Измеритель мощности ультразвуковых колебаний Советский патент 1980 года по МПК G01H3/14 

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

Известен измеритель мощности ультразвуковых колебаний (УЗК), основанный на нагревании звукопоглощающей жидкости и содержащий приемный преобразователь, выполненный в виде сосуда с двойными стенкагли, крышки, калибровочного нагревательного элемента, устройство для ввода ультразвука и регистрирующий прибор, выполненный в виде капиллярной трубки 1.

Из-за выполнения регистрирующего прибора в виде капиллярной трубки мощность УЗК определяется по средней скорости подъема уровня жидкости между двумя фиксированными значениями шкалы капиллярной трубки.При отсчете фиксированных значений шкаллы трубки 1,определении расстояния между ними и измерении при этом времени повышения уровня столба жидкости между двумя фиксированными значениями, необходимыми для нахождения

скорости повышения уровня жидкости, не исключены ошибки, снижающие точность измерений.

Известен измеритель мощности ультразвуковых колебаний, основанный на нагревании звукопоглощающей жидкости, содержащий герметизированный, заполненный звукопоглощающей жидкостью сосуд с крышкой из акус10тически прозрачного материала, предназначенной для ввода ультразвуковых колебаний, и размещенным в нем калибровочным элементом, дифференцирующее устройство в виде

15 приемной иКомпенсационной емкостей, сообщенных между собой через регулируемый ламинарный дроссель, и регистратор, сообщенный через приемную емкость дифференцирующего устройства

20 с сосудом 2.

Однако, в этом устройстве измеряемая мощность определяется по разности уровней границ раздела двух отли25чающихся по плотности жидкостей, а на результаты измерений влияют повышение уровня жидкости в кОг.ет1енс 1ционной емкости дифференцирующего устройства и изменения температуры

30

окружающей среды, что не позволяет получить высокую точность измерения

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что измеритель снабжен сообщенными с регистратором и ВЕлполненными идентично первым вторым сосудом и дифференцирующим устройством, компенсационные емкости которых сообщены между со-бой, а регистратор выполнен в виде связанных общей электрической цепью автогенератора, частотомера и емкостного датчика перепада давлений, каждая из двух измерительных полостей которого сообщена с одним из дифференцирующих устройств.

На чертеже представлен измеритель общий вид.

Предлагаемый измеритель содержит герметизированные, заполненные звукопоглощатацей жидкостью сосуд 1 с крышкой 2 из акустически прозрачного материала, предназначенной для ввода УЗК, и размещенным в нем калибровочным элементом 3, дифференцирующее устройство 4 в виде приемной 5 и кo meнcaциoннoй б емкостей, сообщенных между собой через регулируемый посредством регулятора 7 ламинарный дроссель 8.

Кроме того, устройство включает второй идентичный первому герметизированный, заполненный звукопоглощающей жидкостью сосуд 9 с крышкой 1 размещенными в нем калибровочным эле ментом 11 второе идентичное первому дифференцирующее устройство 12 в виде приемной 13 и компенсационной 14 емкостей, со общенных между собой через регулируемый посредством регулятора 15 ламинарный дроссель 16; трубку 17, посредством которой сообщаются компенсационные емкости б и 14; регистратор 18, выполненный в виде емкостного датчика 19 перепада давления, имеющего две неподвижные обкладки 20,21 и подвижную мембрану 22, автогенератора 23 и частотомера 24; источники 25,26 питания и цифровой вольтметр 27.

Устройство работает следующим образом.

Излучаемые ультразвуковые колебания поступают через крышку 2 в заполненный звукопоглощающей жидкостью сосуд 1, где энергия УЗК превращается в тепловую энергию жидкости. Пропорционально тепловой энергии возрастает объем жидкости.

Поскольку сосуд 1 представляет замкнутую систему, то появляющийся в результате теплового расширения жидкости ее избыточный объем вытесгн ётся в дифференцирующее устройство 4 Далее из приемной емкости 5 по ламинарному дросселю 8 жидкость вытесняется в компенсационную емкость 6Со стороны движущейся по ламинарному дросселю 8 жидкости действует на подвижную мембрану 22 дополнителное давление.

Под действием этого давления подвижная мембрана 22 емкостного датчика 19 перепада давления прогибается и емкость конденсатора, образованного неподвижной обкладкой 20 и подвижной мембраной 22, уменьшается В результате этого частота электрических колебаний, генерируемых автогенератором 23, возрастает.

