RU2029265C1 - Method of measuring physical parameters of medium condition - Google Patents
Method of measuring physical parameters of medium condition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029265C1 RU2029265C1 SU914937760A SU4937760A RU2029265C1 RU 2029265 C1 RU2029265 C1 RU 2029265C1 SU 914937760 A SU914937760 A SU 914937760A SU 4937760 A SU4937760 A SU 4937760A RU 2029265 C1 RU2029265 C1 RU 2029265C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- medium
- reference medium
- oscillations
- excited
- parameter
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения физических параметров среды и может быть использовано для определения давления, напряженности магнитного поля и ЭДС электромагнитного поля. The invention relates to methods for determining the physical parameters of the medium and can be used to determine pressure, magnetic field strength and EMF of an electromagnetic field.
Целью изобретения является повышение чувствительности и точности определения искомого параметра. The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of determination of the desired parameter.
На фиг.1 показано устройство для реализации способа с жидкой эталонной средой; на фиг.2 - вариант блок-схемы устройства; на фиг.3 - устройство для реализации способа с использованием СВЧ-электромагнитных колебаний; на фиг. 4 - устройство с четырьмя резонаторными ультразвуковыми ячейками в одном корпусе. Figure 1 shows a device for implementing the method with a liquid reference medium; figure 2 is a variant of a block diagram of a device; figure 3 - a device for implementing the method using microwave electromagnetic waves; in FIG. 4 - a device with four resonant ultrasonic cells in one housing.
Определение параметров состояния среды (давления) по данному способу осуществляется с использованием устройства, показанного на фиг.1, и блок-схемы на фиг.2. The determination of the parameters of the state of the medium (pressure) by this method is carried out using the device shown in figure 1, and the block diagram in figure 2.
Устройство (фиг.1) содержит два пьезокристаллических преобразователя 1, расположенных параллельно друг другу на торцах пустотелого корпуса 2, заполненного эталонной жидкостью 3 и изолированной от внешней среды эластичной перегородкой 4. The device (figure 1) contains two
Высокочастотное напряжение от генератора 5 (фиг.2) питает излучающий преобразователь 1, с помощью которого возбуждают ультразвуковые волны в дистиллированной воде 3, заполняющей устройство. Упругие волны преобразуются в электрические колебания приемным преобразователем 1а, усиливаются линейным усилителем 9 и поступают на один из входов фазового детектора 8. На другой вход фазового детектора 8 подают сигнал от генератора 5, прошедший через фазовращатели 6 и 7. С выхода фазового детектора 8 сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, поступает на управляющий вход генератора 5 как сигнал отрицательной обратной связи. Таким образом, устройство автоматически находится в режиме работы, соответствующем нулевой разности фаз входных сигналов фазового детектора 8. По сигналам таймера 12 с периодом в 1с дискретный фазовращатель 6 генерирует скачки фазы, равные π/2. Амплитуды усиленного линейным усилителем 9 высокочастотного напряжения, соответствующего различным состояниям дискретного фазовращателя 6, детектируются амплитудным детектором 13 и фиксируются на соответствующих входах дифференциального усилителя 16 при помощи коммутатора 14 и фиксатора 15 уровня. Коммутатор 14 и фиксатор 15 уровня управляются сигналами таймера 12. С выхода дифференциального усилителя 16 напряжение в качестве сигнала отрицательной обратной связи подают на управляющий вход аналогового фазовращателя 7. Аналоговый фазовращатель 7 настраивают таким образом, чтобы входное напряжение дифференциального усилителя 16 равнялось нулю. Среднее арифметическое частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя, измеряемое частотомером 10, равно центральной частоте fn резонансного пика амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) резонаторного устройства. Находят зависимость fn от определяемого параметра состояния среды (в данном случае - давления).The high-frequency voltage from the generator 5 (FIG. 2) feeds the
Для этого устройство (фиг.1) помещают в сосуд, заполненный, например, газом, через который передается давление на элемент эталонной среды, и определяют зависимость резонансной частоты и добротности от давления или степени разрежения, если устройство нужно использовать как вакуумметр. После того, как найдена зависимость акустических характеристик от требуемых параметров состояния для выбранной (смоделированной) эталонной жидкости, в данном случае - воды, устройство используют как датчик давления. To do this, the device (Fig. 1) is placed in a vessel filled, for example, with gas, through which pressure is transferred to the element of the reference medium, and the dependence of the resonant frequency and Q factor on pressure or the degree of rarefaction is determined if the device is to be used as a vacuum gauge. After the dependence of the acoustic characteristics on the required state parameters is found for the selected (simulated) reference liquid, in this case, water, the device is used as a pressure sensor.
