УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ Советский патент 1971 года по МПК G01D5/28 

Изобретение предназначено для определения плотности жидких сред без нарушения их состояния и может быть иопользаваио для автоматизации соответствующего процента измерений.

В изве стных устройствах измерение шлот/ности жидкости оптическими методами основано на зависимости коэффициента преломления лрозрачно-й среды от ее ллотности, .пр.ичем измеряется предельный угол полного лреломления на грали це раздела данной среды с другой, налри.мер стенкой кюветы, плотность которой остается неизмеиной. Эти устройства содержат тризму, плоокая грань которой омывается исследуемой жидкостью, a две другие, имеющие сферическую форму, служат входным и выходным объектива.ми. Отраженный световой поток раздваивается, и одна часть движется Вдоль грани-цы раздела, a другая - под некоторым углом к ней, зависящим от соотношения плот.ностей. Оба потока света попадают на два фотоэлемента, один из которых Подвижен. В других вариантах фотоэле.менты неподвижны, и есть добавочное устройство для изменения их освещенности. Такие устройства позволяют измерять плотность жидкости по отклонению луча света лишь в области, нстюгредственно прилегающей к стенке сосуда, и притом в прозрачных жидкостях. Имеются также устройства яля измерения плотности жидкости, действие которых основано -на зависимости скорости течения жидкости от ее плотности. Для прохождения определенного объема жидкости через такие

приборы требзется сравнительно большое время, что ограничивает возможность их применения для автоматичеокого контроля.

Действие описываемого устройства основано из свойстве ультразвуковых колебаний

образовывать в жидки.ч средах неоднородности плотности, на которых способен рассеиваться свет.

Этот эффект известен в нелинейной оптике под названием «Эффекта МандельштамаБрилл«эна. Неоднородности могут рассматриваться как зональные пластинки шти дифракционные решетки и свойства рассеяния света на них определяются соответствующим условием Бреиа-Вульфа. поэтому они спос-обны фокусировать свет. Это позволяет получить изображение, соответствующее распределению неоднородностей плотности, возникающих в среде в результате прохождения через нее акустической волны. Поскольку форма и

размер неоднородностей зависят от упругих свойств среды, между оптическими фокусирующими свойствами среды и ее механпческ:ими свойствами устанавливается соответствие при распространении чепез нее акуст 1ческой волУгол, на который рассеивается оптический луч на акустической вОЛ1не, имеюще частоту J определяется соотношением 2«,ti,(-l, частота рассеиваемой световой волны;показатель преломления на частоте «ь фазовая ско|рость звука в среде, зависящая от fплoтнocти по соотношениюадиаоатнчеокая сжимаемость; р - плотность. Отсюдар /Csin2- где К. - константа, отаределяемая условиями эксперимента или .прибора, что представляет собой зависимость илотности среды от угла рассеяйня света аа неодно.родностях, вызванных распространением акустической волны .в этой среде. Луч света, служащий для .просматривания распределения неоднородтю.стей в жидкост-и, может как проходить объем (для прозрачной жидкости), так и отражаться от пове рхпости ибследуемой жидкости. Пр.и отражении от поверхности результат измерения не зависит от прозрачности жидкости, что позволяет ионользовать .предлагае.мое изобретение для исследования непрозрачных сред .и полностью автоматизировать процесс непрерывного измерения .плотности. На чертеже схематически изображено устройство. Устройство представляет собой кювету 1, .в которой имеются входное и выходное отверстия для протекания жидкости и расп;);юже.нный иа дне, ближе к стенке, источник 2 ульт1разву.ковых колебаний, а также соединенную с кюветой оптическую систему для рассеяния и собирания света. Оптическая система .представляет со.бой трубу, соде|ржащую источник света 5, расположенный иа некотором расстоянии от верх.него края кюветы (на внешней стороне трубы), излучение которого проходит внутрь через сшецкальное отиирстпе, в котором Находится фокусирующая липза 4, пос.че чего свет попадает на делительное пзлупрэ.рачиоо зеркало 5 внутри трубы н отражается вниз л сторону кюветы. В нижней части трубы iia границе с верхней кромко| | кюветы имеется собирательная линза 6, которая фокусирует отраженный жидкостью свет через делнтельное зеркало 5 на входной 31рачок микрометрической головки 7, расположенной в вер.хней части трубы. Устройство работает следующим образом. Через кювету /, запол-ненную исс.тедуемой жидкостью, пропускается акустическая волна, создаваемая источником 2, одновременно в йсследуемьп объем при пом.онд,И делительного зер.кала 5 направляется зара.нее сфокусированный линзой 4 узкий пучок света от источника 3 с коллектором (лазер). Рассеянное излучение собирается линзой 6, имеющей такое фокусное расстояние, при котором рассеянное ИЗЛучение, пройдя через делительное зеркало 5, фокусируется на выходном отверстии микрометрической головк.и 7. Фокусировка рассеянного излучения позволяет более точно измерить отклонения луча от его центрального положения. Для того чтобы фокусируемьи луч ие совпал с цент1ром шкалы, источник акуст.ичеокой воЛНы в устройстве располагается ие по центру, что приводит к появлению в среде иесимметричиой зонной картины. Положе.ние сфокусированного тятна рассеянного света можно наблюдать визуально и считывать значение плотности по шкале, проградуированной соответствующим образом, либо фиксировать каким-либо сигнальным устрой.ством (при автоматическом контроле плотности жидкости). Предмет изобретения Устройство для измерения плотности жидкости, состоящее из .кюветы, источника света, фотоприемника, фокусирующей линзы,- отличающееся, тем, что, iC целью измерения, плотности жидкости .независимо от ее прозрачности, в него .введены источник акустггческих колебаний, делительное зе|ркало и собирающая линза для измерения угла рассеяния, пр.ичем, источник акустиче1ских колебаний }становлел. иа основании кюветы, смещенным относительно оси кюветы и собирающей линзы, в фокальной плоскости которой размешен фотоприемиик, расположенный за делительным зеркалом.