Седиментометр Советский патент 1993 года по МПК G01N15/04 

Изобретение относится к приборам для определения гранулометрического состава мелкозернистых материалов, а также для изучения кинетики осаждения суспензий и эмульсий.

Цель изобретения - упрощение седи- ментометра и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в седиментометре, содержащем седимента- ционный цилиндр в расположенной в нем приемной чашкой, связанной с устройством для измерения веса осадка, снабженным

датчиком перемещения и выполненным в виде поплавка, закрепленного на подпружиненных элемента, установленных на дне седиментационного цилиндра, датчик перемещения выполнен в виде ультразвукового измерительного устройства, приемоизлуча- ющая головка которого установлена в донной части седиментационного цилиндра, а обратная сторона приемной чашки снабжена отражателем, обращенным к приемоиз- лучающей головке.

Ультразвуковое измерительное устройство выполнено в виде импульсно-цикличе00

о

4 О

о

Ч)

CJ

ского и содержит генератор импульсов, усилитель и преобразователь частота-код, причем выход генератора импульсов соединен с приемоизлучающей головкой и с входом усилителя, выход которого соединен с вхо- 5 дом запуска генератора импульсов и с входом преобразователя частота-код, выход которого является выходом ультразвукового измерительного устройства, а приемоиз- лучающая головка выполнена 10 пьезоэлектрической.

Весовоспринимающее устройство содержит три пружины растяжения, каждая из которых прикреплена одним концом к краю весовой чашки, а вторым - к донной части 15 седиментационного цилиндра. Пружины растяжения расположены по окружности весовой чашки с углом 120° между ними, а весовая чашка изготовлена из плавучего материала, например, из синтактика.20

Используемое в прототипе оптическое отсчетное устройство является сложным прецезионным оптико-электронным прибором. Для регистрации микронных перемещений оконечности шпица по мере 25 накопления в весовой чашке седиментационного материала необходима чрезвычайно точная настройка объектива оптического датчика относительно шпица. Регулировки периодически выполняются входе эксплуа- 30 тации седиментометра с помощью механизма настройки.

В отличие от оптического датчика ультразвуковой измеритель не требует какой- либо юстировки, за исключением 35 первоначальной установки приемоизлучающей головки в седиментометре, и не содержит специального механизма для позиционироваия головки.

Ультразвуковой импульсно-цикличе- 40 ский измеритель отличается простотой конструкции и обслуживания. Кроме того, благодаря статистическому усреднению множественных замеров, свойственному импульсно-циклическим датчикам, достига- 45 ется высокая точность данных.

Дистанция линейного перемещения весовой чашки под действием веса осаждающего материала в случае ее установки на пружинах растяжения приблизительно на 50 порядок выше, чем при установке на изгибаемом шпице, что также способствует повышению точности измерений.

На чертеже представлен общий вид заявляемого седиментометра и показана 55 структура схем ультразвукового импульсно- циклического измерителя.

Седиментационный цилиндр 1 седиментометра укреплен на планшайбе 2, снаб- женной ножками 3. При заполненном водой

седиментационном цилиндре плоская плавучая весовая чашка 4 удерживается в горизонтальном положении соосно с цилиндром с помощью трух пружин растяжения 5. Каждая из пружин крепится одним концом к краю весовой чашки, а другим - к установочному винту 6, проходящему через планшайбу 2. С помощью стержня 7 на обратной стороне весовой чашки 4 укреплен металлический утяжеленный отражатель 8. Утяжеленный металлический отражатель, центр тяжести которого существенно ниже плоскости плавучей чашки, способствует стабилизации весовой чашки .в случае неравномерного распределения осаждаемого материала по ее поверхности. Под отражателем на планшайбе 2 установлена пьезоэлектрическая приемоизлучающая головка 9. На планшайбе размещены также три опоры 10 с углом 120° между ними. Планшайба снабжена сливным патрубком 11с краном 12.

Ультразвуковое измерительное устройство в добавление к приемоизлучающей головке 9 содержит генератор импульсов 13, выполненный в виде ждущего мультивибратора, усилитель 14 и преобразователь частота-код 15. Выход генератора импульсов соединен с пьезоэлектрической приемоизлучающей головкой 9 и с входом усилителя 14. Электрический отвод приемоизлучающей головки 9 проходит через отверстие в планшайбе 2, снабженное уплотнением. Выход усилителя 14 соединен с входом запуска генератора импульсов 13 и с преобразователем частота-код 15. Выход преобразователя является выходом ультразвукового измерительного устройства.

