Ультразвуковое устройство для контроля состава жидких сред

 

Изобретение относится к акустическим методам исследования жидкостей. Целью изобретения является повышелие точности вследствие использования эффекта зависимости яркости свечения тонкопленочного электролюминесцентного элемента от интенсивности падающих на него ультразвуковых (УЗ) колебаний. Излучатель 2 под действием генератора 1 излучает УЗ колебания в пластину 8, которые, отразившись от границы раздела с жидкостью падают на тонкопленочный электролюминесцентный элемент 4 оптрона 3. На элемент 4 подается опорное знакопеременное напряжение от источника 6. УЗ колебания вызывают добавочное электролюминесцентное свечение элемента 4, яркость которого зависит от интенсивности УЗ колебаний. Световой сигнал преобразуется фотоэлектрическим преобразователем 5 оптрона 3 в электрический сигнал, который измеряется с помощью блока 7. Резкая зависимость яркости свечения элемента 4 от интенсивности УЗ колебаний позволяет различать жидкости, отличающиеся менее чем на 1 % по акустическому сопротивлению. 2 ил. (Л С

союз совЕтских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О 4

ЬЭ V (21) 4631671/28 (22) 04.01.89 (46) 15.11.91. Бюл. ¹ 42 (71) Киевский государственный педагогический институт им. А.M.Ãoðüêoãî и Институт полупроводников АН УССР (72) Ю.А.Пасечник, В,Е.Родионов, В.Д.Фурсенко и Н.С.Черная (53) 620.179.16 (088.8) (56) Патент Великобритании № 2167185, кл. G 01 N 29/02, 1986.

Патент США ¹ 4403508, кл. G 01 N29/02,,1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОНТРОЛЯ СОСТАВА ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к акустическим методам исследования жидкостей. Целью изобретения является повышение точности вследствие использования эффекта зависимости яркости свечения тонкопленочного

Изобретение относится к акустическим методам исследования жидкостей и может быть использовано при контроле состава жидких сред.

Целью изобретения является повышение точности вследствие использования эффекта зависимости яркости свечения тонкопленочного электролюминесцентного элемента от интенсивности падающих на него ультразвуковых (УЗ) колебаний.

На фиг, 1 схематично представлено устройство для контроля состава жидких сред; на фиг. 2 — график зависимости яркости В свечения электролюминесцентного элемента на основе сульфида цинка, легированного марганцем, от величины ОВ подаваемого. на его электроды знакопеременного напря„„. Ж „„1691 727 А1 электролюминесцентного элемента от интенсивности падающих на него ультразвуковых (УЗ) колебаний. Излучатель 2 под действием генератора 1 излучает УЗ колебания в пластину 8, которые, отразившись от границы раздела с жидкостью падают на тонкопленочный электролюминесцентный элемент 4 оптрона 3. На элемент 4 подается опорное знакопеременное напряжение от источника 6, УЗ колебания вызывают добавочное электролюминесцентное свечение элемента 4, яркость которого зависит от интенсивности УЗ колебаний. Световой сигнал преобразуется фотоэлектрическим преобразователем 5 оптрона 3 в электрический сигнал, который измеряется с помощью блока 7. Резкая зависимость яркости свечения элемента 4 от интенсивности УЗ колебаний позволяет различать жидкости, отличающиеся менее чем на 1 g, по акустическому сопротивлению, 2 ил. жения при различных значениях интенсивности i падающих на элемент УЗ колебаний: .а — 1=0; д — =0,3 Вт/см, УЗ Устройство для контроля состава жидких сред содержит последовательно со. единенные генератор 1 и излучатель 2 УЗ колебаний, УЗ Устройство также содержит приемник УЗ колебаний, выполненный в виде оптрона 3 с тонкопленочным электролю,минесцентным элементом 4 и фотоэлектрическим преобразователем 5.

Кроме того, УЗ устройство содержит источник

6 знакопеременного напряжения, соединенный с тонкопленочным электролюминесцентным элементом 4 оптрона 3, и блок 7 измерений, соединенный с фотоэлектрическим преобразователем 5 оптрона 3. И. еще

169!727

УЗ устройство содержит пластину 8, противоположные плоскости 9 и 10 которой предназначены для контактирования в ходе работы с контролируемой: жидкостью11с: излучателем 2 и приемником, а именно с тонкопленочным электролюминесцентным элементам 4 оптрона 3. В УЗ устройство так же входит датчик 12 температуры, установленный на пластине 8 рядом с элементом 4 оптрона 3.

