Ультразвуковой измеритель плотностижидКиХ СРЕд Советский патент 1981 года по МПК G01N29/02 G01N9/24 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля плотности жидких сред в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях пр мышленности. . Известен ультразвуковой плотноме жидких сред, содержащий резервуар с контролируемой средой, акустический измерительный преобразователь, импульсный генератор, усилитель, блок задержки, формирующие каскады, времяизмерительный и регистрирующий блоки, причем измерительный преобразователь выполнен, в виде двух приемно-излучающих акустических головок на преломляющих призмах, установленных на внешней поверхности резервуар с контролируемой средой встречно дру другу, одна из которых соединена с импульсным генератором, а другая через ВЧ фильтр с усилителем 1 . Однако этот плотномер не обеспеч вает высокой точности измерения изза зависимости времени прохождения ультразвука по стенке резерв.уара не только от плотности жидкости, но и от скорости распространения в ней ультразвуковых волн. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое устройство для контроля физических параметров жидкостей в трубопроводах, (резервуарах), например плотности, содержащее акустический измерительный преобразователь с внешними конусными волноводами и кольцевыми пьезопластинами, генератор возбуждающих импульсов,. усилитель, временной селектор,блок измерения отношения амплитуд,блок селекции, подключенньга к временному селектору, второй временной селектор,вход которого связан с выходом усилителя, а выход - с блоком измерения отношения амплитудой регистрирующий прибор 2. Однако это устройство, работающее на принципе определения коэффициента отражения ультразвуковых волн от границы раздела стенки трубопровода и протекающей по нему жидкости, не позволяет производить высокоточное измерение плотности жидкости, так как коэффициент отражения зависит от акустического сопротивления среды, т.е. от ее плотности и от скорости распространения ультразвука в ней. Цель изобретения - повышение точности.

Для достижения поставленной цели в устройство введены второй блок-и-змерения отношения амплитуд, блок извлечения квадратного корня, блок умножения и триггер, причем первый и второй входы триггера подключены соответственно к выходам генератора возбуждающих импульсов и усилителя, -а выход,- к управляющим входам вре енных селекторов и первому входу блока умножения, оба входа второго блока измерения отношения амплитуд подключены к выходам временных селекторов, а его выход через блок извлечения квадратного корня подключен к. третьему входу блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого блока измерения отношения амплитуд, выход блока умножения подключен к регистратору, кроме того, второй вход первого блока измерения отношения амплитуд подключен к выходу генератора возбуждаюших игдпульсов .

На чертеже представлена блок,схема предлагаемого устройства.

Измеритель содержит последователно с единенные генератор 1 возбуждающих импульсов, излучатель 2 приемник 3 и усилитель 4, временные селекторы 5 и б, входы которых подключены- к выходу усилителя- 4, триггер 7, входы которого соединены соответственно с выходами генератора 1 возбуждающих импульсов и усилителя 4, а выход с управляющими, вxoдa /sи временных селекторов 5 и б, блоки 8 и 9 измерения отношения амплитуд, первые входы которых соединены с выходом временного селектора 5, первый вход блока 8 измерения отношения амплитуд - с выходом генератора 1 возбуждающих импульсов, второй вход блока 9 иэ-мерения отношения амплитуд -. с выходом временного селектора 6, умножитель 10, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам триггера 7 и блока 8 измерения отношения амплитуд, блок 11 извлечения квадратного корня, вход которого соединен с. выходомблока 9 измерения отношения амплитуд, а выход - с третьим входом умножит.еля 10 и регистрирующий прибор 12 - подключенный к выходу умножителя 10,

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с вьсСода генератора 1 возбуждаюйшхимпульсов возбуждают излучатель 2, проходят через стенку резервуара, разделяющую излучатель 2 и исследуемую жидкость, стенку резервуара, разделяющую исследуемую жидкость и приемник 3, и возбуждают приемник 3.

Амплитуда импульса прямого прохождения, принятого приемником 3, равна

- z-z-c -ocd -2оСсас

0 I-, -2 . .е,

(cY

где АО - амплитуда возбуждающего им

пульса; Z - акустическое сопротивление

исследуемой жидкости, Zj, - акустическое сопротивление, ,стенок резервуара,

об - коэффициент затухания в

исследуемой жидкости, 06jj - коэффициент затухания в стеках резервуара, d -.измерительная база, - толщина стенок резервуара.

