Устройство для измерения скорости звука в жидкостях и газах

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости распространения звука в жидкостях и газах, находящихся под давлением, например в морской воде на больших глубинах океана. Целью изобретения является повышение точности измерений скорости звука в условиях высоких давлений окружающей среды за счет баростабилизации длины акустической базы. В устройстве осуществляется измерение скорости звука с использованием методики с постоянной базой (метод синхрокольца). Постоянно базы в условиях изменяющихся внешних давлений поддерживается системой барокомпенсации, для чего часть торцовой поверхности стержня, определяющего базу, разгружена от действия внешнего давления путем ее герметизации. 5 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5i) 5 С 01 Н 5/00

ААРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ГКНТ СССР

ГО У

ПО И

ПР

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 (2 (4 (71

АН (7 (5 (5

У 1

В 5 (54

ЗВ (57 тел ся нен последнем электроакустический преобра- эователь 2 и однородный стержень 3, (Ь отражатель 4 звука, установленный на стержне 3 соосно с электроакустическим преобразователем 2, и барокомпенсатор 5 изменений длины стержня 3, последний выполнен с постоянным поперечным сечением на участке межпу электроакустическим преобразователем 2 и отражателем 4, часть торцовой поверхности 6 стержня связана с барокомпенсатором 5, а площадь S оставшейся части торцовой поверхности стержня 3 и пло- Ъ щадь S поперечного сечения стержня на участке между электроакустическим преобразователем 2 и отражателем 4 выбраны иэ условия

S/$0 = 2 ) ной для ния дя мор ана нос лов ср аку пол рос зву дер

) 4624269/25-28

) 26. 12 ° 88

) 23. 11.90. Бюл. Н - 43

) Морской гидрофизический институт

УССР

) В. И. Бабий и М. В. Бабий

) 620.179.16 (088.8)

) Авторское свидетельство СССР

270583, кл. С 01 Н 5/ОО, 1986. вторское свидетельство СССР

62729, кл ° G 01 Н 5/00, 1977.

) УСТРОЙСТВО )ЦИ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ

) Изобретение относится к измериьной технике и может использоватьля измерения скорости распрострая звука в жидкостях и газах, назобретение относится к измерительтехнике и может использоваться измерения скорости распространеэвука в жидкостях и газах, нахохся под давлением, например в кой воде на больших глубинах океель изобретения - повышение точи измерений скорости звука в усях высоких давлений окружающей

ы за счет баростабилизации длины тической базы. а фиг. 1-5 приведены варианты вьг ения устройства для измерения ско« и звука в жидкостях и газах. стройство для измерения скорости а в жидкостях и газах (фиг. 1) сот основание 1, закрепленные на

2 ходящихся под давлением, например в морской воде на больших глубинах океана. Целью изобретения является повышение точности измерений скорости звука в условиях высоких давлений окружающей среды 3а счет баростабилизации длины акустической базы. В устройстве осуществляется измерение скорости звука с использованием методики с Йосто" янной базой (метод синхрокольца), 11остоянство базы в условиях изменяющихся внешних давлений поддерживается системой барокомпенсацьи,. для чего часть торцовой поверхности стержня, определяющего базу, разгружена от действия внешнего давления путем ее герметизации. 5 ил.

1608433.,где P - коэффициент Пуассона материала стержня.

Ьарокомпенсатор 5 смонтирован в держателе 7, установленном на основании 1. Объем барокомпрнсатора 5 гер 5 метиэирован посредством уплотнительного кольца 8. Давление воздуха в барокомпенсаторе 5 устанавливается равным нормальному атмосферному давлению. Для выполнения условия (1) диаметр d конца стержня, помещенный в барокомпенсатор: 5, и диаметр D стержня на участке между преобразователем и отражателем должны удовлетворять соотношению

1- 2Р.

Преобразователь 1 подключают к эле-20 ктронному измерителю 9 скорости звука, который содержит последовательно соединенные генератор 10, коммутатор

11,,усилитель 12 и регистратор 13, выход усилителя подключен к входу гене- ратора, а второй вход коммутатора служит входом измерителя 9 скорости звука. Позицией 14 обозначена исследуемая среда. В варианте устройства (фиг. 2) то- 30 рец стержня 6 с диаметром d выведен из полости барокомпенсатора 5 и воспринимает давление P исследуемой среды. В этом случае условие баростабилизации базы L(S/Я,) "- 2p выполняется,35 если (й/Э) = «(2р

В вариантах предлагаемого устройства (фиг. 3 и 4) база Ь образована не.одним, а двумя (или несколькими) стержнями любого сечения (фиг. 3) или 40 жесткой трубкой с внешним диаметром D и внутренним диаметром Ь (фиг. 4), В последнем случае стержень 15, проходящий по оси трубки 3, является кре. пежным элементом. При этом в конст- 45 рукции устройства на фиг. 3 используется торцовое уплотнение, а в конструкции устройства на фиг. 4 - радиальное уплотнение.

Условия баростабилизации базы 50 (S/S ) = 2P выполняются, если

0.

