Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов при помощи преобразователя с буферным стержнем

 

Изобретение относится к акустическим методам исследования физико-механических свойств материалов. Целью изобретения является определение относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпучих материалах за счет осуществления измерений с помощью дополнительного буферного стержня, отличающегося по импедансу от основного. На торцы одинаковых по форме и размерам буферных стержней 3 и 4 из разных материалов устанавливают идентичные ультразвуковые (УЗ) преобразователи 1 и 2. При нагрузке свободных торцов стержней 3 и 4 на воздух излучают преобразователями 1 и 2 импульсы УЗ-колебаний, принимают эхо-сигналы от свободных торцов стержней 3 и 4 и измеряют их амплитуду. Погружают в почву 6 свободные торцы стержней 3 и 4 и аналогичным образом измеряют амплитуду полученных эхо-сигналов, а также глубину .погружения стержней 3 и 4 в почву 6. С помощью измеренных параметров определяют относительный объем газовой фазы. 1 ил. У fe

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727382/28 (22) 07.08.89 (46) 23,11.91, Бюл. М 43 (71)Донской сельскохозяйственный институт (72) И,А.Муляр, М.Б.Минкин и А.И.Муляр (53) 620.179,16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1105804, кл, G 01 N 29/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1260842, кл. G 01 N 29/00, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЫПУЧИХ

МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОМОЩИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С БУФЕРНЫМ CTEPXHEM (57) Изобретение относится к акустическим методам исследования физико-механических свойств материалов. Целью изобретения является определение относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпу„„SU,, 1693530 А1 чих материалах за счет осуществления измерений с помощью дополнительного буферного стержня, отличающегося по импедансу от основного. На торцы одинаковых по"форме и размерам буферных стержней 3 и 4 из разных материалов устанавливают идентичные ультразвуковые (УЗ) преобразователи 1 и 2. При нагрузке свободных торцов стержней 3 и 4 на воздух излучают преобразователями 1 и 2 импульсы УЗ-колебаний, принимают эхо-сигналы от свободных торцов стержней 3 и 4 и измеряют их амплитуду, Погружают в почву 6 свободные торцы стержней 3 и 4 и аналогичным образом измеряют амплитуду полученных зхо-сигналов, а также глубину погружения стержней 3 и 4 в почву 6. С,3 помощью измеренных параметров определяют относительный объем газовой фазы, 1 ил.

1693530

Изобретение относится к акустическим методам исследования физико-механических свойств материалов и может быть использовано при определении свойств сыпучих материалов, например почв или грунтов, Целью изобретения является определение относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпучих материалах за счет осуществления измерений с помошью дополнительного буферного стержня, отличающегося по импедансу or основного, На чертеже схематично представлен вариант реализации способа определения физико-механических свойств сыпучих 15 материалов при помощи преобразователя буферным стержнем.

На схеме обозначены идентичные ультразвуковые преобразователи 1 и 2, соединенные с идентичными по форме, на отличающимися по импедансу буферными стержнями 3 и 4, цилиндр 5 для взятия проб почвы 6.

Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов с помощью преобразователя с буферным стержнем заключается в следующем.

Поочередно осуществляют акустический контакт основного буферно о стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом. При этом излучают УЗ-колебания„ принимают отраженные от границы основной буферный стержень-контактирующий с ним материал УЗ-колебания и измеряют амплитУДы 01л и 01В пРинЯ.гых колебаний пРИ контакте основного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, и глубину Л х погружения буферного стержня в исследуемый сыпучий материал. Такие г1оочередно осуществляют акустический контакт дополнительного буферного стержня, io форме идентичного основному, но отличающегося от него по импедансу, с исследуемым сыпучим материалом (погружением на глубину

A<) и воздухом. При этом излучают УЗ-колебания, принимают отраженные от границы дополнительный буферный стержень — контактирующий с ним материал УЗ-колебания и измеряют амплитуды U2g и U2g принятых колебаний при контакте дополнительного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно. Относительный объем газовой фазы в исследуемом увлажненном сыпучем материале определяют иэ соотношений й1,/01В и

02п/02в и величины глубины Ь(.

Способ определения физико-механических сВОЙстВ сыпучих материалов с по

3 та

55 мощью преобразователя с буферным стержнем реализуется следующим образом.

Изготавливают составной датчик, включающий два одинаковых по форме и размерам буферных стержня 3 и 4, выполненных иэ различных материалов, например оргстекла с импааансом Zi = 3,1005 10 г см, с и. стали с импадансом 8а = 4,4988 10 г/см . c и два одинаковых УЗ-преобразователя 1 и 2, закрепленных на торцах стержней 3 и 4. При нагружении свободных торцов стержней 3 и

4 на воздух с импедансом ZB = 41 г/см с возбуждают преобразователи 1 и 2, например с помощью генератора УЗ-дефектоскопа УДМ-1М. Импульсы УЗ-колебаний от преобразователей 1 и 2 доходят до свободного торца стержней 3 и 4, отразившись бт границы с воздухом, возвращаются к уз преобразователям 1 и 2.