У3 Устройство для контроля состава жидких сред работает следующим образом.

На плоскости 10 пластины 8, в качестве которой может быть использован участок стенки трубопровода, устанавливают излучатель 2, элемент 4 оптрона 3 и датчик 12 температуры. На излучатель 2, представляющий собой, например, пьезоэлектрический преобразователь на основе ниобата лития, поступает электрический сигнал с выхода генератора 1, От излучателя 2 УЗ колебания, распространяясь по пластине 8, достигают границы раздела на плоскости 9

Материал пластины 8 — исследуемая жидкость 11. На границе раздела часть энергии

УЗ волны переходит в жидкость 11, а часть отражается и падает на элемент 4 оптрона

3, На элемент 4 оптрона 3 подается знакопеременное напряжение 0в от источника 6, Под действием УЗ колебаний в тонкопленочном электролюминесцентном элементе

4, например на основе сульфида цинка, легированного марганцем, происходит дополнительная эмиссия первичных электронов с квазинеравновесных поверхностных электронных состояний, активируемых УЗ вол ной, энергия активации которых меньше,, чем при свечении электролюминесцентного элемента 4 в отсутствие УЗ колебаний, Эта вызывает добавочное электролюминесцентное свечение, яркость В которого зависит ат интенсивности УЗ колебаний (фиг. 2).

Фотоэлектрический преобразователь 5, например фотодиодом ФД-288, преобразует световой сигнал в электрический, параметры которого определяются с помощью блока 7 измерений, например цифрового амперметра Ф-ЗО, Поскольку коэффициент размножения первичных электронов в рабочем режиме электролюминесцентного элемента 4 может достигать 10, то оптрон

3 одновременно выполняет и функцию усиления поступившего на него УЗ сигнала, Энергия УЗ колебаний, поступающих на элемент 4, пропорциональна акустическому сопротивлению жидкости 11. Вследствие резкой зависимости яркости В свечения тонкопленочного электролюминесцентного элемента 4 ат интенсивности УЗ колебаний чувствительность данного УЗ устройства к изменению акустического сопротивления жидкости 11 высока, Так при измерениях на дистиллированной воде с акустическим со5 противлением 1,481 10 акустич.Ом яркость составила 30 кд/м, а при добавке в дистил2 лированную воду 1; -ного метиловаго спирта, что уменьшило акустическое сопротивление до 1,472 10 акустич.Ом яр6

10 кость изменилась на 7 кд(м, Шум оптрона

3 определяется нестабильностью яркости свечения электролюминесцентного элемента 4. При работе электролюминесцентного элемента 4 в режиме яркостей менее 60

15 кд/м нестабильность яркости не более 0,2 кд/м, а приращение яркости при изменении акустического сопротивления жидкости

11 на величину менее 17; составляет более

20%. Отношение сигнал/шум составляет

20 при этом 35. Применение УЗ устройства для контроля состава жидких сред исключает погрешности, связанные с нестабильностью рабочей частоты, поскольку электролюминесцентный элемент 4 на

25 нестабильность частоты не реагирует, так как частотная зависимость яркости его свечения незначительна. Регулировка величины знакопеременного напряжения 0ц, подаваемого на электролюминесцентный

30 элемент 4 для возбуждения его свечения, в соответствии с показаниями термодатчика

12 и тарировачными кривыми зависимости акустического сопротивления контролируемой жидкости от температуры, позволяет

35 исключить погрешности, связанные с изменением температуры контролируемой жидкости 11, что приводит к повышению достоверности получаемых результатов.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контро40 ля состава жидких сред, содержащее излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, соединенный с излучателем генератор, соединенный с приемником блок измерений и пластину, противоположные

45 плоскости которой предназначены для контактирования в ходе работы с контролируемой жидкостью и с излучателем и приемником, отл и чаю щеес ятем,что, с целью повышения точности, оно снабжено

50 источником знакопеременного напряжения, приемник выполнен в виде оптрона с тонкопленочным электролюминесцентным элементом, предназначенным для акустического контактирования с пластиной и соеди55 ненным с источником знакопеременного напряжения, а блок измерений соединен с фотоэлектрическим преобразователем оптрона.

1691?27 би/

Составитель В. Гондаревский

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор Ю.Середа

Заказ 3923 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

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