Способ определения плотности жидких сред и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N9/24 

Изобретение относится к измерительной технике, н частности к измерению плотности двухкомпонентных смесей жидкости и диспергированным или растворенным в ней тяжелым элементам по степени поглощения исследуемой смесью гамма-излучения, и может быть применено в химической, горнодобывающей, нефтяной и других отраслях / промьшшенности.

Целью изобретения является повышение точности определения плотности жидких сред путем обеспечения максимальной чувствительности схемы из- мерения интенсивности прошедшего через слой исследуемой жидкости гамма-излучения во всем диапазоне изменения плотности.

Интенсивность излучения N, прошед шего через слой исследуемого вещества толщиной d, плотностью р , определяется выражением

N NP exp(-/4-/ d), (1) где N - интенсивность излучения ис- точника

/У - массовый коэффициент поглощения излучения исследуемог материала.

Чувствительность измерений можно определить как

S Ь -/wdN exp(-/y/)d)

Таким образом, чувствительность измерений пропорциональна произведению толщины исследуемого слоя на интенсивность прошедшего через него излучения

S -- d N.(3)

При изменении толщины слоя эта

величина имеет максимум при

-(О N expC-fMRd) + + -(dNoexp(-Npd)(-|4p) -/HN expC-f pdXl- pd) О,

1-|Mpd 0, d 1//gp. (4) Сущность способа заключается в следующем.

Изменяя толщину d слоя жидкости между источником гамма-излучения и детектором, перемещая либо детектор, либо источник, измеряют интенсивност прошедшего через слой излучения N и вычисляют произведение Nd. Находят толщину d, при которой произведение Nd максимально, а следовательно, обеспечивается максимум чувствитель- ности измерения. При этом значении d по градуировочным кривым определяют плотность жидкой среды.

Q

5

0

5

о

5

0

5

0 5

При известных значениях плотностей жидкой матрицы и диспергированном в ней элементе по найденному значению средней плотности смеси определяют концентрацию элемента в жидкой среде.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для реализации способа, обеспечивающее автоматический выбор расстояния между источником и детектором, соответствующего максимальной чувствительности измерения плотности исследуемой жидкости среды; на фиг.2- временная диаграмма распределения фаз.

Устройство содержит детектор 1 и источник 2 гамма-излучения, помещенные в сосуд 3 с жидкой средой А . Источник 2 излучения связан через редуктор 5 с реверсивным приводом 6 (например, электродвигателем), С приводом 6 соединен датчик 7 перемещения. Детектор 1 связан электрически со схемой 8 измерения интенсивности излучения (интенсиметром). Выход схемы 8 измерения соединен с первым входом схемы 9 умножения. Второй вход схемы 9 умножения соединен с выходом датчика 7 перемещения через масштабирующий усилитель 10. Один из выходов схемы 9 умножения соединен с сумматором 11 непосредственно,, а второй выход - через схему 12 выборки-хранения. Выход сумматора 11 соединен с двухуровневым компаратором 13, два других входа которого соединены с источником 14 опорного напряжения. Два.выхода двухуровневого компаратора 13 соединены с двумя од- новибраторами 15 и 16, каждый из которых через свои электронные ключи 17 и 18 соединен с реверсивным приводом 6, Схема 8 измерения интенсивности, схема 12 выборки-хранения и двухуровневый компаратор 13 связаны с выходом генератора 19 фаз.

Устройство содержит также счетно- решающий блок 20, входы которого соединены со схемой 8 измерения интенсивности излучения, двухуровневым компаратором 13 и через масштабирующий усилитель 10 с датчиком 7 перемещения, а выход соединен с показывающим прибором 21,

Устройство работает следующим образом,

Интенсиметр 8 совместно с детектором 1 обеспечивают измерение интенсивности излучения от источника 2,

прошедшего через контролируемую среду 4 . С выхода интенсиметра 8 напряжение, пропорциональное интенсивности излучения, поступает на вход аналогового умножителя 9, на другой вход которого поступает напряжение, пропорциональное расстоянию между детектором 1 и источником 2. Это напряжение вырабатывается датчиком 7 линейных перемещений и поступает на умножитель 9 через масштабирующий усилитель 10. С выхода умножителя 9 напряжение, пропорциональное произведению двух входных напряжений, по- ступает на сумматор 11, где вычитается из напряжения, поступающего со схемы 12 выборки-хранения. На схеме

12.выборки хранения запоминается произведение тех же измеряемых вели- чин, но в предыдущем цикле регулирования. Для этого с второго прямого выхода умножителя 9 подается сигнал

на вход схемы 12 выборки-хранения о С выхода сумматора 11 разность двух произведений (в предыдущем цикле регулирования и в текущем) поступает на вход двухуровневого компаратора

13, определяется знак этой разности. Если значение разности положи тельно и превьппает уровень положител ного опорного напряжения вьфабатывае мого источником 14 опорного напряжения, то запускается одновибратор 15

