Измерительная ячейка для исследования состава жидкостей

 

Изобретение относится к устройствам определения концентрации веществ в жидкостях с помощью ультразвука. Цель изобретения - обеспечение возможности определения содержания жира и сухого обезжиренного остатка в молоке за счет быстрой перестройки по температуре и минимального температурного градиента внутри камеры. Измерительная ячейка содержит измерительную камеру 1, источник 2 и приемник 3 ультразвука, расположенные в торцах измерительной камеры в специальных диэлектрических держателях из материала с хорошими акустическими характеристиками , датчик 4 температуры, расположенный на внешней поверхности по всей длине измерительной камеры 1, нагревательный элемент 5. Между нагревательным элементом 5 и датчиком 4 температуры расположена теплопроводная электроизоляционная прокладка 6, входной 7 и выходной 8 патрубки. При этом входной патрубок 7 расположен со стороны нижнего края, а выходной патрубок 8 - в верхней части измерительной камеры 1. Процесс измерения происходит следующим образом, Проба молока через нижний входной патрубок 7 закачивается в измерительную камеру 1, далее пробу нагревают до первого значения, температуры, измеряют скорость ультразвука, затем пробу нагревают до второго значения температуры и вновь измеряют скорость ультразвука. Массовые доли жира и сухого обезжиренного остатка определяют решая систему уравнений . Предлагаемая конструкция измерительной камеры позволяет производить термостатирование пробы и ее нагрев непосредственно в измерительной камере, что в конечном итоге сокращает время измерения за счет более быстрой перестройки по температуре. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. Ј VJ О ел ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (я)5 G 01 N 29/02, 29/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760549/28 (22).2-.1 11;89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Научно-производственное предприятие

"Сибагроприбор" (72) В.Г.Хлыстун и В.В.Смоляков (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 461367, кл. G 01 N 33/04, 1973.

Авторское свидетельство СССР

М 581425, кл. 6 01 N 29/00, 1975, Авторское свидетельство СССР N 485375, кл. G 01 N 29:/02, 1972. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к устройствам определения концентрации веществ в жидкостях с помощью ультразвука, Цель изобретения — обеспечение возможности определения содержания жира и сухого обезжиренного остатка в молОке за счет быстрой перестройки по температуре и минимального.температурного градиента внутри камеры. Измерительная ячейка содержит измерительную камеру 1, источник 2 и приемник 3 ультразвука, расположенные в торцах измерительной камеры в специальных диэлектрических держателях из материала

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам определения концентрации веществ в жидкостях с помощью ультразвука, и может быть использовано для определения весовой доли жира и сухого обезжиренного остатка в молоке (СОМО).

„, . Ю„„1741О55 А1 с хорошими акустическими характеристиками, датчик 4 температуры, расположенный на внешней поверхности по всей длине измерительной камеры 1, нагревательный элемент 5. Между нагревательным элементом 5 и датчиком 4 температуры расположена теплопроводная электроиэоляционная прокладка 6, входной 7 и выходной 8 патрубки.

При этом входной патрубок 7 расположен со стороны нижнего края, а выходной патрубок

8 — в верхней части измерительной камеры

1. Процесс измерения происходит следующим образом. Проба молока через нижний входной патрубок 7 закачивается в.измерительную камеру 1, далее пробу нагревают до первого значения, температуры, измеряют скорость ультразвука, затем пробу нагревают до второго значения температуры и вновь измеряют скорость ультразвука. Массовые доли жира и сухого обезжиренного остатка определяют решая систему уравнений. Предлагаемая конструкция измери- ф тельной камеры позволяет производить термостатирование пробы и ее нагрев непосредственно в измерительной камере, что в конечном итоге сокращает время измерения за счет более быстрой перестройкй по . температуре. 2 з.п. ф-лы, 2 ип.

Известно устройство для ультразвукового анализа многокомпонентных растворов, позволяющее в том числе определять процентное содержание жира. и СОМО в молоке. устройство содержит распределительную камеру, систему обработки и выдачи данных измерений и два измерительных канала, каждый из которых состоит иэ на1741055

50.гревателя для предварительного нагрева молока, к нагревателям подключен терморегулятор с датчиком, при этом нагреватель для предварительного нагрева подключен к измерительной ячейке через второй нагреватель, расположенный в термостате, который снабжен третьим нагревателем и терморегулятором с датчиком, измерительная ячейка соединена с электронной системой .измерения скорости ультразвука в молоке и выход системы является выходом измерительного канала. В данном устройстве измерительная ячейка выполнена в виде измерительной камеры с ультразвуковыми преобразователями.

Недостатками известного устройства являются его сложность, высокая энергоемкость и повышенный расход молока, обусловленный ступенчатым нагревом пробы и необходимостью разделения пробы на равные части.