Например, устройство помещают в сосуд высокого давления, содержащий газовый конденсат, в котором необходимо определить давление. Измеряют fnи по ее значению определяют искомое давление, которое передается эталонной среде через эластичную перегородку 4.For example, a device is placed in a pressure vessel containing gas condensate in which it is necessary to determine the pressure. Measure f n and its value determine the desired pressure, which is transmitted to the reference medium through an
Рассмотрим пример реализации способа для определения напряженности магнитного поля с использованием того же устройства (фиг.1, 2). Указанное устройство заполняют магнитореологической жидкостью 3. Подают высокочастотное напряжение от генератора 5 на излучающий преобразователь 1, с помощью которого ультразвуковые волны возбуждают в магнитореологической жидкости. Далее автоматическая система слежения работает аналогично описанному выше и среднее арифметическое частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя 6 (измеряют частотомером 10), равно центральной частоте fn резонансного пика АЧХ. Разность частот, соответствующая двум состояниям дискретного фазовращателя 6, измеряемая измерителем 11 девиации частоты, равна ширине резонансного пика δfn, пропорционального коэффициенту поглощения ультразвука в резонаторе α :
= = где λ - длина волны;
Q - добротность резонатора;
n - номер резонансного пика.Consider an example implementation of the method for determining the magnetic field using the same device (Fig.1, 2). The specified device is filled with
= = where λ is the wavelength;
Q is the quality factor of the resonator;
n is the number of the resonant peak.
Устройство помещают в магнитное поле, реакция на напряженность которого Н магнитореологической жидкости проявляется в измерении коэффициента поглощения ультразвука α . После установления функциональной связи поглощения α с напряженностью магнитного поля устройство, например, размещают внутри витка, по которому течет электрический ток (напряженность магнитного поля в центре витка с током H = I/2r, где I - сила тока в проводнике; r - радиус витка), и определяют напряженность магнитного поля. The device is placed in a magnetic field, the response to the intensity of which N magnetorheological fluid is manifested in the measurement of the absorption coefficient of ultrasound α. After establishing a functional relationship between the absorption α and the magnetic field, the device, for example, is placed inside a coil through which an electric current flows (magnetic field strength in the center of the coil with current H = I / 2r, where I is the current in the conductor; r is the radius of the coil ), and determine the magnetic field strength.
Аналогично с помощью описанного устройства находят скорость ультразвука v в среде, заполняющей резонатор, которая связана с частотой n-го резонансного пика fn выражением V = 2l , где l - длина акустического пути. По зависимости скорости ультразвука от определяемого параметра состояния находят его значение в исследуемой среде.Similarly, using the described device, the ultrasound velocity v is found in the medium filling the resonator, which is related to the frequency of the nth resonance peak f n by the expression V = 2l where l is the length of the acoustic path. By the dependence of the ultrasound speed on the determined state parameter, its value is found in the medium under study.
Заметим, что возбуждение упругих колебаний в среде с использованием устройства, изображенного на фиг.1, возможно и с другими электронными схемами (в том числе описанными, например в источнике: Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения М.: Стандарты, 1982). Note that the excitation of elastic vibrations in the medium using the device shown in Fig. 1 is possible with other electronic circuits (including those described, for example, in the source: Kolesnikov AE Ultrasonic measurements M .: Standards, 1982).
С помощью устройства на фиг.1 одновременно определяют (контролируют) давление и температуру в исследуемой среде. Для этого ячейку в корпусе между пьезокристаллами заполняют жидкостью с внутримолекулярным процессом релаксации, например с поворотноизомерной релаксацией, возбуждают в образованном элементе эталонной среды ультразвуковые колебания и по смещению частоты релаксации (определяют по значениям коэффициента поглощения ультразвука), находят значения температуры, а по значениям скорости ультразвука - давление. Using the device in figure 1 simultaneously determine (control) the pressure and temperature in the test medium. For this, a cell in the housing between the piezoelectric crystals is filled with a liquid with an intramolecular relaxation process, for example, with rotationally isomeric relaxation, ultrasonic vibrations are excited in the formed element of the reference medium and the relaxation frequency is shifted (determined by the values of the ultrasound absorption coefficient), the temperature values are found, and the ultrasound speed - pressure.
Если необходимо определить температуру металлической пверхности, элемент эталонной среды выполняют из материала с хорошей теплопроводностью, например меди, теплоизолируют его от внешней среды, например, путем напыления на поверхности элемента полиуретана, возбуждают в элементе колебания и находят зависимость их характеристик от температуры. Затем обеспечивают контакт элемента с поверхностью металла, выдерживают в течение времени, пока не стабилизируются значения характеристик колебательного процесса, и по их значениям определяют температуру. If it is necessary to determine the temperature of the metal surface, the element of the reference medium is made of a material with good thermal conductivity, for example, copper, it is thermally insulated from the external environment, for example, by spraying on the surface of the polyurethane element, vibrations are excited in the element and the dependence of their characteristics on temperature is found. Then, the element is contacted with the metal surface, held for a time until the characteristics of the oscillatory process are stabilized, and the temperature is determined from their values.
