Ультразвуковое устройство для измерения параметров жидкостей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 179703 60 б И 29/ ЕТ полиал ВладимирситутаС,Ю,Лижая техника, НИ МАШ,ССР О.ЙСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ технической ьзовано для зико-химиче детельство И 29(02,б 9 ВОЕ УСТР АМЕТРОВ тносится быть испо ческих и ф, ОО ГОСУДАРСТВЕНОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(7 б) Ковровский фиитехнического инс(57) Изобретениеакустике и можетисследования физ ских свойств жидкостей в научной практике, а также нефтяной, химической, микробиологической и других отраслях промышленности для контроля физических свойств рабочих жидкостей, Цель изобретения - повышение производительности измерения коэффициента поглощения ультразвука, расширение диапазона измерения плотности в области вязких жидкостей и повышение точности измерения вязкости. Между пьезопреобразователем 3 и отражателем устанавливают стоячую волну, При этом через две нижние секции соленоида 2 б протекает нарастающий ток и отражатель начинает двигаться вверх, Огибающая с ам1797038 5 10 15 20 30 35 40 50 плитудного детектора 5 дает информацию о коэффициенте поглощения ультразвука. При подключении третьей секции соленоида отражатель 4 достигает верхнего положения. Через две верхние секции соленоида 21 Изобретение относится к техническойакустике и может быть использовано дляисследования физико-химических свойствжидкостей в научной практике; в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, а также морском и речном-флотедля контроля физических свойств рабочихжидкостей.Известно ультразвуковое устройстводля контроля параметров жидкостей, содержащее генера,ор колебаний,. автоклав спреобразователем и поршнем-отражателем, последовательно соединенные детектор, вход которого соединен спреобразователем усилитель, формирователь импульсов и счетчик, а также осциллограф,Известно также ультразвуковое устройство для контроля параметров жидкостей,содержащее автоклав с пьезопреобраэователем и поршнем-отражателем, первыйблок согласования, включенный между генератором колебаний и пьезопреобразовате-.лем, второй блок согласования, включенныймежду преобразователем и детектором, последовательно соединенные схему запрета,вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, ключ, обмотку управленияи геркон, первый контакт которого предназначен для подключения к соленоиду, последовательно соединенные блоком регулировкистабилизированного напряжения, и измерительный прибор, выход которого подключен квторому контакту геркона, схему установки"0", выход которой соединен с входом ключа, схема запрета индикации, включеннуюмежду. формирователем импульсов и измерительным прибором и соединенный со схемой установки "0"; первый частотомер, входкоторого соединен с выходом генератораколебаний, и второй частотомер, включенный между формирователем импульсов игенератором колебаний.Недостатками известного устройстваявляются: 4низкая производительность определения коэффициента поглощения ультразвука, так как его расчет осуществляетсявручную по осциллограмме, записанной нафотобумагу; протекает с убыванием ток и отражатель достигает нижнего положения, Значение тока в соленоиде для крайних положений отражателя 4 и дает значение плотности жидкости. 1 ил. не позволяет проводить определение плотности вязких жидкостей, так как точность измерения плотности зависит от вязкости жидкости;низкая точность измерения вязкости, так как измерение частоты следования импульсов, по которой определяется вязкость, осуществляется на протяжении всей последовательности импульсов, включая участки ускоренного и замедленного движения поршняя-отражателя.Целью изобретения является повышение производительности измерений, расширение диапазона измерения плотности и повышение точности измерения вязкости.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор колебаний, пьезопреобразователь, цилиндр-отражатель, последовательно соединенные амплитудный детектор, вход которого соединен с пьезопреобразователем и генератором колебаний, второй выход которого соединен с первым частотомером, усилитель низкой частоты, выход которого соединен с входом формирователя прямоугольных импульсов и второго частотомера, а также источник линейно изменяющегося напряжения, пусковой вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход - через цифровой амперметр с коммутатором секций соленоида, первый вход управления которого соединен с выходом конца измерений цифрового амперметра, включены пиковый детектор, программный счетчик импульсов, формирователь длинного импульса, формирователь импульсов по фронту и срезу, кольцевой счетчик импульсов и трехканальный усилитель, При этом вход пикового детектора соединен с выходом усилителя низкой частоты, вход сброса соединен с пусковым входом первого частотомера, выходом одновибратора, входом сброса счетчика импульсов и входом сброса программного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, выход соединен с пусковым входом счетчика импульсов, вторым входом управления коммутатора секций соленоида, три выхода которого через трехканальный усилитель соединены с тремя секциями сорого соединен с выходом усилителя низкой 15частоты, при этом информационные выходы амперметра, а также выходы конца измеренийсчетчикаимпульсовицифровагаамперметра соединены с интерфейсом микропроцессора,ных измерений параметров жидкостей, Устройство содержит генератор 1 коле 35 45 50 импульсов, выход "Конец измерения" которого, а также информационный выход соединены с интерфейсом 17 микропроцессора18, а вход соединен с выходом формирователя 8 прямоугольных импульсов, выход коленоида, вторым пусковым входом источника линейно изменяющегося напряжения и вторым выходом кольцевого счетчика .