Способ измерения давления и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01L11/00 G01L11/02 

j;

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Измеряемое давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, а поршень давит на разделительную жидкость, которая через мембрану отверстия 6 передает давление пьезометрической жидкости, находящейся в камере 7. Состояние пьезометрической жидкости изменяется, в соответствии с этим меняется и оптический сигнал, поступающий на фотоприемники 17 и 16. Сигнал далее поступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивности рассеянного и проходящего световых потоков, что и характеризует измеряемое давление. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

19

W

§

(Л

щ

Фиг Ч

находящейся в камере 7. Состояние пьезометрической ждцкости изменяется, в соответствии с этим меняется и оптический сигнал, поступающий на фотоприемники 17 и 16. Далее сигнал поИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам и устройствам для иэме- рения давления, и может быть использовано, например, для измерения как абсолютной величины атмосферного давления, так и его малых отклонений.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.

На фиг,1 изображены фазовая диаграмма раствора н-пропанол-вода-хло- рид натрия с двойной критической точкой; на фиг.2 - график зависимости -., интенсивности рассеянного света от давления при углах рассеяния 90.°; на фиг.З - график зависимости коэффициента рассеяния света в растворе от давления при углах рассеяния

1-5°; йа фиг.4 - устройства для измерения давления, общий вид.

При измерении давления по предлагаемому способу в качестве жидкости используют раствор с двойной крити- ческой точкой, регистрируют интенсивность рассеянного света, а величину давления определяют из соотношения

-bcjp-p.),

где Р0 - давление, при котором происходит фазовый переход жидкости}

f - измеряемое давление;

С - постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой;

В - постоянная, зависящая от

угла рассеяния;

10 - интенсивность света, -создаваемая источником;

1р - интенсивность рассеянного

света.

Двойная критическая точка - точка на фазовой диа рамме раствора, отве

ступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивности рассеянного и проходящего световых потоков, чтп ч характеризует измеряемое давление. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Q

5 0

5

0

Q

g

5

чающая слиянию двух обычных фазовых переходов 2-го рода. В случае жидких бинарных смесей известны системы, гетерогенное (расслоенное) состояние которых находится между верхней Тв и нижней Тн критическими температурами (фиг.1),

Наиболее оптимальным режимом осуществления способа Авляется регистрация интенсивно.сти рассеянного под углом 1-5° к оптической оси входящего в жидкость светового потока, т.е. в таких угловых пределах, где распола1- гается первый интерференционный максимум кольцевой структуры рассеяния, возникающий вблизи двойной критической точкив

С целью расширения диапазона измеряемого давления регистрацию рассеянного света проводят под утлом 90 к направлению входящего светового потока.

Способ позволяет регистрировать изменение давления со средней чувствительностью 10 атм, причем при регистрации рассеяния света под углом 1-5° чувствительность способа возрастает в 100 раз по сравнению со средним значением чувствительности, при рассеянии света под углом 90° .. . увеличивается предел измерения давления до значения 10 атм.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.4) состоит из корпуса с нижней термостатирующей частью. Верхнюю часть корпуса 1 посредством упругих пластин 2 герметично закрывает диафрагма 3, которая соединена с поршнем 4. Последний входит в цилиндрическую втулку 5 корпуса 1 , в свою очередь, соединена с отверстием камеры 6, которая заполнена раствором н-проианол-вода-хлорид натрия. Отверстие перекрыто мембраной 7 из полимерной пленки, а пространство втулки 5 между мембраной 7 .отверстия и поршнем 4 заполнено разделительной жидкостью. Камера 6 выполнена с оптическими окнами 8-10 и

имеет вмонтированные световоды 1 1 . Для предотвращения попадания воздуха (пузырька) под поршень и создания необходимого начального гидростатического давления сверху цилиндрической втулки 5 установлен бачок 12 с маслом. Клапан 13 служит для регулирования рабочего давления в камере 6.

Устройство имеет источник 14 лазерного излучения, установленный пе- ред входным окном 8, фотоприемники 15 и 16, размещенные за окнами 9 и 10 соответственно, причем диаметры окна 9 и фотоприемника 14 связаны с расстоянием последних до области рас- сеяния в- растворе соотношениями: d и 0,01712, на выходе излучения из окна 9 установлены дополнительный фотоприемник 17 и ослабитель в виде диафрагмы 18. Выходы фотоприемников 15, 16 и 17 подсоединены к блоку 19 сравнения.

