Способ ультразвукового контроля параметров потока пульпы в пульпопроводе и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

00

о ел 1

Э

1370543

волн Лэмба в выбранных направлениях 40 умножения определяют значения и по значениям затуханий с помощью уровня, скорости и расхода пульпы, блоков 12 и 36 вычитаний и блока 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к бесконтактным методам контроля технологических потоков и может быть использовано в рудообогатительной и строительной областях промышленности. Цель изобретения - повьппение точности и информативности путем измерения дополнительных параметров. На стенке пуль попровода 44 располагают ультразвуковые преобразователи 4 и 6 с фиксирующими призмами 5 и 7 на одной оси, перпендикулярной пульпопроводу 44. Кроме того, располагают на стенке пульпопровода совмещенные ультразвуковые преобразователи 16 и 18 на фиксирующих призмах 17 и 19 на оси вдоль пульпопровода. В стенке пульпопровода возбуждают и принимают волны Лэмба перпендикулярно пульпопроводу 44 при наличии пульпы и без нее и в двух встречных направлениях вдоль пульпопровода, измеряют затухание (Л

1

Изобретение относится к области измерения параметров технологических потоков бесконтактным ультразвуковым методом и может быть использовано в горно-обогатительной, строи- тельной, химической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности контроля и информативности путем измерения дополни- тельных параметров.

На чертеже приведена блок-схема устройства для осуществления способа ультразвукового контроля.

Устройство для ультразвукового контроля параметров потока пульпы содержит последовательно соединенные мультивибратор 1, первый формирователь 2 импульсов, первый генератор 3 зондирующих импульсов, первый ультразвуковой преобразователь 4, установленный на первой формирующей призме 5, второй ультразвуковой преобразователь 6, установленный на второй формирующей призме 7, первый приемный усилитель 8, выход которого подключен к первому входу первого блка 9 селекции, второй вход которого через первый времязадающий блок 10 соединен с выходом мультивибратора 1, а выход первого блока 9 селекции через третий интегратор 11 подключен к первому входу первого блока 12 вычитания, второй формирователь 13 импульсов, выход которого через второй генератор 14 зондирующих импульсов подключен к первому входу электронного коммутатора 15, второй вход которого соединен с третьим ультразвуковым преобразователем 16, укреплен- ным на третьей формирующей призме 17 третий вход соединен с четвертым ультразвуковым преобразователем 18, укрепленным на четвертой формирующей призме 19, а выход злектронного ком- мутатора 15 подключен к второму приемному усилителю 20, выход которого

5

5

0 5

0

соединен с вторым входом второго блока 21 селекции, первый вход которого через второй времязадающий блок 22 подключен к выходу мультивибратора 1 , а выход второго блока 21 селекции соединен с вторыми входами первого 23 и второго 24 электронных ключей, счетчик 25, вход которого соединен с четвертым входом электронного коммутатора 15, входом второго формирователя 13 импульсов и выходом мультивибратора 1, а выход счетчика 25 подключен к входу дешифратора 26, первый выход которого через последовательно соединенные первый одновиб- ратор 27, дифференциатор 28 и первый амплитудный ограничитель 29 подключен к первому входу первого электронного ключа 23, а второй выход дешифратора 26 через последовательно соединенные второй одновибратор 30,второй дифференциатор 31, четвертый амплитудный ограничитель 32 соединен с первым входом второго электронного ключа 24, выход которого подключен к второму входу второго амплитудного детектора 33, первый вход которого через третий амплитудный ограничитель 34 соединен с выходом второго дифференциатора 31, а выход второго амплитудного детектора 33 через второй интегратор 35 подключен к второму входу блока 36 вычитания, первый вход которого через первый интегратор 37 соединен с выходом первого амплитудного детектора 38, первый вход которого подключен к выходу первого электронного ключа 23, а второй вход первого амплитудного детектора 38 через второй амплитудный ограничитель 39 подключен к выходу первого дифференциатора 28, выход второго блока 36 вычитания соединен с первым входом блока 40 умножения и входом масштабирующего блока 41,выход масштабирующего блока 41 подключен к второму входу первого блока 12

J

вычитания, третий вход которого соединен с первым задатчиком 42, а выход первого блока 12 вычитания подключен к третьему входу блока 40 умножения, к второму входу которого подключен второй задатчик 43.

