Устройство для измерения скорости звука в жидкостях и газах Советский патент 1990 года по МПК G01H5/00 

1зобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости распространения звука в жидкостях и газах, нахо- дяицхся под давлением, например в мор :кой воде на больших глубинах океана

ель изобретения повышение точное ги измерений скорости звука в ус- лов {ях высоких давлений окружающей ере, (ы за счет баро стабилизации длины аку этической базы.

а фиг. 1-5 приведены варианты выполнения устройства для измерения скорости звука в жидкостях и газах.

стройство для измерения скорости sayka в жидкостях и газах (фиг, 1) со- дер:шт основание 1, закрепленные на

последнем электроакустический преобразователь 2 и однородный стержень 3, отражатель 4 звука, установленный на стержне 3 соосно с электроакустическим преобразователем 2, и барокомпен- сатор 5 изменений длины стержня 3, последний выполнен с постоянным поперечным сечением на участке между электроакустическим преобразователем 2 и отражателем 4, часть торцовой поверхности 6 стержня связана с барокомпенса- тором 5, а площадь S оставшейся части торцовой поверхности стержня 3 и площадь SP поперечного сечения стержня на участке между электроакустическим преобразователем 2 и отражателем 4 выбраны из условия

S/So 2,

05

О X

{ со :о

где (U - коэффициент Пуассона материала стержня.

Бapoкo meнcaтop 5 смонтирован в держателе 7 установленном на основа- НИИ 1. Объем барокомп нсатора 5 герметизирован посредством уплотнитель- ного кольца 8. Давление воздуха в ба- рокомпенсаторе 5 устанавливается равным нормальному атмосферному давле- нию. Для выполнения условия (1) диаметр d конца стержня, помещенный в барокомпенсатор.5, и диаметр D стержня на участке между преобразователем и отражателем должны удовлетворять соотношению

-|1 - 2

Преобразователь 1 подключают к эле ктронному измерителю 9 скорости звука, который содержит последовательно соединенные генератор 10, коммутатор 11, .усилитель 12 и регистратор 13, выход усилителя подключен к входу генератора, а второй вход коммутатора служит входом измерителя 9 скорости звука. Позицией 14 обозначена исследуемая среда.

В варианте устройства (фиг. 2) то- рец стержня 6 с диаметром d выведен из полости барокомпенсатора 5 и воспринимает давление Р исследуемой среды. В этом случае условие баростаби- лизации базы I,(S/So) - 2|М вьпголняется если (d/D) -ЩГ

В вариантах предлагаемого устройства (фиг. 3 и 4) база L образована не одним, а двумя (или несколькими) стержнями любого сечения (фиг. 3) или жесткой трубкой с внешним диаметром D и внутренним диаметром Ь (фиг. 4). В последнем случае стержень 15, проходящий по оси трубки 3, является кре- пежным элементом. При этом в конст- рукции устройства на фиг. 3 используется торцовое уплотнениеJ а в конструкции устройства на фиг. 4 - радиальное уплотнение. .

Условия баростабшшзации базы

(S/S) выполняются, если

1 - 2«.

Р

(фиг. 3)

DV- dz

Щ- (фиг. 4).

Устройство (фиг. 5) отличается тем, что база-стержень 3 имеет посто- янньй диаметр D. Торцовая часть стеряг ня размещена в полости 5 гидрокомпен- сатора корпуса 7, которая отделена от исследуемой среды кольцевым уплотнением 8. Полость гидрокомпенсатора 5 заполнена компенсирующей жидкостью, например силиконовым маслом, и соединена трубкой 16 с камерой 17 гидротрансформатора, в которой размещен , дифференциальный поршень, 18 с диаметрами D, и d, уплотненный резиновыми кольцами 19. В полости 20 находится воздух при нормальном атмосферном давлении, а в полости 21 - компенсирующая жидкости при давлении Р. Торцовая поверхность 22 дифференциального поршня 18 находится под внешним давлением Р исследуемой среды. Преобразователь 2 соединен с электронной схемой измерителя 9 скорости звука. Соотношение большого D,, и малого d диаметров дифференциального поршня выбрано таким, чтобы соотношение их площадей соответствовало вьфажению

ii . F,. 2л1 S D2, Р Т

ifdz

где S - - площадь торцовой поверхности дифференциального поршня диаметром d;

8д 1Г D2 /4 - площадь торцовой поверхности дифференциального поршня диаметром D,.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 10 вырабатывает импульс электрических колебаний, которьй поступает через коммутатор 11 на преобразователь 2, которьй излучает в исследуемую среду 14 импульс акустических колебаний. Звуковой импульс, распространяясь в среде, вдоль пути L, отражается от поверхности отражателя 4 и возвращается обратно к преобразователю 2. Принятый преобразователем 2 сигнал, пройдя коммутатор 11, усиливается усилителем 12 и снова запускает генератор 10. Частота f циркуляции импульсов в схеме регистрируется, например, электронно-счетным частотомером 13. Скорость звука рассчитьшают

по формуле

С 2 L f.

