Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостях

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт, свид-в (22)Заявлено 10,08.75 (21) 21 6 с присоединением заявки - (23) Приоритет М М 29/00 Г 28/28 асударственныи комитетСовета Министров СССРоа делам изобретенийи открьтий иковано 25.03.78. Бюллетень 11 (53) УДК 681,128(088.8) 45) Дата опубликования описания 5. Оз. 7 Я,Н,) Авторизобретен ажнико(71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторскии институт "Цветметавтоматика" СТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРО ЖИДКИХ СРЕД В ЗАКРЫТЫХ СОСУДАХ Изоб етр п вуа звест я уро содер ые в ителя чную роле с хся т ол ченн усил тато конт етение относится к технике контроля в жидкостей в промышленных резерапример их уровня и плотности.нь устройства для дискретного конвня н, дкости в закрытых резервуажащие:,ва преобразователя, вклюцепь положительной обратной связи11. Эти устройства имеют недосэксплуатационную надежность при уснензий и гидропульп, характеризу 1 овышенным затуханием ультразвуБлижайшим по техническому решению к предлагаемому является устройство, содержащее два устанавливаемых на фиксированном друг от друга на внешней поверхности емкости идентичных клиновых преобразователя, соединенных последовательно один с усилителем мощности и возбудителем, а дрязгой - : усилителем, селективным каскадом, детекторм и измерительным каскадом 2.Недостатком этого устройства является значительная зависимость точности и надежности контроля от температуры и непостоянство толщины стенок емкости с жидкостью.Цель изобретения -- повышение точности измерения жидкостей с параболической температурной зависимостью скорости распространения упругих колебаний. Для этого в предлагаемом устройстве клиновые преобразователи выполнены демпфированными и введены последовательно соединенные синхронизатор, блок задержки, формирователь строб-импульса, подключенные - синхро низатор к входу возбудителя, а формировательстроб-импульса к селекторному каскаду, включенному между усилителем и детектором.Кроме того, внутренняя полость преобразователя футирована материалом с пониженной теплопроводностью, а демпфированный пьезоэлемент герметично закреплен мембраной, выполненной из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости и снабженной кольцом уплотнения.На фиг. 1 представлена структурная схема 5предлагаемого устройства; на фиг. 2 - общий вид преобразователя.Устройство содержит два идентичных клиновых преобразователя 1 и 2, устанавливаемых встречно на фиксированном расстоянии друг от друга на внешней поверхности емкости 3 и с контролируемой жидкостью; усилитель мощности 4, соединенный с преобразователем 1; подключенную к преобразователю 2 последовательно соединенную цепь, состоящую из усилителя 5, детектора 6 огибающей и из измерительно-регистрирующего блока 7; после довательно соединенные возбудитель 8; импульсный синхронизатор 9; блока 10 задержки;подключенный к выходу импульсного син.,ронизатора, формирователь 11 строб-импульсов и селекторный каскад 12, включенный между выходом усилителя 5 и входом детектора 6 огибающей. В корпус 13 каждого из преобразователей выполненного полым, с герметично закрываемым отверстием 14 для заполнения контактной жидкостью 15 полости 16, которая футерована материалом с пониженной теплопроводностью, установлен демпфированный пье- в зоэлемент 7 на герметично закрепленной мембране 18, выполненный из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости, например фторопласта.Установочный фланец 19 преобразователя имеет замкнутую выточку, в которой полуутоплено кольцо 20 герметизации.Мембрана 18 герметично установлена в корпусе 13 посредством резьбового кольца 21, имеющего прорезь, и уплотнительного кольца 22, утапливаемого мембраной в выточку в буртике корпуса. Демпфер 23, установленный на нерабочей поверхности пьезоэлемента 17 с обеспечением акустического контакта, изготовлен из электропроводящего материала, например на основе токопроводяшего клея с порошковым наполнителем. Втулка 24 служитдля изоляции демпфера от кольца 21 и соответственно от корпуса 13 преобразователя.Электрическое соединение нулевой обкладки пьезоэлемента 17 с корпусом осуществляется с помощью пружинящего контакта 25 утапливаемого пьезоэлементом в лунку, выфрезерован ную в мембране 18. Соединение экранной оплетки 26 соединительного коаксиального каоеля 27 с корпусом 13 (следовательно, и с нулевой обкладной пьезоэлемента осуществляется через металлическую резьбовую крышку 28, к торцовой выточке которой оплетка 26 прижата резьбовой изоляционной втулкой 29.Электрическое соединение потенциальной обкладки пьезоэлемента 17 с токоведушей жилой кабеля 27 осуществляется через электропроводяций демпфер 23, спиральную пружину 30 и контактную втулку 31, в которой распаяна жила кабеля.Вывод кабеля из крышки 28 герметизирован кольцом 32 полимеризовавшегося эпоксидного клея. Герметизация соединения крышки 28 с корпусом 13 преобразователя обеспечивается уплотнительным кольцом 33.Возбудитель 8 выполнен по схеме формирователя широкоспектральных импульсов. Запускаемый периодическими сигналами синхронизатора 9 он вырабатывает щирокоспектральные импульсы электрического напряжения, которые 50 поступают через усилитель мощности 4 по кабелю 27 в преобразователь 1 на его пьезоэлемент 17. Последний излучает через жидкость 15 в стенку емкости 3 импульсы с расширенным спектром упругих колебаний, имеющими относительную ширину спектра, превышающую относительную величину диапазона толщин стенок закрыгых емкостей (с учетом их абразивного или коррозионного износа).