Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ - Патент РФ 2029265
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления, температуры, напряженности магнитного поля в исследуемой среде. Цель: повышение чувствительности и точности измерений. Сущность изобретения: в способе, включающем возбуждение колебаний в среде, измерение характеристик колебательного процесса и определение по ним величины искомого параметра, колебания возбуждают в элементе эталонной среды, находят зависимость одной из характеристик колебательного процесса от определяемого параметра, обеспечивают контакт элемента эталонной среды с исследуемой средой, вновь возбуждают колебания в элементе эталонной среды, а величину искомого параметра состояния исследуемой среды устанавливают по изменению характеристики колебательного процесса в элементе эталонной среды. Колебания используют модулированные, ультразвуковые, гиперзвуковые, электромагнитные, СВЧ. В качестве измеряемых характеристик используют резонансную частоту, добротность, скорость прохождения или коэффициент поглощения колебаний, частоту релаксаций эталонной среды. В качестве эталонной среды используют жидкую, магнитореологическую, либо электрореологическую среду. Для реализации способа используют два пьезоэлектрических преобразователя на торцах пустотелого корпуса, заполненного эталонной жидкостью, изолированной от исследуемой эластичной перегородкой. Положительный эффект: повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых величин. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2029265
Класс(ы) патента: G01L9/08
Номер заявки: 4937760/10
Дата подачи заявки: 30.05.1991
Дата публикации: 20.02.1995
Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Автор(ы): Белоненко В.Н.; Сарвазян А.П.; Чаликян Т.В.
Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Описание изобретения: Изобретение относится к способам определения физических параметров среды и может быть использовано для определения давления, напряженности магнитного поля и ЭДС электромагнитного поля.
Целью изобретения является повышение чувствительности и точности определения искомого параметра.
На фиг.1 показано устройство для реализации способа с жидкой эталонной средой; на фиг.2 - вариант блок-схемы устройства; на фиг.3 - устройство для реализации способа с использованием СВЧ-электромагнитных колебаний; на фиг. 4 - устройство с четырьмя резонаторными ультразвуковыми ячейками в одном корпусе.
Определение параметров состояния среды (давления) по данному способу осуществляется с использованием устройства, показанного на фиг.1, и блок-схемы на фиг.2.
Устройство (фиг.1) содержит два пьезокристаллических преобразователя 1, расположенных параллельно друг другу на торцах пустотелого корпуса 2, заполненного эталонной жидкостью 3 и изолированной от внешней среды эластичной перегородкой 4.
Высокочастотное напряжение от генератора 5 (фиг.2) питает излучающий преобразователь 1, с помощью которого возбуждают ультразвуковые волны в дистиллированной воде 3, заполняющей устройство. Упругие волны преобразуются в электрические колебания приемным преобразователем 1а, усиливаются линейным усилителем 9 и поступают на один из входов фазового детектора 8. На другой вход фазового детектора 8 подают сигнал от генератора 5, прошедший через фазовращатели 6 и 7. С выхода фазового детектора 8 сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, поступает на управляющий вход генератора 5 как сигнал отрицательной обратной связи. Таким образом, устройство автоматически находится в режиме работы, соответствующем нулевой разности фаз входных сигналов фазового детектора 8. По сигналам таймера 12 с периодом в 1с дискретный фазовращатель 6 генерирует скачки фазы, равные π/2. Амплитуды усиленного линейным усилителем 9 высокочастотного напряжения, соответствующего различным состояниям дискретного фазовращателя 6, детектируются амплитудным детектором 13 и фиксируются на соответствующих входах дифференциального усилителя 16 при помощи коммутатора 14 и фиксатора 15 уровня. Коммутатор 14 и фиксатор 15 уровня управляются сигналами таймера 12. С выхода дифференциального усилителя 16 напряжение в качестве сигнала отрицательной обратной связи подают на управляющий вход аналогового фазовращателя 7. Аналоговый фазовращатель 7 настраивают таким образом, чтобы входное напряжение дифференциального усилителя 16 равнялось нулю. Среднее арифметическое частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя, измеряемое частотомером 10, равно центральной частоте fn резонансного пика амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) резонаторного устройства. Находят зависимость fn от определяемого параметра состояния среды (в данном случае - давления).
