КАССЕТА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКИХ ПРОБ ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ Российский патент 1999 года по МПК G01N29/02 H04R17/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к измерениям акустических характеристик жидких проб, в частности к кассетам для проведения таких измерений.

Предпосылки создания изобретения
Акустические методы определения акустических параметров жидких проб, таких, как скорость распространения и затухания волн, и кассеты, предназначенные для проведения таких измерений, хорошо известны в технике. Наиболее распространенным способом исследования жидких проб является так называемый резонансный метод.

Измерительная кассета, используемая при резонансном методе, описана в международной заявке WO 92/03732, авторы Sarvasyan, Belonenko и Chalikian. Эта кассета содержит два тонких, плоских, пластинчатых электроакустических преобразователя, которые расположены на противоположных лицевых сторонах практически цилиндрического корпуса, образуя по крайней мере одну резонансную камеру, которая заполняется исследуемой жидкой пробой. В одном корпусе кассеты можно выполнить несколько камер для проб, разделенных той же парой электроакустических пластинчатых преобразователей, что позволяет проводить сравнительные измерения исследуемых проб и жидкостей с известными свойствами.

Кассета, описанная в заявке Sarvasyan, Belonenko и Chalikian, представляет собой сборную конструкцию или пакет, содержащий практически цилиндрический основной корпус, образующий камеру или камеры для проб, акустические преобразователи, расположенные на торцах основного корпуса и закрывающие осевые концы камеры (камер) для пробы, и устройства для сборки всей конструкции в одно целое, например, торцевые крышки и осевые болты или круглые резьбовые колпачки. В каждой камере для пробы имеется радиальное отверстие, выполненное в стенке основного корпуса, через которое в камеру подается проба. Это отверстие закрыто упругой трубчатой мембраной, которая охватывает корпус кассеты и образует перегородку, отделяющую пробу от окружающего пространства. В процессе измерений кассета помещается в автоклав, в котором находится жидкость, в которой создается избыточное давление. Давление в этой жидкости создается поршневым насосом и передается жидкой пробе через упругий элемент, который разделяет пробу и жидкость, в которой создается избыточное давление. Один из преобразователей возбуждается высокочастотным электрическим током переменной частоты, а с другого преобразователя снимается выходной сигнал, обрабатывая который получают необходимую информацию.

Как отмечают A.P. Sarvasian и др. в Ultrasonics 29 (1991) стр. 119-124, каждый преобразователь акустической резонансной кассеты можно с обратной стороны подпереть жидкостью. При работе с высоким давлением напряжения, возникающие в преобразователях от действия повышенного давления пробы, можно уменьшить, если на обратной стороне преобразователей создать высокое давление жидкости.

Известные кассеты для акустических измерений обладают рядом недостатков. Во-первых, конструкция известных кассет является сложной и дорогой в изготовлении. Хрупкие, тонкие и легко ломающиеся преобразователи требуют при сборке аккуратного обращения и должны иметь отверстия для прохода осевых болтов, которые используются для сборки отдельных деталей конструкции в одно целое. Затяжку болтов следует производить очень аккуратно, чтобы не создавать в хрупких и легко ломающихся преобразователях повышенных и недопустимых напряжений.

Вторая проблема связана с компенсацией давления, действующего на преобразователи со стороны находящейся при повышенном давлении жидкой пробой. Даже при наличии на обратной стороне преобразователей подпирающей жидкости кассеты известной конструкции не могут использоваться при давлениях свыше приблизительно 20 МПа (200 бар).

Было установлено, что суть этой проблемы связана с упругим элементом, который используется в известных кассетах для разделения жидкой пробы от передающей внешнее давление жидкости. Гибкая мембрана в известных кассетах должна быть сравнительно прочной, чтобы обеспечивать надлежащее уплотнение. При деформации такой сравнительно прочной мембраны и повышении давления пробы из-за деформации мембраны возникает разница в давлениях жидкостей, действующих на лицевую и обратную стороны преобразователей, в результате чего характеристики преобразователей ухудшаются. В конечном счете это может привести к разрушению преобразователей.

При использовании упругого эластичного мембранного элемента для уплотнения камер с пробой возникает другая проблема. При высоком давлении под действием капиллярных сил жидкость, в которую помещается кассета для создания в пробе повышенного давления, проникает по поверхности прилегания мембраны к наружной поверхности корпуса кассеты снаружи в камеру с пробой и "загрязняет" пробу. Эту проблему нельзя решить путем использования более прочных мембран, поскольку при этом возрастает упомянутый выше перепад давления на преобразователях. Таким образом, в настоящее время невозможно обеспечить надежное разделение используемой для повышения давления жидкости и жидкой пробы при высоких давлениях, которые на практике могут превышать 100 МПа (1000 бар).

