Акустическое устройство для измерения параметров жидкостей под давлением

(51 ОБРЕТЕН риборостроенияМ.Юдин, С.И,ДеОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1619139, кл. О 01 й 29/00, 1989;(54) АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙПОД ДАВЛЕНИЕМ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться дляизмерения плотности и сдвиговой вязкостив компонентах расслаивающихся жидкихсистем под давлением. Цель изобретения -расширение функциональных воэможноИзобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения плотности и сдвиговой вязкости в компонентах расслаивающихся жидких систем под давлением.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерения не только сдвиговой вязкости, но и плотности жидкостей,На фиг,1 представлена блок-схема акустического устройства для измерения параметров жидкостей под давлением; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Акустическое устройство для измерения свойств жидкостей под давлением содержит камеру 1 высокого давления, вмонтированный в стенку камеры 1 приемный стей за счет измерения не только сдвиговой вязкости, но и плотности жидкостей. Устройство снабжено двумя разнесенными по высоте камеры 1 высокого давления электроакустическими трактами и шарообразным элементом 4, размещенным внутри камеры 1 с возможностью перемещения спомощью соленоида 5 электрон н ым блоком для измерения напряжения, подаваемого на соленоид 5 в моменты пересечения элементом 4 осей электроакустических трактов, и времен пролета элемента 4 через сечения акустических трактов при свободном падении. По измеренным величинам судят о плотности контролируемой среды и ее сдвиговой вязкости в двух разнесенных по высоте областях расслаивающейся смеси 3 жидкостей, 2 ил. пьезопреобразователь 2 и подключенныи к выходу последнего усилитель 3, размещенный в камере 1 шарообразный элемент 4 из ферромагнитного материала, соленоид 5, установленный на внешней стенке камеры 1 высокого давления, генератор 6 запускающих импульсов, измеритель 7 интервалов времени, второй приемный пьезопреобразователь 8 и два излучающих пьезопреобразователя 9, 10, подключенный ко входам последних генератор 11 зондирующих импульсов, подключенные к выходу усилителя 3 последовательно соединенные детектор 12, блок 13 дифференцирования, компаратор 14 и вольтметр 15, подключенные к выходу второго приемного пьезопреобразователя 8 последовательно соединенные второй усилитель 16, вторые детектор 17, блок18 Дифференцлраввнил, компэрвтор 19 и Вольтметр 20 третий и чегвеатый компврЯ- тОры 21, 22, Второй измеритель 23 инт 8 рвэлов времени, четь рехкянэльный реГистрэтОр 24 и пОДключенны 8 к ВыхоДу генерэторя 6 запускающих импульсов последовательно соединенные генератор 25 пилообразного нэпояжения и формирователь 26 импульсов, выход которого подключен ко входу запуска первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени, выходы первого и второго детекторов 12, 17 подкл)ачены ко Входям соответстьенно третьего и четвертого компэрэторав 21, 22, З ВЫХОДЫ ПОСЛЕДНИХ - К ИнфОРМЗЦИОННЫМ входам соответственна первого и Второго измеритслей 7, 23 интервалов времени, выход генератора 25 пилообразного няпряжения подключен к соленоиду 5 и ко входам ззпускз первогО и ВТОРОГО Вальтметаов 15, 20, информационные Выходы и Выходы управления (Выходы "конец измерений" ) перВого и ороо Вал ьтм 8 трав 15, 20 и первого и Второго измерителей интеовялав времени 7 и 3 подкглочены к соответствующим Входам регистряторз 24, излучающий и приемные пьезопреобрэзовзтели 9,10 и 2,8 установлены на боковых стенках кэмеры 1 высокого дэвлен ля, обрязуя двз электроякустических таяктз, рязнесенных по Высоте камеры , э подвижный элемент 4 размещен в камере 1 с возможностью перемещения по оси камеры,Кроме того, устролство содержит няпрэвляющу,о 27, которая может быть устзновленя внутри камеры для обеспеченля более точного перемещенля подвижного элементз па Оси кямеры прим 8 р ВыпОлн 8- ния ДВЯ желоОООбрэзных ОГрэничит 8 ля перемещений подвижного элемента, установленных с зазором, обеспечивэющие Возможность перемешения между ними подвижного элементя вдоль аси камеры; оси 28 и 29 электроэкустических трэктов. Кямерэ 1 Высокого дявления мажет быть выполнена В виде системы поршень-цилиндр, В кОтарОЙ функции цилиндря ВыпалняюГ стенки кямеры, 3 паашень 30 устянавлен В цилиндре через посредство уплотни геля 31.