Ультразвуковой способ определения плотности жидкости

 

Использование: для контроля плотности класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами. Сущность: в способе определяют скорость распространения ультразвуковых волн в жидкости и определяют по ней плотность, предварительно устанавливая зависимости скорости распространения ультразвука от температуры и скорости распространения ультразвука от плотности для класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами. С учетом определенной при фиксированной температуре скорости распространения ультразвука выбирают две близлежащие зависимости скорости распространения ультразвука от плотности, формируют теоретическую зависимость скорости от плотности для исследуемой жидкости и по ней определяют плотность. Зависимость скорости распространения ультразвука от плотности для исследуемой жидкости формируют путем сравнения полученного в результате измерения значения скорости и расчетных значений, определения двух наименьших абсолютных отклонений и построения теоретической зависимости скорости от плотности уже для исследуемой жидкости по величинам этих отклонений. Технический результат - расширение функциональных возможностей существующего способа измерения плотности для класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами и их смесей в широком температурном диапазоне. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для контроля плотности класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами.

Известен способ измерения плотности жидкости, заключающийся в том, что плотность контролируемой жидкости вычисляют по выражению путем измерения скорости распространения в ней ультразвуковых колебаний V, считая постоянным коэффициент адиабатической сжимаемости ад (Кивилис С. С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980, с.222).

Недостатком известного способа является низкая точность определения плотности жидкости, обусловленная сложностью вычисления коэффициента адиабатической сжимаемости жидкости, а также его значительная температурная зависимость.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения плотности жидкости, заключающийся в том, что тем или иным способом определяют время прохождения ультразвуковыми колебаниями фиксированного расстояния в контролируемой жидкости, что соответствует измерению скорости распространения ультразвуковых колебаний, и определяют ее плотность по априори установленной зависимости времени прохождения от плотности (Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности. - Приборы и системы управления, 1976, 10, с. 17-21).

Недостатком такого способа является невозможность автоматического контроля плотности различных видов жидкостей и их смесей, обусловленная необходимостью априорного знания вида контролируемой жидкости.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей существующего способа измерения плотности для класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами и их смесей в широком температурном диапазоне.

Эта задача достигается тем, что в ультразвуковом способе определения плотности жидкости, заключающемся в определении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости, предварительно устанавливают зависимости скорости распространения ультразвука от температуры и скорости распространения ультразвука от плотности для класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами, с учетом определенной при фиксированной температуре скорости распространения ультразвука выбирают две близлежащие зависимости скорости распространения ультразвука от плотности, формируют теоретическую зависимость скорости от плотности для исследуемой жидкости и по ней определяют плотность.

Зависимость скорости распространения ультразвука от плотности для исследуемой жидкости формируют путем сравнения полученного в результате измерения значения скорости и расчетных значений, определения двух наименьших абсолютных отклонений и построения теоретической зависимости скорости от плотности уже для исследуемой жидкости по величинам этих отклонений.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации способа, на фиг.2 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для жидкостей из класса нефтепродуктов, на фиг.3 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для жидкостей из класса нефтепродуктов, на фиг.4 показан пример определения весовых коэффициентов при построении теоретической зависимости V(), на фиг.5 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для бензинов АИ-80, АИ-92 и их смесей, на фиг. 6 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для бензинов АИ-80, АИ-92 и их смесей.

Устройство на фиг.1 включает излучающий 1 и приемный 2 преобразователи, зону контроля плотности 3 с контролируемой жидкостью, датчик температуры 4, электронную схему 5 и вычислительное устройство 6.

Для осуществления предложенного способа излучающим преобразователем 1 возбуждают, а приемным преобразователем 2 принимают продольную волну в контролируемой жидкости, находящейся в зоне контроля плотности 3. Электронной схемой 5 фиксируют время прохождения волной фиксированного расстояния b и вычисляют скорость распространения ультразвука Vизм. Одновременно датчиком температуры 4 измеряют температуру Тизм контролируемой жидкости, и результаты измерения температуры и скорости распространения ультразвука передают в вычислительное устройство 6.

На основании вычисленной скорости распространения ультразвука Vизм и температуры контролируемой жидкости Тизм выбирают две близлежащие зависимости скорости распространения ультразвука от температуры из семейства предварительно установленных калибровочных зависимостей. Выбор близлежащих зависимостей производят подстановкой измеренной температуры Тизм в каждую из предварительно установленных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры V(T) для всего класса жидкостей, вычислением расчетного значения скорости распространения ультразвука Vi для каждой зависимости по выражению Vi=kiТизм+qi (ki и qi - постоянные коэффициенты для каждой жидкости из всего класса, вычисленные при помощи математической обработки экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры), и определением абсолютных отклонений Vi = |Vизм-Vi|. На фиг. 2 в качестве примера приведены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для класса нефтепродуктов, включающего моторное масло, тормозную жидкость, дизельное топливо, бензин АИ-92 и бензин АИ-80. Два наименьших отклонения Vi и Vi+1 определят близлежащие зависимости V1(T) и V2(T) из семейства предварительно установленных зависимостей. При равенстве нулю одного из отклонений, например Vi, (точное совпадение предварительно установленной зависимости V(T) с аналогичной зависимостью исследуемой жидкости) выполняют пересчет измеренной скорости распространения ультразвука Vизм в плотность по соотношению iVизм+bi, где аi и bi - постоянные коэффициенты пересчета для выделенной жидкости, вычисленные при помощи математической обработки экспериментально полученных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от плотности.