Еще одной проблемой, с которой приходится сталкиваться при использовании известных кассет, является проблема полного заполнения камеры для пробы жидкой пробой. Полное заполнение камеры для пробы жидкостью необходимо потому, что любое попадание в эту камеру воздуха или газа препятствует созданию в жидкой пробе высокого давления и вносит погрешности в измерения из-за высокой по сравнению с жидкостями сжимаемости газов. Обычная процедура заполнения камеры для пробы акустической измерительной кассеты предусматривает вакуумирование камеры до подачи в нее жидкой пробы. Это не только весьма обременительно, но и может привести к изменению состава жидкой пробы за счет избирательного испарения ее компонентов.

Краткое описание изобретения
Предметом настоящего изобретения является кассета для определения акустических характеристик жидкой пробы, имеющая простую и легко изготавливаемую конструкцию.

Еще одним предметом изобретения является кассета для акустических измерений при высоком давлении, которая обеспечивает надежное разделение жидкой пробы и используемой для создания давления жидкости.

Еще одним предметом изобретения является кассета для акустических измерений, в преобразователях которой не возникают повышенные и неравномерные напряжения и не происходит ухудшения их характеристик из-за перепада давлений.

Еще одним предметом изобретения является кассета, которая легко полностью заполняется жидкой пробой.

Указанные выше проблемы решаются посредством конструкции кассеты для измерения акустических свойств жидкой пробы, включающей
а) корпус кассеты, который имеет первый и второй противоположные плоские торцы и образует по крайней мере одну полость, которая заполняется исследуемой пробой и расположена в осевом направлении между торцами, и имеет также по крайней мере одно боковое отверстие, образующее первый корпусной канал, соединяющий полость для пробы с отверстием, расположенным на наружной поверхности корпуса;
б) первый и второй электроакустические пластинчатые преобразователи, каждый из которых имеет первую и вторую основные плоскости, причем первые основные плоскости первого и второго преобразователя расположены соответственно на первом и втором торцах корпуса кассеты;
в) первые внутренние электроды, расположенные на первых основных плоскостях каждого преобразователя;
г) вторые наружные электроды, расположенные на вторых основных плоскостях каждого преобразователя;
д) первую торцевую крышку, которая имеет плоский торец и расположенную против него торцевую стенку и образует по крайней мере одну первую торцевую полость и имеет также по крайней мере одно отверстие, образующее первый канал торцевой крышки, соединяющий торцевую полость с отверстием, расположенным на наружной поверхности первой крышки; при этом плоский торец первой крышки примыкает ко второй основной плоскости первого преобразователя, а по крайней мере одна торцевая полость имеет окно, расположенное в плоскости торца, которое совпадает по крайней мере с одной камерой корпуса;
е) вторую торцевую крышку, которая имеет плоский торец и расположенную против него торцевую стенку и образует по крайней мере одну вторую торцевую полость и имеет также по крайней мере одно отверстие, образующее второй канал торцевой крышки, соединяющий торцевую полость с отверстием, расположенным на цилиндрической наружной поверхности второй крышки; при этом плоский торец второй крышки примыкает ко второй основной плоскости второго преобразователя, а по крайней мере одна торцевая полость имеет окно, расположенное в плоскости торца, которое совпадает по крайней мере с одной камерой корпуса;
ж) при этом корпус, преобразователи и первая и вторая торцовые крышки образуют пакет, концами которого в направлении продольной оси служат крышки;
з) первый электрический наконечник, установленный в отверстии торцевой стенки первой торцевой крышки и электрически соединенный со вторым электродом первого преобразователя;
и) второй электрический наконечник, установленный в отверстии торцевой стенки второй торцевой крышки и электрически соединенный со вторым электродом второго преобразователя;
к) устройство для сжатия пакета в осевом направлении;
л) втулку, изготовленную из эластичного материала, охватывающую снаружи пакет и закрывающую канал корпуса; и отличающейся тем, что
м) электрические наконечники герметично установлены и образуют уплотнение в соответствующих отверстиях торцевых стенок, и
н) втулка также закрывает каналы в крышках и обеспечивает с помощью полостей торцевых крышек выравнивание давлений на противоположных сторонах преобразователей.

Предпочтительно предусмотреть в конструкции эластичный фиксирующий элемент, выполненный, например, в виде одного или нескольких упругих C-образных зажимов или винтовой пружины, который сжимает в осевом направлении элементы указанного выше пакета и удерживает их в собранном виде.

