Способ определения содержания влаги в объектах при помощи преобразователя с буферным стержнем Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к определению физико-механических свойств объектов акустическими методами неразрушающего контроля и может быть использовано для определения влажности зеленой массы растений.

Известен способ определения содержания влаги в объектах, заключающийся в том, что измеряют исходный вес объекта, высушивают объект, измеряют вес сухого объекта и по разности измеренных весов определяют влажность объекта.

Однако известный способ имеет недостаточно широкую область применения

вследствие того, что он осуществим только в стационарных условиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения содержания влаги в объектах при помощи прербразоватёля с буферным стержнем, заключающийся в том, что поочередно осуществляют акустический контакт буферного стержня с исследуемым объектом, водой и воздухом, излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания, отраженные от границы буферный стержень - контактирующая с ним средэ, измеряют при этом соответственно амплитуды Ui, Ua

XI

О

ел fcb

и Уз принятых колебаний и с их помощью определяют содержание влаги.

Недостатком данного способа является низкая достоверность определения содержания влаги в зеленой массе растений вследствие того, что на амплитуду принятых УЗ колебаний, отраженных контролируемым объектом, влияет не только на влажность элементов зеленой массы, но и плотность упаковки пучка.

Цель изобретения - повышение достоверности определения содержания влаги в зеленой массе растений благодаря осуществлению измерений амплитуды принятых УЗ колебаний, отраженных контролируемым объектом, при двух диаметрах пучка зеленой массы растений, за счет чего происходит учет плотности упаковки пучка.

На чертеже представлен график зависимости параметра кз2 от отношения Sx/So интегральной площади контакта буферного стержня из оргстекла с жидкой фазой к сечению УЗ пучка при 0,109.

Способ определения содержания влаги в объектах при помощи преобразователя с буферным стержнем заключается в следующем.

Из исследуемой зеленой массы растений формируют пучок диаметром DI с перпендикулярным срезом. Осуществляют акустический контакт буферного стержня со срезом пучка диаметром DL Излучают преобразователем УЗ колебания, принимают им же колебания, отраженные от границы буферный стержень - срез пучка зеленой массы диаметром Di и измеряют амплитуду Ui принятых колебаний. Затем уплотняют зеленую массу растений и измеряют диаметр D уплотненного пучка. Осуществляют акустический контакт буферного стержня со срезом пучка диаметром D2 и аналогичным образом измеряют амплитуду 1)4 колебаний, отраженных от границы буферный стержень - срез пучка зеленой массы диаметром D2. После этого поочередно осуществляют акустический контакт буферного стержня с водой и воздухом и также измеряют соответствующие амплитуды Da и Ui отраженных колебаний. Содержание влаги определяют по величине параметра кз с учетом амплитуды Ua, причем первый определяют из выражения

з2 - 2 кь

2 kltU2 -D2,-U2, -РЗ) U3()

где kb - коэффициент отражения акустических колебаний на границе раздела буферного стержня с воздухом.

Способ определения содержания влаги в объектах при помощи преобразователя с

буферным стержнем реализуется следующим образом.

Формируется пучок зеленой массы растений таким образом, чтобы его диаметр

был больше диаметра ультразвукового преобразователя. Пучок фиксируется и разделяется перпендикулярно элементам зеленой массы, производится измерение диаметра Di поперечного среза пучка.

Преобразователь подключают к генератору импульсов, например к генератору прибора УДМ-1М, осуществляют контакт буферного стержня с воздухом и производят измерение амплитуды Us- из эхо-импульса.

отраженного от границы буферный стержень-воздух. В качестве измерителя амплитуд может быть использован осциллограф С1-65.

Затем осуществляют контакт буферного

стержня с поперечным срезом пучка зеленой массы и измеряют амплитуду Ui эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с поперечным срезом пучка первоначального диаметра Di.

После этого уплотняют пучок зеленой

массы так, чтобы диаметр его поперечного среза оказался меньше первоначального диаметра, производят измерение нового диаметра Da. осуществляют акустический

контакт буферного стержня с поперечным срезом уплотненного пуика зеленой массы и измеряют амплитуду U4 эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с поперечным срезом уплотненного пучка.

Затем удаляют с рабочей поверхности буферного стержня остаток влаги, осуществляют его контакт с водой и измеряют амплитуду Da эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с водой.

В качестве показателя влажности зеленой массы используют коэффициент отражения кз2 ультразвука на границе буферного стержня с интегральной поверхностью элементов зеленой массы на поперечном срезе пучка по формуле

k32 2kb2-k U D UbD

, -р2)

(ft

Коэффициент отражения kb ультразвука на границе буферного стержня с воздухом, входящий в формулу (1), вычисляют по известной формуле, содержащей волновые со- противления материала буферного стержня и воздуха.

