8. Акустические методы

Акустические методы основаны на взаимодействии акустиче-ских волн с анализируемым веществом.

К этой группе относятся методы, основанные на зависимости характеристик акустических колебаний (скорости и поглощения зву-ка) от определяемого параметра. С помощью акустических методов определяют расход, уровень, влажность, температуру и другие характеристики.

Для измерения скорости звука применяют следующие методы:

– импульсный – данный метод является прямым методом изме-рений. Скорость звука определяется расстоянием, которое проходит звуковая волна от пьезокварца до отражателя, и временем прохожде-ния звуковой волной этого расстояния;

– интерференционный – этот метод является косвенным, приме-няется для измерений в слабо поглощающих жидкостях с низким затуханием волн. Длина волны определяется как двойное расстояние между двумя ближайшими минимумами (максимумами) звукового давления в точках стоячей волны в столбе жидкости, определяемом с помощью пьезочувствительного датчика интерферометра.

Кроме скорости звука применяется также другая характерис-тика акустических колебаний – поглощение звука. Основные методы измерения поглощения звука:

– метод измерения переменного звукового давления – этот ме-тод заключается в измерении пьезоэлектрического звукового давления в двух точках;

– интерференционный метод – это метод, основанный на изме-рении интенсивности стоячей волны в двух различных точках, которое производится по обратному воздействию звуковых волн на излучатель или на отдельный звуковой приемник.

С помощью этого метода определены характеристики костной ткани, динамический модуль сдвига и динамический коэффициент Пуассона; проведены акустические исследования мяса и мясопро-дуктов в целях экспрессного определения их характеристик; исследована зависимость амплитуды отражаемого УЗ-импульса от кислотности молока; показана возможность контроля кислотности молока ультраакустическим методом.

Звуковые и ультразвуковые методы и средства измерения основаны на изменении скорости распространения звуковых волн или степени затухания их интенсивности в зависимости от состава и концентрации анализируемой среды. На рис. 8.1 показана упрощенная структурная схема акустического (ультразвукового) анализатора жидкости. Его принцип действия основан на измерении частоты прохождения импульсов, возникающих в синхронизированном кольце, состоящем из измерительной ячейки с излучателем Пр₂ и при-емником Пр₁, генератора ИГ, формирующего каскада ФК и усили-теля У.

Рис. 8.1. Ультразвуковой анализатор: Пр₁ – приемник; Пр₂ – излучатель измерительной ячейки; ИГ – генератор; ФК – формирующий каскад; У – усилитель; ИЧ – измеритель частоты

Скорость прохождения ультразвука на базе между излучателем и приемником излучения при постоянных значениях элементов цепи зависит от состояния жидкости, заполняющей ячейку, и, в частности, от ее состава. Скорость же прохождения ультразвука в измеритель-ной ячейке связана прямо пропорционально с частотой следования импульсов, которая измеряется измерителем частоты (ИЧ). Подобные приборы обеспечивают измерение скорости в диапазоне от 800 до 2000 м/с, погрешность измерения составляет не более ±1 м/с.

На основе акустического метода измерения разработан ана-лизатор состава молока «Лактан 1-4». Он предназначен для одно-временного измерения температуры, массовой доли белка, жира, добавленной воды, СОМО и плотности в пробе цельного свежего, консервированного, пастеризованного, нормализованного, обезжи-ренного и восстановленного молока. Анализатор имеет выход, поз-воляющий подключать его к компьютеру. Встроенное программное обеспечение дает возможность накапливать данные измерений в ре-жиме On-line.