устройство для определения степени однородности смеси

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОДНОРОДНОСТИ СМЕСИ, содержащее первый ультразвуковой преобразователь, волновод, на одной из торцевой поверхности которого установлен первый преобразователь, связанный электрически с последним генератор электрических импульсов, второй ультразвуковой преобразователь и электрически связанные с ним последовательно соединенные усилитель и индикатор, отличающееся тем, что волновод выполнен в виде полого цилиндра, вторая торцевая поверхность которого заглушена, внутри которого коаксиально и подвижно установлен поршень со штоком, второй преобразователь закреплен на поршне, а длина волновода выбрана из условия

l = n ,

где l - длина волновода;

- длина волны возбуждаемых колебаний в волноводе;

n - целое число.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к устройствам для определения степени однородности смесей, например для определения степени однородности бетонной смеси с помощью ультразвука.

Известно устройство для контроля качества строительных материалов, содержащее акустический волновод, на верхнем торце которого неподвижно установлен возбудитель колебаний, выполненный в виде крыльчатки. На другом конце волновода установлен приемник колебаний, соединенный со стрелочным индикатором с возможностью перемещения вдоль волновода и имеющий с ним точечный контакт, крепежный механизм, генератор и частотомер [1].

К недостаткам такого устройства следует отнести то, что оно имеет низкую точность измерения, вследствие значительной зависимости резонансной частоты и амплитуды принимаемого сигнала, величины акустического сопротивления материала от условия соприкосновения волновода с исследуемым материалом.

К недостаткам также можно отнести и неудобство в работе, вызванное необходимостью перемещения металлической рамы с приемником колебаний, невозможность в требуемый промежуток времени сохранения постоянства условий контактирования сапфировой иглы с поверхностью волновода, что в итоге не позволяет производить анализ свойств различных материалов.

Кроме того, все определяемые характеристики с помощью данного устройства производятся на поверхности исследуемого материала, что не позволяет с достаточной достоверностью оценивать свойства материала по глубине.

Известно также устройство, содержащее ультразвуковой преобразователь, волновод, на торцовой поверхности которого установлен преобразователь, генератор электрических импульсов, соединенный с преобразователем, второй ультразвуковой преобразователь, установленный на противоположной поверхности волновода, соединенный с усилителем и индикатором [2].

Недостатком этого устройства является то, что предлагаемая конструкция его волновода не позволяет производить точного определения однородности материала по глубине. Для измерения однородности с помощью данного устройства необходимо весь волновод каждый раз внедрять и фиксировать в определенном исследуемом пространстве материала, что приводит к значительному увеличению продолжительности исследований и трудоемкости работ.

Кроме того, к существенным недостаткам также следует отнести то, что с помощью таких устройств возможно производить определение лишь свойств твердых материалов, а для твердеющих композитов применение его вызывает значительные трудности. Также следует отметить, что в предложенной конструкции волновода преобразователи находятся в разных средах: один - в среде воздуха, другой - в грунте, что значительно снижает точность и корректность результатов проводимых исследований.

Целью изобретения является расширение области использования устройства за счет измерения однородности смесей по глубине.

Это достигается тем, что устройство для определения степени однородности смеси содержит первый ультразвуковой преобразователь, установленный на выполненном в виде полого цилиндра волноводе, вторая торцовая поверхность которого заглушена и внутри него коаксиально и подвижно установлен поршень со штоком; второй ультразвуковой преобразователь, закрепленный на поршне и имеющий акустический контакт с цилиндром; генератор электрических импульсов, связанный электрически с первым ультразвуковым преобразователем, усилителем и индикатором, электрически связанный со вторым ультразвуковым преобразователем. Причем длина волновода выбрана из условия

l= n, где l - длина волновода;

- длина возбуждаемых колебаний в волноводе;

n - целое число.