В соответствии с другим предпочтительным признаком изобретения примыкающие друг к другу торцы корпуса кассеты и торцы ее крышек выполняют с совпадающими кольцевыми канавками, в которые помещается кольцевой элемент или кольцо, центрирующее расположенный между торцами преобразователь. Кроме того, в канавках можно выполнить осевые пазы, которые вместе с соответствующими выступами центрирующих колец определяют взаимное угловое положение корпуса и крышек кассеты.

Конструкция и сборка предлагаемых в изобретении измерительных кассет упрощены за счет применения зажимов, пружин и аналогичных фиксирующих элементов, расположенных снаружи собранной кассеты и удерживающих пакет составных частей кассеты в собранном и сжатом в осевом направлении виде. Такие элементы создают определенное и равномерное осевое сжатие пакета.

Надежное разделение жидкой пробы и создающей давление жидкости в первую очередь обеспечивается за счет изготовления прилегающих друг к другу поверхностей пакета с высокой степенью плоскостности и небольшой шероховатостью, что исключает возможность проникновения создающей давление жидкости под действием капиллярных сил между прилегающими поверхностями даже при средней величине осевого усилия, с которым эти поверхности прижимаются друг к другу.

Кроме того, очень тонкая и податливая эластичная мембрана или втулка, охватывающая снаружи корпус и крышки, вдавливается в радиальные отверстия распорными втулками или пробками, уплотняя радиальные отверстия корпуса кассеты и ее торцевых крышек и надежно разделяя жидкую пробу и создающую давление жидкость. Эластичный материал может иметь толщину порядка 0,2 мм и меньше и поэтому даже при давлениях, превышающих 150 МПа (1500 бар), на эластичном элементе не создается заметного перепада давлений. Для выравнивания давлений на противоположных сторонах преобразователей отверстия в торцевых крышках закрываются такими же эластичными мембрана ми, что и отверстия, предназначенные для заполнения камеры корпуса кассеты жидкой пробой.

Альтернативно или дополнительно параметры кассеты, к которым относятся размеры камеры и полостей, могут выбираться с учетом любой разницы в сжимаемостях жидкой пробы и создающей давление жидкости в соответствии со следующей формулой:
2(C/C₀)+Cβ₀V₀= C₁β₁V₁,
где C = объемная упругость эластичной мембраны, уплотняющей полость с пробой,
С₀ = объемная упругость материала преобразователей,
C₁ = объемная упругость эластичной мембраны, уплотняющей компенсационные полости,
β₀ = коэффициент сжимаемости жидкой пробы,
β₁ = коэффициент сжимаемости жидкости внутри компенсационных полостей,
V₀ = объем полости с пробой,
V₁ = объем компенсационных полостей.

Достигаемый при этом эффект заключается в том, что давление в полостях крышек будет равно давлению в камере с пробой, в результате чего удается избежать недопустимого перепада давлений на преобразователях и существенно повысить точность измерений.

Краткое описание чертежей
Другие предметы, преимущества и отличительные признаки изобретения более подробно приведены ниже в описании предпочтительных вариантов, показанных на приложенных к описанию чертежах, на которых изображено:
на фиг. 1 - сечение по линии A-A по фиг. 2 акустической измерительной кассеты по первому варианту выполнения изобретения;
на фиг. 2 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 - сечение кассеты по линии B-B по фиг. 1;
на фиг. 4 - сечение кассеты аналогичное фиг. 1 по другому варианту выполнения изобретения;
на фиг. 5 - сечение кассеты по линии B-B по фиг. 4;
на фиг. 6 - продольный разрез кассеты по третьему варианту выполнения изобретения;
на фиг. 7 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 6;
на фиг. 8 - продольный разрез кассеты согласно другому варианту выполнения изобретения;
на фиг. 9 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 8;
на фиг. 10 - продольный разрез по линии A-A по фиг. 11 кассеты согласно другому варианту выполнения изобретения;
на фиг. 11 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 10;
на фиг. 12 - продольный разрез по линии A-A по фиг. 13 согласно другому варианту выполнения кассеты по изобретению;
на фиг. 13 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 12;
на фиг. 14 - вид спереди, частично в разрезе согласно другому варианту выполнения кассеты по изобретению;
на фиг. 15 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 14;
на фиг. 16 и 17 - продольные разрезы двух других вариантов выполнения кассеты по изобретению;
на фиг. 18а - продольный разрез наиболее предпочтительного варианта выполнения кассеты по изобретению;
на фиг. 18б и 18в - разрез и вид сверху соответственно одной из деталей кассеты, показанной на фиг. 18а;
на фиг. 19а - схематичное изображение в разрезе системы для заполнения кассеты, выполненной по типу кассеты, показанной на фиг 12;
на фиг. 19б и 19в - изображения системы, показанной на фиг. 19а, на последующих этапах работы;
на фиг. 20 - продольный разрез другого варианта выполнения кассеты по изобретению;
на фиг. 21 - вид сверху кассеты, показанной на фиг. 20.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Предпочтительный вариант выполнения предлагаемой в изобретении измерительной кассеты показан на фиг. 1-3. Кассета 10 содержит практически цилиндрический основной корпус 12, который образует в осевом направлении цилиндрическую резонансную полость 14, первый и второй электроакустические преобразователи 16, 18 и торцевые крышки 20, 22, которые собраны в показанный на фиг. 1 пакет. На противоположных сторонах пакета расположены два C-образных упругих зажима 24, которые удерживают весь пакет в собранном виде и с определенным осевым давлением прижимают элементы пакета друг к другу.

