Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

1I

Изобретение относится к ультразвуовым измерительным устройствам и ожет быть использовано для контроя параметров жидкостей под давлеием: скорости ультразвука. плотности и сжимаемости.

Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей и повышение производительности контроля за счет уменьшения времени измерения.

- На чертеже изображена блок-схема ультразвукового устройства для кСнт- роля параметров жидкостей.

Устройство содержит камеру 1 высокого давления, состоящую из корпуса 2 с первым электроакустическим преобразователем 3 и расположенного в нем поршня А, последовательно соединенные генератор 5 синусоидальных сигналов и модулятор 6, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем 3, последовательно соединенные приемник 7 и менной селектор 8, последовательно соединенные генератор 9 импульсов, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 6, и формирователь 0 строба, выход которого соединен с управляющим входом временного селектора 8, последовательно соединенные фазовращатель 1, вход которого соединен с выходом генератора 5 синусоидальных сигналов, аттенюатор 12, выход которого соединен с входом приемника 7 и счетчик 13.

Кроме того, устройство содержит акустически связанные толкатель 14 поршня 4 и второй электроакустический преобразователь 15j соединенные с входом приемника 7j формирователь 16 импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя 10 строба, регистратор 17, три ключа 18 - 20, выходы которых соединены с входом регистратора 17, последовательно соединенные пиковый детектор 21 , пер- вый вход которого соединен с выходом временного селектора 8, а второй вход - с выходом формирователя 16 импульсов, фильтр 22 низких частот, амплитудный дискриминатор 23, первую 24, вторую 25 и третью 26 линии задержки, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого 18, второго 19 и третье- го 20 ключей, и управляющим входом

262792

регистратора 17, датчики давления переме1це1 ия 28, выходы которых соединены соответственно с входами второго 19 и третьего 20 ключей.

Г) Выход амплитудного дискриминатора 23 соединен с входом счетчика 13, выход которого соединен с входом первого ключа 18. Корпус 2 камеры 1 выполнен в виде стакана, снабжен10 ного уплотнением 29 для герметизации зазора 30 между поршнем 4 и корпусом 2. Толкатель 4 и поршень 4 выполнены монолитно и СПЛОШНЬЕМИ, слуг жат звукопроводом и предназначены

15 для создания давления в камере 1. Устройство работает следующим образом.

В корпус 2 камеры 1 заливают исследуемую жидкость 31, вводят в

20 корпус 2 поршень 4 так, чтобы в пространство под поршнем 4 не попал воздух. Устанавливают поршень 4 со- осно корпусу 2, после чего герметизируют зазор 30 между корпусом 2 и

25 поршнем 4 с помощью уплотнения 29, которое может быть выполнено из набора латунных и фторопластовых колец, сжимаемых ввинчивающейся в корпус 2 гайкой (не показана).

30 Камера 1 устанавливается в гидро- пресс (не показан с возможностью передачи усилия через толкатель 14 на поршень 4 для создания давления в исследуемой жидкости.

JC С помощью генератора 5 синусои-;

дальных сигналов, генератора 9 импульсов и модулятора 6 формируют радиосигнал, который подают на первый электроакустический преобразователь

40 3. Последний излучает в исследуемую .жидкость 31 ультразвуковые импульсы, которые проходят через поршень 4, толкатель 14 поршня и воспринимаются вторым электроакустическим преобразо45 вателем 15, сигнал с которого пос- TynaieT на вход приемника 7. На вход последнего подают сигнал с генератора 5 синусоидальных импульсов через фазовращатель 11 и аттенюатор 12.

-лО Устанавливают исходное давление (Рд) и с помощью фазовращателя 11 и аттенюатора 12 добиваются того, чтобы сигналы, поступающие на вход приемника 7, были в противофазе и

55 равны по амплитуле. При этом на выходе приемника 7 в моменты прихода акустических импульсов на второй электроакустический преобразователь

15 получают сигнал, близкий по амплитуде к нулю.

Формирователь 10 строба, запускаемый генератором 9 импульсов, Формирует прямоугольный импульс - (строб), который подается на управляющий вход временного селектора 8 момент прихода акустического импульса на второй электроакустический преобразователь 15. На выходе временного селектора 8 получают сигнал с амплитудой, близкой к нулю. Счетчик 13 устанавливают в нуль, по ле чего приступают к измерениям. С помощью гидропроцесса плавно увеличивают давление в исследуемой жидкости, что приводит к изменению скорости ультразвука (длины волны) в исследуемой жидкости и, следовательно , к изменению фазы сигнала на выходе второго электроакустического преобразователя 15. Это вызывает пульсации амплитуды сигнала на выходе временного селектора 8, сигнал с которого нормализуется с помощью пикового детектора 21 , сЬил1зТра 22 низких частот и амплитудного дискри минатора 23. Сброс пикового детектора 21 осуществляется формирователем 16 импульсов по переднему фронт сигнала формирователя 10 строба.

Число пульсаций, получаемых на выходе амплитудного дискриминатора 23, подсчитывают счетчиком 13. С приходом каждого очередного импульса на счетчик 13 с задержкой, определяемой первой линией 24 задержки, открывается первый ключ 18 и запускается регистратор 17, Текущее значние счета с выхода счетчика 13 регистрируется регистратором 17.