Поскольку сосуд 9 и дифференцирующее устройство 12 выполнены аналогично и причем включены встречно сосуду 1 и дифференцирукщему устройству 4, то тепловое расширение звукпоглощающей жидкости, вызванное поглощением ультразвуковых колебаний, введенных в сосуд через крышку 10, или пропусканием электрического тока через калибровочный элемент 11 приводит к уменьшению частоты электрических колебаний, генерируемых автогенератором 23.

В результате того, что компенсационные емкости 6 и 14 дифференцирующих устройств сообщаются между собой по трубке 17, уровень жидкостей в емкостях в них всегда будет одинаков. Тем самым дополнительные давления, возникающие в результате повышения уровней жидкости в компенсационных емкостях б и 14, действующие на подвижную мембрану 22, будут взаимно компенсироваться.

Перед началом измерений проводится симметрирование обеих частей измерителя:, левой, состоящей из сосуда 1 и дифференцирующего устройства и. правой, состоящей из сосуда 9 и дифференцируквдего устройства 12.

Процесс симметрирования заключается в получении одинаковых изменений частоты электрических колебаний генерируемых автогенератором 22, при последовательном пропускании через калибровочные нагревательные элементы 3 и Неравных по мощности электрических токов. Это достигается изменением положения регуляторов 7 и 15 в каналах ламинарных дросселей 8 и 16.

При введении регуляторов 7 и 15 внутрь дросселей 8 и 16 сопротивление течению жидкостей из приемных емкостей 5 и 13 через ламинарные дроссели 8 и 16 растет. При извлечении регуляторов 7 и 15 из дросселей 8 и 16 происходит обратное явление - уменьшение сопротивления течению жидкостей.

В соответствии с этим увеличивается или уменьшается значение дополнительного давления, действующего на подвижную мембрану 22, и частоты генерируемых автогенератором 23 электрических колебаний.При проведении измерений одно из плеч измерителя выполняет роль автоматического компенсатора. После симметрирования измеряют с помощью частотомера , 24 частоту элек трических колебаний, генерируемых автогенератором 23. Затем от источника УЗК (на чертеже не показан) вводят УЗК и по истечению некоторог времени, например 25 сек.,, делают опять отсчет показаний частотомера Определяется разница Afy3- пока заниях частотомера 24, полученных в начале, и конце измерения. Источник УЗК отключается. Через 1-2 мин делается отсчет показаний частотемера 24. Затем- с помощью цифрового вольтметра 27 устанавливается на выходе источника 25 питания напряжение, обеспечивающее прохождение через калибровочный нагревательный элемент 2 электрического тока мощностью, по значению близкой к мощ ности излучаемых до этого внутрь сосуда 1 ультразвуковьсс колебаний. Источник 25 питания подключается к калибровочному элементу 3. По истечению установленного времени, например 25 сек, опять снимаются показания частотомера 24. Определяетс разница f. в показаниях частотомера до включения источника 25 питания и по истечению 25 сек., его действия. Измеряемая мощность Nyg ультразвука определяется по выражению М . ::N -Г V3 ЭЛдС мощность электрического тока, пропускаемого че рез калибровочный нагревательный элемент; дГуз - изменение частоты элек ческих колебаний при излучении ультразвуковы колебаний мощностью Nyg utg - изменение частоты электрических колебаний при пропускании через калибровочный нагревательный элемент электрического, тока мощностью N . Изобретение обеспечивает измерение мощности ультразвуковых колебаний с погрешностью, не более 0,02 Вт + 0,02 N , что намного выше точности известных измерителей мощности ультразвука. Формула изобретения Измеритель мощности ультразвуковых колебаний, содержащий герметизи-, рованный, заполненный звукопоглощающей жидкостью сосуд с крышкой из акустически прозрачного материала, предназначенной для ввода ультразвуковых колебаний, и размещенным в нем калибровочным элементом,диффёренцирущее устройство в виде приемной и компенсационной емкостей, сообщенных между собой через регулируемый ламинарный дроссель,и регистратор,сообщенный чёрез приемную емкость дифференцирующего устройства с сосудом, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен сообщенными с регистра- . тором и выполненными идентично первым вторым сосудом и дифференцирующим устройством, компенсационные емкости которых сообщены между собой, а регистратор выполнен в виде связанных общей электрической цепью автогенератора, частотомера и емкостного датчика перепада давлений, ка-ждая из измерительных полостей которого сообщена с одним из дифференцирующих устройств. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 119000, кл. G 01 Н 11/00, 1968. 2.. Авторское свидетельство СССР № 468134, кл. G 01 Н 11/00, 1972 (прототип). lJ:rr J