Для сазвяния Явления в кэмере паиклэдывэют Вертикяльную сжимяющую нэГрузку к Основэнию кэмеры 1 и утолщению поршня 32.устройство рэботзет следующим Обрэ ЗОМ,Исследуемую рэсслэивзюшуюся смесь жидкостей зэливэат В КЯмеоу 1 Высокого давления и создают таебуемое давление, , нэпаимВО, с помощью паОшня 30. О ВеличиНВ ДОСТИГНУТОГО ДЯВЛВНИЙ МожНО СУДИТЬ ПО5 10 величине приклэдывяемой к основанию 32 поршня сжимающей силы, В исходном положении подвижный элемент 4 находится вкрайнем нижнем положении,С помощью генератора 6 вырабатывают запускающий импульс (фиг.2 а), по которому генерэтор 25 пилообразного напряжения вырабатывает возрастающее линейно со временем напряжение, поступающее нэ соленоид 5 и входы первого и второго вольтметров 15, 20. Подвижный элемент 4 под делствием магнитного поля соленоида 5 перемещэется в крайнее верхнее положение.Генератор 11 зондирующих импульсов Вырзбатываетимпульсные сигналы, которыми возбуждаются излучающие преобразаВзтели 9,10, Излучаемые ими акустические сигналы проходят через исследуемую среду и принимаются соответственно приемными20 пьезопреобрязовэтелями 2 и 8. Импульсныеэлектрические сигналы с выходов последних усиливаются усилителями 3,16 и поступают на входы детекторов 12, 17. Постоянная интегрирования детекторов устанавливается такой, чтобы обеспечить постоянный уровень сигнала нэ выходе детектора приналичии зондирующих акустических сигналов, проходящих через исследуемую среду фиг,2 в,в).При достижении подвижного элемента4 оси 28 нижнего электроакустического тракта вследствие уменьшения якустического сигнала, принимаемого приемным пьезопреобразовятелем 2, сигнал на выходе первого детектора 12 уменьшается, проходя через экстремум. В момент прохода черех экстремум нэ выходе первого блока дифференцирования получают нулевой потенциал, я нэ выходе первого компараторз формируется короткий импульс, поступающий на вход запуска вольтметра 15. Текущее значение напряжения фиг,2 б), поступающее в данный момент на соленоид 5, измеряется первым вольтметром 15. По окончании измерения ня его управляющем Выходе формируется сигнал "Конец измерения", по которому результат измерения регистрирустся регистратором 24 по первому каналу или заносится в его буферный регистр для последующего Вывода (в зависимости от конструкции используемого регистратора),, С дальнейшим ростом напряжения, подаваемого ня соленоид, подвижный элемент 4 поднимается выше и перекрывает прохождение акустических импульсов, по верхнему электроякустическому тракту 29, чта приводит к уменьшению сигнала на выходе второго детектора 18; в момент достижения экстремумя на выходе блока 1815 20 30 35 40 50 удерживаемый магнитным полем соленоида 31, действуют выталкивающая сила, пря-,мд пропорциональная плотности жидкости(искомый параметр), и сила тяжести элемента, В условиях равновесия подвижного эледифференцирования получают нулевое значение потенциала и срабатывает второй компаратор нулевого уровня, На его выходе получают импульс (фиг.2 е), по которому второй вольтметр 20 измеряет текущее значение напряжения на выходе генератора 25 пилообразного напряжения, которое поступает на второй канал регистратора 24 по команде "Конец измерения" с управляющего выхода второго вольтметра 20.По завершении работы генератора 25 пилообразного напряжения по заднему фронту его сигнала срабатывает формирователь 2 б импульсов, который запускает измерители 7 и 23 интервалов времени,которые переходят в режим готовности для измерений интервала времени по переднему и заднему фронтам импульса, Подвижный элемент 4 начинает свободное падение в исследуемой среде, пересекая последовательно оси электроакустических трактов 29 и 28, В моменты пересечений на выходах первого и второго детекторов 12 и 17 получают вторые выбросы потенциала в сторону уменьшения (фиг.2 в, г), длительность которых измеряется с помощью третьего и четвертого кампараторов 21, 22 и первого и второго измерителей 7, 23 интервалов времени. Величины т 1 и г 2 длительностей указанных сигналов, получаемые на выходах третьего и четвертого компараторов 21, 22 (фиг. 2 е, ж) регистрируются по третьему и чет вертому каналам регистратора 24 (заносятся в соответствующие буферные регистры),после чего результаты всех измерений выводятся на цифропечатающее устройство регистратора 24 или на внешнее устройство (не показано) для дальнейшей обработки полученных данных. Измеренные величины напряжений 01 и 02 и значений интервалов времени т 1 и г 2 определяют значения плотности.