СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ГАЗА Советский патент 1972 года по МПК G01N9/24 

Изобретение относится к области физикохимического анализа, в частности, к измерению параметров газов и может быть использован для дистанционного измерения плотности различных газов в широком диапазоне статических давлений и температур.

Известен способ измерения плотности газа, основанный на зависимости скорости распространения звука в газе от величины акустического сопротивления газа. Для реализации известного способа измеряют полное электрическое сопротивление излучателя, величину акустического сопротивления и скорость звука.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность анализа и упростить его методику.

С этой целью для определения плотности газа измеряют две частоты: частоту собственных колебаний акустического резонатора и частоту собственных колебаний механического резонатора, т. е. два однородных параметра, а это существенно упрощает процесс измерения.

Для определения плотности газа р в предлагаемом способе используют зависимость плотности газа от скорости звука в газе С; а также от коэффициента объемной упругости газа РО. Эта зависимость выражается

где РО- статическое давление в газе;

л): - - отнощение теплоемкостей газа при Cv

постоянном давлении и постоянном объеме.

Для определения скорости звука и коэффициента объемной упругости используют зависимость собственной частоты акустического резонатора (fa) от скорости звука и зависимость собственной частоты механического резонатора (fji) от коэффициента объемной упругости газа. Эти зависимости выражаются соотношениями:

S,

0)

(I, + 0,,) KI

V

CMI-T 0-2

L

(2)

Vi

27t

CM +

-(

25

где Si, /1, Vi - геометрические размеры акустического резонатора, CM - гибкость мембраны механического резонатора, М - масса груза механического резонатора, V2 п 82 - геометрические размеры механического резонатора, Из выражений 1 и 2 получают расчетную формулу для определения плотности газа р по известным частотам fa и Гм, а именно: -1 JHIJQM fl где К и foM - постоянные величины, определяемые геометрическими размерами резонаторов, величиной гибкости мембраны механического резонатора См и массой груза механического резонатора М. Таким образом, процесс измерения плотности газа сводится к измерению двух параметров: частоты собственных колебаний акустического резонатора fa и частоты собственных колебаний механического резонатора fw, причем при последовательном измерении этих частот можно использовать одну измерительную схему. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Блок-схема содержит блок резонаторов I, состоящий из акустического резонатора 2, одной из стенок которого является мембрана 3, механического резонатора 4, представляющего собой замкнутый объем, одной из стенок которого является мембрана 5 с укрепленным на ней грузом 6, электромагнита 7, датчиков переменного давления S и 5. Кроме того, блок-схема содержит измеритель частоты 10 и источник питания электромагнита //. Процесс измерения происходит следующим образом. При подаче питающего напряжения от источника питания // на электромагнит 7 мембраны 5 и 5 притягиваются к полюсам электромагнита. В момент притяжения мембраны 5 к полюсу электромагнита 7 происходит резкое изменение объема акустического резонатора 2, в результате чего в резонаторе возбуждаются затухающие колебания давления газа, происходящие на собственной частоте резонатора fa. Эти колебания преобразуются датчиком переменных давлений 8 в электрическое напряжение, изменяющееся с той же частотной, и поступают на вход измерителя частоты W. Таким образом происходит измерение частоты fa. После измерения частоты fa измеритель частоты 10 подключают к датчику переменных давлений 9, который установлен внутри механического резонатора 4. Затем электромагнит 7 отключается от источника питания П. При этом мембраны 5 и 5 отходят от полюсов электромагнита 7. Мембрана 5 после отхода от полюсов электромагнита 7 начинает затухающие колебания на собственной частоте fM, при этом в замкнутом объеме механического резонатора 4 происходят колебания давления газа с той же частотой fM. Эти колебания воспринимаются датчиком 5 и в виде электрического напряжения той же частоты поступают на вход измерителя частоты W. После замера частоты fj, по расчетной формуле 3 определяют величину плотности газа р. Предмет изобретения Способ измерения плотности газа путем измерения скорости распространения звука и коэффициента объемной упругости, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, измеряют частоту собственпых колебаний акустического резонатора, частоту собственных колебаний механического резонатора и плотность определяют по формуле: -1 Jul-aa где К и foM - постоянные величины, определяемые геометрическими размерами резонаторов, fa - частота собственных колебаний акустического резонатора; , fM - частота собственных колебаний механического резонатора.