Ультразвуковой измеритель концентрации растворов Советский патент 1986 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, контроля концентрации и состава жидкостей, например водных ра.створов солей, кислот, щелочей, и может быть использовано в гидрометаллургической, обогатительной и других отраслях промышленности

Целью изобретения является повышение точности измерений растворов за счет учета изменения толщины стенки резервуара.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов содержит генератор 1 импульсов, излучатель 2 с преломляющим звукопроводом 3, который установлен на внешней стенке 4 резервуара. В резервуаре находится контролируемы раствор 5. На расстоянии от излучателя 2 на внешней поверхности стенки резервуара расположен приемник 6 с преломляющим звукопроводом 7. Измеритель содержит также усилитель 8, пиковый детектор 9, блок 10 логарифмирования, соединенньш с входом сумматора 11, выход которого соединен с входом регистрирующего блока 12, эхо импульсный ультразвуковой толщиномер 13, имеющий преобразователь, установленный на внешней поверхности стенки резервуара и подсоединенный своим выходом к второму входу сумматора 11 „

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов работает следующим образом.

Электрический импульс гененарато- ра 1 воздействует на излучатель 2. Импульсная ультразвуковая волна этого излучателя вводится через зву- копровод 3 наклонно к поверхности стен ки 4 резерву ара, где находится контролируемый химический раствор 5, и возбуждает в стенке волну Лэмба. Эта волна5 проходя внутри стенки вдоль ее поверхности, испытьшает зэ тухание зависящеее от концентрации q раствора 5.

После прохождения по стенке волна достигнув второго преломляющего зву- копровода 7, трансформируется в нем в продольную импульсную волну5 поступающую в приемник 6,

Для электрического сигнала приемника волны, установленного на наклонном звукопроБОде 7, имеет место сле

3145:- 2

дующая зависимость от измег ения концентрации uq при постоянной толщине dp стенки 4 резервуара;

(О

11 - II Г l- -- Ьд i ,

лч q q,,

где и, - амплитуда сигнала при текущем значении концентрации q;

Ид - амплитуда сигнала при начальном значении концентрации qQ и начальной толщине стенки dp; - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида химраствора и параметров акустического, тракта.

1ри изменении толщины d стенки в процессе эксплуатации относительно начальной толщины d, принятый сигнал имеет следующую зависимость от 4 d и uq;

и и„(1 .кА), .

°°

-Id d

(2)

-„ d,

где d - текущее значение толщины

стенки резервуара; К - безразмерный коэффициент пропорциональности.

Электрический сигнал приемника 6 через усилитель 8 поступает в пиковый детектор 9, вырабатывающий ана- S логовый сигнал, амплитуда Е которого пропорциональна амплитуде сигнала приемника

Е b- U, (3)

0 где b - постоянный коэффициент.

Этот аналоговый сигнал поступает в блок 10 логарифмирования, где он сравнивается с опорным аналоговым - сигналом. Амплитуда Е опорного сигнала (после ранее проведенного измерения амплитуда U, сигнала приемника при начальных значениях толщины do

50

стенки и концентрации q раствора) имеет значение

f Ъ.и 0 0

(4)

В результате сравнения блок IО вырабатьшает выходной сигнал с амплитудой, пропорциональной логарифму сравниваемых величин

Е, -К.Н К,1и-2, (5)

3

где К - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность аналогового сигнала. Как следует из выражений (2) и (5), выходной сигнал блока 10 зави- сит и от измеряемой величины &q и от уменьшения толщины fid стенки резервуара.

Исключение зависимости контроля

концентрации q от уменьшения толщины

стенки производится в сумматоре 11, на один из входов которого поступае сигнал блока логарифмирования.

Это достигается следующим образом.