2 d2

1 - вЂ, = 2 р (фиг, 3)

4 S6

D2 Д2 р2 1 2 = 2 р (Фиг. 4), Устройство (фиг. 5) отличается тем, что база-стержень 3 имеет постоянный диаметр D. Торцовая часть стержня размещена в полости 5 гидрокомпенсатора корпуса 7, которая отделена от исследуемой среды кольцевым уплот-. нением 8. Полость гидрокомпенсатора 5 заполнена компенсирующей жидкостью, например силиконовым маслом, и соединена трубкой 16 с камерой 17 гидротрансформатора, в которой размещен, дифференциальный поршень, 18 с диаметрами D< и d уплотненный резиновыми кольцами 19. В полости 20 находится воздух при нормальном атмосферном давлении, а в полости 21 - компенсирующая жидкость при давлении P . Торцовая поверхность 22 дифференциального поршня 18 находится под внешним давлением P исследуемой среды. Преобразователь 2 соединен с электронной схемой измерителя 9 скорости звука.

Соотношение большого D и малого

d диаметров дифференциального поршня выбрано таким, чтобы соотношение их площадей соответствовало выражению

Sg сР Р

S D2 Р

О 1

td где S = — — площадь торцовой по4 верхности дифференциального поршня диаметром d

Б = D2 /4 - площадь торцовой поверхности дифференциального поршня диаметром D,, Устройство работает следующим образом, Генератор 10 вырабатывает импульс электрических колебаний, который поступает через коммутатор 11 на пре« образователь 2, который излучает в исследуемую среду 14 импульс акустических колебаний. Звуковой импульс, распространяясь в среде; вдоль пути Ь, отражается от поверхности отражателя

4 и возвращается обратно к преобразователю 2. Принятый преобразователем 2 сигнал, пройдя коммутатор 11, усиливается усилителем 12 и снова запуска ет генератор 10. Частота f циркуляции импульсов в схеме регистрируется, например, электронно-счетным частотомером 13. Скорость звука рассчитывают по *ормуле

С = 2

1608433 зац при отв изм емо сац при лен вер лин

5L же (S/S ) = 2р.. нос сти

16 сти нос ние

Рез

Ь1.

30 чин сим чин где

40 мар пол

45 чес дли ей тор пол

50 (х = (+G ) пр но пор сяю ха исп т.п отсутствие системы баростабилии изменение внешнего давления одит к изменению базы L и к сотствующим ошибкам в результатах рения скорости звука. В предлагаустройстве система барокомпени базы уменьшает ее изменения колебаниях внешнего давления.

10 устройстве (фиг. 5) внешнее даве P воздействует на боковую поность стержня 3, вызывая его удние вдоль оси ОХ на величину — 2 (U PL/Е. Одновременно это

15 авление Р действует на поверхь 22 поршня 18 и создает в поло21 давление Р1 = (Яt/S ) ° Р

1нP. Это давление Р, через трубку осредством компенсирующей жидко- 20 передается на торцовую поверхь стержня 3, вызывая его укорочена величину

L P < L — — — 2 0 P.

Е Е Г льтирующая деформация стержня

Ь|. + Ь1. = О. аким образом, независимо от вели"

r давления от атмосферного до макьного допустимого .давления велибазы L остается неизменной

r 35

МАРКС

G - предел пропорциональности (предел упругости) материала стержня 3 при сжатии. апример, для кварцевого стекла и КВ p = 0,18 и Бт = 6000 кг/см, чают Р„„„„= 17000 кг/см . озможны и другие варианты техниой реализации баростабилизации

ы базы Е, например трансформацисилий и давления внешней среды на овую поверхность стержня для выения условия ожением не только распределенных, сосредоточенных сил, нужная проональность которых поддерживаетнапример, посредством системы меческих разноплечих рычагов либо льзованием мембран, сильфонов и

Общим для всех рассмотренных вариантов выполнения устройства является наличие части торцовой поверхности стержня (или стержней), разгруженной от действия внешнего давления P путем ее герметизации, причем площадь S оставшейся части торцовой поверхности стержня, подвергаемой давлени:o P исследуемой среды, и,площадь S поперечного сечения стержня в его рабочем участке находятся в отношении

Изобретение позволяет повысить точ" ность измерения скорости звука в жидкостях и газах, находящихся при высоких давлениях.

В предлагаемом устройстве используется только один материал стержня„ в общее условие баростабилизации входит только один параметр р, характеризующий свойства материала стержня, причем в отличие от модуля йнга Е коэффициент Пуассона. р является константой данного материала и от температуры практически не зависит, что расширяет область использования изобретения.

При использовании предлагаемого устройства повышается точность измерения скорости звука в жидкостях и газах при высоких давлениях за счет исключения ошибок, связанных с изменением длины акустической базы устройства под воздействием давления.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости звука в жидкостях и газах, содержащее основание, закрепленные на последнем электроакустический преобразователь, однородный стержень и отражатель звука, установленный на стержне соосно с электроакустическим преобразовате-. лем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях высоких давлений, оно снабжено барокомпенсатором изменений длины стержня, последний выполнен с постоянным поперечным сечением на участке между электроакустическим преобразователем и отражателем, часть торцовой поверхности стержня связана с барокомпенсатором, а площадь остав» шейся части торцовой поверхности стержня и площадь поперечного сечения стержня на участке между электроакус1608433 тическим преобразователем и отражателем выбраны из условия где S -,площадь части торцовой. по. верхности стержня, подвергаемой давлению внешней среды;

S0 — площадь поперечного сечения стержня на участке между преобразователем и отражателем; (У вЂ” коэФФициент Пуассона материала стержня.

1608433

1608433 . го

Фиг. 5

Составитель Г. Максимочкин ,Редактор А. Козориз Техред М.Дидык Корректор М.Самборская

Заказ 3606 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101