RU2025726C1

RU2025726C1 - Device for determination of mixture homogeneity degree

Info

Publication number: RU2025726C1
Authority: RU
Inventors: Анвар Ишанович Адылходжаев; Василий Ильич Соломатов; Андрей Искандерович Бек-Булатов; Бахтияр Гафурович Салихов
Original assignee: Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: nondestructive testing. SUBSTANCE: waveguide is made in form of hollow cylinder whose second end face surface is plugged. Installed coaxially and movably is piston with rod. The second converter is attached to piston. Waveguide length is selected from condition l = λ·n, where λ is wave length of excited oscillations in waveguide, and n is integer. EFFECT: extended field of application of device due to measurement of homogeneous mixtures in depth. 4 dwg

Description

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. The invention relates to non-destructive testing methods, in particular to devices for determining the degree of homogeneity of mixtures, for example, for determining the degree of homogeneity of a concrete mixture using ultrasound.

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]. A device for controlling the quality of building materials is known, comprising an acoustic waveguide, at the upper end of which a vibration exciter, made in the form of an impeller, is fixedly mounted. At the other end of the waveguide, an oscillation receiver is mounted, connected to a dial indicator with the ability to move along the waveguide and having point contact with it, a fixing mechanism, a generator and a frequency meter [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. The disadvantages of this device include the fact that it has low measurement accuracy, due to the significant dependence of the resonant frequency and amplitude of the received signal, the value of the acoustic resistance of the material on the condition of the waveguide in contact with the material under study.

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. The disadvantages also include inconvenience in operation, caused by the need to move the metal frame with the vibration receiver, the inability to maintain constant contact conditions between the sapphire needle and the surface of the waveguide for the required period of time, which ultimately does not allow the analysis of the properties of various materials.

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. In addition, all the determined characteristics using this device are made on the surface of the studied material, which does not allow to sufficiently reliably evaluate the material properties in depth.

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]. It is also known a device containing an ultrasonic transducer, a waveguide, on the front surface of which a transducer is installed, an electric pulse generator connected to the transducer, a second ultrasonic transducer mounted on the opposite surface of the waveguide connected to an amplifier and an indicator [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. The disadvantage of this device is that the proposed design of its waveguide does not allow accurate determination of the homogeneity of the material in depth. To measure uniformity using this device, it is necessary to implement and fix the entire waveguide each time in a certain material space under study, which leads to a significant increase in the duration of research and the complexity of the work.

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. In addition, significant disadvantages also include the fact that with the help of such devices it is possible to determine only the properties of solid materials, and for hardening composites its use causes considerable difficulties. It should also be noted that in the proposed design of the waveguide, the transducers are in different environments: one in the air, the other in the ground, which significantly reduces the accuracy and correctness of the results of the research.

Целью изобретения является расширение области использования устройства за счет измерения однородности смесей по глубине. The aim of the invention is to expand the scope of use of the device by measuring the uniformity of the mixtures in depth.

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= λ ˙n, где l - длина волновода;
λ- длина возбуждаемых колебаний в волноводе;
n - целое число.This is achieved by the fact that the device for determining the degree of homogeneity of the mixture contains a first ultrasonic transducer mounted on a waveguide made in the form of a hollow cylinder, the second end surface of which is muffled, and a piston with a rod is coaxially and movably mounted inside it; a second ultrasonic transducer mounted on the piston and having acoustic contact with the cylinder; an electric pulse generator, connected electrically to the first ultrasonic transducer, amplifier and indicator, electrically connected to the second ultrasonic transducer. Moreover, the waveguide length is selected from the condition
l = λ ˙n, where l is the waveguide length;
λ is the length of the excited oscillations in the waveguide;
n is an integer.

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. The wall thickness of the cylinder must ensure their stability in order to avoid deformation of the waveguide during operation. As a material for the manufacture of the waveguide, it is better to use stainless steel, for example, grade X14G4N. The inner diameter of the waveguide is governed by the diameter of the transducer installed in it.

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. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for determining the degree of homogeneity of a mixture; in FIG. 2 and 3 - view of the locking device and the piston, respectively; in FIG. 4 is a graphical relationship that allows you to determine the magnitude of the amplitude at the receiver of oscillations.