Амплитуда импульса, отраженного стенки резервуара, в которую вмонтирован приемник 3, прощедшего через исследуемую среду в обратном направлении, отраженного от стенки резервуара, в которую вмонтирован излучатель 2, прошедшего через исслепуемую среду в прямом направлении, стенку резервуара и вновь возбудив20 шего приемник 3, равна

д

-2o(.cdc (Z,2.,

, VZc

+ Z,/

Ммпульс с выхода генератора 1 вобуждающих импульс поступает на первый вход триггера 7 и опрокидывает его в единичное состояние. Импульс . прямого прохождения, прошедший через 30 усилитель 4 поступает на второй вход триггера 7 и опрокидывает его в нулевое состояние.

Таким образом, на выходе триггера 7 формируется импульс, длительность которого равна времени распространения ультразвуковых волн в исследуемой жидкости . d.

4- - -. -.t - -7- ,,

40с

где d - измерительная база;

с - (jKopocTb ультразвука в исследуемой жидкости. , Выход усилителя 4 подключен к. входам временных селекторов 5 и 6, которые служат для выделения соответственно импульсов прямого прохождения и отраженных.

Первый вход блока В измерения отношения амплитуд подключен к выходу временного селектора 5, а второй к выходу генератора 1 возбуждающих импульсов. На выходе блока 8 измерен отношения амплитуд получается сигнал соответствующий отношению амплитуд 55 импульса прямого прохождения к возбуждающему импульсу

„-2(X...dlf. -oc.d

U, q,4a

ё

2(г..г„)

- коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициентов преобразования,усил11теля 4 и блока 8 измерения отношения амплитуд. На выходе блока 9 измерения отн шения амплитуд, входы которого соед нены соответственно с вы одами временных селекторов 5 и 6, получается сигнал, соответствующий отношению амплитуд импульса прямого прох(|)ждения к отраженно2чу импульсу где а2 - коэффициент пропорциональ ности, зависящий от коэффициентов преобразования усилителя 4 и блока 9 изме рения отношения амплитуд. Выход блока 9 измерения отношени амплитуд подключен к входу блока 11 извлечения квадратного корня, на вы ходе которого получается сигнал из.-:а,тГи;.а, 1 коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента преобразова ния блока 11 извлечения квадратного корня. Взсоды умножителя 10 соединены со ответственно с выходами триггера 7, блока 8 измерения отношения амплитуд и блока 11 извлечения квадратного корня. Таким образом, на выходе умножителя 10, подключенного к регистрирую щему прибору 12, получается сигнал -2odcdc 4bz.c(Je ° cUI-a) - коэффициент пропорциональ ности, зависящий от коэффициента преобразования умножителя. Учитывая, что Z v Z, а Z рс, где р - плотность исследуемой жидкости, получим .. г-. 4de-2«-ccJc ,4a ayOi4р 01, где а - коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициентов преобразования блоков устройства, величины измерительной базы, материала и конструкции резервуара с иссэтедуейой жидкостью. Точность измерения плотности зависит -от точности преобразования отдельныхблоков, устройства. Предлагаемое устройство позвоппет производить непрерывный контрол1 плотности движущихся потоков жидкости, используя одну.пару преобразователей, вмонтированных в стенки резервуара (трубопровода), обеспечивает измерение плотности независимо от величин скорости распространения и коэффициента затухания ультразвука в исследуемой среде. Формула изобретения Ультразвуковой измеритель плотности жидких сред, содержащий резервуар с исследуемой жидкостью, последователь но соединенные генератор возбуждающих импульсов, акустический измерительный преобразователь, выполненный в виде излучающего и приемного преобразователей , вмонтированных в противоположные стенки резервуара, усилитель, два временных селектора, первый блок измерения отношения амплитуд и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок измерения отношения амплитуд , блок извлечения квадратного корня, блок умножения и триггер, причем первый и второй входы триггера подключены соответственно к выходам генератора возбуждающих импульсов и усилителя, а выход - к управляющим входам временных селекторов и первому входу блока умножения, оба входа второго блока измерения отношения амплитуд подключены к выходам временных селекторов, а его выход через блок извлечения квадратного корня подключен к третьему входу блока умножения второй вход которого под колюче н к выходу первого блока измерения отношения амплитуд,выход блока умножения подключен к регистратору,кроме того, второй вход первого блока измерения отношения амплитуд подключен к выходу генератора возбуждающих импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторсксе свидетельство СССР № 39,7814, кл. Q 01 N 9/24, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 502310, кл. G 01 N 29/02, 1970.