Первая 5 и вторая 7 формирующие призмы закреплены на стенке технологического пульпопровода 44 по оси, которая перпендикулярна основанию технологического пульпопровода 44, а третья 17 и четвертая 19 формирующие призмы - по оси, которая параллельна этому основанию.

Способ осуществляют следующим образом.

Сформированные ультразвуковые колебания с помощью формирующих призм преобразовываются в волны Лэмба и вводятся в стенку технологического пульпопровода. Производится одновременное измерение затухания волн Лэмба, распространяющихся по стенке технологического пульпопровода по двум осям, одна из которых параллельна, а вторая перпендикулярна основанию технологического пульпопровода.

Вычисляется разность затуханий волн Лэмба, распространяющихся по оси, параллельной основанию технологического пульпопровода, в направлении движения технологического потока

и в противоположном направлении для

измерения скорости движения технологического потока. Вычисляется разность затуханий волн Лэмба, распространяющихся по оси, перпендикулярной основанию технологического пульпопровода, при наличии в нем потока и без него для измерения уровня потока в пульпопроводе.

По разности затуханий встречных волн Лэмба вдоль пульпопровода судят о скорости потока пульпы.

Вычисляется произведение вычисленных разностей, величина которого представляет собой массовый расход технологического потока.

Устройство для осуществления способа ультразвукового контроля параметров технологических потоков работает следующим образом.

Мультивибратор 1 генерирует импульсы постоянной длительности, которые первым формирователем 2 импульсов преобразовываются в запускающие импульсы большой скважности и включают первый генератор 3 зондирующих

70543

импульсов, работающий в ждущем режиме .

Первый генератор 3 зондирующих импульсов генерирует радиоимпульсы прямоугольной формы, поступающие на первый ультразвуковой преобразователь 4, который преобразует электрические колебания в упругие ультразву1Q ковые колебания среды. Эти колебания преобразуются первой формирующей призмой 5 в волны Лэмба, распространяющиеся в стенке технологического пульпопровода 44 по оси, перпенди15 куляриой основанию технологического пульпопровода. Волны Лэмба, пройдя фиксированное расстояние по стенке пульпопровода, поступают на вторую формирующую призму 7, преобразующую

2Q их в продольные ультразвуковые колебания, поступающие затем на второй ультразвуковой преобразователь 6.

Второй ультразвуковой преобразователь 6 осуществляет преобразование

2Ь упругих ультразвуковых колебаний в электрические колебания, которые усиливаются первым приемным усилителем 8 и поступают на первый вход первого блока 9 селекции. При про3Q хождении по стенке технологического пульпопровода 44 волной Лэмба фиксированного расстояния (от первой 5 до второй 7 формирующих призм) величина ее затухания зависит от уровня технологического потока в пульпопроводе 44 (чем выше уровень, тем больще ее затухание) и плотности пульпы.

Для того, чтобы отстроиться от помех, вызванных, например, сигналом, отраженным от основания технологического пульпопровода 44, первый времязадающий блок 10 формирует управляющий импульс, сдвинутый на время t относительно импульса мультивибратора 1. Сформированный первым времязадающим блоком 10 управляющий импульс открывает первый блок 9 селекции и электрические колебания,

CjQ усиленные первым приемным усилителем 8, поступают на третий интегратор 11, который усредняет поступивший на его вход сигнал. Выходной сигнал j третьего интегратора 11 поступает

55 на первый вход первого блока 12 вычитания, на третий вход которого поступает сигнал j с первого задат- чика 42. Величина задания j первого задатчика 42 определяется значением

35

затухания волны Лэмба, распространяющейся по стенке технологического пульпопровода 44 от первой 5 до второй 7 формирующих призм при отсутствии в нем технологического потока. На второй вход первого блока 12 вычитания с масштабирующего блока 41 с масштабным коэффициентом поступает сигнал, пропорциональный скорости V движения технологического потока в пульпопроводе 44. Результат вычисления разности первым блоком 12 вычитания пропорционален уровню h технологического потока в пульпопроводе 44, Т.е. :

h j - L V - j.

Скорость движения технологического потока в пульпопроводе 44 определяется следующим образом.

