Ультразвуковое устройство для идентификации жидкости

 

Изобретение относится к области акустических методов исследования жидкостей . Целью изобретения является расширение области применения вследствие повышения разрешающей способности благодаря использованию контактирующей с жидкостью пластины, изменяющей под действием электрического поля скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний . В находящуюся в контакте с жидкостью 1 пластину 2 преобразователем 3, соединенным с генератором 5, излучают импульсы УЗ колебаний Преобразователем 4 принимают отраженныеот границы раздела пластины 2 с жидкостью 1 УЗ колебания и измеряют с помощью блока 6 их амплитуду , принимая ее значение за исходный уровень При изменении состава жидкости 1 изменяется амплитуда сигналов на выходе преобразователя 4 На расположенные на противоположных сторонах пластины 2 электроды 7 подают постоянное напряжение с помощью соединенного с ними блока 8 изменения скорости распространения УЗ колебаний в пластине 2, выполненного в виде источника постоянного напряжения, до тех пор пока амплитуда принимаемых преобразователем 4 УЗ колебаний, не до; стигнет исходного значения. С помощью блока 9 измерения напряжения измеряют эту величину на электродах 7 и по ней осуществляют идентификацию жидкости с помощью тарировочных графиков 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

3Ф) а л,! 1о

1. „.„ ф К.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ql !

1р > (21) 4639879/28 (22) 19.01.89 (46) 07.09.91. Бюл. ¹ 33 (71) Киевский государственный педагогический институт им, А, М. Горького и Институт полупроводников АН УССР (72) В.В. Левандовский., В.Е. Родионов, Н.С, Черная и Л.К. Янчевский (53) 620.179,1 6(088.8) (56) Патент США ¹ кл. G 01 N 29/02, 1982.

Патент CLLIA ¹ 4403508, „. кл. G 01 N 29/02, 1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИДЕНТИФИКАЦИИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к области акустических методов исследования жидкостей. Целью изобретения является расширение области применения вследствие повышения разрешающей способности благодаря использованию контактирующей с жидкостью пластины, изменяющей под действием электрического поля скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колеИзобретение относится к области акустических методов исследования жидкостей и может быть использовано при идентификации жидкости, например, протекающей по трубопроводу, Целью изобретения является расширение области применения вследствие повышения разрешающей способности благодаря использованию контактирующей с жидкостью пластины, изменяющей под действием электрического поля скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний.

„„5U„„1675754 Al баний. В находящуюся в контакте с жидкостью 1 пластину 2 преобразователем 3, соединенным с генератором 5, излучают импульсы УЗ колебаний. Преобразователем

4 принимают отраженные от границы раздела пластины 2 с жидкостью 1 УЗ колебания и измеряют с помощью блока 6 их амплитуду, принимая ее значение за исходный уровень. При изменении состава жидкости 1 изменяется амплитуда сигналов на выходе преобразователя 4. На расположенные на противоположных сторонах пластины 2 электроды 7 подают постоянное напряжение с помощью соединенного с ними блока

8 изменения скорости распространения УЗ колебаний в пластине 2, выполненного в виде источника постоянного напряжения, до тех пор пока амплитуда принимаемых преобразователем 4 УЗ колебаний, не до.-.

1 стигнет исходного значения. С помощью блока 9 измерения напряжения измеряют эту величину на электродах 7 и по ней осуществляют идентификацию жидкости с помощью тарировочных графиков, 3 ил, На фг, 1 схематично представлено УЗ устройство для идентификации жидкости; на фиг. 2 — график зависимости относительного изменения акустического сопротивления (Лр„p3») от величины Е постоянного электрического поля для материала на основе ВаТ Оэ c CeCz при различной температуре: кривая 1 — (Т» — 9 С); кривая 2 — (T» — 19 С), где Тк — температура точки Кюри материала; на фиг. 3 — линейный участок графика зависимости по фиг. 2, используемый в качестве тарировочного графика входа работы устройства.

1675754

УЗ устройство для идентификации жидкости содержит предназначенную для контактирования с жидкостью 1 пластину 2 из неп ьезоэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью, не меньшей з

5 10 и установленные на пластине 2 излучающий и поиемный УЗ преобразователи 3 и 4 соответственно, Устройство также содержит соединенный с излучающим лреобразователем 3 генератор 5 и соединенный с приемным преобразователем 4 блок 6 измерения амплитуды принятых колебаний. Кроме того, устройство содержит расположенные на противоположных сторонах пластины электроды 7, блок 8 изменения скорости распространения УЗ колебаний в пластине 2 и блок 9 измерения напряжения, соединенный с электродами 7.

