Ультразвуковой концентратомер растворов Советский патент 1961 года по МПК G01N29/02 

Известны ультразвуковые концентратомеры растворов, включающие излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, генератор высокой частоты, приемный усилитель-ограничитель, усилитель-ограничитель сигнала генератора и подключенный к двум последним фазовый детектор с присоединенным к нему регистрирующим прибором.

В предлагаемом ультразвуковом концентратомере растворов по сравнению с известными обеспечивается автоматическая компенсация погрещностей, обусловленных изменениями скорости ультразвука в контролируемой среде при колебаниях ее температуры. Это достигается тем, что промежуточная мембрана, через которую в концентратомере происходит передача ультразвуковых колебаний, изготовлена из материала, у которого температурный коэффициент скорости ультразвука имеет противоположный знак по отнощению к температурному коэффициенту скорости ультразвука в контролируемой среде, или в виде твердой оболочки с наполнением Ж11лкост), имеющей требуемый знак температурного коэффициента скорости ультразвука.

На фиг. 1 изображена электрическая схема ультразвукового концентратомера; на фиг. 2-схема датчика концентратомера с мембраной из твердого тела для измерения концентрации или плотности растворов в открытых магистралях и сборниках, в разрезе; на фиг. 3-схема части головки датчика с жидкостной мембраной, в разрезе.

С задающего генератора высокой частоты, собранного по осцилляторной схеме на пентоде 6ЖЗП-лампа Л, электрические колебания высокой частоты поступают на усилитель мощности, собранный на пентоде 6П14П-лампа Л по схеме катодного повторителя. Катодный нагрузкой усилителя мощности служит настроенный колебательный контур, состоящий из индуктивности LI, первичной обмотки трансформатора, индуктивности Z-2 ступенчатого реостатно-емкостного фазовращателя, емкости излучающего пьезоэлемента ИП датчика и емкосгн соединительного коаксиального кабеля.

№ 134904-2

Электрические колебания преобразуются излучающим иьезоэлементом в ультразвуковые колебания той же частоты, которые, пройдя че рез кoнтpoлиpyeмJ.Й раствор, поступают на приемный пьезоэлемент /7/7 с некоторым сдвигом фазы относительно колебаний на излучающем пьезоэлементе Я/7.

Для компенсации температурных погре1аностей, между пьезоэлементами и контролируемой средой в датчике устанавливаются мембраны с температурным коэффициентом ( скорости ультразвука, имеюп 1им знак, противоположный знаку температурного коэффициента -, скорости звука в контролируемой среде. Толщина этих мембран рассчитывается, согласно соответствующим математическим формулам. Все известные твердые тела, которые могут быть использованы в качестве материала мембран, имеют отрицательный знак температурного коэффциента -(; в связи с этим они могут бытьлрименены только для жидкостей, имеющих положительный знак температурного коэффициента 1 скорости ультразвука. К этому классу жидкостей относятся, в ча стности, все водные растворы в значительном интервале концентраций и температур.

Дйтчик с мембранами из твердого тела может быть выполнен в следующем виде (фиг. 2). Излучатель и приемник ультразвуковых колебанпй смонтированы в одинаковых головках, корпуса У которых установлены на резьбе до упора в стойки 2, жестко фиксированные между собой трубчатыми фиксаторами 3. Винтовые сопряжения между собой корпуса, переходной втулки 4 к наконечники 5, а также выход коаксиального кабеля 6 герметизированы с помощью резиновых прокладок 7 и 8. Стойки, фиксаторы и внещние детали головок изготов;1ены из оргстекла. Днипда корпусов являются мембранами пьезоэлементов 9. Электрическое соединение обкладки пьезоэлемента, прижатой к мембране, с металлической оплеткой кабеля осуп1ествляется через язычок JO кольца из латунной фольги, вжимаемый пьезоэлементом в углубление к .мембране, спиральную пружину // и металлическую втулку 4, которая прижимает кореец оплетки кабеля к внутренне.му торцу втулки 2. Электрическое соединение верхней обкладки с токоведуц.1ей жилой кабеля осуществляется через де.мпфер 12, спиральную пружину /, и .металлический контакт 14, в котором Закреплена жила кабеля.

Для жидкостей, имеющих отрицательный знак температурного коэффициента скорое™ ультразвука, температурная компенсация обеспечивается посредством жидкостной .1ембраны с твердой оболочкой. В качестве жидкости используется води или водный раствор, обладающий положительным температурным коэффициентом скорости ультразвука требуемой величины. Толщина жидкостного слоя (наполнения) мембраны рассчитывается также согласно соответствующим математическим формулам. Выполнение жидкостно мембраны поясняется схе.мой на фиг. 3, где обозначены; пьезоэлемент /5, корпус 16 головки датчикя, твердая оболочка У/ мембраны, жидкостной слой 18 (исполнение) мембраны; остальные элементы конструкции датчика аналогичны к(,нструкции на фиг. 2.