Пружинные зажимы 24 расположены в продольных канавках на наружной поверхности основного корпуса 12 и торцевых крышек 20, 22 и не увеличивают радиального габарита собранной кассеты.

Основной корпус 12 имеет два сквозных расположенных на одном диаметре радиальных отверстия 26, 28, которые соединяют резонансную полость 14 с наружной поверхностью корпуса 12. Каждая торцевая крышка 20, 22 образует компенсационную полость 29 и 31, которые в осевом направлении совпадают с полостью 14 для пробы. Каждая торцевая крышка 20, 22 имеет два радиальных отверстия 30, 32. Отверстия 26 и 30 имеют наружные участки с увеличенным диаметром. На наружных участках отверстий 28, 32 выполнены относительно неглубокие зенковки.

Противоположные торцы корпуса 12 выполнены плоскими и имеют незначительную шероховатость, что достигается, например, их шлифовкой. Такими же выполнены и примыкающие к преобразователям торцы крышек. На обеих рабочих плоскостях преобразователей 16, 18 расположены электроды (не показаны). Электроды изготавливаются из тонкого слоя золота или другого пригодного металла. Плоскостность и гладкость торцов корпуса 12 и крышек 20, 22, которые прилегают к плоским рабочим поверхностям преобразователей, препятствуют проникновению создающей давление жидкости снаружи в резонансную полость кассеты.

В рассматриваемом варианте наружные цилиндрические поверхности корпуса 12 и крышек 20, 22 имеют расположенные друг против друга совпадающие кольцевые канавки. Каждая пара канавок образует кольцевой паз, в котором расположено кольцо 34, 36 соответственно, которое центрирует соответствующий преобразователь 16, 18. Кольца 34, 36 обеспечивают также точную центровку корпуса 12 и крышек 20, 22 и облегчают сборку пакета.

Каждая крышка имеет центральное осевое отверстие для наконечника, который состоит из изоляционной пробки 40, 42 с проходящим насквозь проводником и пружины 44, упирающейся в наружный электрод соответствующего преобразователя и электрически соединяющей наконечник с этим электродом. Установка наконечника в крышку обеспечивает герметичное уплотнение ее центрального отверстия.

Крышка 22 имеет выступающий осевой установочный элемент 46, который предназначен для установки кассеты в сосуд высокого давления или автоклав (не показан).

Как показано на фиг. 3, в наружные участки с увеличенным диаметром отверстий 26, 30 установлены пробки 48, изготовленные из резины или другого пригодного эластичного материала. Кроме того, вся собранная кассета заключена в тонкостенную трубчатую втулку 50, которая закрывает отверстия 28, 30, 32 корпуса 12 и крышек 20, 22.

При испытаниях резонансная полость 14 заполняется жидкой пробой с помощью шприца, подкожной иглой которого протыкается пробка 48. При инжекции жидкой пробы воздух вытесняется наружу через отверстие 28, слегка отжимая эластичную втулку 50. Таким же способом, предпочтительно до инжекции жидкой пробы, полости 29, 31 крышек кассеты заполняются жидкостью, создающей давление, или другой соответствующей жидкостью.

После заполнения полостей соответствующими жидкостями в наружные цековки отверстий 28 и 32 с натягом устанавливаются распорные втулки 51. Распорная втулка 51 прижимает эластичную втулку к стенкам соответствующего отверстия и создает уплотнение, препятствующее образованию внутри кассеты перепадов давления.