Известны различные измерительные ячейки, предназначенные для анализа жидкостей с помощью ультразвука, например ультразвуковой детектор. для анализа газовых и жидких сред. Детектор содержит измерительную камеру с преобразователями, один из которых укреплен на корпусе камеры, а второй соединен с компенсатором, выполненным в виде концентрических цилиндров, причем внешний жестко связан с основанием корпуса, а внутренний — с преобразователем, В корпусе выполнены расточки, в которых установлены компенсационные пружины.

Недостатком известного технического решения является сложная конструкция компенсационных элементов, предназначенных для уменьшения температурной нестабильности, и в связи с этим невозможность быстрого изменения температуры пробы внутри измерительной камеры.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой измерительной ячейке является ультразвуковой датчик, включающий приемный и излучающий преобразователи, размещенные в герметичных корпусах на двух основаниях, скрепленных с помощью трубчатых стоек, выполненных в виде набора отдельных жестко соединенных между собой торцами мелких трубчатых элементов, имеющих одинаковые внутренние и различные внешние диаметры.

Недостатком данного технического решения являются ограниченные функциональные возможности (данное устройство может быть использовано только для анализа однокомпонентных растворов и не может быть применено для анализа многокомпо5

40 нентных растворов, так как не позволяет быстро изменять температуру пробы внутри измерительной камеры из-за сложности конструктивного выполнения герметичного корпуса).

Цель изобретения — обеспечение возможности определения процентного содержания жира и СОМО в молоке эа счет быстрой перестройки по температуре и минимального температурного градиента внутри камеры. °

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее измерительную камеру с приемным и излучающим ультразвуковыми преобразователями, жестко закрепленными в ее торцах, дополнительно снабжено датчиком температуры, электроизоляционной прокладкой и нагревательным элементом, а измерительная камера выполнена в виде теплопроводной трубки малой теплоемкости с входным,и выходным патрубками на концах, последний из которых установлен в процессе измерения в верхней части измерительной камеры; при этом датчик температуры расположен на поверхности измерительной камеры и через прокладку соединен с нагревательным элементом.

Кроме того, нагревательный элемент выполнен в виде спирали с низким удельным сопротивлением.

Трубка измеригельной камеры имеет отношение диаметра к длине не менее 1 10, На фиг,1 приведена измерительная ячейка; на фиг.2- структурная схема устройства для измерения процентного содержания жира и СОМО с использованием предлагаемой измерительной ячейки, Устройство для измерения процентного содержания жира и СОМО в молоке содержит измерительную ячейку (фиг.1), которая состоит из измерительной камеры 1, ось которой наклонена под.углом 10 — 40 к горизонтали, источника 2 и приемника 3. ультразвука, располженных в торцах измерительной камеры в специальных диэлектрических держателях из материала с хорошими акустическими характеристиками, датчика 4 температуры, расположенного на внешней поверхности по всей длине измерительной камеры 1, нагревательного элемента 5, между нагревательным элементом 5 и датчиком 4 температуры расположена теплопроводная электроизоляционная прокладка 6, входного 7 и выходного 8 патрубков, при этом входной патрубок 7 расположен со стороны нижнего края, а выходной патрубок 8 расположен в верхней части измерительной камеры 1. Кроме того, устрой1741055 ство (фиг.2) содержит блок 9 термостатиро- Ссо - F) К4 + Е2 К5+ Кб, (2)

° вания и последовательно соединенные ге- где Сж и Ссо — массовые доли жира и,сухого нератор 10, блок 11 обработки и обезжиренного остатка соответственно; управления, индикатор 12. Второй выход, К1, К2, Кз, К4, К5, Ks — эмпирические когенератора 10 подключен к последователь- 5 эффициенты, определяемые при калибровно соединенным источнику 2 ультразвука, ке; измерительной камере 1, приемнику 3 ульт- ц, Fz — значения частот следования имразвука, выход которого соединен с первым пульсов соответственно при температурах входом генератора 10. Второй выход блока 41 и 65 С, измеренные в моменты времени, 11 обработки и управления соединен с вто- 10 при которых приращение частоты следования рым входом блока 9 термостатирования, импульсов достигает заданного значения первый выход которого подключен к вторым Л F, определяемого экспериментальным пувходам блока 11 обработки и управления и тем. генератора 10, а второй выход блока 9 тер- Перед измерением в блок 11 обработки мостатирования соединен с входом нагре- 15 и управления вводятся значения коэффицивательного элемента 5. Нагревательный ентов К1 — Ks (формулы 1, 2) и значение приэлемент 5 выполнен в виде спирали из про- ращения скорости ультразвука Л F, при вода с низким удельным сопротивлением, котором будут регистрироваться значения например; из меди. Измерительная камера скоростей. Проба молока через входной. пат1 выполнена иэ тонкостенной латунной 20 рубок 7 закачивается в измерительную катрубкидиаметром10мм при толщинестен- меру 1. Сигналом с блока 11 обработки ки 0,3 мм, такое соотношение размеров уве- результатов и управления включается блок . личивает площадь соприкосновения 9 термостатирования на нагрев до 41 С, нагревательного элемента с пробой и спо- Благодаря большой площадисоприкосновесобствуетнаиболеебыстромупрогревупро- -25 ния пробы с нагревательным элементом 5 бы молока при минимальном осуществляется быстрыйнагрев пробы.При температурном градиенте по объему. этом газовые пузырьки, выделяющиеся при