импульсов, первый выход которого соединен с пусковым входом цифрового амперметра и первым фиксирующим входам источника линейно изменяющегося напряжения, третий выход соединен со вторым пусковым входом цифрового амперметра и третьим фиксирующим входом источника линейно изменяющегося напряжения, четвертый выход соединен с входом остановки счетчика импульсов, а вход соединен с выходом формирователя длинного импульса, вход котопервого и второго частотомеров, пикового детектора, счетчика импульсов и цифрового На чертеке представлена блок-схемаультразвукового устройства для комплексбаний, цилиндр 2 с пьезопреобразователем 3 и поршнем-отражателем 4, последовательно соединенные амплитудный детектор 5, вход которого соединен с пьезопреабразавателем 3 и генератором 1 колебаний, усилитель 6 низкой частоты, выход которого соединен с входами пикового детектора 7, формирователя 8 прямоугольных импульсов и формирователя 9 длинного импульса, который последовательна соединен с формирователем 10 импульсов по фронту и срезу и кольцевым счетчиком 11 импульсов, первый выход которого соединен с первым фиксирующим входом источника 12 линейно изменяющегося напряжения, с первым пусковым входом цифрового амперметра 13 и пусковым входом пикового детектора 7, второй выход соединен со вторым пусковым входом источника 12 линейно изменяющегося напряжения, вторым входом коммутатора 14 секций соленоида, пусковыми входами счетчика 15 импульсов и программного счетчика 16 импульсов третий выход соединен с третьим фиксирующим входом источника 12 линейно изменяющегося напряжения и вторым пусковым входом цифрового амперметра 13, четвертый выход соединен с входом остановки счетчика 15 торого соединен также с входом программного счетчика 16 импульсов и входом второго час 5 10 тотомера 19, пусковой вход которого соединен с выходом программного счетчика 16 импульсов, а информационный выход - . с интерфейсом 17 микропроцессора 18.Кроме того устройство включает трехканальный усилитель 20, три выхода которого соединены с тремя секциями соленоида 21, а три входа которого соединены с выходами коммутатора 14 секций соленоида, первый вход управления которого соединен с выходом "Конец измерений" цифрового амперметра 13 и интерфейсом 17 микропроцессора 18, Первый частотомер 22, вход которого соединен с выходом генератора 1 колебаний, а пусковой вход с выходом одновибратора 23, этот же выход которого соединен с пусковым входом источника 12 линейно изменяющегося напряжения, входами сброса счетчика 15 импульсов, программного счетчика импульсов, пикового детектора 7 и интерфейса 17 микропроцессора 18.Информационные выходы первого 22 и второго 19 частотомеров, пикового детектора 7, счетчика импульсов 15 и цифрового амперметра 13 соединены с интерфейсом 17 микропроцессора 18,Устройство работает следующим образом,Непрерывные высокочастотные колебания с выхода генератора 1 колебанийпоступают на пьезопреобразователь 3, который преобразует электрические колебания в акустические волны соответствующей частоты в жидкости, Между пьезопреобразователем 3 и торцом поршня-отражателя 4, находящемся в крайнем нижнем положении, устанавливается стоячая волна.При запуске однавибратора 23 на его выходе формируется импульс, приводящий в исходное состояние счетчик 15 импульсов программный счетчик 16 импульсов пиковый детектор 7, интерфейс 17 микропроцессора 18, запускает первый частотомер 22 и источник 12 линейно изменяющегося напряжения; на выходе которого напряжение начинает линейно нарастать, При этом через две нижние секции соленоида 21 начинает протекать с линейным нарастанием ток. По достижении некоторого значения тока поршень-отражатель 4 приходит во флотационное равновесие с последующим его нарушением и начинает двигаться вверх в крайнее верхнее положение. С этого момента пьезопреобразователь 3 начинает реагировать на изменение фазы стоячей волны в соответствии с перемещением поршня-отражателя 4, амплитудно модулируя непрерывные высокочастотные колебания генератора 1. Промодулированные таким образом колебания поступают на амплитуд 1797038ный детектор 5, который выделяет огибающую, Полученный низкочастотный сигнал усиливается усилителем низкой 6 частоты, с выхода которого он поступает на вход формирователя 9 длинногО импульса, который вырабатывает прямоугольный импульс длительностью, соответствующей времени движения поршня-отражателя 4 из одного