專利名稱：管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測(cè)量裝置。
長(zhǎng)期以來，硝酸濃度的檢測(cè)一直采用人工取樣，化學(xué)分析的方法，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，測(cè)量精度差。同時(shí)由于硝酸是一種強(qiáng)腐蝕的化工原料，人工取樣分析時(shí)，對(duì)化驗(yàn)人員的具體操作造成一定的危險(xiǎn)性。
本發(fā)明提出的測(cè)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(jìn)行傳播的物理原理，通過超聲波壓電傳感器測(cè)量出管道內(nèi)硝酸的聲速，同時(shí)通過鉑熱電阻測(cè)量出管道內(nèi)硝酸的溫度，再通過計(jì)算機(jī)雙向接口將硝酸的聲速和溫度傳送給微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者之間的關(guān)系計(jì)算出管道內(nèi)硝酸的濃度。該裝置由超聲測(cè)速系統(tǒng)、電阻測(cè)溫系統(tǒng)、計(jì)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(cè)速系統(tǒng)由超高速計(jì)時(shí)器3、窄脈沖發(fā)生器4、延時(shí)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(cè)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(shí)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(jì)時(shí)器3電路連接；電阻測(cè)溫系統(tǒng)由鉑熱電阻14、測(cè)溫電路11和AD轉(zhuǎn)換電路12依次電路連接構(gòu)成，用于測(cè)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(cè)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(jì)算分析系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)1和計(jì)算機(jī)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(shí)器5、超高計(jì)時(shí)器3、AD轉(zhuǎn)換電路12電路連接，微機(jī)1用于總的測(cè)量控制、數(shù)據(jù)計(jì)算分析、存貯、輸出和顯示。
本發(fā)明中，信號(hào)的變化進(jìn)程如圖2所示。
本發(fā)明的動(dòng)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(jì)算機(jī)1通過總線方式的計(jì)算機(jī)雙向接口2，輸出初始化信號(hào)(見附圖2(a))，該初始信號(hào)一個(gè)周期可為1000us，寬度可為0.2us。初始化信號(hào)分別送往窄脈沖發(fā)生器4、延時(shí)器5和超高速計(jì)時(shí)器3，進(jìn)行初始化操作。初始化信號(hào)首先被送往窄脈沖發(fā)生器4，該信號(hào)的上升沿使窄脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生一個(gè)發(fā)射觸發(fā)信號(hào)(見附圖2(b))，該發(fā)射信號(hào)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(gè)超聲激勵(lì)脈沖(見附圖2(c))。初始化信號(hào)然后被送往延時(shí)器5，該信號(hào)的上升沿使延時(shí)器5產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖(見附圖2(d))，這個(gè)延時(shí)脈沖被送往閘門觸發(fā)器6的置1端。在延時(shí)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(hào)被送往超高速計(jì)時(shí)器3，該信號(hào)的上升沿使超高速計(jì)時(shí)器3清零，并同時(shí)開始計(jì)時(shí)。與此同時(shí)，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?hào)。接收放大器8將超聲波反射波信號(hào)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(hào)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(shí)間t。超高速計(jì)時(shí)器3在這一閘門脈沖的作用下進(jìn)行精密計(jì)時(shí)，并將計(jì)時(shí)結(jié)果通過計(jì)算機(jī)雙向接口2送往微型計(jì)算機(jī)1。
超聲波的傳播時(shí)間t、聲速c和聲程2L的關(guān)系為c＝2L/t微型計(jì)算機(jī)1根據(jù)上述公式將超聲波的傳播時(shí)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(cè)溫電路11和AD轉(zhuǎn)換器12，變成數(shù)字量，再通過計(jì)算機(jī)雙向接口2送往微型計(jì)算機(jī)1。微型計(jì)算機(jī)1根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者之間的關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算后，直接顯示和打印出硝酸濃度的瞬時(shí)值，同時(shí)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(diǎn)1、非接觸式。由于超聲波壓電傳感器安裝在管道的外壁，因此測(cè)量是非接觸式的，具有耐腐蝕、不會(huì)產(chǎn)生壓力損失等優(yōu)點(diǎn)，可以很好解決防爆防堵等難題。