Как было уже сказано, ультразвуковые колебания 11ост 1ают на приемный пьезоэлемент ПП с некоторы.м сдвигом фаз; этот сдвиг фаз пропорционален измеряемой концентрации. Ультразвуковые колебания приемным пьезоэлементом преобразуются в электрические, которые поступают на приемный усилитель-ограничитель, состоящий из четырех каскадов, собранных по резонансной схеме на пентодах 6ЖЗП - лампы ,/7з, Л, Лз и //6. Последний каскад (лампаЛб), анодной нагрузкой которого является: внутренниГт настроенный колебательный контур L,- -

C| - C.j фазового детектора (лампа JIj работает в режиме ал ПЛ11Т}дного ограничителя. Колебательные хоитуры анодных нагрузок лами .7;-,, ,/LI, //;-, Л,1 для увеличения стабильности фазовой характеристики приемного усилителя-ограничителя шунтирСваны сонротнвлениямн соответственно /,. , и R.;. На внутреииий лолебательный контур фазового детектора, кроме приемного сигнала, иоступают также электрическпе колебания стабилизованной амплитуды с излучающето пьезоэ.теменга ИП через систему: контур в цени катода ламны .Т,-- вторичная noH.iжающая, индуктивность /., трансформатсфа, индуктивность /-2 ступенчатого реостатно-емкостного фазовран;ателя, емкости конденсаторов С; С и переключаемые переключателем // сопротивления резонансный усилитель-ограничитель, собранный на неитоде бЖЗН -ламиа //8, анодной нагрузкой которого является riaciроенный В1кпиний колсбатель)1ый контур L.- - ,; фазового детектора.

Фазовый детектор на катодной нагрузке выделяет нанряжение HCJстоянного тока, нроиорциональное )азностн фаз, поступаюншх на вн.утренннй контур колебаниГ и, следовгггельно, онределяюнич ко1пим т эаг1И1о коитролируемого раствора. Часть Ь)того напряжения с сопротивления К ностунает на регистрирующий прпбор-стандартный электронный потенциометр любого тнпа, например ЭПП-09, шкала которого градуируется в единицах концентрации для записи измеряемой концентращш. В ценн катодной нагрузки фазового детектора установлен стрелочный iJirTHKaTOp-мнкроамиерметр .МЛ (тииа-.М24), игкала которого также градуирована в единицах измеряемого ;1араметра р аствора; рег лиров -:а рабочего тока фазового детектора осуилествляется потенциометром Rz;-,.

Отрицательное ианряжеиие постоянного тока, поступающее с дел ;теля источника стабилизованного питания через блокирующее сопротивление на стрелочный индикатор и нагрузочное сопротивление регистрирующего нрюора, слуЖ1 т для установки его на нуль.

Компенсация началыпмо сдвига сразы нриемиого еи.иала (соответствующего начальной концентрации контро.чируемого раствора) может быть осуществлена в излучающем канале равными ступенями по 16° в диапазонах 0+160° в одном положении переключателя П-2 и в днаиазоiiax 180-1-340° в другом его положении и плавно ь приемном канале в диапазоне 0 + 40° с номощыо потенциометра на входе ламны Л. Это обеспечивает возможность применения одного и того же электронного измерительного блока для датчиков с различными расстояниями между излучающим и приемным пьезоэлементами.

Контроль изменений амплитуды входного сигнала, необходимый в некоторых технологических процессах для качественного анализа их течения может осуществляться одновременно е измерениями концентрации с немощью однополупериодного детектора, собранного на точечном полупроводниковом диоде Дь на входе лампы Л приемного усилителя-ограничителя. Часть выпрямленного напряження е соиротпвления /.,2 ностунает на регистрирующий прибор.

Переключатель Яз служит для периодической проверки нормальной работы приемного канала (в ноложении о) и излучающего канала (в положении б). В указанных положениях переключателя Яз фазовый детектор регистрирует только выходные амплитуды сигналов приемного и излучающего сигналов. Положение в переключателя Я соответствует измерению концентрации контролируемого раствора.

Питание элементов схемы электронного измерительного блока постоянным и переменным стабилизованным напряжением осуществляется но схеме, включающей в себя: силовой трансформатор Тр; выпрямитель положительного напряжения, собранного на полупроводниковых диодах типа ДГ-Ц27 по мостовой схеме; выпрямитель отрицатетьного

-3 -До 184904

№ 34904- 4 напряжения на таких же иолупроводниковых диодах; два газовых стабилизатора напряжения, собранных на лампах Лд и Лю типа СГ-1П.

Предмет изобретения

Ультразвуковой концентратомер растворов, включающий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, генератор высокой частоты, приемный усилитель-ограничитель, усилитель-ограничитель сигнала генератора и подключенный к двум последним фазовый детектор с присоединенным к нему регистрируюш,им прибором, отличающийся тем, что, с целью обеспечения автоматической компенсации погрешностей, обусловленных изменениями скорости ультразвука в контролируемой среде при колебаниях ее температуры, промежуточная мембрана, через которую в концентратомере происходит передача ультразвуковых колебаний, изготовлена из материала, у которого температурный коэффициент скорости ультразвука имеет противоположный знак по отношению к температурному коэффициенту скорости ультразвука в контролируемой среде, или в виде твердой оболочки с наполнением жидкостью, имеющей требуемый знак температурного коэффициента скорости ультразвука.

Ч