Импульсы постоянной длительности с мультивибратора 1 вторым формирователем 13 импульсов преобразовываются в запускающие импульсы большой скважности, которые включают второй генератор 14 зондирующих импульсов, работающий в ждущем режиме. Второй генератор 14 зондирующих импульсов генерирует радиоимпульсы прямоугольной формы, поступающие на первый вход электронного коммутатора 15, который при каждом импульсе мультивибратора 1, поступающем на его четвертый вход подключает к выходу второго генератора 14 зондирующих импульсов третий 1 или четвертый 18 ультразвуковые преобразователи. При этом четвертый 28 или третий 16 соответственно ультразвуковые преобразователи подключаются к входу второго приемного усилителя 20.

Третий 16 (четвертьй 18) ультразвуковой преобразователь, подключенный электронным коммутатором 15 к выходу второго генератора 14 зондирующих импульсов, преобразовывает электрические колебания в упругие ультразвуковые колебания среды. Эти колебания преобразуются третьей 17 (четвертой 19) формирующей призмой в волну Лэмба и вводятся в стенку технологического пульпопровода 44. Причем коммутация третьего 16 и четвертого 18 ультразвуковых преобразователей элект ронным коммутатором 15 позволяет сформировать волны Лэмба,распространяющиеся как в направлении движения технологического потока, так и противоположно последнему .

Волна Лэмба, распространяющаяся по стенке технологического пульпопровода 44 в направлении, совпадающем с направлением движения технологического потока, поступает на третью формирующую призму 17, а в противоположном направлении - на чет-° вертую формирующую призму 19, которые осуществляют преобразование ее в продольные ультразвуковые колеба5 ния. Полученные ультразвуковые продольные колебания преобразовываются третьим 16 или четвертым 18 соответственно ультразвуковым преобразователем в электрические колебания, ко0 торые усиливаются вторым приемным усилителем 20 и поступают на второй вход второго блока 21 селекции.

Второй блок 21 селекции осуществляет временную селекцию принимае5 мых электрических колебаний, т.е. открывается на время Т , равное длительности импульса,сформированного вторым времязадающим блоком 22, причем сформированный им1Г, льс сдвинут на

Q время t относительно импульса мультивибратора 1. Проселектированный сигнал с выхода второго блока 21 селекции поступает на вторые входы первого 23 и второго 24 электронных ключей, которые пропускают этот сиг5

0

5

-1 их

пер0

5

нал для вычисления затуханий i волн Лэмба при поступлении на вые входы импульсов управления.

Импульсы с выхода мультивибратора 1 поступают на вход счетчика 23, где они подсчитываются, результат счета поступает на вход дешифратора 26. Если сумма импульсов, поступающих на вход счетчика 25, нечетная, то дешифратор 26 формирует импульс на его первом выходе, а если сумма четная, то импульс формируется на его втором выходе.

Импульс с первого и второго вько- дов дешифратора 26 поступает на вход первого 27 и второго 30 одновибра- торов соответственно, которые формируют прямоугольные импульсы фиксированной длительности. Сформированные первым 27 и вторым 30 одно- вибраторами прямоугольные импульсы поступают на вход первого 28 и второго 31 соответственно дифференциаторов, которые преобразовывают поJ

ступающий прямоугольный импульс в два (разной полярности) - положительный, соответствующий переднему фронту, и отрицательный, соответствющий заднему фронту входного импульса. С выхода первого дифференциатора 28 полученные разнополярные импульсы поступают на первый 29 и второй 39 амплитудные ограничители, причем амплитудный ограничитель 29 пропускает только положительный импульс (на его выходе формируется импульс открытия ), а второй амплитудный ограничитель 29- - только отрицательный импульс (на его выходе формируется импульс сброса). i

С выхода второго дифференциатора

31полученные разнополярные импульс поступают на третий 34 и четвертый

32амплитудные ограничители, которые аналогичным образом формируют

на своих выходах соответствующие импульсы управления, i

При возникновении в стенке пульпопровода волны Лэмба на нее воздействуют динамические эффекты движущеся потока. Эти эффекты, т.е. давление ,вызываемое ими в зависимости от того, совпадает направление их воздействия с направлением движения волны или нет, приводят к различному затуханию волн Лэмба. При этом величина затухания определяется величиной этого давления, т.е. скоростью потока.

ЕСЛИ волна Лэмба распространяется по стенке технологического пульпопровода 44 в направлении движения технологического потока, то на первый вход первого электронного ключа 23 поступает импульс открытия с выхода первого амплитудного ограничителя 29, открывающий его, и проселек- тированный сигнал с вьгхода второго блока 21 селекции поступает на первый вход первого амплитудного детектора 38. Первьй амплитудный детектор 38 запоминает текущее значение амплитуды электрического сигнала, которое и поступает на первый интегратор 27, вычисляющий среднее значение затухания амплитуды i. С приходом на второй вход первого амплитуд- него детектора 38 импульса сброса с выхода второго амплитудного ограничителя 39 происходит сброс ранее записанного значения амплитуды.