Ультразвуковой преобразователь эхоимпульсного ультразвукового толщиномера 13 имеет резонансную частоту, на порядок большую частоты излучателя 2 и приемника 6 в тракте распространения волны Лэмба. Преобразователь возбуждается коротким импульсом, вырабатьшаемым в блоке измерения отклонения толщины d стенки от начального ее значения d, и через звукопровод (не показан) излу- I чает дополнительную высокочастотную ультразвуковую импульсную волну по Нормали к поверхности стенки 4 резервуара.

Эта импульсная волна частично отражается от стенки 4 и частично проникает в нее.

Отраженная от внешней поверхности стенки ультразвуковая импульсная вол на достигает преобразователя толщиномера 13, который вырабатьшает из нее первый электрический эхосигнал.

Частично вошедшая по нормали в стенку 4 импульсная волна достигает внутренней поверхности стенки и,- отразившись от этой поверхности, распространяется через стенку обратно к преобразователю толщиномера 13, который формирует второй электрический эхосигнал.

Интервал времени с между этими эхосигналами составляет величину

. 2d

-. --,

где с - скорость ультразвуковой продольной волны в материале стенки резервуара. Б толщиномере 13 измеряется интервал бГ между принятыми эхоимпульсами и его абсолютное изменение uf относительно первоначального значения

4534

Гд , которое предварительно определяют при начальном значении d толщины стенки. Сформированный аналоговый электрический сигнал по амплиту- де пропорционален уменьшению 4 временного интервала Г относительно его начального (при толщине d ) значения

дТ

Е, К, - - (7)

где К - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность аналогового сигнала,.поделен ного на размерность времени.

Величину этого коэффициента пропорциональности устанавливают такой, чтобы обеспечивалось исключение влияния зависи 1ости (2) сигнала от изменения ud на изменение uq.

Тогда аналоговый сигнал, по.ступа- ющий на второй вход слтиматора 11 , будет иметь амплитуду

л

Е, КК,-.г.

(8)

20 25 30

35

40 5

0

5

Блок 11 вырабатьшает выходной сигнал, равньш сумме поступающих на его входы аналоговых сигналов.

Выходной сигнал сумматора 11, который пропорционален измеряемой величине uq и не зависит от уменьшения толщины стенки d.

Е K.fiq,(9)

поступает на регистрирующий блок 12, шкала которого градуирована в единицах концентрации q контролируемого раствора.

Применение устройства позволяет повысить точность измерения за счет обеспечения корректировки показаний на величину влияния изменения толщины стенки резервуара, имеющего место при ведении технологического процесса .

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель концентрации растворов, содержащий генератор импульсов, последовательно электроакустически соединенные излучатель и приемник волны Лэмба в стенке резервуара с контролируемым раствот ром, усилитель, пиковый детектор и регистрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными эхоимпульсным ультразвуковым толщиномером и сумматором, подключенным выходом к регистрирующему блоку, блоком логарифмирования, входом подключенным к пиковому детектору, а выходом - к второму входу сумматора.

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля концентрации жидкостей и может быть использовано в обогатительной, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет учета изменения толщины стенки резервуара. Импульс генератора, трансформированный излучающим преобразователем, вводят через звукопровод в стенку резерijyapa с контролируемым раствором, принимают через звукопровод приемным преобразователем,усиливают,преобразуют в пиковом детекторе и блоке логарифмирования. Из блока логарифмирования сигнал поступает на первый вход матора. Одновременно с этим перпендикулярно стенке резервуара вводят другой сигнал,принимают сигнал,пропорциональный временному интервалу, обусловленному текущим значением толщины стенки по сравнению с начальной толпщной. Этот сигнал вырабатывает эхоимпульс- ный ультразвуковой толщиномер. Сигнал с выхода толщинометра подают на второй вход сумматора. С выхода сумматора сигнал, пропорциональный измеряемой концентрации раствора с учетом изменения толщины стенки, поступает на регистрирующий блок. Шкала регистрирующего блока проградуи- рована в единицах концентра - ции контролируемого . раствора. 1 ил. (О (Л ю со

-LU