Ультразвуковой плотномер жидкости Советский патент 1980 года по МПК G01N29/00 

(54) УЛЬТРАЗВУКО ВОП ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности жидкости при научных иссле дованиях и в различных отраслях промышленности. Известны ультразвуковые плотномеры Di 2j / измеряющие плотность по затуханию прошедшего через контролируемую среду ультразвука и содеряёади пьезоэлектрический преобразователь, рабочую и компенсационную ультразвуковые камеры, расположенные на противоположных сторонах пьезоэлектрического преобразователя, с отражающими экранами, установленными на разных расстояниях от пьеэоэлектрического преобразователя. Плотномер pi содержит также следящую систему и вторичный прибор, а плотномер 2j приводимый во вращение синхронным двигателем моделирующий диск-обтюратор, расположенный в компенсационно камере между пьезоэлектрическим преобразователем и отражакмцим экраном. О плотности контролируемой среды судят на основе сравнения амплитуд ультраэвука,прошедшего череэ соответ ственно контролируемую и эталонную .

лм f.f /:,.,i:s:-as iBibii-«sSi-r---s«e« ii7i :-ViatefeaK,среды. Так как амплитуда ультразвука зависит также от других акустических параметров, например коэффициента поглощения, для Ьднозначного определения плотности необходимо знать зависимость амплитуды ультразвука от плотности для каждого контролируемого вещества. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ультразвуковой плотномер жидкости . Sj, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий и приемный преобразователи, расположенные на противоположных сторонах измерительной кюветы, подключенные к приемному преобразователю два полосовых усилителя-детектора, центральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей, а центральная частота второго - резонансной частоте преобразователей, цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера. Указанное устройство дает возможность определить удельное акустическое сопротивление среды (произведение плотности на скорость ультразвука), и для получения значения плотности необходимо разделить конечный результат измерения на значение скорости ультразвука. Для этого необходима дополнительная работа оператора. Целью изобретения является автома тизация процесса измерения. Поставленная цель достигнута тем что в измеритель введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска. При этой выход генератора импульсов через двухпозиционный переключатель подключен к высокочастот нбйу и нйзкочастотному входам часто томера:, вход запуска которого соеди нён с выходом схемы запуска. Выход , первого полосового усилителя-детекто ра через второй формирователь подклю чен к входу блока настройки, к уста; новочным входам двух- триггеров и к входу схейы запуска. Выход второго полосового усилителя-детектора под йлКэчёнчерезцепь из последовательно соединенных формирователя и триггера к счетному -входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя. На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового плотномера .жидкости; на фиг.-2 - эпюры сигналов Ультразвуковой плотномер жидкости содержит диапазонный генератор 1, соединенный с измеряющим преобразователем 2, вмонтированным в измерительную кювету 2, на противополож ной стороне которой расположен приемный преобразователь 4, два полосо вых усилителя-детектора 5 и 6, цент ральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей 2 и 4, а центральная частота второго - резонансной частоте преобразователей 2 и 4. Выход полосового усилителя-детектора через второй формирователь 7 подклю чен к входу блока настройки 8,выход которого соединен с входом диапазон ного детектора 1. Выход полосового усилителя-детектора 6 через цепь из последовательно соединенных формиро вателя 9 и триггера 10 подключен к счётному входу второго триггера 11. Выход генератора импульсов 12 через двухпозидионный переключатель 13 подключён к высокочастотному и низк iac OTHOMy входам частотомера 14, вход запуска которого соединен с вы ходом схемы запуска 15. Вход схемы запуска соединен с выходом формирователя 7 и с установочными входам триггеров 10 и 11, выход триггера l соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя 13. 