В жидкостном звукопроводе излученные упругие колебания падают на стенку емкости 3, 6 г заполненной контролируемой жидкостью 34 по углом Я, обеспечивающим соотношеним скорости следа С/Ь(пО падающей волны импульсных упругих колебаний и скорости распространения С возбуждаемой в стенке моды нормальной волны близким к единице (С, - скорость распространения колебаний в клине 24 преобразователя). Скорость следа устанавливается так, чтобы в диапазонах частот колебаний и толшин стенки в последней возбуждалась только одна мода нормальной волны. Далее принимают другим клиновым преобразователем 2 возбужденную моду нормальной волны после прохождения фиксированного пути в стенке емкости 3 и преобразуют в электрический импульсный сигнал, имеющий период следования и частоту несущей импульсов упругих колебаний,Поскольку при обычно используемой постоянной частоте излучения изменение толщины стенки емкости 3 влечет за собой изменение скорости распространения С.возбужденной моды колебаний, это изменяет интенсивность данной моды в стенке из-за несоблюдения равенства С=С,/51 пО и соответственно вызывает значительную погрешность измерений.В предлагаемом устройстве, благодаря наличию спектра частот излученных колебаний, всегда имеется частотная составляющая, для которой выполняется соотношение С = С,/51 пО, вследствие чего амплитуда огибающей принятого сигнала А на демпфированном приемном преобразователе 2 будет иметь весьма слабую зависимость от частоты.Амплитуда огибающей принятого импульсного сигнала А имеет следующую зависимость от плотности р контролируемой жидкости и пути 1 распространения волны в стенке емкости:А=Ас (1)где А,1 - амплитуда огибающей принятого сигнала при отсутствии жидкости в емкости;а - абсолютный коэффициент затухания, имеющий размерность, обратную произведению размерностей плотности р и пути 1, зависящий от типа контролируемой среды и частоты упругих колебаний.Поскольку многократно отраженные сигналы в полости 16 жидкостного преобразователя могут вызывать побочные моды колебаний по стенке емкости 3, поступающие в приемник 2, для исключения их поступления в детектор 6 огибающей используется селекторный каскад 12, отделяющий информативный сигнал от помех. Кроме того, применение каскада 12 обеспечивает функционирование устройства в емкостях с близко расположенной противоположной (относительно места установки устройства), стенкой, селектируя сигнал от отраженной внутри емкости.Этот каскад запускается формирователем 11 строб-импульсов с задержкой относительно возбуждения преобразователя 1, создаваемой блоком 1 О. Эта задержка установлена равной времени распространения колебаний между пьезоэлементами преобразователей 1 и 2. Длительность строб-импульса равна длительности информативного импульсного сигнала на преобразователе 2.599203 20 Формула изобретения Увеличение отношения уровня сигнала к уровню отражений и соответственно помехоустойчивость и точность контроля, улучшаются также выполнением мембраны из материала (фторопласта), близкого по импедансу к жидкости 15. В качестве последней используется раствор, имеющий вершину параболической зависимости скорости распространения упругих колебаний при средней рабочей температуре в емкости. В частном случае, если средняя рабочая температура составляет 70 - 80 С, в качестве такой жидкости используется вода.После усиления в усилителе 5 детектором 6 выделяют сгибаюшую сигнала.Детекторный сигнал на входе измеритель- но-регистрирующего блока 7 имеет амплитуду, экспоненциально ослабляюшуюся с увеличением плотности жидкости, Регистрация в блоке 7 этого ослабления дает информацию с плотности контролируемой среды и тем самым о типе среды, находящейся в резервуаре на заданном уровне (например, жидкость или воздух).При сигнализации уровня жидкости измерительно-регистрирующий блок выполняется в виде релейного блока с визуальной индикацией и с выходом в систему автоматики. Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостя,содержащее два устанавливаемых на фиксированном расстоянии друг от друга на внешнейповерхности емкости идентичных клиновых преобразователя, соединенных последовательно один с усилителем мощности и возбудителем, а другой - . с усилителем, селективным каскадом, детектором и измерительным каскадом, отличаюшеес.г тем, что, с целью повышения гО точности измерения жидкостей с параболической температурной зависимостью скорости распространения упругих колебаний, в нем клиновые преобразователи выполнены демпфированными и введены последовательно соединенные синхронизатор, блок задержки, формирователь строб-импульса, подключенные-сиггхронизатор к входу возбудителя, а формирователь строб-им .улье;г к селекторному каскаду, вклгочеццомх ,ежду усилителем и детектором. 2. Устройство цо и. 1, от.гичаюгиееся тем, что. вцутрецггяя полость преобразователя футиповаца материалом с пониженной теплопроводцостыо, а демцфироваццый ггьезоэлемент герметичгго закреплен мембраной, выполненный из материала с акустическим импедацсом, близким к импедацсу контактной жидкости и снабженной кольцохг уплотнения. Источггикц информации, принятые во внимание цри экспертизе:1. Лвторскос свидетельство М 250481, ЗО кл, б 01 Г 23,28, 1968.2. Лвторс кое свидетельство М 343155,кл. 6 О Е 2328, 1971.Ю Составитель ФомичевТекред О. Луговая Корректор А Тираж 12 Подписное иселева35 дактор каз 140 ЦНИИ 4 гоктная,И Госудярсгвенно по делам 13035, Москва,лиал. ППП Пятео комитета С чзобретений и Ж, Раугвск1 т, г. Уж го ро вета Министров ССС открытий ая наб. д. у ч рое 4