крайнего положения в другое, Этот импульс далее поступает на формирователь 10 импульсов по фронту и срезу, который по переднему фронту и срезу (заднему фронту) вырабатывает короткие прямоугольные импульсы, поступающие на кольцевой счетчик 11 импульсов,Первый импульс, сформированный по фронту первого длинного импульса и соответствующий моменту нарушения флотационного равновесия поршня-отражателя 4, с первого выхода кольцевого счетчика 11 импульсов поступает на первый фиксирующий вход источника 12 линейно изменяющегося напряжения, вызывая фиксацию достигнутого значения тока в первых двух секциях соленоида 21. Этот же импульс поступает на лервый пусковой вход цифрового амперметра 13, который измеряет зафиксированное значение тока, Этот же импульс поступает на пусковой вход пикового детектора 7 и запускает его на измерение амплитуды затухающих колебаний сигнала, поступающего на его вход с выхода усилителя 6 низкой частоты. По результатам измерения амплитуды микропроцессорный блок определяет коэффициент поглощения ультразвука.По окончанию измерений цифровой амперметр 13 вырабатывает сигнал, который с выхода "Конец измерений" поступает в микропроцессорный блок, который считывает измеренное значение тока и на первый вход управления коммутатора секций соленоида 14, который подключает к источнику 12 линейно изменяющегося напряжения и третью секцию соленоида 21. При этомпоршень-отражатель 4 движется под действием суммарного поля трех секций соленоида 21 до своего крайнего верхнего положения в цилиндре 2.При достижении крайнего верхнего положения в цилиндре 2 поршнем-отражателем 4 сигнал на выходе усилителя 6 низкой частоты прекращается и формирователь 9 длинного импульса формирует задний фронт(срез) длинного импульса. По заднему фронту длинного имйульса формирователь 10 импульсов по фронту и срезу вырабатывает короткий прямоугольный импульс, поступающий на вход кольцевого счетчика 11 импульсов. В соответствие этому импульсу на втором выходе кольцевого счетчика 11 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 импульсов появляется сигнал. Этот сигнал поступает: на пусковые входы программного счетчика 16 импульсов и счетчика 15 импульсов и запускает их на второй вход управления коммутатора 14 секций соленоида, который отключает от источника 12 линейно изменяющегося напряжения нижнюю секцию трехсекционного соленоида 21 оставляя под напряжением среднюю и верхнюю секции:на второй пусковой вход источника 12 линейно изменяющегося напряжения, на выходе которого напряжение начинает линейно убывать. При этом через две верхние секции соленоида 21 начинает протекать с линейным убыванием ток. По достижении некоторого значения тока поршень-отражатель 4 приходит во флотационное равновесие под действием трех сил - тяжести, архимедовой и электромагнитной, с последующим его нарушением и начинает двигаться вниз в крайнее нижнее положение. С этого момента начинается формирование сигнала аналогично как и при движении поршня - отражателя вверх, На выходе формирователя 9 длинного импульса появляется второй прямоугольный импульс длительностью, соответствующей времени движения поршня отражателя 4 из верхнего крайнего положения в нижнее. По переднему и заднему фронту (срезу) этого импульса формирователь 10 импульсов по фронту и срезу вырабатывает короткие прямоугольные импульсы, поступающие на кольцевой счетчик 11 импульсов.Короткий прямоугольный импульс, сформированный по фронту второго длинного импульса и соответствующий моменту нарушения флотационного равновесия поршня-отражателя 4 в крайнем верхнем положении в цилиндре 2, с третьего выхода кольцевого счетчика 11 импульсов поступает на второй фиксирующий вход источника 12 линейно изменяющегося напряжения. вызывая фиксацию достигнутого значения тока в двух верхних секциях соленоида 21. Этот же импульс поступает на второй пусковой вход цифрового амперметра 13,который измеряет зафиксированное значение тока и по окончании измерений вырабатывает сигнал который с выхода "Конец измерений" поступает в микропроцессорный блок, который считывает измеренное значение тока и по полученным значениям тока для крайнего нижнего и крайнего верхнего положения поршня-отражателя 4 осуществляют расчет плотности исследуемой жидкости, Сигнал с выхода "Конец измерения" поступает также на первый вход управления коммутатора секций соленоида 14, который обесточиоает соленоид 21, и поршень-отражатель 4 начи1797038 51015 счетчике импульсов 15. 20 30 40 50 нает свободно двигаться вниз в кольцевом зазоре жидкости в цилиндре 2 под действием силы тяжести,С выхода формирователя 8 прямоугольных импульсов прямоугольные импульсы; соответствующие акустическому сигналу, поступают нэ вход второго частотомера 19 и на вход программного счетчика 16 импульсов, который по достижению заданного числа импульсов, который по достижению заданного числа импульсов, соответствующих положению поршня-отражателя 4 в средней части цилиндра 2, вырабатывает сигнал который с его выхода поступает на пусковой вход частотомера 19, который осуществляет частоту следования прямоугольных импульсов на его входе, По отношению высокой частоты генератора 1, измеряемой частотомером 22, и частоте следования пря- моугольных импульсов с формирователя 8 прямоугольных импульсов микропроессорный блок осуществляют расчет вязкости исследуемой жидкости.