Ультразвуковой анализатор газов Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к тех нике ультразвуковых измерений. Анализатор может быть использован для измерений акустических характеристи газов, индикации изменения состава и состояния газов и т.д. Известны ультразвуковые анализаторы газов, так называемые ультразв ковые интерферометры, содержащие пьезоэлектрический излучатель ультразвука, отражатель ультразвука, .расположенные напротив друг друга и параллельно друг другу и Haxoffnщиеся в сосуде, заполненном исследуемым газом, а также устройство изменения и измерения расстояния между излучателем и отражателем ульт звука и устройство измерения некоторых динамических параметров пьезоэлектрического излучателя ульт развука (тока, протекающего через пьезоэлектрический излучатель ультразвука, или напряжения на нем, или его резонансной частоты) 1. Недос татком этих устройств является слож ность их аппаратурной реализации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный ультразвуковой анализатор газов, содержащий измерительную камеру, в которой установлены излучатель ультразвука, отражатель и устройство изменения и измерения расстояния между излучателем л отражателем, а также усилитель и индикатор 2. Недостатком известного анализатора является его конструктивная сложность, так как в нем требуется равенство резонансных частот ,у пьезоэлектрических пластин отражателяи излучателя ультразвука и, кроме того, для регистрации напряжения при резонансных колебаниях пьезоэлектрического отражателя ультразвука требуются специальные измерительные лриборы. Целью изобретения является упрощение конструкции анализатора. Это достигается тем, что в анализаторе, содержащем измерительную камеру, в которой установлены излучатель ультразвука, отражатель, устройство изменения и измерения расстояния между излучателем и отражателем, отражатель выполнен в виде температурочувствительной жидкокристаллической пленки, а стенка измерите. камеры со стороны отражателя выполнена из свегопрозрачного материала.

На чертеже изображен анализатор, Он содержит излучатель 1 ультразвука, отражатель-регистратор 2 ультразвука, устройство 3 изменения и измерения расстояния между излучателем и отражателем, помещенные в измерительную камеру 4, заполненную исследуемым газом. Отражатель ультразвука выполнен из температурочувст витальной жидкокристйллической пленки и расположен в ближнем уль,тразвуковом поле излучателя против него так, что его плоскость параллельна плоскости излучателя. Стенка 5 измерительной камеры со стороны отражате 1ЛЯ выполнена из светопрозрачного материала так, чтобы можно было осве щать и наблюдать поверхность отражателя, противоположную его поверхности, отражающей ультразвук.

Ультразвуковой анализатор газов работает следующим образом.

Излучатель .1 ультразвука приводится в резонансные колебания растяжения - сжатияизвестной ультразвукевой частоты. Излучаемые в результате этих колебаний ультразвуковые волны распространяются в пространстве между плоскостью излучателя и пл-оскоат ю отражателя 2. Это пространство заполнено исследуемьви газом. Достигнув поверхности отражателя, .ультразвуковые волны частично проходят в него, а частично отра)Каются обратно, достигают поверхности излучателя/. также частично отражаются от него и т.д., образуя стоячие волн При этом коэффициенты отражения ультразвуковых волн от поверхностей отражателя и излучателя близки к едини как волновые сопротивления отражателя и излучателя сильно отличются от волнового сопротивления газа, в котором распространяется ультразвук.

При прохождений через исследуемый газ ультразвуковые волны частично им поглощаются и нагревают его. При этом структура параллельного поверхности излучателя сечения теплового поля отвечает структуре фронта ультразвуковой волны, создающей это поле. /1оскольку -отражателем ультразвуковой волны служит температурочувствительная жидкокристаллическая пленки, то нагрев ее столбом газа между излучателем и отражателем происходит локально, отражая структуру теплового поля столба. В результате этого также локально изменяется цвет пленки, который зависят от интенсивности ультразвука против этого места пленки.

Таким образом, в жидкокристалличекой пленке отражателя наблюдается система цветных пятен, образование

и цвет которых зависит от расстояния между поверхностями излучателя и отражателя.

Это вытекает из того, что, в случаях, когда это расстояние оказывается кратным целому числу половины длины волны распространяющегося ультразвука, интенсивность образующейся там стоячей ультразвуковой волны достигает максимума вследствие наступления резонанса. Увеличение . энергии стоячей ультразвуковой волны приводит к увеличению поглощаемой энергии ультразвука, а значит, и к большому нагреву газа, в котором распространяется ультразвук. Это в свою очередь, приводит к большому локальному нагреву жидкокристаллической пленк:и отражателя и к определенному изменению в этих местах ее цвета. В результате определенное изменение цветовой картины на наблюдаемой поверхности жидкокристаллической пленки отражателя является показателем кратности расстояния между излучателем и отражателем половине длины волны ультразвука.

Изменяя и измеряя это расстояние посредством устройства 3 и наблюдая при этом определенную цветовую картину на поверхности жидкокристаллической пленки отражателя, можно измерить длину волны ультразвука, распространяющегося в исследуемом газе, а по измеренной длине волны и известной частоте ультразвука определить скорость его распространения, характерную для каждого газа,.

Показателем изменения состава газа является изменение цветовой картины на наблюдаемой поверхности жидкокристаллической пленки отражателя, когда анализатор настроен на резонанс стоячей ультразвуковой волны между излучателем и отражателем при заданном составе газа.

Ойисанный ультразвуковой анализатор газов по сравнению с известными имеет более простую конструкцию за счет исключения специальных измерительных приборов для регистрации ультразвука отражателем, являющимся одновременно регистратором.

Формула изобретения

Ультразвуковой анализатор газов, содержащий измерительную камеру, в которой установлены излучатель ультразвука, отражатель и устройство изменения и измерения расстояния между излучателемИ отражателем, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, отражатель выполнен в виде температурочуствительной жидкокристаллической пленки, а стенка измерительной камеры со стороны отражателя выполнена, из светопрозрачного материала.

Источники инфО1 1ации, принятые во внимание при экспертизе

1.Яергман Л., Ультразвук, М,, Иностранная литедэатура, 1957, с. 310-315.

2.Гершгал Д. А., Фридман В. М,, Ультразвуковая аппаратура М.- Л.,

Госэнергоиздат, 1961, с, 241 (прототип) .