43

Если же волна Лэмба распространяется по стенке технологического пульпопровода 44 в направлении, противо- пол ожном движению технологического потока, тогда на первый вход второго электронного ключа 24 поступает импульс открытия с выхода третьего амплитудного ограничителя 34, от

крывающий его, и проселектированный сигнал с вьгхода второго блока 21 селекции поступает на первый вход второго амплитудного детектора 33. Второй амплитудный детектор 33 запоминает текущее значение амплитуды электрического сигнала, которое и поступает на второй интегратор 35, вычисляющий среднее значение затухания

амплитуды 1

С приходом на второй

вход второго амплитудного детектора 33 импульса сброса с выхода четвертого амплитудного ограничителя 32 происходит сброс ранее записанного значения амплитуды.

Вычисленные значения затухания амплитуд i и i, волн Лэмба поступают соответственно на первый и второй входы второго блока 36 вычитания.

Вычисленная разность i.

- 1

j пропор 055

30

45

циональна скорости V движения технологического потока в пульпопроводе 44

В блоке 40 умножения производится умножение трех величин, поступающих на три его входа, причем на первый вход поступает сигнал, пропорциональ- ньй скорости V движения технологического потока, с выхода второго блока 36 вычитания, на второй вход - сигнал, соответствующий ширине 1 технологического пульпопровода 44, с выхода второго задатчика 43, а на третий вход - сигнал, соответствующий высоте h технологического потока в пульпопроводе 44, с выхода первого блока 12 вычитания. Вычисленное блоком 40 умножения произведение пропорционально массовому расходу Q технологического потока в пульпопроводе 44, т.е.

(ii i.)

J. - u, - i,) - j

Формула изобретения

возбуждают ультразвуковые колебания, принимают их и по измеренным характеристикам ультразвуковых колебаний опре.деляют искомые параметры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности контроля, в стенке пульпопровода возбуждают и принимают волны Лэмба перпендикулярно пульпопроводу при -наличии пульпы и без нее и в двух встречных направлениях вдоль пульпопровода, измеряют затухание волн Лэмба в выбранных направлениях, по разности затуханий волн Лэмба в на- павлении, перпендикулярном пульпопроводу, судят об уровне пульпы, по разности затуханий волн Лэмба в направлении пульпопровода судят о скорости потока пульпы, а по произве дению скорости потока и уровня пульпы судят о расходе.

0

5

Q

дами-выходами совмещенных ультразвуковых преобразователей, и вторым приемным усилителем, выход которого связан с вторым входом второго блока селекции, последовательно соединенными счетчиком и дешифратором,двумя входами соответственно подключенным к входам первого и второго одно- вибраторов, последовательно соединан- ными первыми дифференциатором, вход которого подключен к выходу первого одновибратора, амплитудным ограничителем, электронным ключом, амплитудным детектором, интегратором и вторым блоком вычитания, выход которого увязан с первыми входами блока умножения и масштабирующего блока, соединенного выходом с вторым входом первого блока вычитания, последовательно соединенными вторыми дифференциатором, вход которого пoдкJtючeн к выходу второго одновибратора, амплитуд-- ным ограничителем, электронным клю- 25 чом и интегратором, выход которого связан с вторым входом второго блока вычитания, третьим амплитудным ограничителем, включенным между выходом первого дифференци атора и входом Сброс первого амплитудного детектора, четвертым амплитудным ограничителем, вклк1ченным между выходом второго дифференциатора и входом Сброс второго амплитудного детектора, третьим интегратором,включенным между выходом первого блока селекции и тре™ тьим входом первого блока вычитания, подключенного к второму входу блока умножения, связанным с его третьим входом вторым задатчиком, выход йто-, рого блока селекции соединен с вторыми входами электронных ключей, выход мультивибратора подключен к входам счетчика, второго формирователя импульсов и к управляющему входу электронного коммутатора, первый и второй ультразвуковые преобразователи установлены на стенке пульпопровода перпендикулярно ему, а все тразвуковые преобразователи выполнены с формирующими призмами.

30

35

40

45

50