Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров жидких сред

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для непрерывного измерения плотности и вязкости жидких сред при высоких температурах в химических технологических процессах. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для измерения физических параметров жидких сред, содержащее цилиндрический термостатируемый сосуд с входными штуцерами, внутри которого установлена с зазором измерительная камера, пьезопреобразователь и отражатель, снабжено акустической линией задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью, установленной на двух опорах между пьезопреобразователем и одним торцом измерительной камеры, направляющих с пружинами и регулировочными винтами, механически связывающих акустическую линию задержки и отражатель, установленный на другом конце измерительной камеры, при этом отражатель выполнен в виде цилиндрической пластины с плоско-параллельными торцовыми поверхностями, а измерительная камера - в виде сильфона. Дополнительно линия задержки снабжена теплоотводящим радиатором. При использовании устройства в комплекте с одним одноканальным ультразвуковым дефектоскопом возможно непрерывное измерение плотности и вязкости жидких реакционных сред технологических процессов при высоких температурах. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для непрерывного измерения плотности и вязкости жидких сред при высоких температурах в химических технологических процессах.

Известен ультразвуковой преобразователь для исследования жидкости, содержащий пьезопреобразователь и линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью и двумя гладкими торцовыми поверхностями, с одной из которых акустически связан пьезопреобразователь. В центре другой торцовой поверхности выполнено осесимметрическое углубление для размещения исследуемой жидкости [1] Устройство характеризуется точностью и надежностью при исследовании малых объемов жидкости. Однако оно непригодно для измерения нескольких характеристик жидкости, так как из-за простоты конструкции имеет ограниченные функциональные возможности.

Известен ультразвуковой измеритель плотности жидкости, содержащий резервуар с исследуемой жидкостью, акустический измерительный преобразователь, выполненный в виде излучающего и приемного преобразователей, вмонтированных в противоположные стенки резервуара, и электронный блок формирования излучаемых и принимаемых электрических импульсов и их обработки для определения плотности и скорости ультразвука в ней [2] Устройство характеризуется точностью измерения и может работать при повышенных температурах.

Недостатком его является невозможность измерять вязкость жидкости.

Известно устройство, позволяющее одновременно контролировать несколько физических параметров, основанное на измерении таких характеристик, как скорость ультразвука и коэффициент его отражения от границы раздела контролируемых жидких сред с твердым материалом [3] Устройство включает два пьезопреобразователя, размещенных на плоскопараллельном и клиновидном участках пластины, контактирующей с исследуемым веществом.

Недостатком устройства являются периодичность работы, так как измерение производится дважды: при контактировании поверхности пластины с исследуемым веществом и при отсутствии последнего; наличие двух пьезопреобразователей, усложняющих его работу. Кроме того, практически отсутствует возможность измерения параметров жидкости при высоких температурах, так как температура жидкости ограничена температурой Кюри пьезопреобразователя. Это устройство также не предназначено для измерения вязкости, являющейся наиболее информативным показателем продукта технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения нескольких физических параметров жидких сред, в том числе коэффициента динамической вязкости и плотности, освоенное на сочетании ультразвукового и электромеханического методов измерения. Устройство содержит цилиндрический термостатируемый сосуд с входными штуцерами, внутри которого установлен с зазором измерительный цилиндр с пьезопреобразователем и поршнем-отражателем. Для обеспечения возможности определения плотности жидкости, а также повышения точности измерения и производительности устройство снабжено установленным на цилиндрическом термостатируемом сосуде соленоидом [4] Недостатками устройства являются недостаточная надежность работы и точность измерения из-за наличия подвижного отражателя, невысокая рабочая температура контролируемой среды.

Цель изобретения создание надежного и простого в эксплуатации устройства, обеспечивающего при наличии одного пьезопреобразователя непрерывное измерение вязкости и плотности жидких реакционных сред технологических процессов, протекающих при температурах, превышающих рабочую температуру пьезопреобразователей, применяемых в устройствах аналогичного назначения. Вязкость и плотность являются наиболее информативными параметрами жидких веществ. Измерение вязкости в определенных технологических процессах имеет большое значение, так как ее изменения могут быть более сильными по сравнению с изменениями других физических параметров жидких сред, измеряемых известными ультразвуковыми устройствами.