Состав пьезоэлектрической жидкости подобран таким, что при заданной температуре и исходном давлении жид- костная среда находится в гомогенном состоянии вблизи двойной критической точки. Давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, свободно перемещающемуся в пространстве цилиндрической втулки 5. Перемещаясь при измерении давления, поршень 4 давит на разделительную жидкость, которая через мембрану 7 отверстия передает давление пьезометрической жидкости, находящейся в камере 6, создавая в ней избыточное давление. Состояние пьезометрической жидкости изменяется, в соответствии с этим изменением изменяется и оптический сиг- нал, поступающий на фотоприемники 16 и 16 Сигнал с фотоприемников 15 и 17 поступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивностях рассеянного и проходящего световых потоков. Последний является опорным сигналом для выделения полезного светового сигнала 10 . Такая схема вклю-.- чения позволяет свести к минимуму эффекты ослабления рассеянного света вблизи двойной критической точки, так как ослабление рассеянного света компенсируется ослаблением проходящего света. Таким образом, сигнал разбаланса схемы сравнения пропорционален приложенному давлению. При работе фотоприемника 16 не работает фотоприемник 17, и наоборот. Регистрация рассеянного под углом 1-5°света осуществляется путем экранирования, световых лучей под углами, удовлетворяющими условию . Экранирование лучей, рассеянных под углом менее 1°, обеспечивается лицевой (входной) частью фотоприемника, расположенного на оптической оси, имеющей входную апертуру 1°, Экранирование лучей, рассеянных под углом более 5° обеспечивается величиной апертуры выходного окна корпуса,- составляющей 5.

Как видно из фиг.З, зависимость значений коэффициента рассеяния 1/1э R от величины изменения давления стремится к бесконечности при (в уравнении (1) константа В - 0) , Это обстоятельство позволяет регистрировать малые изменения давления. Действительно, при реально достижимом значении ДР 0,1 атм значение ДЕ/ДР «2-Ю2 (фиг.З) и, учитывая, что существующие; (дифференциальные) методы регистрации изменения светового потока легко обеспечивают чувствительность в определении 10-10 , получают чувствительность способа по давлению Р 10 - 10 Па (0 6-10 7 атм).

При рассеянии под углом 90 величина рассеяния остается конечной (фиг.2), что ограничивает чувствительность по давлению на уровне 10 атм. Однако благодаря отсутствию паразитного света от стенок световодов, который имеет место при рассеянии под другими, в том числе малыми : углами, создается возможность для наблюдения рассеяния в более широком диапазоне интенсивностей (включая малые интенсивности), т.е. измерять давления в широком диапазоне 10 - I О3 атм. Ограничения по давлению при малых углах возникают по следующим причинам: нижний предел (0L,1 атм) - в связи с тем обстоятельством, что при этих значениях давлений при за- данных температурах двойной критической, точки (45°С) раствор закипает, .верхний обусловлен наличием под малыми углами блика (отражений от стенок световодов), по интенсивности сравнимого с рассеянием при атм

При взаимно перпендикулярном рас положении световодов входного и выходного излучений, т.е. регистрации рассеянного под 90° света при чувствительности в определении давления, равной атм одновременно расширяется диапазон измеряемых давлений до 10а атм,

Изобретение может использоваться JQ в условиях интенсивных электромагнитных полей, кроме того, измерение авления осуществляется с использованием компактного малогабаритного устройства,15

ормула изобретения

1о

IP

„ч

С (Р - Р0) + В,

е Р0 - давление, при котором происходит фазовый переход раствора; Р - измеряемое давление ;40

С - постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой;

В - постоянная, зависящая от уг- 45 ла рассеяния светового потока;

Q 5

5 Q

5

0

5

IP - интенсивность рассеянного света;

10 - интенсивность светового потока источника света,

2,Способ поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что$ с целью рэсзгире- |ния диапазона измерений давленияв регистрируют световой пото под углом 90° к оптической оси светового потока.

3,Устройство для измерения давле- ния, содержащее корпус, внутри которого расположена заполненная жидкостью измерительная камера с подводящим каналом, причем в, корпусе и камере выполнены оптические окна, рас- , положенные соосно с источником света и фотоприемникок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения давления, в него дополнительно введены мембраггs два световода и воспринимающий даь„г- ние поршень, при этом мембрана установлена в камере на входе подводящего канала, который заполнен разделительной жидкостью, а поршень размещен в подводящем канале, причем световоды установлены в оптические окна камеры, расположены в жидкости и размещены с зазором друг относительно друга, величины которого находятся в пределах 20 мкм - 10 мм, а в качестве жидкости использован раствор с двойной критической точкой.

4,Устройство поп.З, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введен дополнительный фотоприемник, а камера и корпус снабжены дополнительными оптическими окнами, расположенными перпендикулярно оптической оси светового потока, при этом камера снабжена дополнительным световодом, установленным в дополнительное окне и оптически связанным с дополнительным фотоприемником.

ГМф

HW d Ц U 01 В 9 L 9 д н Јdd2

МЩрн(01-0 S lhll

омош hrttund) бпнпод-д

agog g woHvuodu Qugfax

/бЗЕЗ1

(& НШО)Ј

Я

п

01 ОС

Oh 0Ј 09

OL 08

vo

4 R (omn.edt) i

V/Pp 1,5 1,6 1,1 1,8 i,g

Фиг.Э