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. A device for determining the degree of homogeneity of the mixture (Fig. 1) contains an electric pulse generator 1, a first ultrasonic transducer 2, a hollow cylindrical waveguide 3, one end face of which is plugged, a piston 4, a second ultrasonic transducer 5, a rod 6 connected to the piston 4, but not having acoustic contact with the first ultrasonic transducer 2, the immersion depth limiter in the form of a disk 7 located at the nodal point of the waveguide 3, a rod fixing device 8, an amplifier 9 and an indicator 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. The device operates as follows. The waveguide 3 with the first 2 and second 5 transducers located on it is installed in the test mixture 11 to limit the immersion depth of the waveguide 3. In the waveguide placed in the test mixture, elastic longitudinal vibrations are excited by the first ultrasonic transducer 2 and the electric pulse generator 1. In the initial position of the piston 4 with the rod 6 using the second transducer 5, these oscillations are recorded and fed to the amplifier 9 and indicator 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 λ- длине волны ультразвуковых колебаний в материале волновода. Then, by means of a rod 6 having a fixing device 8, the piston 4, together with the second transducer 5 mounted on it, is set to another fixed position, in which the indicator readings are also taken, etc. The distance between two adjacent fixed positions of the piston 4 is equal to λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the waveguide material.

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. The rod is fixed by a special ball clamp (Fig. 2), interacting with the recesses 12 located at a distance equal to the wavelength. The latch consists of a ball 13, a spring 14, a screw 15, an arm 16. The choice of the fixing distance is determined by the need to comply with the conditions for registering fluctuations in amplitude, since only under this condition all points located in the fixation points will oscillate in one phase.

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. To ensure reliable and constant acoustic contact of the piston 4 with the waveguide 3, the piston is made in the form of a ring 17 with a conical inner part and three radial holes 18 for balls 19 (Fig. 3). The necessary pressure on the ball in order to ensure the required acoustic contact is carried out by means of a truncated conical insert 20, the raising and lowering of which is carried out using a screw 21 through the spring 22 and the washer 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. The location of the immersion depth limiter of the waveguide 7 at the nodal point is due to the properties of this point: the amplitude of oscillations in it is minimal, which eliminates the influence of the limiter on the oscillation mode of the waveguide and does not distort the accuracy of the research results.

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. As a result of the fact that any mixture has a compositional heterogeneity, depth compaction unevenness, it acts on the waveguide walls with different forces, and as a result, the amplitude of the oscillations at the resonant frequency changes depending on the location of the inhomogeneity.

По полученным данным строится зависимость, отражающая изменение амплитуды на приемнике колебаний 5 от его положения, выраженного расстоянием от излучателя 2 в длинах волн 1λ , 2 λ , ... 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. According to the data obtained, a dependence is constructed that reflects the change in the amplitude at the vibration receiver 5 from its position, expressed by the distance from the emitter 2 at wavelengths 1λ, 2 λ, ..., etc. (Fig. 4). So, the dependence, expressed as the straight line a, corresponds to the amplitudes of the oscillations of the unloaded waveguide, line b, the maximum homogeneity of the mixture, the broken line c shows the sections of the mixture with different uniformity in depth.

Сравнивая значения показателей на индикаторе при разных положениях второго ультразвукового преобразователя, можно судить о степени однородности смеси по глубине. Comparing the values of indicators on the indicator at different positions of the second ultrasonic transducer, one can judge the degree of homogeneity of the mixture in depth.

Использование предлагаемого устройства позволит определять степень однородности смеси по глубине и прогнозировать дальнейшие свойства материалов из таких смесей. Using the proposed device will allow you to determine the degree of homogeneity of the mixture in depth and to predict further properties of materials from such mixtures.

Claims

A device for determining the degree of homogeneity of a mixture, comprising a first ultrasonic transducer, a waveguide, on one of the end surfaces of which a first transducer is installed, electrically coupled to the last electric pulse generator, a second ultrasonic transducer and an amplifier and indicator electrically connected in series with it, characterized in that the waveguide is made in the form of a hollow cylinder, the second end surface of which is muffled, inside of which is coaxial and movable at a piston with a rod is installed, the second transducer is mounted on the piston, and the waveguide length is selected from the condition
l = λ˙n,
where l is the waveguide length;
λ is the wavelength of the excited oscillations in the waveguide;
n is an integer.