Положительный эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого устройства, заключается в том, что с помощью одного одноканального ультразвукового дефектоскопа, например типа УД2-12, можно практически непрерывно измерять скорость распространения и коэффициент поглощения ультразвуковых волн плотность и продольную вязкость жидких сред в широком диапазоне температур, в том числе и значительно превышающих температуру Кюри, широко используемых пьезопреобразователей на базе пьезокерамики.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для измерения физических параметров жидких сред, содержащее цилиндрический термостатируемый сосуд с входными штуцерами, внутри которого установлена с зазором измерительная камера, пьезопреобразователь и отражатель, снабжено акустической линией задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью, установленной на двух опорах между пьезопреобразователем и одним торцом измерительной камеры, направляющих с пружинными и регулировочными винтами, установленных на другом торце измерительной камеры, при этом отражатель выполнен в виде цилиндрической пластины с плоскопараллельными торцовыми поверхностями, а измерительная камера в виде сильфона. Дополнительно линия задержки снабжена теплоотводящим радиатором, например, воздушного охлаждения.

На чертеже изображено устройство для измерения физических параметров жидких сред.

Устройство содержит цилиндрический термостатируемый сосуд 1 с входными штуцерами 2 через которые подается и извлекается исследуемая жидкость в измерительную камеру 3, теплоизолирующее покрытие 4, термопару 5. Цилиндрический термостатируемый сосуд 1 и измерительная камера 3 крепятся на отражатель 6 и акустическую линию 7 задержки, которая установлена на опорах 8. На боковой поверхности акустической линии 7 задержки размещен теплоотводящий радиатор 9, а на торцовой поверхности пьезопреобразователь 10, входящий в состав датчика 11 ультразвукового дефектоскопа (не показан). Гайка 12 обеспечивает постоянство акустического контакта датчика 11 акустической линией 7 задержки, а направляющие 13, пружины 14 и регулировочные винты 15 служат для обеспечения плоскопараллельности торцовых поверхностей акустической линии 7 задержки и отражателя 6 и необходимого расстояния между ними. Хомутики 16 обеспечивают герметизацию внутренней полости измерительной камеры 3.

Устройство работает следующим образом.

На пьезопреобразователь 10 подаются определенной частоты радиоимпульсы, которые преобразуются в ультразвуковые колебания. Эти колебания распространяются вдоль акустической линии 7 задержки. Колебания зондируют контролируемую жидкую среду, далее проникают в отражатель 6, отражаются от его плоскопараллельных поверхностей, вновь проходят через контролируемую жидкую среду, акустическую линию 7 задержки до пьезопреобразователя 10 и обратно вплоть до полного затухания. Пьезопреобразователь 10 преобразует их в электрические сигналы, которые подаются на радиоизмерительную аппаратуру дефектоскопа (не показана).

Скорость распространения ультразвуковых колебаний определяют по времени их распространения по контролируемой жидкой среде. Коэффициенты поглощения ультразвука в контролируемой жидкой среде и отражения его от границы раздела контролируемая жидкая среда отражатель 6 определяют по изменениям амплитуды ультразвуковых колебаний при двухкратном прохождении их через контролируемую жидкую среду. Зная скорость ультразвука в жидкости и коэффициент отражения его от границы раздела с отражателем, плотность материала и скорость продольного звука для которого известны, рассчитывают плотность контролируемой жидкой среды. По значениям плотности, скорости распространения ультразвука и коэффициента его поглощения определяют продольную вязкость контролируемой жидкой среды.

Для подавления отражений от боковой поверхности акустической линии задержки она выполнена ребристой. Теплоотводящий радиатор 9 служит для снижения температуры акустической линии 7 задержки пьезопреобразователя до величины, меньшей температуры Кюри.

Формула изобретения

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее цилиндрический термостатируемый сосуд с входными штуцерами, внутри которого установлена с зазором измерительная камера, пьезопреобразователь и отражатель, отличающееся тем, что оно снабжено акустической линией задержки с опорами, выполненной в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью, при этом линия задержки установлена на двух опорах между пьезопреобразователем и одним торцом измерительной камеры, и подпружиненными направляющими, на концах которых установлены регулировочные винты, механически связывающими акустическую линию задержки и отражатель, установленный на другом конце измерительной камеры, причем отражатель выполнен в виде цилиндрической пластины с плоскопараллельными торцевыми поверхностями, а измерительная камера - в виде сильфона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия задержки снабжена теплоотводящим радиатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1