На фиг. 3 в качестве примера приведены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для класса нефтепродуктов, упомянутого выше, по которым производят пересчет скорости распространения ультразвука в плотность жидкости.

В случае неравенства нулю ни одного из двух отклонений (исследуемая жидкость имеет зависимость V(T), не совпадающую с предварительно установленными), как показано на фиг.4, пересчет скорости распространения ультразвука в плотность жидкости производят по теоретически установленной зависимости:

где a1, а2 и b1, b2 - постоянные коэффициенты пересчета для двух близлежащих зависимостей V1(T) и V2(T); V1 и V2 - абсолютные значения отклонений скоростей, рассчитанных по предварительно установленным зависимостям V1(T) и V2(T) и измеренной скорости Vизм.

В качестве примера на фиг. 5 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для бензинов АИ-80, АИ-92 и их смесей, зависимости V(T) которых находятся между аналогичными зависимостями бензинов и удаление от соответствующей кривой находится в обратной зависимости от вклада данного типа бензина в смесь бензинов.

На фиг. 6 представлены зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для бензинов АИ-80, АИ-92 и их смесей, по которым выполняется пересчет скорости распространения ультразвука в плотность жидкости. Зависимости V() смесей бензинов находятся также между аналогичными зависимостями бензинов АИ-80 и АИ-92 и удаление от соответствующей кривой также находится в обратной зависимости от вклада данного типа бензина в смесь бензинов.

В таблице 1 приведен пример расчета плотностей некоторых смесей бензинов, произведенный по заранее установленным зависимостям и по зависимостям, теоретически установленным в результате измерений. Погрешность определения плотности при таком способе не превышает 1 кг/м3.

Схожий характер зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры в промышленном диапазоне, незначительно отличающихся коэффициентами наклона, позволяет производить автоматическую идентификацию контролируемой жидкости из класса жидкостей со схожими физико-химическими свойствами, формировать теоретические зависимости скорости распространения ультразвука от плотности для смесей жидкостей из этого же класса и вычислять их плотность.


Формула изобретения

Ультразвуковой способ определения плотности жидкости, заключающийся в определении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости и температуры жидкости, в предварительном установлении зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для жидкостей со схожими физико-химическими свойствами, отличающийся тем, что подстановкой измеренной температуры в каждую из предварительно установленных калибровочных зависимостей скорости распространения ультразвука от температуры вычисляют расчетную скорость распространения ультразвука для каждой зависимости Vi, определяют абсолютное отклонение Vi, два наименьших отклонения определяют близлежащие зависимости скорости от температуры V1(Т) и V2(Т) из семейства предварительно установленных зависимостей, а пересчет скорости распространения ультразвука в плотность жидкости производят по теоретически установленной зависимости

где а1, а2, b1, b2 – постоянные коэффициенты пересчета для двух близлежащих зависимостей V1(Т) и V2(Т);

V1 и V2 – абсолютные значения отклонений скоростей, рассчитанных по предварительно установленным зависимостям V1(T) и V2(Т) и измеренной скорости Vизм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля с помощью ионизирующего излучения, а именно к радиоизотопным измерителям плотности топливных таблеток для энергетических реакторов

Изобретение относится к радиационному неразрушающему контролю и предназначено для контроля сплошности топливного столба тепловыделяющих элементов ядерных энергетических реакторов в процессе их изготовления

Изобретение относится к методам диагностики и неразрушающего контроля на основе рентгеновской и гамма-томографии и предназначено для применения в авиации, космонавтике, атомной энергетике, нефтяной и газовой промышленности, машиностроении, медицине

Изобретение относится к технологии изготовления ударно-волновой трубки (УВТ), в частности к способам контроля качества УВТ в процессе ее изготовления
Изобретение относится к способам бесконтактного определения плотности лесных почв и может быть использовано при прогнозировании проходимости трелевочных систем по слабонесущим грунтам

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в нефтяной промышленности для измерения параметров товарной нефти на узлах ее учета

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля строительных конструкций и может быть использовано для контроля качества бетонирования конструкций

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к диагностике металла с имеющимися процессами высокотемпературной ползучести и прогнозированию его остаточного ресурса, и может быть использовано в теплоэнергетике

Изобретение относится к области контроля прочности бетона

Изобретение относится к способам измерения скорости распространения ультразвуковых волн в кусках горных пород и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности непосредственно в процессе бурения скважин

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в теплоэнергетике и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области механических испытаний, может быть использовано для ультразвуковых исследований материалов, преимущественно при получении температурных зависимостей их упругих постоянных вблизи температурных фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных явлений

Изобретение относится к устройствам определения концентрации веществ в жидкостях с помощью ультразвука

Изобретение относится к конструкции датчика газов и паров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), который может быть использован в качестве детектирующего устройства в приборах идентификации газов и паров

Ультразвуковой способ определения плотности жидкости

Наверх