Для этого устройство (фиг.1) помещают в сосуд, заполненный, например, газом, через который передается давление на элемент эталонной среды, и определяют зависимость резонансной частоты и добротности от давления или степени разрежения, если устройство нужно использовать как вакуумметр. После того, как найдена зависимость акустических характеристик от требуемых параметров состояния для выбранной (смоделированной) эталонной жидкости, в данном случае - воды, устройство используют как датчик давления.
Например, устройство помещают в сосуд высокого давления, содержащий газовый конденсат, в котором необходимо определить давление. Измеряют fnи по ее значению определяют искомое давление, которое передается эталонной среде через эластичную перегородку 4.
Рассмотрим пример реализации способа для определения напряженности магнитного поля с использованием того же устройства (фиг.1, 2). Указанное устройство заполняют магнитореологической жидкостью 3. Подают высокочастотное напряжение от генератора 5 на излучающий преобразователь 1, с помощью которого ультразвуковые волны возбуждают в магнитореологической жидкости. Далее автоматическая система слежения работает аналогично описанному выше и среднее арифметическое частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя 6 (измеряют частотомером 10), равно центральной частоте fn резонансного пика АЧХ. Разность частот, соответствующая двум состояниям дискретного фазовращателя 6, измеряемая измерителем 11 девиации частоты, равна ширине резонансного пика δfn, пропорционального коэффициенту поглощения ультразвука в резонаторе α :
= = где λ - длина волны;
Q - добротность резонатора;
n - номер резонансного пика.
Устройство помещают в магнитное поле, реакция на напряженность которого Н магнитореологической жидкости проявляется в измерении коэффициента поглощения ультразвука α . После установления функциональной связи поглощения α с напряженностью магнитного поля устройство, например, размещают внутри витка, по которому течет электрический ток (напряженность магнитного поля в центре витка с током H = I/2r, где I - сила тока в проводнике; r - радиус витка), и определяют напряженность магнитного поля.
Аналогично с помощью описанного устройства находят скорость ультразвука v в среде, заполняющей резонатор, которая связана с частотой n-го резонансного пика fn выражением V = 2l , где l - длина акустического пути. По зависимости скорости ультразвука от определяемого параметра состояния находят его значение в исследуемой среде.
Заметим, что возбуждение упругих колебаний в среде с использованием устройства, изображенного на фиг.1, возможно и с другими электронными схемами (в том числе описанными, например в источнике: Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения М.: Стандарты, 1982).
С помощью устройства на фиг.1 одновременно определяют (контролируют) давление и температуру в исследуемой среде. Для этого ячейку в корпусе между пьезокристаллами заполняют жидкостью с внутримолекулярным процессом релаксации, например с поворотноизомерной релаксацией, возбуждают в образованном элементе эталонной среды ультразвуковые колебания и по смещению частоты релаксации (определяют по значениям коэффициента поглощения ультразвука), находят значения температуры, а по значениям скорости ультразвука - давление.
Если необходимо определить температуру металлической пверхности, элемент эталонной среды выполняют из материала с хорошей теплопроводностью, например меди, теплоизолируют его от внешней среды, например, путем напыления на поверхности элемента полиуретана, возбуждают в элементе колебания и находят зависимость их характеристик от температуры. Затем обеспечивают контакт элемента с поверхностью металла, выдерживают в течение времени, пока не стабилизируются значения характеристик колебательного процесса, и по их значениям определяют температуру.
В случае использования СВЧ-колебаний способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на фиг.3, где 17 - диэлектрический капилляр, 3 - эталонная жидкая среда, 4 - эластичные перегородки, 18 - втулки, 19 - волновод. Аналогично предыдущим примерам находят зависимость резонансной частоты и добротности СВЧ-колебаний (или диэлектрической проницаемости и коэффициента поглощения электромагнитного поля) для эталонной жидкой среды. Затем устройство помещают в среду, в которой необходимо определить, например, давление. При воздействии внешней среды на эластичные перегородки будут изменяться резонансная частота и добротность и по измерениям сдвига резонансной частоты и/или измерения амплитуды резонанса судят о величине давления в исследуемой среде.
