Ультразвуковой плотномер жидкости

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Соцмаектнческнх Республик(22) Заявлено 04,0578 (21) 2614045/25-10 С 01 М 29/00 с присоединением заявки Йо Государственнай комнтет СССР. по делам нзобретеннй й открытнйДата опубликования описания 150780(71) Заявитель Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЛОТНОИЕР 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 ГЙ 2 , измеряющие плотность по затуханию прошедшегочерез "контроли- руемую среду ультразвука и содержЩие пьезоэлектрический преобразователь, рабочую и компенсационную ультразвуковые камеры, расположенные на противоположных сторонах пьезоэлектрического преобразователя, с отражающими экранами, установленными на разных расстояниях от пьезоэлектрического преобразователя. Плотномер Ц содержит также следящую систему и вторичный прибор, а плотномер 21 приводимый во вращение синхронным двигателем моделирующий диск-обтюратор, расположенный в компенсационной. камере между пьезоэлектрическим пре 25 образователем и отражающим экраном. О плотиости контролируемой среды судятна основе сравнения амплитуд ультразвука,прошедшего через соответственно контролируемую и эталонную 30 среды. Так как амплитуда ультразвука зависит также от других акустических параметров, напримеркоэффициента поглощения, для однозначнбго определения плотности необходимо знать зависимость амплитуды ультразвука от плотности для каждого контролируемого вещества.Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ультразвуковой плотномер жидкости3, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий и приемный преобразователи, расположенные на противоположных сторонах измеритель- ной 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 иэ последовательно соединенных формирователя и триггера.Указанное устройство дает возможность определить удельное акустическое сопрбтивление среды (произведение плотности на скорость ультра 748240звука), и для получения значенияплотности необходимо разделить конечный результат измерения на значение скорости ультразвука. Для этого необходима дополнительная работаоператора.Целью изобретения является автоматизация процесса измерения.Поставленная цель достигнута тем,что в измеритель введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска. При этом выход генератора импульсов через двухпозиционный пере ключатель подключен к высокочастотнойу 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 квходу схемы запуска, Выход второгополосового усилителя-детектора под "клйчен через цепь из последовательно соединенных формирователя и триггера к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом двухгозиционногопереключателя,На фиг. 1 изображена структурнаясхема ультразвукового плотномеражидкости; на фиг. 2 - эпюры сигналов.Ультразвуковой плотномер жидкости содержит диапаэонный генератор 1, соединенный с измеряющим преобразователем 2, вмонтированным в измерительную кювету 2, на противоположной стороне которой расположен приемный преобразователь 4, два полосовых усилителя-детектора 5 и б, центральная 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 5 через второй формирователь 7 подключен к входу блока настройкИ 8,выход которого соединен с входом диапазон- ного детектора 1. Выход полосового усилителя-детектора б через цепь из последовательно соединенных формирователя 9 и триггера 10 подключен к счетному входу второго триггера 11.Выход генератора импульсов 12 через двухпозиционный переключатель 13 подключен к высокочастотному и низкочастотному входам частотомера 14, вход запуска которого соединен с выходом схемы запуска 15. Вход схемы запуска соединен с выходом формирователя 7 и с установочными входами триггеров 10 и 11, выход триггера 11 соединен с управляющим входом двухпоэиционного переключателя 13.Устроиство работает следующим образом. Частота диапазонного генера тора 1 изменяется по прямолинейному закону в области частоты 0,5 у(фиг. 2, а, б), где Г - резонанснаячастота преобразователей 2 и 4. Напряжением генератора 1 возбуждается 40 одельное акустическое сопровещества преобразователя; ервал частоты между двумя кими резонансами в области чае Л, ( . Л С, Формула быть упрощена путем прибвыражения корня следующим где Е - утивление- интакустиче1 В сл(2)с" - д - ,а учит я,где с - ско - плоти ыва что 2 с =я сэрость ультразвука в сть среды, получае еде,ПогреЮноСть, допускаемая при пении формулы (2),практически длсех жидкостей не превышает 3,5 ет быть учтена введением попра ки. мож преобразователь 2, излучающий ультразвуковые волны в исследуемую жидкость,которой заполнена кювета 3, На определенных частотах резонирует столбик жидкости, находящейся междупреобразователями 2 и 4, что сопро О вождается резким увеличением модулянапряжения на обкладках приемногопреобразователя 4 и выходного напряжения усилителя-детектора 5 (фиг.2,а).Одновременно столбик резонирует на 15 частоте в два раза выше, т.е. частоте ,; каждый из резонансов сопровождается увеличением выходного напряжения усилителя-детектора б(фиг, 2, б). Возбуждающим сигналом ро в этом случае служит напряжение второй гармоники генератора 1, а резонансы повторяются чаще, потому чтоскорость изменения частоты для второй гармоники в два раза больше.Формирователи 7 и 9 формируют острыеимпульсы в моменты акустических резонансов (фиг. 2, в, г), СигналамиФормирователя 7, воздействующего наблок настройки 8, и:меняется направление перестройки частоты диапаэонного генератора 1, а триггеры 10 и 11устанавливаются в нулевое положение.Таким образом, частота диапазонногогенератора 1 изменяется в интервалемежду двумя акустическими резонансами Ь Г, измеренном в области частоты 0,5 Г . Удельное акустическое сопротивление исследуемой среды 2,вы-,ражается такЧастота генератора 1 изменяется на величину Д 1 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) выходной импульс триггера 11 соответствует перестройке частоты генератора 1 на ь Г , а интервал между импульсами - перестройке на А 1 - ЬГГенератор 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 измеряет отношение частот, поэтому его показания по окончаниицикла измере ния равны количеству импульсов, поступивших на высокочастотный вход, За время, соответствующее поступлению заданного количества импульсов на низкочастотный вход. Если общее время 25 измерения много больше одного дикла перестройки частоты, то показания частотомера пропорцйональныьоЧастотомер 14 запускается схемой запуска 15 в момент, соответствующий началу заданного цикла перестройкиЧ частоты. Правильное чередование состо-. яний триггеров 10 и 11 обеспечивается тем, что выход формирователя 7 соединен с установочными входами обоих триггеров.Таким образом, плотность жидкости 40 измеряется автоматически.Формула изобретенияУльтразвуковой плотномер жидкости,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 частотепреобразователей,цепь из последовательно соединенных Формирователя и триггера, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью автоматизации процесса измерения, в него введены второй формирователь, второй триггер, генератор импульсов, двухпозиционный переключатель, частотомер и схема запуска, при этом выход 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 207459,кл. С 01 М/00, 1969.2. Авторское свидетельство СССР Р 236843, кл. 6 01 М 9/00, 1971.3, Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2410562/18-10,кл. 0 01 й 29/00, 1976 (прототип)