Кассета затем помещается в автоклав (не показан), заполненный создающей давление жидкостью, предпочтительно жидкостью, являющейся диэлектриком, например, этанолом, в которой с помощью поршневого насоса или другого аналогичного и хорошо известного способа создается избыточное давление.

Кассета, показанная на фиг. 4 и 5, отличается от кассеты, показанной на фиг. 1-3, тем, что в корпусе 12 и в крышках 20, 22 имеется только одно радиальное отверстие 28, 32. Для заполнения полостей 14, 29 и 31 жидкостью используется съемная трубка. Предпочтительный способ заполнения этой и рассматриваемых ниже кассет подробно описан ниже со ссылками на фиг. 19а, 19б и 19в.

Отличие измерительной кассеты, показанной на фиг. 6 и 7, от кассеты, показанной на фиг. 4 и 5, заключается в том, что осевое сжатие пакета осуществляется не C-образными зажимами, а упругим элементом. В частности, пакет, состоящий из крышки 20, преобразователя 18, корпуса 12, преобразователя 16 и крышки 22, расположенный внутри эластичной втулки 50, помещен с небольшим зазором внутрь мощной винтовой пружины 52. Пружина имеет витки прямоугольного сечения и создает необходимое осевое усилие. Первый конец пружины 52 имеет внутренний фланец 54, в который упирается крышка 20. На другом конце выполнено гнездо 56 с выступающими внутрь запорными элементами 58. В гнездо 56 установлен круглый диск 60 с круглым наружным фланцем 62. Фланец 62 имеет вырезы 64, и после установки диска 60 в гнездо 56 и поворота диска 60 с фланцем 62 относительно запорных элементов 58 гнезда происходит запирание диска 60 в гнезде 56, как показано на фиг. 7.

Диск имеет три резьбовых отверстия 66, в которые установлены винты 68, с помощью которых можно регулировать и выравнивать усилие, с которым винтовая пружина 52 сжимает пакет кассеты.

Кассета, показанная на фиг. 8 и 9, аналогична кассете, показанной на фиг. 4 и 5, за исключением того, что она имеет несколько, в частности три, резонансные полости, одна из которых - 14а - показана на фиг. 8. Крышки 20, 22 образуют соответствующие полости 20a,... и 22a, 22b и 22c (фиг. 9). Для осевого сжатия пакета используются три зажима 24a, 24b, 24c. Крышки 20, 22 и основной корпус 12 имеют совпадающие осевые отверстия 70a, 70b и 70c соответственно, в которые вставляется тонкий стержень (не показан), предназначенный для угловой центровки корпуса 12 и крышек 20, 22. На чертеже показана тонкая эластичная втулка 50 до ее установки в радиальные отверстия распорных втулок 51.

Кассета, показанная на фиг. 10 и 11, отличается от кассеты, показанной на фиг. 4 и 5, тем, что осевая сила, сжимающая отдельные детали пакета друг с другом, создается крышками 20, 22, которые изготовлены из материала, представляющего собой постоянный магнит. В осевом направлении крышки намагничены в соответствии с фиг. 10 и притягиваются друг к другу, создавая необходимое осевое сжатие пакета. Основной корпус 12 можно изготовить из магнитомягкого материала, что однако не обязательно, если магнитное притяжение противоположных полюсов N-S крышек 20, 22 достаточно велико. Путем заполнения кольцевых зазоров между крышками 20, 22, корпусом 12 и центрирующими кольцами 34, 36 магнитной жидкостью можно обеспечить получение специальных дополнительных магнитных и электрических эффектов.

Кассета, показанная на фиг. 12 и 13, отличается от кассеты, показанной на фиг. 10 и 11, наличием дренажной и наполняющей трубки 72, которую можно выполнить съемной и которая проходит в осевом направлении в наружных стенках основного корпуса 12 и крышек 20, 22 рядом с радиальными отверстиями 32, 28. Трубка 72 имеет радиальные отверстия 74, которые сообщаются с отверстиями 28, 32. Трубка 72 фиксируется эластичной втулкой 50 (см. фиг. 13) и используется для отвода газа и подвода жидкости при заполнении полостей 14, 20 и 22, как более подробно описано ниже со ссылками на фиг. 19а, 19б и 19в. Кассету, показанную на фиг. 12, можно также использовать для исследования жидкостей в процессе течения. В кассетах, конструкция которых показана на фиг. 10-12, можно исследовать гидравлические свойства жидкостей в условиях магнитного поля. В этом случае исследуемая магнитная жидкость непрерывно подается в полость 14 по трубке 72 через отверстие 74, сообщающееся с отверстием 28, и отводится через другое радиальное отверстие 26 и другую осевую трубку (не показана), аналогичную трубке 72. Прекращая и возобновляя движение жидкости в определенные моменты можно измерять параметры магнитной релаксации магнитной жидкости.

