Ультразвуковое устройство для идентификации жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к области акустических методов исследования жидкостей и может быть использовано при идентификации жидкости, например, протекающей по трубопроводу.

Целью изобретения является расширение области применения вследствие повышения разрешающей способности благодаря использованию контактирующей с жидкостью пластины, изменяющей под действием электрического поля скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний

На фг. 1 схематично представлено УЗ устройство для идентификации жидкости, на фиг 2 - график зависимости относительного изменения акустического сопротивления (Арак/рак) от величины Е постоянного электрического поля для материала на основе ВаТЮзс СеС2 при различной температуре1 кривая НТк-9°С) Кривая 2-(Тк-19°С), где Тк - температура точки Кюри материала, на фиг. 3 - линейный участок графика зависимости по фиг 2, используемый в качестве тарировочного графика входа работы устройства

О vj

сл -ч сл

ь.

УЗ устройство для идентификации жидкости содержит предназначенную для контактирования с жидкостью 1 пластину 2 из непьезоэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью, не меньшей 5-Ю3 и установленные на пластине 2 излучающий и приемный УЗ преобразователи 3 и 4 соответственно . Устройство также содержит соединенный с излучающим преобразователем 3 генератор 5 и соединенный с приемным преобразователем 4 блок 6 измерения амплитуды принятых колебаний, Кроме того, устройство содержит расположенные на противоположных сторонах пластины электроды 7, блок 8 иэмене- ния скорости распространения УЗ колебаний в пластине 2 и блок 9 измерения напряжения, соединенный с электродами 7. Блок 8 выполнен в виде источника постоянного напряжения, соединенного с электродами. Пластина 2 может быть вмонтирована в трубопровод 10.

УЗ устройство для идентификации жидкости работает следующим образом.

По трубопроводу 10 пропускают одну жидкость 1, например ацетон (/3iCi 9,208 акуст Ом). Преобразователь 3 под воздействием генератора 5 излучает в пластину 2 импульсы УЗ колебаний. Распространяясь в пластине 2, УЗ колебания доходят до границы раздела материал пластины 2 -жидкость 1, частично проходят в жидкость 1 и частично отражаются в направлении к преобразователю 4, причем величина коэффициента отражения определяется акустическими сопротивлениями материала пластины 2 и жидкости 1. Отраженные УЗ колебания поступают на преобразователь 4, трансформируются и; в электрические импульсы и поступают в блок 6. С помощью блока 6 происходит выделение отраженных границей раздела эхосигналов и регистрация их амплитуды. При прохождении через трубопровод 10 другой жидкости 1, например метилового спирта (/3202 8,859 акуст Ом), изменяются коэффициент отражения границы раздела и, соответственно, амплитуда поступающих в блок 6 сигналов. Изменение акустического сопротивления жидкости 1 компенсируют изменением скорости распространения УЗ колебаний в материале пластины 2, для чего изменяют величину постоянного напряжения на выходе блока 8 которое поступает на электроды 7. Использование в качестве материала пластины непьезоэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью , например материала на основании ВаТЮз с

СеОа г 5-10 ), обусловлено тем, что наведенная внешним электрическим полем электромеханическая связь, от которой зависит скорость распространения УЗ колебаний, определяется большим дипольным моментом, образуемым компонентами кристаллической решетки в таких веществах. Зависимость изменения скорости распространения УЗ колебаний от величины напря0 женности электрического поля резко усиливается с увеличением диэлектрической проницаемости и достигает нескольких процентов, что необходимо при работе устройства для материалов с f 5-103- Ве5 личину напряженности электрического поля изменяют до тех пор, пока амплитуда принимаемого преобразователем 4 эхосигнала не достигнет ранее зарегистрированного значения. Для регистрации амплитуды це0 лесообразно использовать нуль-метод, который позволяет на несколько порядков повысить точность измерения без усложнения устройства. Реалиазция нуль-метода осуществляется, например, включением в

5 блок 6 цифрового вольтметра. При нахождении в трубопрводе 10 исходной жидкости 1 уровень сигнала на выходе преобразователя 4 принимают за эталонный (нулевой). При изменении состава жидкости напряже0 ние на выходе блока 6 изменяют до тех пор, пока уровень сигнала на выходе преобразователя 4 вновь не достигнет нулевого уровня. После этого с помощью блока 9 измеряют напряжение на выходе блока 8 и

5 по величине его изменения относительно исходного состояния производят идентификацию протекающей в трубопроводе 10 жидкости 1. Вследствие нелинейности некоторых участков зависимости, приведенной

0 на фиг. 2, величину исходного значения Е обычно выбирают не равной нулю. Так, для ацетона исходное значение Е -j-3,394 KB/CM. Нулевой уровень УЗ колебаний при протекании метилового спирта в этом случае до5 стигается при ,839 кв/см.

Разделение одной жидкости от другой производят по градуировочным кривым зависимости акустического сопротивления от величины постоянного электрического по0 ля. используемого при компенсации изменения электрического сигнала, фиксируемого нуль-прибором (фиг. 3). Разрешающая способность, то есть чувствительность к изменению акустического

5 сопротивления жидкости, повышается с ростом величины диэлектрической проницаемости материала пластины. Так, при использовании в качестве материала пластины материала на основе ВаТЮз с СеСг

двумя разными значениями Е 5-Ю3 и 6-Ю3 получен рост разрешающей способности в 3,2 раза.

Формула изобретения Ультразвуковое устройство для идентификации жидкости, содержащее пластину, предназначенную для контактирования с жидкостью, установленные на пластине излучающий и приёмный ультразвуковые преобразователи, генератор, соединенный с излучающим преобразователем, и блок измерения амплитуды принятых колебаний, соединенный с приемным преобразовате0

лем. отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено расположенными на противоположных сторонах пластины электродами, блоком изменения скорости распространения ультразвуковых колебаний в пластине, выполненным в виде источника постоянного напряжения и соединенным с электродами, и блоком измерения напряжения, соединенным с электродами, а пластина выполнена из непьезоэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью, не меньшей 5-10 .

Изобретение относится к области акустических методов исследования жидкостей. Целью изобретения является расширение области применения вследствие повышения разрешающей способности благодаря использованию контактирующей с жидкостью пластины, изменяющей под действием электрического поля скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний. В находящуюся в контакте с жидкостью 1 пластину 2 преобразователем 3, соединенным с генератором 5, излучают импульсы УЗ колебаний Преобразователем 4 принимают отраженныеот границы раздела пластины 2 с жидкостью 1 УЗ колебания и измеряют с помощью блока 6 их амплитуду, принимая ее значение за исходный уровень При изменении состава жидкости 1 изменяется амплитуда сигналов на выходе преобразователя 4 На расположенные на противоположных сторонах пластины 2 электроды 7 подают постоянное напряжение с помощью соединенного с ними блока 8 изменения скорости распространения УЗ колебаний в пластине 2, выполненного в виде источника постоянного напряжения, до тех пор пока амплитуда принимаемых преобразователем 4 УЗ колебаний, не до; стигнет исходного значения. С помощью блока 9 измерения напряжения измеряют эту величину на электродах 7 и по ней осуществляют идентификацию жидкости с помощью тарировочных графиков 3 ил.

ф« 2

l

Ј

r о

«i,

t

Put 3