Ультразвуковой плотномер

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Респубпик(22) Заявлено 110380 (21) 2891782/18-25с присоединением заявкм Йо23) ПриоритетОпубликовано 15,0981. Бюллетень Йв 34Дата опубликования описания 150981 6 01 И 29/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЛОТНОМЕР Изобретение относится к ультразву 1 совой контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.Известен амплитудно"временной велосимметрический измеритель плотности среды, содержащий импульсный измеритель временного интервала распространения ультразвука в контролируемой среде, пиковый детектор и каскад умножения с индикатором 13 . Однако неоднозначность эависимос ти скорости ультразвука от плотностисреды сильно уменьшает точность идостоверность результатов измеренияплотности данного плотномера.Крометого, на точность измерения плотности среды оказывает влияние тип материалов стенки резервуара и преломляющих призм, размеры их и температурные изменения.Цель изобретения - повышение точности измерения плотности среды. Недостаток устройства в . низкая точность измерения плотности контролируемой среды, вызванная зависимостью результатов измерения от величины коэффициента поглощения ультразвука в исследуемой среде, т.е. резулькаты измерения плотности зависят от частоты ультразвукового сигнала и расстояния между преобразователями.Известен также ультразвуковой прибор для контроля физико-химических процессов в жидких средах, содержащий два пьезопреобразователя, генератор, усилитель и измерительный блок. В этом устройстве по значению скорости ультразвука определяют. плотность контролируемой среды 2 . Однако этот измеритель можно применять только для ограниченного числа контролируемых сред, для которых существует однозначная зависимость скорости ультразвука от плотности контролируемой среды.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой плотномер жидких сред, содержащий два пьеэопреобразователя, возбуждающий генератор, усилитель, времяизмерительный блок и регистратор. В измерителе импульс ультразвуковых колебаний распространяется по стенке резервуара со скоростью, величина которой зависит от плотности исследуемой среды 3 .Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковой плотномер,содержащий последовательно электроакустически соединенные ноэбуждающий генератор, два пьеэопреобразователя,усилитель, детектор и синхронизатори времяизмерительный каскад, дополнительно введены решающее устройствои дна коммутатора, один из которыхвключен между перным и вторым выходами возбуждающего генератора радиоимпульсов и пьеэоизлучателем, а второй выход усилителя через детектор,второй коммутатор и измеритель отношения напряжений соединен с первымвходом решающего устройства, причемвторой выход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутатора через компенсирующую индуктивность, выход времяизмерительного каскада соединен с вторым входом решающего устройства, а синхронизатор подключен к управляющим входам первогои второго коммутатора, возбуждающегогенератора, времяизмерительного каскада и решающего устройства,На чертеже изображена структурнаясхема предлагаемого ультразвуковогоплотномера.Плотномер содержит возбуждающийгенератор 1 радиоимпульсон с компенсирующей индуктинностью 1, времяизмерительный каскад 2, второй коммутатор 3, измеритель 4 отношения напряжений, первый коммутатор 5, усилитель 6, детектор 7, решающее устройство 8, пьезоизлучатель 9, пьезоприемник 10, синхронизатор 11 иконтролируемую среду 12.Устройство работает следующим образом.Первый стартовый импульс с выходасинхронизатора 11 запускает генератор радиоимпульсов 1 на резонанснойчастоте пьезоиэлучателя 9, и первыйкоммутатор 5 выход генератора 1 непосреДственно подключает к пьеэоизлучаМлю 9. Коэффициент передачи Кпьеэоизлучателя 9 на резонансной частоте при питании от генератора напряжения выражается2 е0 где е - пъезоэлектрическая постояннаятолщина пъеэоизлучателя 9.