Способ измерения физических свойств жидких и газообразных сред Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразв ковой измерительной технике и может быть использовано при определении скорости распространения ультразвуковых колебаний и плотности в иссле дуемой среде в различных областях промьлпленности, например в химической илинефтехимической. Известен способ измерения физических жидкостей, заключающийся в ,том, что возбуждают ультразвуковые колебания, направляют их под углом к границе исследуемой жидкости, измеряют коэффициент отражения при наклонном.падении, направляют ультразвуковые колебания нормально к границе исследуемой жидкости, измеряют коэффициент отражения при нормальн-ом падении и определяют ско рость распространения ультразвуковы колебаний и плотность исследуемой жидкости 13 , Однако известный способ характеризуется недостаточной точностью измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний из-за nor грешностей при измерении коэффициен тов отралсения. Наиболее близким к изобретению по«технической сущности является способ измерения физических свойств жидких и газообразных сред, заключа ющийся в том, что возбуждают в иссл дуемой среде ультразвуковые колебания, освещают среду световым пучком направленным нормально относительно оси, вдоль которой распространяются ультразвуковые колебания, измеряют частоту ультразвуковых колебаний и длину световой волны, находят дифракционный максимум п-го порядка, измеряют угол дифракции и определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний 23 . Однако известный способ характеризуется недостаточно высокой инфор мативностью из-за невозможности определения плотности исследуемой сре ды. Цель изобретения - повьппение информативности, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения физических свойств жидких и газообразных сред, заключалощемуся в том, что возбуждают в исследуемой среде ультразвуковые колебания, освещают .среду световым пучком, направленным нормально относительно оси, вдоль которой распространяются ультразвуковые колебания, измеряют частоту ультразвуковых колебаний и длину световой волны, находят дифракционный максимум п-го порядка, измеряют угол дифракции и определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний, находят дифракционный максимум нулевого порядка, плавно изменяют частоту .возбуждаемых ультразвуковых колебаний, измеряют изменение интенсифности дифракционного максимума нулевого порядка, находят по измеренному изменению ширину резонансной характеристики электроакустического преобразователя и определяют плотность исследуемой среды. На чертеже представлена схема устройства, реализующая способ измерения физических свойств жидких и газообразных сред. Устройство содержит акустическую ячейку 1, выполненну;с, например, в виде автоклава высокого давления, анализатор 2 частотных характеристик, например, XI-48, частотомер 3, Акустическая ячейка 1 содержит электроакустический преобразователь 4, например пьезокварцевую пластину, пружинный лепестковый держатель 5 электроакустического преобразователя 4, гасители 6 ультразвуковых колебаний и оптические окна 7. Устройство, кроме того, содержит источник 8 света, например лазер, систему 9 линз, формирующую световой пучок, фоку сиру нщую линзу 10 и фотоэлектрический, датчик 11, расположенный в фокусе линзы 0. Сущность способа заключается в следующем, Заполняют акустическую ячейку 1 исследуемой средой 12, Возбуждают в исследуемой среде 2 ультразвуковые колебания фиксированной частоты посредством электроакустического преобразователя 4. Включают источник 8 света, формируют системой 9 линз световой пучок и освещают им исследУемую среду 12 через одно из опти- ческих окон 7 нормально относительно оси, вдоль которой распространяются ультразвуковые колебания. Измеряют частоту ультразвуковых колебаний частотомером 3 и длину Л световой волны. Посредством фокусирующей линзы 10 и фотоэлектрического датчика 11 регистрируют прошедший через ис31следуемую среду 12 дифрагированный ультразвуковыми колебаниями светово пучок и находят дифракционный максимум п-го порядка. Измеряют угол б дифракции и определяют скорость с распространения ультразвуковых коле баний в исследуемой среде 12 по фор муле f.A-n где f - частота ультразвуковых колебаний, Гц; Л - длина световой волны, м; ; п - порядок дифракционного максимума; 0 - угол между волновым вектором дифрагированного света и волновым фронтом ультразвуковых колебаний угол дифракции, град; с - скорость распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде 12 м/с. Затем находят дифракционный максимум нулевого порядка и посредство анализатора 2 частотных характеристик плавно изменяют частоту возбуждаемых ультразвуковых колебаний в области резонансной частоты элек троакустического преобразователя 4 и измеряют фотоэлектрическим датчиком 11 и анализатором 2 частотных х рактеристик изменение интенсивности дифракционного максимума нулевого порядка в зависимости от частоты yльJгpaзвyкoвыx колебаний. Так как интенсивность дифракционного максимума пропорциональна интенсивности ультразвуковых колебаний, то по измеренному изменению интенсивности дифракционного максимума нулевого порядка находят ширину 4f резонансной характеристики электроакусти4ческого преобразователя 4, например,, на уровне 3 дБ. Вследствие того, что пружинный лепестковый держатель 5 обеспечивает двухстороннее акустическое нагрзгжение электроакустического преобразователя 4 на исследуемую среду 12, а гасители 6 - режим бегущей волны, зная скорость, с, распространения ультразвукЪ и плотность р материала электроакустического преобразователя 4, плотность f исследуемой среды 12 определяют по формуле df7rpn.Cfi - . где 4т - ширина резонансной характеристики электроакустического преобразователя 4 на уровне 3 дБ, Гц; , - плотность материала электроакустического преобразователя 4, Cf, - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале электроакустического преобразователя 4, м/с; fjj - резонансн)Я частота электроакустического преобразователя 4, Гц. Предлагаемый способ повышает нформативность измерения физичесих свойств жидких и газообразных ред, так как позволяет определить лотность исследуемой среды за счет пераций плавного изменения частоты озбуждаемых ультразвуковых колебаий и нахождения ширины резонансной арактеристики электроакустического реобразователя по изменению интенивности дифракционного максимума улевого порядка в зависимости от астоты.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ .СРЕД, заключающийся в том, что возбуждают в исследуемой среде ультразвуковые колебания, освещают среду светойым пучком, направленным нормально относительно оси, вдоль которой распространяются ультразвуковые колебания, измеряют частоту ультразвуковых колебаний и длину световой волны, находят дифракционный максимум п-го порядка, измеряют угол дифракции и определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний, отли-чающийся тем, что, с целью повышения информативности, находят дифракциомный максимум нулевого порядка, плавно изменяют частоту возбуждаемых ультразвуковых колебаний, измеряют изменение интенсивности дифракционного максимума нулевого порядка, находят по измеренному изменению ширину резонансной характеристики электроакустического преобразователя и определяют плотность исследуемой среды.