Вариант, показанный на фиг. 14 и 15, представляет собой многокамерную кассету, аналогичную показанной на фиг. 8 и 9. Основной корпус 12 образует четыре резонансные полости 14 и соответствующее количество расположенных с ними на одной оси компенсационных полостей 29a-29d (фиг. 15). Осевое сжатие пакета осуществляется с помощью выполненного в виде стержня центрального соединительного элемента 78, который проходит через соосные центральные отверстия, выполненные в корпусе 12 и крышках 20, 22. На одном конце соединительного элемента 78 расположена шестигранная головка 80. На другом конце нарезана резьба 82, на которую навернут резьбовой колпачок 84. Между крышкой 20 и резьбовым колпачком 84 расположена винтовая пружина 86 или другое упругое устройство, позволяющее получить регулируемое осевое сжатие пакета. Осевое сжатие можно регулировать изменением жесткости винтовой пружины 86 и степени затяжки резьбового колпачка 84. Для углового совмещения корпуса и крышек используется штифт 88, установленный в совпадающие осевые отверстия корпуса 12 и крышек 20, 22.

Кассета, показанная на фиг. 16, имеет крышки 20, 22, форма которых уменьшает обратное отражение звуковых волн к преобразователям. Для этого, в частности, внутренние передние стенки 20R, 22R крышек 20 и 22 соответственно выполнены в виде отражателя, имеющего форму гиперболоида вращения или конуса, отражающего звуковые волны, распространяющиеся от задней стороны соответствующего преобразователя в соседнюю компенсационную полость, в направлении ее боковой стенки. Для установки электрических наконечников используются осевые отверстия 90 (не показаны).

Измерительная кассета, показанная на фиг. 17, имеет расположенный на дне каждой компенсационной полости 29, 31 слой 92 звукопоглощающего материала 92. Звукопоглощающий материал может содержать полые сферические частицы, предпочтительно диаметром от 10 до 500 микрон с толщиной стенки от 0,1 до 10 микрон. По крайней мере часть этих частиц имеет перфорированные стенки. Еще одной особенностью этой кассеты является то, что компенсационные полости сообщаются с цековками, выполненными снаружи в цилиндрических стенках крышек 20, 22, каналами, имеющими осевой и радиальный участки, как показано на фиг. 17.

На фиг. 18а схематично в осевом сечении показан наиболее предпочтительный вариант выполнения предлагаемой в изобретении конструкции. Кассета, показанная на фиг. 18а, содержит в указанной последовательности верхний несущий контакты диск 130, дисковое основание 132 первого преобразователя, расположенное по оси на некотором расстоянии от диска 130, первый электроакустический преобразователь 134, центральный элемент 136, второй электроакустический преобразователь 135, дисковое основание 138 второго преобразователя и нижний несущий контакты диск 140, расположенный по оси на некотором расстоянии от диска 138.

Все эти элементы имеют центральные отверстия, через которые проходит крепежная трубка 142. Трубка 142 имеет нижний резьбовой конец 142a, который ввернут в основание 144, к которому трубка прижимается стопорной гайкой 146. На верхний резьбовой конец трубки 142 навернута еще одна гайка 147. Гайка 147 имеет заостренный нижний конец, который упирается в дно цековки центрального отверстия, выполненного в верхнем несущем контакты диске, и может пластически деформироваться, ограничивая величину осевого усилия, создаваемого системой, состоящей из крепежной трубки 142 и гаек 146, 147. Компоненты кассеты 130, 132, 136, 138, 140 и 142 изготовлены из металла, а во внутренней кольцевой канавке центрального элемента расположен пружинный элемент 148, который электрически соединяет центральный элемент 36 с крепежной трубкой 142, которая в свою очередь заземлена через основание 144.

Центральный элемент 136 образует четыре резонансные полости, две из которых - 14a, 14b - показаны на фиг. 18а. Образующий основание преобразователя диск 132, показанный в разрезе на фиг. 18б, а в плане - на фиг. 18в, имеет четыре отверстия 150a-150d, которые служат компенсационными камерами. В четыре отверстия 152a-152d, смещенные по окружности относительно отверстий 150a-150d, устанавливаются болты (не показаны), которые проходят через соответствующие отверстия центрального элемента и образующего основание преобразователя диска 138 и вместе с навернутыми на них гайками удерживают весь состоящий из дисков 132, 138, преобразователей 134, 135 и центрального элемента 136 узел в собранном виде. В промежутках между дисками 132, 138 и дисками 130, 140, которые образуют каналы крышек, расположены головки болтов и гайки, которые выступают над дисками 132, 138.