Седиментометр действует следующим образом. При включении прибора генератор 13 вырабатывает электрический импульс, который подается на пьезоэлектрическую головку 9, преобразуется в ультразвуковой сигнал и излучается в водную среду в седиментометре по направлению к отражателю 8. Отраженный сигнал поступает обратно на пьезоэлектрическую головку 9, преобразуется и подается на вход усилителя 14. Усиленный сигнал передается с выхода усилителя на вход запуска генератора 13, после чего цикл излучения, усиления и запуска генератора повторяется. Развязка входа усилителя от импульса запуска генератора осуществляется входным согласующим трансформатором.

Установившаяся частота циклов обратно пропорциональна времени полного цикла I, которое слагается из времени прохождения импульса по электронным цепям t и времени прохождения акустического

сигнала от излучателя до отражателя и назад 21/с, т.е.

T t + 21/c,

где I - расстояние от излучателя до отражателя (база). На практике t составляет 0,1-0,2 106 с, а 21/с-20-30 , при базе 15-22 мм. В процессе измерений t не изменяется.

После введения исследуемой пробы в седиментационный цилиндр происходит осаждение ее фракций, скорость накопления которых на весовой чашке зависит от их распределения в пробе. По мере накопления материала на весовой чашке сила ее плавучести частично уравновешивается, и под действием пружин растяжения весовая чашка с отражателем смещается вниз на величину АI. Величина смещения в ходе исследования пробы постепенно увеличивается пропорционально количеству материала на весовой чашке. В связи с приближением отражателя к приемоизлуча- ющей головке период Т уменьшается на ве- личину Д Т, а частота циклов, соответственно, увеличивается. Стабильность циклической частоты электроакустического кольца очень высока. Например, в импульсно-циклическом измерителе скорости звука величина нестабильности периода АТ/Т составляет . Это соответствует величине изменения базы на 2 -10 мкм.

Сигналы с выхода усилителя 14 подаются также на вход преобразователя частота- код 15, В пределах некоторого отрезка времени, например, 1/2-1/4 с, эти сигналы периодически отсчитываются двоичным счетчиком, входящим в состав преобразователя.

Полученные значения выводятся в двоичном коде на блок обработки и регистрации. Блоком обработки и регистрации данных седиментометров может служить, например, ЭВМ. Характер изменений частоты в ходе исследования пробы отражает ее гранулометрический состав.

В нерабочем состоянии седиментомет- ра, при отсутствии воды в седиментационном цилиндре, весовая чашка с отражателем и прикрепленными к ней тремя пружинами растяжения удерживается на трех опорах 10.

Предлагаемый седиментометр значительно проще прототипа конструктивно и в эксплуатации. Низкая стоимость прибора делает возможным его массовое использование для экологического контроля состава

сточных вод, выполнения гранулометрического экспресс-анализа донных и взвешенных насосов рек, озер и прибрежных районов морей.

Формула изобретения

1. Седиментометр, содержащий седиментационный цилиндр с расположенной в нем приемной чашкой, связанной с устройством для измерения веса осадка, снабженного датчиком перемещения и

выполненного в виде поплавка, закрепленного на подпружиненных элементах, установленных на дне седиментационного цилиндра, отличающийся тем, что, с целью упрощения юстировки и регулировок

в процессе эксплуатации, датчик перемещения выполнен в виде ультразвукового измерительного устройства, приемоизлучающая головка которого установлена в донной части седиментационного цилиндра, а обратная сторона приемной чашки снабжена отражателем, обращенным к приемоизлуча- ющей головке.

2. Седиментометр по п. 1, отличаю щ- и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, ультразвуковое измерительное устройство выполнено в виде импульсно-циклического и содержит генератор импульсов, усилитель и преобразова-1 тель частота-код, причем выход генератора

импульсов соединен с приемоизлучающей головкой и входом усилителя, выход которого соединен с входом запуска генератора импульсов и входом преобразователя частота-код, выход которого является выходом ультразвукового измерительного устройства, а приемоизлучающая головка выполнена пьезоэлектрической.

Использование: седиментометрпредназначен для определения гранулометрического состава мелкодисперсных материалов, а также для изучения кинетики осаждения суспензий и эмульсий. Сущность изобретения: седиментометр содержит седиментационный цилиндр 1 и весопринима- ющее устройство и размещенную в цилиндре весовую чашку 4. Новым является то, что он включает в себя ультразвуковое измерительное устройство, приемно-излучающая головка 7 которого установлена в донной части седиментационного цилиндра, а обратная сторона весовой чашки снабжена отражателем 8, обращенным к приемно-излучающей головке. Ультразвуковое измерительное устройство является им- пульсно-циклическим и содержит также генератор импульсов 13, усилитель 14 и пре: образователи частоты - код 15. Весоприни- мающее устройство содержит три пружины растяжения 5, каждая из которых прикреплена одним концом к краю весовой чашки 4, а другим - к донной части седиментационного цилиндра. Весовая чашка изготовлена из плавучего материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ел с