Введение к работе
Актуальность темы. Выпуск продукции высокого и стабильного качества зависит не только от использования современного технологического оборудования, но и от методов и средств для получения оперативной информации о ее составе и свойствах.
Плотность является одной из основных физических величин, характеризующих свойства веществ. Измерение плотности играет существенную роль при контроле качества продукции.
В процессе производства возникает необходимость контролировать плотность различных жидких веществ: растворы, суспензии, пульпы, расплавы металлов и солей. Применение известных методов и средств контроля агрессивных, быстрок-ристаллизугошихся, движущихся и неподвижных, гомогенных и гетерогенных, а также других сред со специфическими свойствами часто затруднено, а в некоторых случаях невозможно.
Условия практического применения устройств для плотности жидкостей требуют от них не только высокой точности и механической прочности, но и высокой надежности работы в потенциально опасных производствах. Наиболее полно этим требованиям отвечают пневматические методы и приборы.
Подавляющее большинство существующих пневматических приборов для контроля плотности являются контактными средствами измерения. В некоторых случаях контакт с контролируемой средой ведет к существенным дополнительным источникам погрешности, либо к полной потере их работоспособности.
Существующие бесконтактные методы измерения реализуются до сих пор сложными и дорогостоящими техническими средствами, поэтому их внедрение не всегда экономически оправдано. Одной из актуальных задач современного приборостроения является разработка дешевых бесконтактных высоконадежных устройств контроля плотности жидких веществ обладающих требуемой точностью.
Таким образом, актуальной является задача поиска, разработки и исследования новых бесконтактных пневматических методов измерения плотности и реализующих их устройств.
Цель работы. Разработка и исследование бесконтактного струйно-акустического метода и устройства для измерения плотности жидких веществ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- осуществить теоретические и экспериментальные исследования про
цессов, происходящих в струйно-акустической системе;
- разработать бесконтактный сгруйно-акустический метод контроля
плотности жидкостей;
- изучить физические основы аэродинамического звукообразования;
провести метрологический анализ бесконтактного струйно-акустического метода измерения плотности жидких сред;
- разработать устройство для контроля плотности и пути его использо
вания для коррекции систематической составляющей погрешности в устрой
стве для измерения поверхностного натяжения жидкостей;
- осуществить экспериментальную проверку результатов работы.
Научная новизна. Показано, что процесс распространения сгруйно-
акусгаческого сигнала может быть описан телеграфными уравнениями независимо от наличия жестких стенок, а информация о свойствах отражающей поверхности заключена в параметрах стоячей волны, возникающей в результате интерференции падающей и отраженной плоских волн.
На основе проведенных исследований процесса распространения струйно-акустического сигнала предложен бесконтактный метод измерения плотности жидких веществ, заключающийся в следующем:
формируется плоская падающая звуковая волна, отражение которой от контролируемой поверхности приводит к Бозникновению режима стоячих волн;
фиксируется положение узла стоячей волны в пространстве, которое однозначно определяет величину плотносш независимо от параметров окружающей среды, с. точностью до постоянства скорости звука в ней, от скорости движения анализируемой поверхности и от фазового состояния измеряемой среды.
Исследовано теоретически и подтверждено экспериментально, что максимальная точность обеспечивается при следующих условиях:
измерение необходимо производить в первом периоде стоячей волны;
в качестве генератора звуковых колебаний применяется высокостабильный диафрагмовый звукообразующий элемент направленного действия;
имеется устройство перемещения генератора в пространстве, обеспечивающее поиск и фиксацию узла стоячей акустической волны;
нуль-индикатором пневматического типа обеспечивается сигнализация достижения генератором положения, соответствующего узлу стоячей волны;
Выявлены и физически обоснованы процессы аэродинамического звукообразования при истечении газа через диафрагму и показано, что акустическое воздействие на ядро турбулентной струи приводит к возникновению гистерезиса в струйно-акустической системе.
Практическая ценность. Разработано бесконтактное струйно-
акустическое устройство для измерения плотности неподвижных и движущихся гомогенных и гетерогенных жидких веществ. Осуществлен выбор размеров его основных конструктивных элементов.
Разработанное устройство для контроля плотности примененено в качестве блока коррекции изменения плотности и расстояния до контролируемой поверхности в бесконтактном устройстве для измерения поверхностного натяжения.
Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора прошли промышленные испытания и рекомендованы к внедрению на предприятиях АО «Кристалл», в.ч. 13805, 301 АРЗ, НПП «Модуль», кроме того они используются в научно-исследовательской и учебной работе Тамбовского государственного технического университета
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на I научной конференции ТПУ (Тамбов, 1994 г.); II научной конференции ТГТУ (Тамбов, 1995 г.); Второй Международной теплофизической школе «Повышение эффективности теплофизическнх исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологического обеспечения» (Тамбов, 1995 г.); III научной конференции ТГТУ (Тамбов, 1996 г.); 5 Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности методов и средств обработки информации» (Тамбов, 1997 г.); Третьей Международной теплофизической школе «Новое в теплофизических свойствах» (Тамбов, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, получено 2 положительных решения о выдаче патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации изло-
жена на 134 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 69 наименований.