Блок 8 выполнен в виде источника постоянного напряжения, соединенного с электродами. Пластина 2 может быть вмонтирована

s трубопровод 10.

УЗ устройство для идентификации >кидкости работает следующим образом.

По трубопроводу 10 пропускают одну жидкость 1, например ацетон (р1С1-=9,208 акуст Ом). Преобразователь 3 под воздействием генератора 5 излучает в пластину 2 импульсы УЗ колебаний. Распространяясь в пластине 2, УЗ колебания доходят до границы раздела материал пластины 2 — жидкость

1, частично проходят в жидкость 1 и частично отражаются в направлении к преобразователю 4, причем величина коэффициента отражения определяется акустическими сопротивлениями материала пластины 2 и жидкости l. Отраженные УЗ колебания поступают на преобразовагель 4, трансформируются им в электрические импульсы и поступают в блок 6. С помощью блока 6 происходит выделение отраженных границей раздела эхосигналов и регистрация их амплитуды. При прохо>кдении через трубопровод 10 другой жидкости 1, например метилового спирта (р>Сг =8,859 акуст Ом), изменяются коэффициент отражения границы раздела и, соответственно, амплитуда поступающих в блок 6 сигналов. Изменение акустического сопротивления жидкости компенсируют изменением скорости распространения УЗ колебаний в материале пластины 2, для чего изменяют величину постоянного напряжения на выходе блока 8 которое поступает на электроды 7, Использование в качестве материала пластины непьезоэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью е 5 10, например материала на основании ВаТ Оз с

CeO2 F. =5 10 ), обусловлено тем, что навез денная внешним электрическим полем электромеханическая связь, от которой зависит скорость распространения УЗ колебаний, определяется большим дипольным моментом, образуемым компонентами кристаллической решетки в таких веществах.

Зависимость изменения скорости распространения УЗ колебаний от величины напряженности электрического поля резко усиливается с увеличением диэлектрической проницаемости и достигает нескольких процентов, что необходимо при работе устройства для материалов с г > 5 10з. Величину напряженности электрического поля изменяют до тех пор, пока амплитуда принимаемого преобразователем 4 эхосигнала не достигнет ранее зарегистрированного значения. Для регистрации амплитуды целесообразно использовать нуль-метод, который позволяет на несколько порядков повысить точность измерения без усложнения устройства. Реалиазция нуль-метода осуществляется, например, включением s блок 6 цифрового вольтметра, При нахождении в трубопрводе 10 исходной жидкости

1 уровень сигнала на выходе преобразователя 4 принимают за эталонный (нулевой), При изменении состава жидкости напряжение на выходе блока 6 изменяют до тех пор, пока уровень сигнала на выходе преобразователя 4 вновь не достигнет нулевого уровня. После этого с помощью блока 9 измеряют напряжение на выходе блока 8 и по величине его изменения относительно исходного состояния производят идентификацию протекающей в трубопроводе 10 жидкости 1. Вследствие нелинейности некоторых участков зависимости, приведенной на фиг. 2, величину исходного значения Е обычно выбирают не равной нулю. Так, для ацетона исходное значение Е1=-3,394 кв/см.

Нулевой уровень УЗ колебаний при протекании метилового спирта в этом случае достигается при Е2=6,839 кв/см.

Разделение одной жидкости от другой производят по градуировочным кривым зависимости акустического сопротивления от величины постоянного электрического поля, используемого при компенсации изменения электрического сигнала, фиксируемого нуль-прибором (фиг. 3). Разрешающая способность, то есть чувствительность к изменению акустического сопротивления жидкости, повышается с ростом величины диэлектрической проницаемости материала пластины. Так, при использовании в качестве материала пластины материала на основе BaTiOg с СеС2

1675754

Фиг

Fy кфслдвумя разными значениями е 5-10 и 6 10 получен рост разрешающей способности в

3,2 раза.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для иденти- 5 фикации жидкости, содержащее пластину, предназначенную для контактирования с жидкостью, установленные на пластине излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, генератор, соединенный с 10 излучающим преобразователем, и блок измерения амплитуды принятых колебаний, соединенный с приемным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено расположенными на противоположных сторонах пластины электродами, блоком изменения скорости распространения ультразвуковых колебаний в пластине, выполненным в виде источника постоянного напряжения и соединенным с электродами, и блоком измерения напряжения, соединенным с электродами, а пластина выполнена из непьезоэлектрического материала с диэлектоической проницаемостью, не меньшей 5 10 .

1675751

Р,00

2,45

2,60

203 r i5

Редактор Г. Наджарян

Заказ 2997 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

G б

0 ь

Составитель Б, Гондаревский

Техред M.Mîpãåíòàë Корректор М. Шароши