超声波悬浮液粒子浓度仪的研制与试用

摘要

悬浮液颗粒浓度测量有广泛的应用前景，例如，在长江、黄河等河流的治理过程中，泥沙浓度的测量对评估治理的效果起很大作用。水电战、核工业部门也要求测量悬浮液颗粒的浓度。与其它测量方法相比，超声法具有在线测量、操作简单、经济实用的优点。所以研究超声波悬浮粒子的测量有着重大的经济意义和深远的社会意义。本文主要从事以下几方面的工作：(1)介绍悬浮液中，声在颗粒两相体系中传播时的声衰减和声散射的基础理论，这部分是后面研究工作的基础。(2)对超声颗粒测量技术中的数学模型进行研究。对Harker&Temple，Urick,Urick-Ament等的局部模型，AH的全面模型进行研究。对每个模型，获得在不同频率下的衰减系数和声速，以及声速和声衰减与颗粒半径的关系。讨论了不同模型的特点及在计算，应用范围中的异同。(3)我们研制了一套五通道悬浮液超声声速、衰减、浓度测量装置，同时编制了数据采集和处理的程序。(4)利用该装置测量不同超声频率和浓度下的多种颗粒悬浊液或乳剂样品。得到声速和声衰减值，与理论模拟的数值结果进行比较。通过对所测数据的反演计算，获得样品颗粒的粒径和浓度，并对测量结果进行分析，与前面的理论进行了比较。(5)提出了回波脉冲个数比值法(N/N')(N、N'分别为声波在悬浮液和水中超过一定幅度的回波的脉冲个数)测量悬浮液颗粒浓度。通过不同频率(1兆、2兆、5兆)下得到的回波个数比值(N/N')得到各自的拟合方程，用每个拟合方程均可求出悬浮液浓度。