Отразившиеся импульсы УЗ-колебаний трансформируются преобразователями 1 и

2 в электрические сигналы и осуществляется измерение их амплитуд 01в, 02В с помощью, например, осциллографа С1-65. Затем с помощью цилиндра 5 берут пробу почвы 6 и погружают в нее датчик свободными торцами стержней 3 и 4 на глубину Ах. Значение

Лх выбирают небол .,LUMM и измеряюттак. при диаметре преобра оваталей 1 и 2, равном

20 мм А =2 мм. П ти нагружении свободных торцов стержней 3 и 4 на почву 6 возбуждают преобразователи 1 и 2, Импульсы УЗ-колебаний от преобразователей 1 и 2 доходят до свободного торца стержней 3 и 4 и, отразившись or границы с почвой 6, возвращаются к УЗ-преобразователям 1 и 2.

Отразившиеся импульсы УЗ-колебаний трансформируются преобразователями 1 и

2 в электрические сигналы и осуществляется

ИЭМЕрЕНИЕ ИХ аМПЛИтудЫ U1ri И 02л. ИСХОдя из полученных данных осуществляют численным методом решение приведенной системы уравнений на ЭВМ и находят значение относительного объема j газовой фазы исследуемой почвы 6: В )2, 11т (Z1 тж )2 „

71 + ЛВ U2„Z1 + тж

+ ЬВ((4-1 ZÂ )2 (2-1 1 -тЖ "2 .

So У1 + В 1 + 7тж

Z1 — 7в °, 111п Z1 — Zn (Z1+Zв U1a Z1+Zп

2 а -2 Zs )2 . Й и (2 "-тж )2+ 2+ в U22В 2+

+ в ((Z2 ZB )2 (2 тж )2, So Z2 + -в Z2 + 2 .тж

Z2 Zâ U2r1 Z2 7п 2 +Ze U2s Z2 +Zn

= (s /я )з" + ax/s„ "2

1693530

Формула изобретения

Составитель 8. Гондаревский

Редактор M. Бланар Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Максимишикец

Заказ 4075 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 где Z1, Zz, Za, Етж, Zn — импедансы буферных стержней 3 и 4, воздуха, увлажненной твердой фазы почвы 6 и самой почвы 6 соответственно;

01п, 02п — амплитуды зхо-сигналов, отраженных свободным торцом буферных стержней 3 и 4 при контакте с почвой 6 соответственно;

U1e, Огв — амплитуда зхо-сигналов, отраженных свободным торцом буферных стержней 3 и 4 при контакте с воздухом соответственно;

$ — интегральная площадь контакта воздуха с каждым из буферных стержней 3 и4;

Sn — площадь сечения УЗ-пучка на свободном торце буферных стержней 3 и 4, Л х — глубина погружения буферных стержней 3 и 4 в исследуемую почву 6;

j — относителькый объем газообразной фазы в исследуемой почве 6, Система из пяти уравнений позволяет найти решение для искомого относительного объема j газовой фазы при неизвестности еще четырех параметров, например Кто, Z;„

Zz, Z8.

Экспериментально полученные резултаты показывают, что точность определения относительного объема газовой фазы предлагаемого способа относительно способа, по которому измеряют массу и объем образца почвы, заливают образец водой, кипятят полученную взвесь и измеряют массу и объем взвеси после охлаждения, для чернозема обыкновенного мицеллярно-карбонатного тяжело-суглинистого при его влажности от

10 до 22 составляет менее 6 g„a для солонца степного среднего сульфатно-хлоридного при его влажности от 9 до 22;ь составляет менее 9 .

Способ определения физико-механических свойств сыпучих материалов при помо5 щи преобразователя с буферным стержнем, заключающийся в том, что поочередно Осуществляют акустический контакт буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом, излучают ультразвуковые

10 колебания, принимают колебания, отраженные от границы буферный стержень — контактирующий с ким материал, измеряют амплигуды U1n и U1e принятых колебаний при контакте буферного стержня и с иссле15 дуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, и по ним определяют искомый параметр, отличающийся тем, что, с целью определения относительного объема газовой фазы в увлажненных сыпу20 чих материалах, поочередно осуществляют акустический контакт идентичного по форме основному дополнительного буферного стержня, импеданс которого отличается от импеданса основного буферного стержня, с

25 исследуемым сыпучим материалом и воздухом, излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания, отраженные от границы дополнительный буферный стержень — контактирующий с ним материал, 30 измеряют амплитуды Un и Uz принятых колебаний при контакте дополнительного буферного стержня с исследуемым сыпучим материалом и воздухом соответственно, дополнительно измеряют глубину Лх погру35 жения буферных стержней в исследуемый сыпучий материал, а относительный объем газовой фазы определяют из соотношений 01п/01в и 02п!О2в и величины глубины Ь<.