что в соответствии с видом контролируемой жидкости выполняют пересчет измеренной скорости распространения ультразвука в плотность по соотношению
ρ = a_i• V_изм ²+b_i•V_изм+с_i,
где a_i, b_i, c_i - постоянные коэффициенты пересчета для выделенной жидкости, вычисленные при помощи математической обработки экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от плотности.