2、無活動(dòng)部件。超聲波壓電傳感器可通過環(huán)氧樹脂的粘貼，安裝于硝酸管道的外壁，無活動(dòng)部件，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)具有使用壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
3、測(cè)量過程實(shí)時(shí)快速。由于超聲波在硝酸中的傳播速度極快，每次測(cè)量不到1秒鐘，而且測(cè)量過程是連續(xù)不斷的，因此完全可以滿足24小時(shí)連續(xù)工作的需要。
4、抗噪聲干擾能力強(qiáng)。超聲波壓電傳感器采用較高的工作頻率，測(cè)量過程不受管道的機(jī)械噪聲和管內(nèi)硝酸的流體噪聲的影響，有很好的抗干擾性能。
5、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。只要精密地測(cè)出聲速和溫度，微型計(jì)算機(jī)即可根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者之間的關(guān)系，計(jì)算出管道內(nèi)硝酸的濃度。
圖2為本發(fā)明的原理波形圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為微型計(jì)算機(jī)，2為計(jì)算機(jī)接口，3為超高速計(jì)時(shí)器，4為窄脈沖發(fā)生器，5為延時(shí)器，6為閘門觸發(fā)器，7為超聲波發(fā)射器，8為接收放大器，9為電平轉(zhuǎn)換器，10為整形器，11為測(cè)溫電路，12為AD轉(zhuǎn)換器，13為超聲波壓電傳感器，14為鉑熱電阻，15為管道。
實(shí)施例，微型計(jì)算機(jī)1采用386以上的微機(jī)，計(jì)算機(jī)接口2采用74LS245芯片組成，超高速計(jì)時(shí)器3采用2片74LS393芯片構(gòu)成，窄脈沖發(fā)生器4采用74LS221，延時(shí)器5采用74LS221構(gòu)成，閘門觸發(fā)器6采用74LS76芯片，超聲波發(fā)射器7由三極管3DK4B構(gòu)成，接收放大器8由高速運(yùn)算放大器LF357構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換器9由74LS00構(gòu)成，整形器10由74LS00構(gòu)成，測(cè)溫電路11由μPc741構(gòu)成，AD轉(zhuǎn)換器由ADC0804構(gòu)成，超聲波壓電傳感器13的諧振頻率為2.2MHz，直徑為20mm，厚度為1mm。超聲波壓電傳感13通過環(huán)氧樹脂粘貼，安裝于硝酸管道的外壁，鉑熱電阻14固定于硝酸管道內(nèi)壁。其余元件、電路按照前述的連接關(guān)系進(jìn)行電路連接，即得所需測(cè)量裝置。
權(quán)利要求
1.一種管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測(cè)量裝置，其特征在于該裝置由超聲測(cè)速系統(tǒng)、電阻測(cè)溫系統(tǒng)、計(jì)算分析系統(tǒng)組成，其中，超聲測(cè)速系統(tǒng)由超高速計(jì)時(shí)器(3)、窄脈沖發(fā)生器(4)、延時(shí)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(cè)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(shí)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(jì)時(shí)器(3)電路連接；電阻測(cè)溫系統(tǒng)由鉑熱電阻(14)、測(cè)溫電路(11)和AD轉(zhuǎn)換電路(12)依次電路連接構(gòu)成，用于測(cè)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(cè)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(jì)算分析系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)(1)和計(jì)算機(jī)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(shí)器(5)、調(diào)整計(jì)時(shí)器(3)、AD轉(zhuǎn)換電路(12)電路連接，微型計(jì)算機(jī)(1)用于總的測(cè)量控制、數(shù)據(jù)計(jì)算分析、存貯、輸出和顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道內(nèi)硝酸濃度的超聲測(cè)量裝置,由微型計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)雙向接口、超高速計(jì)時(shí)器、窄脈沖發(fā)生器、延時(shí)器、閘門觸發(fā)器、超聲波發(fā)射器、接收放大器、電平轉(zhuǎn)換器、整形器、測(cè)溫電路、AD轉(zhuǎn)換器、超聲波壓電傳感器和鉑熱電阻等經(jīng)電路連接組成。它的工作原理是:系統(tǒng)通過超聲波壓電傳感器測(cè)量出管道內(nèi)硝酸的聲速,同時(shí)通過鉑熱電阻測(cè)量出管道內(nèi)硝酸的溫度,由微機(jī)根據(jù)硝酸濃度、聲速和溫度三者關(guān)系,計(jì)算出管道內(nèi)硝酸的濃度。本發(fā)明測(cè)量過程實(shí)時(shí)快速,測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng),維護(hù)方便。
文檔編號(hào)G01N29/02GK1379241SQ0211148
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者王寅觀 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)