и сдвиговой вязкости исследуемых компонент расслаивающейся смеси в нижней и верхней частях камеры высокого давления. Конкретная связь непосредственно измеряемых и искомых величин определяется предварительной градуировкой устройства с использованием среды с известной плотностью и сдвиговой вязкостью и их зависимости отдавления,Можно дать следующее краткое обоснование алгоритма работы устройства.На подвижный сферический элемент 4,мента сумма всех сил равна нулю и имеется однозначная связь между искомой плотностью жидкости и силой, действующей на сферический элемент 4 со стороны соленоида 31, т.е, с напряжением, подаваемым в данный. момент на соленоид, Конкретная взаимосвязь указанных величин определяется градуировкой.При падении сферического элемента 0 вниз скорость его падения однозначно определяется его диаметром, массой и искомой сдвиговой вязкостью жидкости, которая может быть определена по измеренной скорости падения элемента или времени пролета им фиксированного расстояния (сечения акустического тракта).Взаимосвязь измеряемого времени пролета т 1, т 2 с вязкостью компонент расслаиваю- щейся смеси определяется градуировкай,Предлагаемое устройство обеспечиваетвозможность измерять плотность и сдвиговую вязкость как однородных жидких сред, так и отдельно в компонентах расслэивающейся жидкой смеси в зависимости от дав ления. Все измерения могут быть проведены за один цикл измерения, включающий подъем сферического элемента внутри камеры высокого давления вверх и его свободное падение в исследуемой жидкости,В качестве измерителей интерваловвремени могут быть использованы частотомеры ЧЗА, работающие в режиме измерения интервала времени с запуском от переднего. и остановкой по заднему фронту импульса, в качестве вольтметров - любой цифровой вольтметр с подходящим диапазоном измерений, в качестве регистратора 24 может использоваться, например, транскриптор Ф 5033 с цифропечатающим устройством ЭУМД или любой другой регистратор с четырьмя буферными запоминающими блоками на входе. В качестве нагружающего механизма, создающего усилие сжатия в камере высокого давления, может использоваться пресс гидравлический, например типа ГГПР.Формула изобретения Акустическое устройство для измерения параметров жидкостей под давлением, содержащее камеру вьсокого давления, размещенный в ней шарообразный элемент из ферромагнитного материала, соленоид, установленный на внешней стенке камеры высокого давления, вмонтированный в стенку камеры высокого давления первый приемный пьезопреобразователь, подключенный к его выходу первый усилитель, генератор запускающих импульсов и последовательно соединенные первый измеритель временных интервалов и регист 1698743ратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью следОвательнО соединенными четвертым расширения функциональных возможно- компаратором, вход которого подключен к стей путем измерения не только сдвиговой выходу второго детектора, и вторым измевяэкости, но и плотности жидкостей, она рителем временных интервалов, выход коснабжено последовательно соединенными 5 торого связан с регистратором, последовапервым детектором, вход которого связан с тельно соединенными генератором пилообвыходомпервогоусилителя,блокомдиффе- разного напряжения, вход которого под-. ренцирования, компаратором и вольтмет- ключен к выходу генератора запускающих ром, выход которого подключен к регистра- импульсов, и формирователем импульсов тору, последовательно соединенными вто сброса, выход которого связан с управляюрыми приемным преобразователем, уста- щимивходамиизмерителейвременногоинновленным в стенке камеры высокого тервала, генератором зондирующих давления на расстоянии вдоль ее оси от импульсов и подключенными к нему двумя первого приемного пьеэопреобраэователя, излучающими пьезопреобразователями, усилителем, детектором, блоком дифферен вмонтированными в стенку камеры высокоцирования, компаратором и вольтметром, го давления так, что акустические оси пьевыход которого подключен к регистратору, зопреобраэователей пересечены с осью третьим компаратором, включенным между камеры, а выход генератора пилообразного выходом первого детектора и входом перво- напряжения подключен к солеиноиду и инго измерителя временных интервалов, по формационным входам вольтметра.1698743 Олинич едакт Тираж , . Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 4390 ВНИИПИ Госуд Составитель Л.Кон Техред М.Моргента нская Корректор Н.Ревска