Величина кз2 линейно зависит от интегральной площади жидкой фазы на границе буферного стержня с поперечным срезом элементов зеленой массы растений

., WJT, 3..-5ГЛ «l.4k 3 -S«

где kж:г и kr2 - коэффициенты отражения УЗ на границе буферного стержня с жидкой и твердой фазами элементов зеленой массы;

Зж и Зт - интегральные площади контакта буферного стержня с жидкой и твердой фазами в. пределах сечения УЗ пучка:

So - сечение УЗ пучка;

10 - интенсивность УЗ.

Так как

3 т 3 ж §- 1 - . то

о оо о

к,§ кж2-| +к(1 -|)

О О

иликз2 (кж2-кт2) f + kr2.

О О

Поскольку kж2 и kT2 не зависят от вариации содержания влаги, и, следовательно, от вариаций величины Зж/So. то кз является линейнбй функцией величины Зж/3о. Если Зж/Зо 1 (при стопроцентной влажности), то кз2 kx2.

Значение kж2 получают путем осуществления контакта буферного стержня с водой, измерения амплитуды U2 сигнала и вычисления по формуле

kж2 kь2Ц.

иЗ

Когда Зж/Зо 0 (высушенная зеленая масса), ka2 kT2. Значение kT2 определяется путем измерения амплитуды УЗ сигнала, отраженного от границы буферного стержня с высушенной зеленой массой. Измерения показали, что эта амплитуда почти не отличается от амплитуды эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с воздухом.

Можно принять ki2-Ј,1.

Таким образом, тарировочный график буферного стержня строится по точкам с координатами /1, кж2/ и /0,1/.

На чертеже приведен тарировочный график, на котором по оси абсцисс отложены значения Зж/30, по оси ординат - значения ks2.

Для определения влажности исследуемого образца зеленой массы растений производят над ним все перечисленные операции, вычисляют по формуле (1) значение ka , по тарировочному графику находят значение Зж/30. а относительное содержание влаги W вычисляют по формуле

w

(Зж/Зо)

Ъ-гл W.

(Зж/Зо)-(1 -Зж/30)/1,5

5(3)

Расчеты для воздуха показывают, что kb2 1 с точностью до 4-го знака.

Сравнение данного ультразвукового способа определения содержания влаги с 10 традиционным для зеленой массы растений способом высушивания подтверждает достаточно высокую достоверность первого. Результаты сравнения для зеленой массы шести образцов кормового растения ама- 15 рант (в порядке возрастания номера образца: К-Зб Аргентина, 4-63-ГДР, к-116-Гана. к-61-США, ВИР-1-СССР, к-21-Китай), различных по географическому происхождению, семена которых были получены из

20 коллекции ВИР, приведены в таблице. Формула изобретения Способ определения содержания влаги в объектах при помощи преобразователя с буферным стержнем, заключающийся в том,

25 что поочередно осуществляют акустический контакт буферного стержня с исследуемым объектом, водой и воздухом, излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания, отраженные от границы буферный

30 стержень - контактирующая с ним среда, измеряют при этом соответственно амплитуды Ui, U2 и 11з принятых колебаний и с их помощью определяют содержание влаги, отличающимися тем. что, с целью

35 повышения достоверности определения содержания влаги в зеленой массе растений, предварительно формируют из зеленой массы растений пучок диаметром DI с перпендикулярным срезом, первоначаль40 ный акустический контакт буферного стержня осуществляют со срезом пучка диаметром DI, затем уплотняют зеленую массу растений, измеряют диаметр Da уплотненного пучка, дополнительно осущест45 вляют повторный акустический контакт буферного стержня со срезом пучка диаметром Ог- и измеряют при этом амплитуду UA принятых колебаний, а содержание влаги определяют по величине параметра ka2 с

50 учетом амплитуды U2. где ka 2 kb k|() , 2

uS(D3-°i) ;:k° -

циент отражения акустических колебаний на границе раздела буферного стержня с

55

воздухом.

а/о

JL

I

aW

Q65

0,95

JL-I11-

too

Изобретение относится к определению физико-механических свойств объектов акустическими методами неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение достоверности определения содержания влаги в зеленой массе растений благодаря осуществлению измерений амплитуды ультразвука, отраженного контролируемым объектом при двух диаметрах пучка зеленой массы растений, за счет чего происходит учет плотности упаковки пучка. Осу- ществяют акустический контакт буферного стержня преобразователя с перпендикулярным срезом пучка зеленой массы исходного диаметра и измеряют амплитуду отраженного границей раздела ультразвука. Затем уплотняют зеленую массу и измеряют новый ее диаметр и новую амплитуду отраженного границей ультразвука. Поочередно осуществляют акустический контакт буферного стержня с водой и воздухом и измеряют каждый раз амплитуду отраженного границей ультразвука. С помощью измеренных параметров по расчетной формуле определяют содержание влаги в зеленой массе растений. 1 табл., 1 ил.