5

отсутствие системы баростабилиизменение внешнего давления приводит к изменению базы L и к со- ;тствующим ошибкам в результатах фения скорости звука. В предлагустройстве система барокомпен- базы уменьшает ее изменения колебаниях внешнего давления.

В

зации

отв изм SMok

при

В устройстве (фиг. 5) внешнее давление Р воздействует на боковую поверхность стержня 3, вызывая его уд- линэние вдоль оси ОХ на величину /SLg 2 |U PL/E. Одновременно это же давление Р действует на поверх - нос|гь 22 поршня 18 и создает в поло 21 давление Р (8,/5д) Р (UP Это давление Р, через трубку тосредством компенсирующей жидко- передается на торцовую поверх- гь стержня 3, вызывая его укорочена величину

сти - 2

16 : сти нос ние

Д1

Рез:

ль

шьтирующая деформация стержня ДЬ -1-ДЬр 0.

; аким образом, независимо от вели- чини давления пт атмосферного до мак- сим;шьного допустимого .давления величина базы L остается неизменной

L Р

- 2/liP

1

JIAQKC

- -2fu

084336

Обидим для всех рассмотренных вариантов вьшолнения устройства является наличие части торцовой поверхности

5 стержня (или стержней), разгруженной от действия внешнего давления Р путем ее герметизации, причем площадь S оставшейся части торцовой поверхности стержня, подвергаемой давлени;о Р не-

10 следуемой среды, и. площадь SQ поперечного сечения стержня в его рабочем участке находятся в отношении

15

(S/Sg) 2ju.

Изобретение позволяет повысить точ ность измерения скорости звука в жидкостях и газах, находяищхся при высоких давленикх.

В предлагаемом устройстве используется только один материал стержня;, в общее условие баростабилизации входит только один параметр Л), характеризу- кщий свойства материала стержня, при-

чем в отличие от модуля 1)нга Е коз(1)- фициент Пуассона- rtj является константой данного материала и от температуры практически не зависит, что расширяет область использования изобретения.

При использовании предлагаемого

устройства повышается точ})ость измере- 1ШЯ скорости звука в жидкостях и газах при высоких давлениях яа счет ис- ключе1гия оишбок, связанных с измене-

нием длины акустической базы устройства под воздействием даплеиия.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости распространения звука в жидкостях и газах, находящихся под давлением, например в морской воде на больших глубинах океана. Целью изобретения является повышение точности измерений скорости звука в условиях высоких давлений окружающей среды за счет баростабилизации длины акустической базы. В устройстве осуществляется измерение скорости звука с использованием методики с постоянной базой (метод синхрокольца). Постоянно базы в условиях изменяющихся внешних давлений поддерживается системой барокомпенсации, для чего часть торцовой поверхности стержня, определяющего базу, разгружена от действия внешнего давления путем ее герметизации. 5 ил.

мар1

полз

чес

ДНИ

ей :s

ПОЛ

где 0 - предел пропор.циональности

(предел упругости) материала стержня 3 при сжатии. Например, для кварцевого стекла :и KBfU 0,18 и (11. 6000 кг/см , чают PMOIVC 17000 кг/см .

озможны и другие варианты техни- :ой реализации баростабилизации

ы базы L, например трансформаци силий и давления внешней среды н торцовую поверхность стержня для вы-

ения условия

G,fU (б +СГг )

прнгюжением не только распределенных, но Р: сосредоточенных сил, нужная про- пор1 1ональность которых поддерживается, например, посредством системы ме- хаш-ческих разноплечих рычагов либо испсльзованием мембран, сильфонов и т.п

0

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости звука в жидкостях и газах, содержащее основание, закрепленные на последнем электроакустический преобразователь, однородный стержень и отражатель звука, установленный на стержне соосно с электроакустическим преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях высоких давлений, оно снабжено барокомпенсатором изменений длины стержня, последний вьтолнен с постоянньп поперечным сечением на участке между электроакустическим преобразователем и отражателем, часть торцовой поверхности стержня связана с барокомпенсатором, а площадь остав шейся части торцовой поверхности . стержня и площадь поперечного сечения стержня на участке между электроакус-

тичееким преобразователем и отражателем выбраны из условия

S/S,

:(u,

где S - .площадь части торцовой, по верхности стержня, подвергаФиг. 1

емой давлению внешней среды; площадь поперечного сечения стержня на участке меящу преобразователем и отражателем;

коэффициент Пуассона материала стержня.

i

/

iii/

0//г. JJi

M i:

я r/

bfWi XX