Измеритель мощности ультразвука Советский патент 1975 года по МПК G01N11/00 

1

Изобретение относится к технике измерений параметров ультразвукового поля и может найти применение при измерении мощности ультразвуковых колебаний, а также при калибровках ультразвуковых аппаратов.

Известные измерители мощности ультразвука, основанные на нагревании звукопоглощающей жидкости, содержат сосуд с двойными стенками, крыщку, нагревательный калибровочный элемент, устройство для ввода ультразвука и регистрирующий прибор.

Однако в этих устройствах измеряемая мощность определяется по средней скорости подъема уровня жидкости между двумя фиксированными значениями щкалы ее капиллярной трубки, что не позволяет получить высокую точность и чувствительность, а также приводит к неудобствам при эксплуатации.

Цель изобретения - повысить точность, чувствительность и обеспечить удобство эксплуатации.

Это достигается тем, что измеритель снабжен пневматически связанным с сосудом и регистрирующим прибором дифференцирующим устройством, выполненным в виде пневматически связанных между собой посредстзом каналов связи полостей с отверстиями для ввода и вывода среды, например воздуха, и регулятора чувствительности, выполненного в виде щтока с укрепленным на нем стержнем,

размещенным в канале связи полостей, а регистрирующий прибор выполнен в виде U-образного манометра с двумя близкими по плотности жидкостями.

На чертеже представлен общий вид измерителя.

Предлагаемый измеритель содержит сосуд 1 с двойными стенками из стекла, крыщку 2, нагревательный калибровочный элемент 3, устройство 4 для ввода ультразвука, устройство 5 для дифференцирования, трубки 6, регистрирующий прибор 7, канал связи 8, полости 9 и 10, регулятор чувствительности II, капи.ллярную трубку 12, отверстие 13 для ввода воздуха, отверстие 14 для вывода воздуха, держатель 15, отверстие 16, щток 17, стержень 18, /-образный манометр 19, сосуды 20 и 21 манометра, жидкости 22 н 23 с близкими плотностями.

Устройство работает следующим образом.

Излучаемые ультразвуковые колебания поступают через устройство 4 для ввода ультразвука в сосуд 1, заполненный звукопоглощающей жидкостью. Энергия ультразвуковых колебаний превращается в тепловую энергию жидкости. Пропорционально тепловой энергии возрастает объем жидкости. Поскольку сосуд 1, устройство 4 для ввода ультразвука, крышка 2 вместе с трубками 6, отверстиями 13, 14, полостью 9 и сосудом 20 образуют замкнутую систему, то увеличение объема звукопоглощающей жидкости приводит к пропорциональному возрастанию давления внутри этой системы. Под действием давления жидкость из полости 9 по трубке 12 канала 8 связи вытесняется в полость 10.

При движении жидкости внутри трубки 12 возникает противодействующая этому движению сила, пропорциональная вязкости, длине трубки 12 канала 8 связи, скорости движения жидкости и обратно пропорциональная квадрату внутреннего диаметра трубки 12. При неизменных значениях вязкости жидкости, внутреннего диаметра и длины трубки 12 произведение скорости движения жидкости на силу, противодействующую этому движению, пропорционально излучаемой мощности ультразвука или, что то же самое, первой производной по времени от изменений внутренней энергии звукопоглощающей жидкости.

В начальный период после включения измерителя давление внутри полости 9 возрастает на все уменьщающуюся со временем величину.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока между силой, противодействующей движению жидкости по трубке 12 канала 8 связи, и приращением давления в полости 9, пропорционального излучаемой мощности ультразвука, не наступит полное динамическое равновесие. Окончанию этого процесса соответствует установление внутри полости 9 постоянного давления, величина которого, как уже отмечалось, строго пропорциональна излучаемой мощности ультразвука. Поскольку полость 10 соединена с окружающей средой через отверстие 16, то увеличение объема жидкости внутри зтой полости не приводит к увеличению избыточного давления. Давление внутри этой полости полностью уравновещивается атмосферным.

Уровень устанавливающегося внутри полости 9 постоянного давления изменяется регулятором 11 чувствительности путем опускания стержня 18 при вкручивании штока 17 внутрь крышки 15. Уменьшение эффективной площади сечения трубки 12 канала 8 связи приводит к увеличению противодействующей движению

жидкости силы и увеличению давления в полости 9. При поднимании стержня 18 наблюдается обратное явление - уменьшение давления.

Давление внутри полости 9 через отверстие 14, трубку 7 передается в сосуд 20 У-образного манометра 19. Под действием давления жидкость 22 из сосуда 20 вытесняется и толкает столб жидкости 23. Разность двух занятых жидкостью 23 уровней будет пропорциональна давлению внутри полости 9 и, следовательно, величине измеряемой мощности ультразвука. Высокая чувствительность измерения давления достигается тем, что плотности манометрических жидкостей 22 и 23 незначительно отличаются одна от другой. Поскольку сосуд 21 манометра 19 и полость 10 непосредственно связаны с окружающей средой, то барометрические ошибки, связанные с

изменением атмосферного давления, полностью исключаются.

Калибровка измерителя мощности производится электрическим током с помощью калибровочного нагревательного элемента 3.

Предмет изобретения

Измеритель мощности ультразвука, содержащий сосуд с двойными стенками, крышку, нагревательный калибровочный элемент, устройство для ввода ультразвука, регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности чувствительности

и обеспечения удобств эксплуатации, он снабжен пневматически связанным с сосудом и регистрирующим прибором дифференцирующим устройством, выполненным в виде пневматически связанных между собой посредством канала связи полостей с отверстиями для ввода и вывода среды, например воздуха, и регулятора чувствительности, выполненного в виде штока с укрепленным на нем стержнем, размещенным в канале связи полостей,

а регистрирующий прибор выполнен в виде U-образного манометра с двумя близкими по плотности жидкостями. У j