С задержкой, определяемой второй линией 25 задержки, открываетсй второй ключ 19 и снова запускается регистратор 17. В результате регистрируется текущее значение Р давления, информация о котором поступает с датчика 27 давления, связанного с камерой 1.

Наконец, с задержкой, определяемой третьей линией 26 задержки от-г крывается третий ключ 20 и запускаеся регистратор 17. При этом регистрируется текущее значение дх перемещения порщня 4 с толкателем 14 под действием сжимающего усилия. Информация поступает с выхода датчика 28 перемещения, связанного с камерой 1.

226279

При поступлении очередного импульса на вход счетчика 13 описанный процесс повторяется.

Таким образом, при непрерывном 5 плавном повьшении давления получают ряд измеренных значений 1,2,...п и соответствующие им значения Р , Р, ,Pf, и дх,, дх2,...лх„. Задержка сигналов в линиях 24 - 26 10 задержки много меньше общего времени измерений и не влияет на точность.

Значения искомых параметров жидкости: скорости ультразвука (С), плотности (р ) сжимаемости (Р), (5 определяются по формулам

ТГ

J-0 i . I.

20

PoLo

Ppn° L«

n-U-i 2 РП-РПМ

(2J

(3)

30

где L,

- a + b P

(A)

b

5

0

f - частота ультразвука; Cp и С - скорость ультразвука при давлении РП и

исходном давлении Р, ;

о

5соответственно;

Lg - высота столба исследуемой жидкости при давлениях Р.. и Р соотЧ о ветственно;

-плотность жидкости при давлениях Р,, и Р соответственно;

-показание датчика перемещения при давлении Рд ;

-коэффициенты,значения которых определяют из . градуировочных измерений одного из параметров, например р , в жидкости с известной зависимостью Р 9 (Р).

РРп Р

а и b

Значение коэффициентов определяют, решая систему уравнений (2) и (4). Использование предлагаемого изобретения обеспечивает преимущества, заключающийся в расширении функциональных возможностей и уменьшении

5 .

времени измерения. За один цикл увеличения давления в исследуемом интервале давления получают информаицю о зависимости от давления скорости ультразвука, плотности и изотермической сжимаемости.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей, содержащее камеру высокого давления, /состоящую из корпуса с первЫм электроакустическим преобразователем и расположенного в нем поршня последовательно соединенные генератор синусоидальных сигналов и модулятор, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем, последовательно соединенные приемник и временной селектор, последовательно соединенные генератор импульсов, выход которого соединен с управляющим входом модулятора, и формирователь строба, выход которого соединен с управляющим входом временного селектора, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора синусоидальных сигналов, аттенюатор выход которого соединен

2796

с входом приемника, и счетчик, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения производи- тельности контроля, оно снабжено вторьсм электроакустическим преобразователем, расположенным на поршне и соединенным с входом приемника, формирователем импульсов, входом

подключенньм к выходу формирователя строба, регистратором, тремя ключами, вькоды которых соединены с входом регистратора, последовательно соединенными пиковым детектором, первым входом подключенным к выходу временного селектора, вторым входом к выходу формирователя импульсов, фильтром низких частот, амплитудным дискриминатором, первой, второй и третьей линиями задержки, выходы которьк соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего ключей, и управляющим входом регистратора, датчиком давления и датчиком перемещения, выходы которых соединены соответственно с входами второго и третьего ключей, выход амплитудного дискриминатора соединен с входом счетчика

выход которого соединен с входом первого ключа.

Ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей предназначено для измерения скорости ультразвука, плотности и изотермической сжимаемости и может быть использовано в молекулярной физике и физической химии для исследования свойств вещества, в химической промьшшенности для контроля технологических процессов с использованием экспресс-анализа. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение производительности контроля за счет уменьшения времени измерений. Генератор синусоидальных сигналов, генератор импульсов и модулятор формируют радиосигнал и возбуждают электроакустический преобразователь. Сигналы с преобразователя проходят через исследуемую жидкость и принимаются вторым электроакустическим преобразователем. Формирователь строба формирует прямоугольный нмпульс, который поступает на управляющий вход временного селектора в момент прихода акустического импульса на преобразователь. Сигнал с временного селектора нормализуется с помощью пикового детектора, фильтра низких частот и амплитудного дискриминатора. Число пульсаций на выходе амплитудного дискриминатора подсчитывается счетчиком и регистрируется регистратором, который запускается ключом с задержкой первой линии задержки. С задержкой второй линии задержки открьгеается второй ключ и снова запускается регистратор и регистрируется значение давления камеры с датчика давления. С задержкой третьей линии задержки откры - вается третий ключ и в регистраторе регистрируется текущее значение . перемещения поршня. При непрерывном плавном повьппении давления регистрируется давление и величина перемещения, которые используются ; для расчета скорости ультразвука, плотности и сжимаемости исследуемой жидкости. Задержка сигналов в линиях задержки меньше общего времени измерений и не влияет на точность измерений. 1 ил. о (Л с ю