Верхний и нижний несущие контакты диски имеют по четыре отверстия, в которые вставлены изоляционные пробки 40 с наконечниками для подачи электрической энергии высокой частоты к соединенным с ними "горячим" электродам преобразователей 134, 135. Каждый горячий электрод представляет собой круглый участок слоя металла на задней стороне соответствующего преобразователя, изолированного узким зазором от расположенного вокруг него слоя металла, в который упирается соседний, служащий основанием преобразователя диск. То же самое относится и к остальным рассмотренным вариантам.

На основании кассеты расположены четыре контакта 156, электрически соединенные с контактами 40 нижнего несущего контакты диска 140.

На фиг. 19а, 19б и 19в показано устройство, которое целесообразно использовать для заполнения кассет, показанных на фиг. 4-18, с помощью дренажной и заполняющей трубки 72, показанной на фиг. 12 и 13. Устройство содержит основание 100, на верхней поверхности которого имеется кольцевая канавка, в которой расположено уплотнение в виде резинового круглого кольца 102. Устройство имеет также куполообразную крышку с открытым концом, которая упирается в уплотнительное кольцо 102 и образует закрытую камеру 106. Первый канал 108, в котором установлен клапан 110, соединяет камеру 106 с вакуум-насосом 112. Второй канал 114 соединяет камеру 106 с прибором для измерения давления 116 и через клапан 118 с атмосферой.

Емкость 120, имеющая отверстие 122 и заполняемая подлежащей испытаниям жидкой пробой 124 или другой жидкостью, которой заполняются полости для пробы или компенсационные полости, установлена с возможностью вращения в верхней части камеры 106. Емкость 120 с пробой соединена с устройством дистанционного управления (не показано), которое позволяет поворачивать емкость из положения, показанного на фиг. 19а, в положение, показанное на фиг. 19б.

В нижней части камеры 106 под емкостью 120 расположен открытый бачок 128, в который помещается заполняемая кассета 10.

Во время работы емкость заполняется жидкостью 124, которой должны заполняться полость для пробы и/или компенсационные полости кассеты 10. Подлежащая заполнению кассета 10, имеющая дренажную и заполняющую трубку 72 (фиг. 12 и 13), помещается в бачок 128. Затем на место устанавливается крышка 104, которая упирается в круглое кольцо 102 и уплотняет камеру 106.

Воздух и пары откачиваются из камеры насосом 112 до тех пор, пока давление в камере 106 не превысит на незначительную величину давление насыщенного пара жидкости 124. При этом происходит удаление воздуха из камеры 106 и дегазация жидкости 124 без какого-либо изменения ее состава за счет избирательного испарения. Во время этой операции клапан 118 закрыт, а клапан 110 открыт.

После удаления воздуха из камеры 106 и дегазации находящейся в емкости 120 жидкости клапан 110 закрывается. Емкость 120 поворачивается в положение, показанное на фиг. 19б, и жидкость 124 из нее выливается в бачок 128. Объем жидкости должен быть достаточным для того, чтобы находящаяся в бачке 128 кассета 10 была полностью погружена в жидкость. Затем открывается клапан 118 и камера 106 заполняется воздухом, под действием которого жидкость 124 через трубку 72 и радиальные отверстия 74 поступает в полости 28, 32 (фиг. 12). Если все три полости заполняются одновременно, то жидкость 124 используется как жидкая проба или как эталонная жидкость.

Затем трубка 72 удаляется, а кассета 10 остается погруженной в жидкость. После удаления трубки 72 эластичная втулка 50 автоматически закрывает радиальные отверстия. После этого производится окончательное уплотнение кассеты путем установки распорных втулок 51 в зенковки отверстий 28, 32. Тонкая эластичная втулка с усилием вдавливается распорными втулками в зенковки отверстий и уплотняет отверстия, выдерживая разницу давлений.

На фиг. 20 и 21 показана кассета, в которой полость 14 для пробы можно заполнять одной жидкостью, а компенсационные полости 29, 31 другими жидкостями. Кассета, показанная на фиг. 20 и 21 отличается от кассеты, показанной на фиг. 12 и 13 тем, что радиальное отверстие 28 и радиальные отверстия 32, 34 расположены на противоположных сторонах.