Возбуждение электромагнитных СВЧ-колебаний для определения параметров состояния, например, оптимально для случаев измерения свойств сред с использольванием СВЧ-методов, так как для разных измерений применяют одну и ту же контрольно-измерительную аппаратуру.
Определение параметров состояния по предлагаемому способу дает возможность использовать одну контрольно-измерительную аппаратуру одновременно и для определения других свойств среды ультразвуковыми методами. Это позволяет добиться оптимальных условий при измерениях.
В этом случае можно воспользоваться устройством, приведенным на фиг.4. В корпусе 2 выполнены четыре отверстия 20, образующие с пьезокристаллами 1 измерительные камеры. Конструкция скреплена элементами 21 - 24. Например, если исследуют водные растворы аминокислот при высоких давлениях, одну из камер заполняют дистиллированной водой, а три другие - растворами аминокислот различной концентрации. Камеры изолируют от внешней среды эластичной перегородкой 4 и устройство помещают в термостатируемый сосуд высокого давления (не показано). Через электровводы высокого давления (не показаны) контактные электроды 25 соединяют с контрольно-измерительной аппаратурой, например, по схеме фиг.2. Колебания во всех камерах возбуждаются одним и тем же кристаллом. По данным акустических измерений в камере с дистиллированной водой определяют давление, а по данным всех четырех камер определяют концентрационную зависимость адиабатической сжимаемости и нелинейного параметра.
Предлагаемый способ обеспечивает высокие точность и чувствительность, позволяет достичь оптимальных условий при измерениях свойств сред, использовать один комплект контрольно-измерительной аппаратуры при комплексных исследованиях, определять одновременно несколько параметров состояния, например давления и температуры, проводить измерения в широкой области изменений параметров состояния, в том числе от значений давления, соответствующих глубокому вакууму, до сверхвысоких давлений. Реализуя способ, можно создавать устройства, минимизируя размеры измерительных камер. Это существенно снижает металлоемкость устройств, повышает безопасность эксплуатации при высоких и сверхвысоких давлениях.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ, включающий возбуждение колебаний в среде, измерение характеристик колебательного процесса и определение по ним величины искомого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности определения искомого параметра, колебания возбуждают в элементе эталонной среды, находят зависимость по крайней мере одного из характеристик колебательного процесса от определяемого параметра, обеспечивают контакт элемента эталонной среды с исследуемой средой, вновь возбуждают колебания в элементе эталонной среды, а величину искомого параметра состояния исследуемой среды устанавливают по изменению характеристики колебательного процесса в элементе эталонной среды.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возбуждают модулированные колебания.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве измеряемых характеристик колебательного процесса используют резонансную частоту и/или добротность.
4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве измеряемых характеристик колебательного процесса используют скорость распространения и/или коэффициент поглощения колебаний в элементе эталонной среды.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что находят частоту релаксации эталонной среды, а параметры состояния исследуемой среды определяют по смещению релаксационной частоты.
6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что в элементе эталонной среды возбуждают ультразвуковые колебания.
7. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что в элементе эталонной среды возбуждают гиперзвуковые колебания.
8. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что в элементе эталонной среды возбуждают электромагнитные СВЧ-колебания.
9. Способ по пп.1 - 8, отличающийся тем, что в качестве эталонной среды используют жидкую среду, соответствующую по физическим параметрам исследуемой среде.
10. Способ по пп.1 -9, отличающийся тем, что в качестве эталонной среды используют магнитореологическую среду.
11. Способ по пп. 1 - 10, отличающийся тем, что в качестве эталонной среды используют электрореологическую среду.
12. Способ по пп.1 - 11, отличающийся тем, что эталонную среду подбирают и/или моделируют с линейной зависимостью скорости распространения колебаний от температуры.
13. Способ по пп.1 - 12, отличающийся тем, что эталонную среду подбирают и/или моделируют с линейной зависимостью модуля упругости от давления.