5 стройство работает следующим об разом. Частота диапазонного генератора 1 изменяется по прямолинейному закону в области частоты 0,5f( (фиг. 2, а, б), где f, - резонансная частота преобразователей 2 и 4. Напряжением генератора 1 возбуждается преобразователь 2, излучающий ультразвуковые волны в исследуемую жидкость, которой заполнена кювета 3. На определенных частотах резонирует столбик жидкости, находящейся между преобразователями 2 и 4, что сопровождается резким увеличением модуля напряжения на обкладках приемного преобразователя 4 и выходного напряжения усилителя-детектора 5 (фиг.2,а). Одновременно столбик резонирует на частоте в два раза выше, т.е. частоте ff, ; каждый из резонансов сопровождается увеличением выходного напряжения усилителя-детектора 6 (фиг. 2, б). Возбуждающим сигналом в этом случае служит напряжение второй гармоники генератора 1, а резонансы повторяются чаще, потому что скорость изменения частоты для второй гармоники в два раза больше. Формирова тели 7 и 9 формируют острые импульсы в моменты акустических резонансов (фиг. 2, в, г). Сигналами формирователя 7, воздействующего на блок настройки 8, и::меняется направление перестройки частоты диапазонного генератора 1, а триггеры 10 и 11 устанавливаются в нулевое положение. Таким образом, частота диапазонного генератора 1 изменяется в интервале между двумя акустическими резонансами Д f-1 , измеренном в области частоты 0,5fo. Удельное акустическое сопротивление исследуемой среды Z..,, вы-, -ражаВТся так .4p4 {if;4)№r. где Z - удельное акустическое сопротивление вещества преобразователя; Afp - интервал частоты между двумя акустическими резонансами в-области f . В случае Д fo А f ч формула (1) может быть упрощена путем приближенного вЫражения корня следующим образом: 2Z uiiutc , а учитывая, что cpfcp -fcp i где с - скоростьультразвука в среде, - плОтнэсть среды, получаем: о --.(3) р „г &if&i . noriiefflWbcTb, дЬпускаемая при получении формулы (2),практически для всех жидкостей не превышает,3,5% и может быть учтена введением поправки. Частота генератора 1 изменяется на величину Д f за время, соответствующее появлению на выходе формирователя 9 каждого третьего импульса (ввиду в два раза большей скорости перестройки частоты для сигнала второй гармоники). Поэтому к выходу формирователя 9 подключены триггеры 10 и 11. В результате деления каждым триггером на два (фиг. 2, д, е) вйходной импульс триггера 11 соответствует перестройке частоты генератора 1 на Д fo а интервал между им пульсами - перестройке на Af - Af Генератор импульсов 12 подключается переключателем 13 к высокочастотному входу частотомера 14 в течение импульса триггера 11 и к низкочастотному входу его - в интервале между импульсами. Частотомер 14 изме ряет отношение частот, поэтому его показания по окончаниицикла измерения равны количеству импульсов,посту пивших на высокочастотный вход, ёа время, -соответствующее поступлению заданного количества импульсов на низкочастотный вход. Если общее врем измерения много больше одного дикла перестройки частоты, то показания частотомера пропорциональны агй; Частотомер 14 запускается схемой запуска 15 в момент, соответствующи началу заданного цикла перестройки частоты. Правильное чередование сос яний триггеров 10 и 11 обеспечивает ся тем, что выход формирователя 7 соединен с. установочными входами обоих триггеров. Таким образом, плотность жидкости измеряется автоматически. Формула изобретения Ультразвуковой плотномер жидкост содержащий последовательно соединен ные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий и приемный преобразователи, расположенные на прЬтивоположных сторонах измерительной кюветы, подключенные к приемному преобразователю два полосовых усилителя-детектора, центральная частота первого из которых равна половине резонансной частоты преобразователей, а центральная частота второго - резонансной частотепреобразователей,цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения, в него введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска, при этом вьлход генератора импульсов через двухпозиционный переключатель подключен к высокочастотному и-низкочастотному входам частотомера, вход запуска которого соединен с выходом схемы запуска, выход первого полосового усилителя-детектора через второй формирователь подключен к входу блока настройки, к установочным входам двух триггеров и к входу схемы запуска, выход второго полосового усилителя-:детектора подключен через цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 207459,кл. G 01 N-9/00, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР №.236843, кл. G 01 N 9/00, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2410562/18-10, кл. G 01 N 29/00, 1976 (прототип)..