Процесс измерения содержания жира и: нагревании пробы, перемещаются вверх по

СОМО осуществляют следующим образом. измерительной камере 1 за счет наклона

Пробу молока помещают в измеритель- 30 измерительной камеры под углом 10 — 40, ную камеру, нагревают до первого значения исключающего прилипание газовых пузырьтемпературы (например, температура на по- ков к торцовой поверхности измерительной верхности измерительной камеры 41 С), по- камеры, и выводятся из нее через выходной сле этого начинают контроль приращения патрубок 8. При достижении температуры скорости ультразвука в пробе. Определение 35 41 С на поверхности измерительной камескорости ультразвука в пробе осуществля- . ры 1 (в зоне установки датчика 4 температуютизмерениемчастотыследованияимпуль- ры, преобразующего температуру в сов, изменяющейся пропорционально электрический сигнал) в блоке 9 термостатискорости распространения ультразвука. рования формируется управляющий сигнал, При достижении приращения частоты сле- 40 который поступает в блок 11 обработки редования импульсовзаданногозначения ЛF зультатов и управления и на вход генератофиксируют значение частоты F1, Измерение ра 10, где формируется одиночный импульс скорости распространения ультразвука в и подается на источник 2 ультразвука. в копробе молока при достижении наперед за- ..тором происходит преобразование электриданного приращения скорости ультразвука 45 ческих колебаний в ультразвуковые.

ЛF обеспечивает однозначное определе- . Ультразвуковая волна распространяется в ние температуры пробы молока и соответст- пробе и, достигнув приемника 3, преобразувующиеейоднозначноезначениескорости ется в электрический импульс, поступаюультразвука в пробе, Далее пробу молока щий на вход генератора 10. Частота нагреваютдо значениятемпературы на по- 50 импульсов на выходе генератора 10 будет верхности измерительной камеры, равного определяться скоростью распространения о

65 С, а при достижении приращением час- ультразвука в пробе (температурой пробы в тоты следования импульсов заданного зна- измерительной камере 1), По приходу сигначения ЛF фиксируют значение частоты F2. ла с блока 9 термостатирования в блоке 11

По результатам измерений частот Fi и Fz, 55 обработки и управления. осуществляется используя данные предварительной калиб- подсчет количества поступающих импульровки, вычисляют массовые доли жира и сов с генератора 10 и анализируется их приСОМО по формулам ращение за определенный интервал

Сж - F> K) + F2 K2 + Q: (1) времени. При значении приращения часто1741055 ты A F в блоке 11 запоминается значение частоты F<. Затем сигналом с блока 11 обра.ботки. и управления блок 9 термостатирования переключается на нагрев 65 С.

Учитывая, что латунная трубка измерительной камеры 1, датчик 4 температуры и нагревательный элемент 5 обладают малой тепловой инерцией, перестройка по температуре осуществляется очень быстро. Ввиду малого диаметра измерительной камеры 1 и большой ее длины внутри камеры обеспечивается минимальный температурный градиент по объему пробы. Процесс измерения повторяется, т.е. при AF значения приращения частоты генератора 10 в блоке 11 обработки результатов и управления запоминается значение частоты Гг генератора

10. Массовые доли жира и СОМО в молоке определяют по формулам (1), (2), Результат вычисления выводится на цифровой индикатор 12.

Формула. изобретения

1. Измерительная ячейка для исследования состава жидкостей, содержащая измерительную камеру с приемным и излучающим ультразвуковым преобразователями, жестко закрепленными в ее торцах, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности определения содержания жира и сухого обезжиренного ос5 татка в молоке, она дополнительно снабжена датчиком температуры, электроизоляционной прокладкой и нагревательным элементом, а измерительная камера выполнена в виде теплопроводной трубки

10 малой теплоемкости с входным и выходным патрубками на концах, последний из которых установлен в процессе измерения верхней части измерительной камеры, при этом датчик температуры расположен на поверх15 ности измерительной камеры и через прокладку соединен с, нагревательным элементом. - .

2, Ячейкапоп.1,отличающаяся

20 тем, что нагревательный элемент выполнен в виде спирали из провода с низким удельным сопротивлением.

3. Ячейка по и 1, отличающаяся тем, что трубка измерительной камеры име25 ет соотношение диаметра к длине не менее

1:10.

1741055

Составитель B.Мирошниченко

Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор М.Циткина

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

Заказ 2082 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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