Толщина стенок цилиндра должна обеспечивать их устойчивость с целью избежания деформации волновода при эксплуатации. В качестве материала для изготовления волновода лучше применять нержавеющую сталь, например, марки Х14Г4Н. Внутренний диаметр волновода регламентируется диаметром устанавливаемого в нем преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения степени однородности смеси; на фиг. 2 и 3 - вид фиксирующего устройства и поршня соответственно; на фиг. 4 - графическая зависимость, позволяющая определять величину амплитуды на приемнике колебаний.

Устройство для определения степени однородности смеси (фиг. 1) содержит генератор 1 электрических импульсов, первый ультразвуковой преобразователь 2, полый цилиндрический волновод 3, одна торцовая поверхность которого заглушена, поршень 4, второй ультразвуковой преобразователь 5, шток 6, соединенный с поршнем 4, но не имеющий акустического контакта с первым ультразвуковым преобразователем 2, ограничитель глубины погружения в виде диска 7, расположенного в узловой точке волновода 3, устройства фиксации штока 8, усилителя 9 и индикатора 10.

Устройство работает следующим образом. Волновод 3 с расположенными на нем первым 2 и вторым 5 преобразователями устанавливается в исследуемую смесь 11 до ограничителя глубины погружения волновода 3. В волноводе, помещенном в исследуемую смесь, с помощью первого ультразвукового преобразователя 2 и генератора электрических импульсов 1 возбуждают упругие продольные колебания. При исходном положении поршня 4 со штоком 6 с помощью второго преобразователя 5 эти колебания фиксируются и подаются на усилитель 9 и индикатор 10.

Затем посредством штока 6, имеющего устройство фиксации 8, поршень 4 вместе с укрепленным на нем вторым преобразователем 5 устанавливается в другое фиксированное положение, при котором также снимаются показания индикатора и т.д. Расстояние между двумя соседними фиксированными положениями поршня 4 равно - длине волны ультразвуковых колебаний в материале волновода.

Фиксация штока производится специальным шариковым фиксатором (фиг. 2), взаимодействующим с углублениями 12, расположенными на расстоянии, равном длине волны. Фиксатор состоит из шарика 13, пружины 14, винта 15, кронштейна 16. Выбор расстояния фиксации обусловлен необходимостью соблюдения условия регистрации колебаний по амплитуде, так как только при этом условии все точки, находящиеся в местах фиксации, будут колебаться в одной фазе.

Для обеспечения надежного и постоянного акустического контакта поршня 4 с волноводом 3 поршень выполнен в виде кольца 17 с конусной внутренней частью и тремя радиальными отверстиями 18 для шариков 19 (фиг. 3). Необходимое давление на шарик с целью обеспечения требуемого акустического контакта осуществляется посредством усеченного конусного вкладыша 20, подъем и опускание которого производятся с помощью винта 21 через пружину 22 и шайбу 23.

Расположение ограничителя глубины погружения волновода 7 в узловой точке обусловлено свойствами этой точки: амплитуда колебаний в ней минимальна, что исключает влияние ограничителя на режим колебаний волновода и не искажает точности результатов исследований.

В результате того, что любая смесь имеет неоднородность состава, неравномерность уплотнения по глубине, она с различным усилием воздействует на стенки волновода и в результате амплитуда колебаний на резонансной частоте изменяется в зависимости от местонахождения неоднородности.

По полученным данным строится зависимость, отражающая изменение амплитуды на приемнике колебаний 5 от его положения, выраженного расстоянием от излучателя 2 в длинах волн 1 , 2 , ... и т.д. (фиг. 4). Так, зависимость, выраженная в виде прямой а соответствует амплитудам колебаний ненагруженного волновода, прямая б - максимальной однородности смеси, ломаная линия в показывает участки смеси с разной однородностью по глубине.

Сравнивая значения показателей на индикаторе при разных положениях второго ультразвукового преобразователя, можно судить о степени однородности смеси по глубине.

Использование предлагаемого устройства позволит определять степень однородности смеси по глубине и прогнозировать дальнейшие свойства материалов из таких смесей.