и разрешается включение электронного ключа 17, обеспечивающего питание привода 6. Одновибратор 15 задает время, в течение которого к обмоткам привода 6 подается напряжение и тем самым производится перемещение источника 2 с помощью редуктора 5. Если разность отрицательна и больше уровня отрицательного опорного напряжения от источника 14 опорного напряжения, то запустится другой одновибратор 16 и включится другой электрон ный ключ 18, и вращение привода будет противоположным. Величина опорных напряжений (положительного и отрицательного) источника 14 определяет зону нечувствительности схемы измере- ния к статистическим разбросам интен сивности излучения, регистрируемого интенсиметром 8, а именно: когда сигнал с умножителя 11 меньше опорного положительного или отрицательного напряжения, компаратор 13 не вырабатывает сигнал на включение привода 6 а вырабатывает сигнал на измерение

плотности. Для правильной работы устройства необходимо обеспечить определенную последовательность стробирую- щих сигналов (фаз) на узлы интенсиметра 8, схемы 12 выборки-хранения и компаратора 13. Эту последовательность обеспечивает генератор 19 фаз, вырабатывающий четыре таких строби- рующих сигнала. Временная диаграмма распределения фаз представлена на фиг. 2. Фаза Ф1 (фаза измерения) определяет начало цикла и обеспечивает суммирование зарегистрированных детектором гамма-квантов. По окончании фазы вход детектора отсоединяется от входной цепи интенсиметра. Фаза Ф2 (фаза запуска) обеспечивает стро- бирование компаратора. Фаза ФЗ (фаза записи) обеспечивает запоминание (запись) произведения измеренных величин в текущем цикле для использования в следующем цикле как предьщу- щее произведение. Фаза Ф4 (фаза сброса) обеспечивает установку в исходное состояние интенсиметра для подготовки измерения в следующем цикле.

Период следования фаз устанавливается большим суммы времени измерения и времени отработки двигателем управляющего сигнала на вращение (определяется одновибраторами), Когда компартор вырабатывает сигнал на измерение плотности, этот сигнал подается на управляющий вход счетно-решающего блока 20. На информативные входы подаются сигналы от датчика 7 перемещения через масштабирующий усилитель 10 и от схемы 8 измерения интенсивности излучения. Счетно-решающий блок по измеренной толщине слоя и интенсивности поглощенного излучения вычисляет величину плотности и передает ее на показывающий прибор 21. Это вычисление проводится после фазы Ф2 и до фазы Ф4.

Положительный эффект от использования изобретения достигается за счет того, что измерение плотности производится при толщине слоя исследуемой жидкости между источником гамма-излучения и детектором, обеспечивающей максимальную чувствительность схемы измерения, что повышает точность определения плотности.

Формула изобретения

1. Способ определения плотности жидких сред, заключающийся в измереНИИ интенсивности гамма-излучения, прошедшего через слой исследуемой среды, измерении толщины слоя и определении плотности среды по градуиро- вочным кривым, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности определения путем обеспечения максимальной чувствительности во всем диапазоне измерения, измерение тoлп9 ны слоя производят при ее изменении, вычисляют величину произведения толщины слоя на интенсивность прошедшего через слой гамма-излучения и в момент максимума этого произведения определяют искомьШ параметр

2с Устройство для определения плотности жидких сред, содержащее детектор и источник гамма-излучения, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга, помещенные в сосуд с исследуемой жидкой средой, датчик перемещения, схему измерения интенсивности излучения и показывающий прибор, отличаю- ш, е е с я тем, что, с целью повьшения точности измерений за счет авто

матизации обеспечения измерений при максимальной чувствительности, оно дополнительно снабжено реверсивным приводом перемещения источника излучения или детектора, выход которого через датчик перемещения соединен с первым входом схемы умножения, второй вход которой соединен с выходом детектора, а два выхода соединены с сумматором, причем один из выходов - через схему выборки хранения, двух-... уровневым компаратором, входы которого соединены с выходом сумматора, источником опорных напряжений и генератором фаз, а выходы - с двумя одновибраторами, каждый из которых через электронные ключи подключен к входу реверсивного привода, и счетно- решающим блоком, выход которого подключен к показывающему прибору, а входы подключены к датчику перемещения и схеме измерения интенсивности излучения, входы которой подключены к детектору и генератору фаз, еще один выход которого подключен к схеме выборки-хранения.

Изобретение касается измерения плотности жидких двухкомпонентных сред радиоизотопным методом. Целью изобретения является повьшение точности определения плотности путем обеспечения максимальной чувствительности во всем диапазоне изменения плотности среды. Измерение интенсивности излучения N производят при переменной толщине слоя жидкости d перемещением источника излучения или детектора. Находят такую толщину слоя, при которой произведение dN максимально, что соответствует максимуму чувствительности схемы измерения, после чего по градуировочным кривым определяют искомую величину. Устройство для осуществления способа содержит реверсивный привод перемещения источника излучения или детектора, погруженных в исследуемую жидкую среду, счетно-решающий блок и аналоговую схему, обеспечивающую автоматический выбор расстояния между источником и детектором, при котором чувствительность измерения максимальна, что повышает точность определения плотности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (О (Л со |Х СП S

/

иг.1

fPuz.l