Акустический импульс через контролируемую среду 12 поступает на пъезоприейник 10. Принятый электрический сигнал амплитудой О через усилитель 6 поступает на времяизмерительный каскад 2, например триггер, а через детектор 7 и второй коммутатор 3 - 40 на первый вход измерителя 4 отношения электрических сигналов,Первый импульс синхронизатора 11 и принятый пъеэоприемником 10 акустический сигнал на выходе времяизме рительного каскада 2 вырабатывает прямоугольный импульс длительностью Т= 6(а , где д - расстояние между пъезопреобразователями 9 и 10, с скорость ультразвука в контролируемой среде. Этот импульс поступает на второй нход устройства 8. Кроме того первый стартоный импульс синхронизатора 11 подготавливает решающее устройство 8 для вычисления плотности контролируемой среды 12.Второй стартовый импульс синхронизатора 11 запускает генератор 1 радиоимпульсов и подключает его выход с помощью первого коммутатора 5 через компенсирующую индуктивность к пъезоиэлучателю 9, При подключении пъезопреобраэонателя 9 к генератору 1 через индуктивность , величина которой подбирается исходя из условий Оо = в "Р в , т,е. при полной компенЮО о фсации емкости зажатой пьезопластинки сО, коэфФициент передачи пьеэоизлучателя 9 выражаетсяеУ ь/го гоЕ - удельные акустическиесопротивления соответстненно пьезопреобразователя и контролируемой,среды. Как известно гп =Рос , а 2 = р,с,где со,- соответственно скорость ультразвука и плотность вещества пьеэопреобразователя; с, р - скорость ультразвука и плотность контролируемои среды. Сигнал на выходе пьезоприемника О в этом случае соответствует коэффйциенту передачи пьезоизлучателя со скомпенаированной емкостью зажатой пьеэопластинки. Этот сигнал Оп через детектор 7 и второй коммутат 3 р 3 поступает на второй вход измерителя 4 отношения электрических сигналов.Необходимо отметить, что напряжение О на выходе измерителя отношения электрических сигналов 4 соответствует соотношению коэффициентов передачи пьезоиэлучателя, т.е. К(к 1 = 010 = О. Напряжение О поступает на первый вход решающего устройства 8. Из соотношения амплитудных значений, принятых в первом иво втором случаях сигналон и величины скорости ультразвука с в контролируемой среде, решающее устройство8 вычисляет плотность864109 25Формула изобретения Составитель Э.СкорняковРедактор М. Келемеш Техред М. Табакович Корректор О. Билак каэ 7771/63 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, 0 исно митета СССРткрытийшская наб., д нногоений и35, Ра илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Если в качестве пьезоиэлучателя при.меняется кварц "Х" среза, то константа А в этом случае равна А4 78 10" иаа Иа ииаикатаре решающего устроиства 8 регистрируется окончательный результат, т.е. плотность контролируемой среды 12.Испытания показали большую точность и, главное, независимость показаний от поглощения ультразвука в среде при измерении плотности жилкостей и смесей газов. Поэтому использование предлагаемого ультразвукового плотномера создает возможность исследовать физико-химические свойства жидкостей или газов с высокой точностью как в лабораторных, так и в 15 производственных условиях, а также в области высоких или низких температур и давлений, так как в акустическом канале отсутствуют механические подвижные части. Устройство при годно также и для суспензий, диаметр частиц которых много меньше длины волны ультразвука. Ультразвуковой плотномер, содержащий последовательно злектроакустически соединенные возбуждающий генератор, два пьезопреобраэователя, усилитель, детектор и синхронизатор и времяиэмерительный каскад, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, в неговведены решающее устройство и двакоммутатора, один из которых включенмежду первым и вторым выходами возбуждающего генератора радиоимпульсов ы пьезоиэлучателем, а второй выход усилителя через детектор, второйкоммутатор и измеритель отношениянапряжений соединен с первым входомрешающего устройства, причем второйвыход генератора радиоимпульсов подключен к входу первого коммутаторачерез компенсирующую индуктивность,выход времяизмерительного каскадасоединен с вторым входом решающегоустройства, а синхронизатор подключенк управляющим входам первого и второго коммутаторов, возбуждающего генератора, времяизмерительного каскадаи решающего устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности вещества "Приборы и системы управления", 1976 М 10, с. 17-21.2. Авторское свидетельство СССР В 226924, кл. С 01 й 9/24, 1964.3. Авторское свидетельство СССР Р 397814, кл. С 01 й 9/24, 1970 (прототип).