Способ динамической градуировки преобразователей солености растворов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/85 

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для динамической градуировки измерителей солености и электропроводности растворов.

Целью изобретения является расширение рабочего диапазона динамической градуировки в сторону высоких частот.

На чертеже изображено устройство реализующее способ динамической гра ..дуировки преобразователей солености растворов.

В сосуде с рабочей жидкостью выполнены оптические окна (не показаны) для.пропускания в жидкость излучения лазера 2. Устройство также содержит расщепитель 3 дпя расщеплени лазерного луча на п лучей (на чертеже ) и направляющую 4, по которой градуируемый измеритель солености 5 имеет возможность двигаться вдоль сосуда 1.

Наверху сосуда 1 над поверхность рабочей жидкости имеется доза тор кристаллов соли (не показан). Величина кристаллов соли выбирается

в дапазоне их объема (0,001 ViO,1)MM Нижний предел величины кристаллов соли ограничивается возможностью их седиментации в жидкости под действием собственного веса. Верхний предел объема кристаллов ограничен образованием за кристаллом при его седиментации в жидкости карманонской Дорожки. Экспериментальные исследования позволяют считать данный диапазон оптимальным для достижения поставленной цели. Длину волны лазерного излучения выбирают из условия обеспечения нахождения спектральног коэффициента поглощения жидкостью лазерного излучения в диапазоне от 2 до 1000 м ,

При меньшем коэффициенте поглощения все излучение пройдет сквозь рабочую жидкость без заметного поглщения . При большем значительная час излучения задержится в пограничных слоях жидкости.

От расщепителя 3 при реализации способа можно отказаться в случае, если стенки сосуда 1 вьшолнить зеркальными для лазерного луча, наклоненного под углом к вертикали.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

10

15

С помощью дозатора опускают в сосуд 1 с жидкостью кристалл соли, который седиментирует в жидкости под действием сипы тяжести. При этом, растворяясь в жидкости, кристалл оставляет за собой солевой след одного диаметра, несмотря на уменьшение его размеров.

Длина следа определяется размерами кристалла, диаметр - физической природой растворителя (но не диаметром кристалла). Поэтому, если необходимо увеличить диаметр солевого следа, то опускают в жидкость неско20

25

. ,

;

30

лько расположенных рядом кристаллов Соли. Солевой след имеет время жизни около 2 мин ввиду малого значения коэффициента диффузии соли в большинстве жидкостей (например, коэффициент диффузии соли в воде D -10- ).

Затем включают лазер 2 и простреливают солевой след серией параллельных лазерных лучей, формируемых расщепителем 3. При этом в рабочей жидкости фop даpyютcя зоны повьшенной температуры 7, пересекающие солевой след 6.

Коэффициент диффузии тепла в жидкости превьш1ает коэффициент диф(}1узии соли на два порядка (например, температуропроводность воды равна

10 ). Поэтому в точках пересечения через несколько секунд из-за

35 термодиффузии неоднородности по солености (и температуре) будут отсутствовать и солевой след 6 примет вид прерьгоистого цилиндра.

Таким образом, в рабочей жидкости формируется пространственная зона с чередованием значений солености жидкости- и с временем жизни около 2 мин. Перемещая преобразователь 5 вдоль солевой неоднородности последовательно с различными скоростями и регистрируя при этом его выходной сигнал, осуществляют динамическую градуировку преобразователя 5 Частота входного сигнала будет зависеть от ско рости перемещения преобразователя 5. Аналогичные результаты динамической градуировки можно получить и на устройстве, в котором прерывистые солевые метки получаются с помощью зеркал и одного лазерного луча.

Если перемещение градуируемого преобразователя 5 вдоль солевого следа 6 начать сразу после прекраще40

45

55

31

ния лазерного импульса и закончить перемещение еще при жизни тепловой неоднородности (менее, чем через 6-8 с), то за время перемещения на преобразователь будут воздействовать пульсации солености различной амплитуды, что позволяет определить предельную чувствительность преобразователя к пульсациям и амплитудную характеристику последнего.