Сначала по способу, описанному выше со ссылками на фиг. 19а и 19в, с помощью трубки 72 с двумя радиальными отверстиями 74 заполняются компенсационные полости 29, 31, а затем с помощью трубки 72 (не показана) с одним радиальным отверстием, соосным с отверстием 28, заполняется пробой полость 14.

Если компенсационные полости 29, 31 заполняются жидкостью, например, жидкостью, используемой для создания давления в кассете, отличающейся от исследуемой жидкости, которой заполняется полость 14 для пробы, то, как отмечено выше, предпочтительно соблюдать следующее условие:
2(C/C₀)+Cβ₀V₀= C₁β₁V₁.я

Кассета включает в себя цилиндрический корпус с плоскими торцами. Корпус имеет резонансную полость, заполняемую исследуемой пробой. В боковой стенке выполнено отверстие. На торцах корпуса размещены электроакустические пластинчатые преобразователи. Имеется средство для сжатия собранной кассеты в осевом направлении и втулка, плотно охватывающая кассету и закрывающая отверстие корпуса. Кассета снабжена двумя торцевыми крышками. Каждая из крышек установлена со стороны соответствующего торца корпуса. Выполнена с компенсационной полостью и отверстием в боковой стенке. Каждая крышка имеет отверстие в упомянутом торце, совпадающее с резонансной полостью корпуса. В противоположном торце имеется отверстие, в котором герметически установлен соответствующий наконечник. Технический результат - повышение надежности разделения точности измерений, простота конструкции, отсутствие ухудшения характеристик из-за перепада давления. 11 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Кассета для измерений акустических свойств жидкой пробы, включающая в себя цилиндрический с плоскими торцами и по крайней мере одной заполняемой исследуемой пробой резонансной полостью корпус, в боковой стенке которого выполнено по крайней мере одно отверстие, сообщающееся с упомянутой полостью, размещенные на соответствующих торцах корпуса первый и второй электроакустические пластинчатые преобразователи, каждый из которых имеет один электрод, расположенный на обращенной внутрь цилиндрического корпуса стороне преобразователя, и другой электрод, расположенный на противоположной стороне упомянутого преобразователя и соединенный с соответствующим электрическим наконечником, средство для сжатия собранной кассеты в осевом направлении и выполненную из эластичного материала втулку плотно охватывающую кассету с возможностью закрытия канала корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена двумя торцевыми крышками с цилиндрической наружной поверхностью, каждая из крышек установлена со стороны соответствующего торца корпуса с возможностью упора одним ее плоским торцом во внешнюю поверхность соответствующего электроакустического преобразователя, и выполнена с по крайней мере одной компенсационной полостью, по крайней мере одним сообщающимся с упомянутой полостью отверстием в боковой стенке, при этом каждая крышка имеет отверстие в упомянутом торце, совпадающее с резонансной полостью корпуса, а в противоположном торце - отверстие, в котором герметически установлен соответствующий наконечник. 2. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена кольцами, каждое из которых установлено с наружной стороны в соответствующее отверстие в боковой стенке, вдавливая в него участок втулки с образованием выдерживающего давление уплотнения. 3. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что каждый наконечник установлен с возможностью образования выдерживающего давление уплотнения торцевой стенки. 4. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что поверхности корпуса и крышек на торцах отшлифованы. 5. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что средство сжатия собранной кассеты в осевом направлении выполнено в виде зажима С-образной формы. 6. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что средство сжатия собранной кассеты в осевом направлении выполнено в виде спиральной пружины, установленной с возможностью охвата пакета, составленного из корпуса и крышек. 7. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что средство сжатия собранной кассеты в осевом направлении выполнено в виде пропущенного через соответствующие соосные отверстия в корпусе и крышках стержня центрального соединительного элемента с головкой на одном конце и резиновым колпачком на другом, при этом между колпачком и соответствующей крышкой размещена пружина. 8. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что в боковой стенке корпуса выполнено второе отверстие, сообщающееся с соответствующей резонансной полостью, закрытое вставленной в него с натягом пробкой из эластичного материала. 9. Кассета по п.8, отличающаяся тем, что первое отверстие корпуса выполнено с угловым смещением относительно других отверстий корпуса и отверстий в боковых стенках крышек. 10. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что каждая крышка и корпус с наружной стороны выполнены с кольцевыми канавками с возможностью совпадения соответствующей пары канавок крышки и корпуса и образования кольцевого паза, предназначенного для установки в нем центрирующего кольца. 11. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что каждая крышка выполнена с коническим выступом на торцевой стенке с внутренней стороны. 12. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что в полость каждой крышки помещен звукопоглощающий материал.