Седиментометр

(71) Южное отделение Институгии им. П.П.Ширшова(73) Южное отделение Институтгии им. П.П.Ширшова(56) Авторское свидетельство СМ 1395996, кл. 6 01 М 15/04, 19Авторское свидетельство СМ 1408305, кл. 6 01 И 15/04, 19(57) Использование: седименназначен для определения гранского состава мелкодматериалов, а также для изученосаждения суспензий и эмульсиизобретения: седиментометр с океанолоымов, Е.Д. Попов и еаноло ССР85.ССР87. тометр и ред- улометричеисперсных ия кинетики й, Сущность одержит сеИзобретение относится к приборам для определения гранулометрического состава мелкозернистых материалов, а также для изучения кинетики осаждения суспензий и эмульсий,Цель изобретения - упрощение седиментометра и повышение точности измерений,Указанная цель достигается тем, что в седиментометре, содержащем седиментационный цилиндр в расположенной в нем приемной чашкой, связанной с устройством для измерения веса осадка, снабженным О СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) диментационный цилиндр 1 и весопринимающее 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 импульсно-циклическим и содержит также генератор импул ьсов 13, усилител ь 14 и и реобразователи частоты - код 15. Весопринимающее устройство содержит три пружины растяжения 5, каждая из которых прикреплена одним концом к краю весовой чашки 4, а другим - к донной части седиментацион- Л ного цилиндра, Весовая чашка изготовлена С из плавучего материала. 1 з,п. ф-лы, 1 ил,датчиком перемещения и выполненным в виде поплавка, закрепленного на подпружиненных элемента, установленных на дне седиментационного цилиндра, датчик перемещения выполнен в виде ультразвукового измерительного устройства, и риемоизлучающая головка которого установлена в донной части седиментационного цилиндра, а обратная сторона приемной чашки снабжена отражателем, обращенным к приемоизлучающей головке,Ультразвуковое измерительное устройство выполнено в виде импульсно-циклического и содержит генератор импульсов, усилитель и преобразователь частота-код, причем выход генератора импульсов соединенс приемоизлучающей головкой и с входомусилителя, выход которого соединен с входом запуска генератора импульсов и с входом преобразователя частота - код, выходкоторого является выходом ультразвукового измерительного устройства, а приемоизлучающая головка выполнена 10пьезоэлектрической.Весовоспринимающее устройство содержиттри пружины растяжения, каждая изкоторых прикреплена одним концом к краювесовой чашки, а вторым - к донной части 15седиментационного цилиндра. Пружинырастяжения расположены по окружностивесовой чашки с углом 120 между ними, авесовая чашка изготовлена из плавучего материала, например, из синтактика. 20Используемое в прототипе оптическоеотсчетное устройство является сложнымпрецезионным оптико-электронным прибором. Для регистрации микронных перемещений оконечности шпица по меренакопления в весовой чашке седиментационного материала необходима чрезвычайноточная настройка объектива оптическогодатчика относительно шпица. Регулировкипериодически выполняются входе эксплуатации седиментометра с помощью механизма настройки,В отличие от оптического датчика ультразвуковой измеритель не требует какойлибо юстировки, за исключением 35первоначальной установки приемоизлучающей головки в седиментометре, и не содержит специального механизма дляпозиционироваия головки.Ультразвуковой импульсно-циклический измеритель отличается простотой конструкции и обслуживания, Кроме того,благодаря статистическому усреднениюмножественных замеров, свойственномуимпульсно-циклическим датчикам, достигается высокая точность данных.Дистанция линейного перемещения весовой чашки под действием веса осаждающего материала в случае ее установки напружинах растяжения приблизительно на 50порядок выше, чем при установке на изгибаемом шпице, что также способствует повышению точности измерений.На чертеже представлен общий вид заявляемого седиментометра и показана 55структура схем ультразвукового импульсно-.циклического измерителя,Седиментационный цилиндр 1 седиментометра укреплен на планшайбе 2, снабженной 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. План- шайба снабжена сливным патрубком 11 с 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 1, которое слагается из времени прохождения импульса по электронным цепям т и времени прохождения акустического1804609 50 55 сигнала от излучателя до отражателя и назад 21/с, т,е.Т=с+21/с,где - расстояние от излучателя до отражателя (база), На практике 1 составляет0,1-0,2 10 с, а 21/с - 20 - 30 10 с, прибазе 15 - 22 мм, В процессе измерений т неизменяется,После введения исследуемой пробы вседиментационный цилиндр происходитосаждение ее фракций, скорость накопления которых на весовой чашке зависит от ихраспределения в пробе. По мере накопления материала на весовой чашке сила ееплавучести частично уравновешивается, ипод действием пружин растяжения весоваячашка с отражателем смещается вниз навеличину Л. Величина смещения в ходеисследования пробы постепенно увеличивается пропорционально количеству материала на весовой чашке. В связи сприближением отражателя к приемоизлучающей головке период Т уменьшается на величину Л Т, а частота циклов,соответственно, увеличивается. Стабильность циклической частоты электроакустического кольца очень высока, Например, вимпульсно-циклическом измерителе скорости звука величина нестабильности периодаЛТ/Т составляет 10 . 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 отрезкавремени, например, 1/2 - 1/4 с, эти сигналыпериодически отсчитываются двоичнымсчетчиком, входящим в состав преобразователя.Полученные значения выводятся в двоичном коде на блок обработки и регистрации, Блоком обработки и регистрацииданных седиментометров может служить,например, ЭВМ. Характер изменений частоты в ходе исследования пробы отражаетее гранулометрический состав.В нерабочем состоянии седиментометра, при отсутствии воды в седиментацион 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ном 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,ф о р мул а и зоб рете н ия 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 приемоизлучающей головке.2. Седиментометр по п.1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, ультразвуковое измерительное устройство выполнено в виде импульсно-циклического и содержит генератор импульсов, усилитель и преобразователь 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.1804609 ак аказ 1077 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 Составитель Техред М,Мо Подымовнтал Корректор Н.Король