Другой режим градуировки можно обеспечить, начав перемещение преобразователя через 6-8 с после окончания действия лазерного излучения. Тогда формируется след типа соле- HOCTL - отсутствие солености.

П р и м е р. Б качестве рабочей жидкости использовалась дистиллированная вода при 18 С, в качестве се- диментирз щих кристаллов соли исполь зовались кристаллы поваренной соли объемом 0,001-0,01 мм. Изпользовал- ся неодимовый лазер, работающий в режиме свободной генерации на длине волны 1,06 мкм, а в качестве градуи- руемого преобраздвателя был использован датчик электропроводности разработки ОКБ океанологической техники института океанологии имени П.П.Ширшова АН СССР. Для визуализации соле- вых и тепловых неоднородностей использовался теневой прибор. Известно что коэффициент поглощения воды на длине волны 1,06 мкм - 0,12 см , коэффициент термодиффузии в воде ра- вен -см /с, а коэффициент диффузии поваренной соли в воде равен

10- cMVc. ;

При седиментации в воде кристал-- лов поваренной соли в ней получается солевой след строго постоянного диаметра (1,5 + 0,1) мм со средней концентрацией 1,5%, длиной более 1 м, временем жизнц 2 мин.

При поглощении водой импульсного сфокусированного излучения неодимо- го лазера энергией 1 Дж/импульс в ней возникала тепловая неоднородност (диаметром от 1 до 2 мм в области каустики линзы) со средним превыше- нием температуры над фоном в несколько градусов. Длина температурной неоднородности см, время жизни 6-8 с.

11- 4

При пересечении солевой и тепло- вой неоднородностей время жизни солевой неоднородности сокращалось с 2 мин до нескольких секунд. Следовательно, через несколько секунд при выполнении описанных условий эксперимента в воде формируется среда с заданным распределением солености, необходимая для достижения поставленной цели.

Формула изобретения

1. Способ динамической градуировки преобразователей солености растворов, заключающийся в том, что перемещают градуируемьш преобразователь относительно среды с известным пространственным распределением солености и одновременно регистрируют выходной сигнал градуируемого преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона динамической градуировки в сторону высоких частот, среду, с известным пространственным распределением солености создают путем седиментации в неподвижной жидкости кристалла соли объемом от 0,001 до 0,1 мм с последующим облучением имт пульсным лазерным излучением участков равной длины полученного солевого следа, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга, при этом длину волны лазерного излучения выбирают таким образом, чтобы спектральный коэффициент поглощения излучения раствором находился в пределах от 2 до 1000 м , а градуируемый преобразователь перемещают вдоль полученного солевого следа.

2.Способ ПОП.1, отлича ю- щ и и с я тем, что перемещение градуируемого преобразователя вдоль полученного солевого следа проводят в интервале времени от О до 6-8 с после окончания облучения импульсным лазерным излучением.

3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что перемещение градуируемого преобразователя вдоль полученного солевого следа проводят через 6-8 с после окончания облучени импульсным лазерным излучением.

Изобретение относится к области исследования солености жидких сред и может использоваться при динамической градуировке датчиков (преобразователей) -солености и электропроводности. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона динамической градуировки в сторону высоких частот. Суть изобретения - в создании внутри жидкости пространственной цилиндрической области с равномерно чередующимися областями, имеющими различную величину солености (в частности нулевую). Области с пониженной (или нулевой) соленостью образуются в местах пересечения солевого следа, оставленного при седиментации в жидкости солевым кристаллом, и пучка лазерного излучения. В форг муле изобретения указьшаются границы диапазона размеров солевых кристаллов и диапазона коэффициентов поглощения лазерного излучения (исходя из которых выбирается длина волны лазерного излучения). Приводятся два режима градуировки. 2 з.п ф-лы. 1 ил. с iS (Л W) о СлЭ х

Редактор А.Долинич

Составитель В.Калечиц

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1302/44Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производстве нио-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4