За время движения поршня-отражателя 4 из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение прямоугольные импульсы с выхода формирователя 8 прямоугольных импульсов поступают также на вход счетчика 15 импульсов, который подсчитывает их число. По числу импульсов, соответствующих максимумам акустической стоячей волны.на известной длине хода поршня-отражателя 4, микропроессорный блок производит расчет скорости ультразвуковой волны в исследуемой жидкости.При достижении поршнем-отражателем 4 крайнего нижнего положения в цилиндре 2 сигнал на выходе усилителя 6 низкой частоты прекращается и формирователь 9 длинного импульса формирует заданный фронт(срез) длинного импульса. По заднему Формула и зобретения Ультразвуковое устройство для измерения параметров жидкостей, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор колебаний, пьезопреобразователь с отражателем, амплитудный детектор, усилитель низкой частоты, формирователь прямоугольных импульсов и счетчик, первый частотомер, подключенный к выходу генератора колебаний, второй частотомер, подключенный к выходу формирователя прямоугольных импульсов, цилиндр,в котором расположены пьезоизлучатель с отражателем, и размещенный вокруг цилиндрасоленоид,отлича ю щеесятем,что,фронту длинного импульса формирователь 10 импульсов по фронту и срезу вырабатывает короткий прямоугольный импульс поступающий на вход кольцевого счетчика 11 импульсов. В соответствие этому импульсу на четвертом выходе кольцевого счетчика 11 импульсов появляется сигнал, который поступает на вход остановки счетчика 15 импульсов. По приходу этого сигнала счетчик 15 импульсов прекращает счет и выдает импульс на выходе "Конец измерений", который поступает в микропроцессорный блок и после периода которого производится сбор информации, зафиксированной в первом 22 и втором 19 частотомерах и в Предлагаемое устройство позволяет:1, Повысить производительность измерений, так как пиковый детектор, выполненный, например, по схеме интегрирующего аналого-цифрового преобразователя и будучи сопряжен с процессорным блоком обеспечивает автоматические измерения амплитуд акустического сигнала, по которым определяется коэффициент поглощения ультразвука,2. Расширить диапазон измерения плотности в область вязких жидкостей за счет регистрации момента нарушения флотационного равновесия .поршня-отражателя как в крайнем нижнем, так и в крайнем верхнем положении, что исключает влияние силы вязкого трения жидкости нэ результат определения плотности, так как для этих положений онэ направлена в противоположные стороны,3, Повысить точность измерения вязкости жидкостей вследствие определения скорости движения поршня-отражателя толькона участке его равномерного движения вкольцевом зазоре жидкости,с целью повышения производительности, расширения диапазона измерения плотности и повышения точности измерения вязкости, оно снабжена последовательна соединенными одновибратором, источником линейно изменяющегося напряжения, цифровым амперметром, коммутатором и трехканальным усилителем, последовательно соединенными формирователем прямоугольных длинных импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя низкой частоты, Формирователем, импульсов по фронту и срезу й кольцевым счетчиком, последовательно соединенным пиковым детектором, вход которого подключен к выходу усилителя низкой частоты, и интерфейсом12 1797038 Составитель Е.ТетеринТехред М.Моргентал Корректор О.Густи Редактор Заказ 650 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 микропроцессора и программным счетчиком, входом подключенным к выходу формирователя прямоугольных импульсов, выход одновибратора подключен к входам сброса счетчика импульсов, интерфейса 5 микропроцессора, пикового детектора и программного счетчика и к пусковому входу первого частотомера, информационные выходы частотомеров, цифрового амперметра, счетчика импульсов и пикового детектора 10 подключены к интерфейсу микропроцессора, первый выход кольцевого счетчика связан с вторыми входами цифрового амперметра и источника линейно изменяющегося напряжения и с входом пуска пико вого детектора, второй выход кольцевого счетчика подключен к второму входу коммутатора, третьему входу источника линейно изменяющегося напряжения и пусковым входам счетчика импульсов и программного счетчика, третий выход кольцевого счетчика связан с третьим входом цифрового амперметра и с четвертым входом источника линейно изменяющегося напряжения, четвертый .выход кольцевого счетчика связан с входом остановки счетчика импульсов, выход окончания измерений которого подключен к интерфейсу микропроцессора, выход окончания измерения цифрового амперметра подключен к третьему входу коммутатора и к интерфейсу микропроцессора, а соленоид выполнен из трех секций, подключенных к соответствующим выходам трехканального усилителя.