[發(fā)明專利]管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02111487.0
• 申請日: 2002-04-25
• 公開（公告）號: CN1379241A
• 公開（公告）日: 2002-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王寅觀
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠準確、可靠地測量管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測量裝置。

背景技術(shù)

硝酸是一種重要的化工原料，與工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防有著密切的聯(lián)系。在硝酸的生產(chǎn)過程中，管道內(nèi)硝酸的濃度經(jīng)常會發(fā)生高低變化。硝酸濃度的高低變化，對于產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)的成本以及能源的消耗等經(jīng)濟指標都有直接的影響。國家將化工原料生產(chǎn)的在線分析與計算機自動控制，列入重大攻關(guān)項目，管道內(nèi)硝酸濃度的在線檢測就是其中一項迫切需要解決的難題。

長期以來，硝酸濃度的檢測一直采用人工取樣，化學(xué)分析的方法，費工費時，測量精度差。同時由于硝酸是一種強腐蝕的化工原料，人工取樣分析時，對化驗人員的具體操作造成一定的危險性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種安全、方便、精度高的測量管道內(nèi)硝酸濃度的裝置。

本發(fā)明提出的測量管道內(nèi)硝酸濃度的裝置，應(yīng)用超聲波可以透過固體進行傳播的物理原理，通過超聲波壓電傳感器測量出管道內(nèi)硝酸的聲速，同時通過鉑熱電阻測量出管道內(nèi)硝酸的溫度，再通過計算機雙向接口將硝酸的聲速和溫度傳送給微型計算機，微型計算機根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者之間的關(guān)系計算出管道內(nèi)硝酸的濃度。該裝置由超聲測速系統(tǒng)、電阻測溫系統(tǒng)、計算分析系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，超聲測速系統(tǒng)由超高速計時器3、窄脈沖發(fā)生器4、延時器5、閘門觸發(fā)器6、超聲波發(fā)射器7、接收放大器8、電平轉(zhuǎn)換器9、整形器10和超聲壓電傳感器13經(jīng)線路連接構(gòu)成，用于測量管道內(nèi)硝酸的聲速，超聲壓電傳感器13直接附置于硝酸管道外壁，并分別與超聲波發(fā)射器7、接收放大器8連接，窄脈沖發(fā)生器4依次與超聲發(fā)射器7、接收放大器8、電平轉(zhuǎn)換器9、整形器10、閘門觸發(fā)器6、延時器5電路連接，并再與窄脈沖發(fā)生器4電路連接，閘門觸發(fā)器6還與超高速計時器3電路連接；電阻測溫系統(tǒng)由鉑熱電阻14、測溫電路11和AD轉(zhuǎn)換電路12依次電路連接構(gòu)成，用于測量管道內(nèi)硝酸的溫度，鉑熱電阻14固定于硝酸管道內(nèi)壁，測溫電路11和AD轉(zhuǎn)換電路12將電阻14的變化值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；計算分析系統(tǒng)由微型計算機1和計算機雙向接口2組成，并由總線方式連接，雙向接口2分別與窄脈沖發(fā)生器4、延時器5、超高計時器3、AD轉(zhuǎn)換電路12電路連接，微機1用于總的測量控制、數(shù)據(jù)計算分析、存貯、輸出和顯示。

本發(fā)明中，信號的變化進程如圖2所示。

本發(fā)明的動態(tài)連接關(guān)系(工作過程)如下：

根據(jù)圖1和圖2所示，微型計算機1通過總線方式的計算機雙向接口2，輸出初始化信號(見附圖2(a))，該初始信號一個周期可為1000us，寬度可為0.2us。初始化信號分別送往窄脈沖發(fā)生器4、延時器5和超高速計時器3，進行初始化操作。初始化信號首先被送往窄脈沖發(fā)生器4，該信號的上升沿使窄脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生一個發(fā)射觸發(fā)信號(見附圖2(b))，該發(fā)射信號寬度可為0.2us，經(jīng)過超聲波發(fā)射器7后，向安裝在硝酸管道外壁上的超聲波壓電傳感器13發(fā)出一個超聲激勵脈沖(見附圖2(c))。初始化信號然后被送往延時器5，該信號的上升沿使延時器5產(chǎn)生一個延時脈沖(見附圖2(d))，這個延時脈沖被送往閘門觸發(fā)器6的置1端。在延時脈沖出現(xiàn)的瞬間，閘門觸發(fā)器6的Q端跳變?yōu)楦唠娖?見附圖2(g))。最后，初始化信號被送往超高速計時器3，該信號的上升沿使超高速計時器3清零，并同時開始計時。與此同時，超聲波在硝酸管道內(nèi)傳播，往返一周后，其反射波又回到超聲波壓電傳感器13，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴＝邮辗糯笃?將超聲波反射波信號放大后(見附圖2(e))，送往電平轉(zhuǎn)換器9，再經(jīng)過整形器10的倒相整形后(見附圖2(f))，送往閘門觸發(fā)器6的置0端。閘門觸發(fā)器6的Q端狀態(tài)，在超聲波反射回波信號出現(xiàn)的瞬間，立即由高電平突變?yōu)榈碗娖?見附圖2(g))。由于全部采用高速TTL元件，故閘門觸發(fā)器6輸出的高電平脈沖寬度(見附圖2)就代表了超聲波在硝酸中往返一周的傳播時間t。超高速計時器3在這一閘門脈沖的作用下進行精密計時，并將計時結(jié)果通過計算機雙向接口2送往微型計算機1。

超聲波的傳播時間t、聲速c和聲程2L的關(guān)系為：

???????????????c＝2L/t

微型計算機1根據(jù)上述公式將超聲波的傳播時間t轉(zhuǎn)化為聲速c。安裝在硝酸管道中的鉑熱電阻14，將硝酸溫度引起的電阻變化經(jīng)過測溫電路11和AD轉(zhuǎn)換器12，變成數(shù)字量，再通過計算機雙向接口2送往微型計算機1。微型計算機1根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者之間的關(guān)系進行綜合運算后，直接顯示和打印出硝酸濃度的瞬時值，同時在屏幕上顯示硝酸濃度的變化曲線。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：