В случае использования СВЧ-колебаний способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на фиг.3, где 17 - диэлектрический капилляр, 3 - эталонная жидкая среда, 4 - эластичные перегородки, 18 - втулки, 19 - волновод. Аналогично предыдущим примерам находят зависимость резонансной частоты и добротности СВЧ-колебаний (или диэлектрической проницаемости и коэффициента поглощения электромагнитного поля) для эталонной жидкой среды. Затем устройство помещают в среду, в которой необходимо определить, например, давление. При воздействии внешней среды на эластичные перегородки будут изменяться резонансная частота и добротность и по измерениям сдвига резонансной частоты и/или измерения амплитуды резонанса судят о величине давления в исследуемой среде. In the case of using microwave oscillations, the method can be implemented using the device shown in figure 3, where 17 is a dielectric capillary, 3 is a reference liquid medium, 4 is an elastic partition, 18 is a sleeve, 19 is a waveguide. Similarly to the previous examples, the dependence of the resonant frequency and the quality factor of microwave oscillations (or permittivity and absorption coefficient of the electromagnetic field) for a reference liquid medium is found. Then the device is placed in an environment in which it is necessary to determine, for example, pressure. Under the influence of the external environment on the elastic partitions, the resonant frequency and quality factor will change, and the pressure in the test medium will be judged by measuring the shift of the resonant frequency and / or measuring the amplitude of the resonance.
Возбуждение электромагнитных СВЧ-колебаний для определения параметров состояния, например, оптимально для случаев измерения свойств сред с использольванием СВЧ-методов, так как для разных измерений применяют одну и ту же контрольно-измерительную аппаратуру. The excitation of electromagnetic microwave oscillations to determine the state parameters, for example, is optimal for cases of measuring the properties of media using microwave methods, since the same control and measuring equipment is used for different measurements.
Определение параметров состояния по предлагаемому способу дает возможность использовать одну контрольно-измерительную аппаратуру одновременно и для определения других свойств среды ультразвуковыми методами. Это позволяет добиться оптимальных условий при измерениях. The determination of state parameters by the proposed method makes it possible to use one instrumentation at the same time to determine other properties of the medium by ultrasonic methods. This allows you to achieve optimal measurement conditions.
В этом случае можно воспользоваться устройством, приведенным на фиг.4. В корпусе 2 выполнены четыре отверстия 20, образующие с пьезокристаллами 1 измерительные камеры. Конструкция скреплена элементами 21 - 24. Например, если исследуют водные растворы аминокислот при высоких давлениях, одну из камер заполняют дистиллированной водой, а три другие - растворами аминокислот различной концентрации. Камеры изолируют от внешней среды эластичной перегородкой 4 и устройство помещают в термостатируемый сосуд высокого давления (не показано). Через электровводы высокого давления (не показаны) контактные электроды 25 соединяют с контрольно-измерительной аппаратурой, например, по схеме фиг.2. Колебания во всех камерах возбуждаются одним и тем же кристаллом. По данным акустических измерений в камере с дистиллированной водой определяют давление, а по данным всех четырех камер определяют концентрационную зависимость адиабатической сжимаемости и нелинейного параметра. In this case, you can use the device shown in figure 4. Four
Предлагаемый способ обеспечивает высокие точность и чувствительность, позволяет достичь оптимальных условий при измерениях свойств сред, использовать один комплект контрольно-измерительной аппаратуры при комплексных исследованиях, определять одновременно несколько параметров состояния, например давления и температуры, проводить измерения в широкой области изменений параметров состояния, в том числе от значений давления, соответствующих глубокому вакууму, до сверхвысоких давлений. Реализуя способ, можно создавать устройства, минимизируя размеры измерительных камер. Это существенно снижает металлоемкость устройств, повышает безопасность эксплуатации при высоких и сверхвысоких давлениях. The proposed method provides high accuracy and sensitivity, allows you to achieve optimal conditions when measuring the properties of the media, use one set of instrumentation in complex studies, simultaneously determine several state parameters, such as pressure and temperature, carry out measurements in a wide range of state parameters, including including from pressure values corresponding to a deep vacuum, to ultrahigh pressures. By implementing the method, you can create devices by minimizing the size of the measuring chambers. This significantly reduces the metal consumption of devices, increases the safety of operation at high and ultrahigh pressures.
Claims (13)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914937760A RU2029265C1 (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Method of measuring physical parameters of medium condition |
JP3514404A JPH08505466A (en) | 1990-08-24 | 1991-08-23 | METHOD FOR DETERMINING PHYSICAL STATE PARAMETERS OF A MEDIA AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD |
EP19910915496 EP0502197A4 (en) | 1990-08-24 | 1991-08-23 | Method and device for determining physical state parameters of a medium |
PCT/SU1991/000171 WO1992003723A1 (en) | 1990-08-24 | 1991-08-23 | Method and device for determining physical state parameters of a medium |
US08/435,531 US5542298A (en) | 1990-08-24 | 1995-05-05 | Method for determining physical stage parameters of a medium and an apparatus for carrying out same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914937760A RU2029265C1 (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Method of measuring physical parameters of medium condition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029265C1 true RU2029265C1 (en) | 1995-02-20 |
Family
ID=21575314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914937760A RU2029265C1 (en) | 1990-08-24 | 1991-05-30 | Method of measuring physical parameters of medium condition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029265C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2349886C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Pressure measurement method and device |
RU2353950C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА | Route of hydroacoustic signals radiation |
RU2478195C1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures |
RU2526586C2 (en) * | 2012-10-24 | 2014-08-27 | Антон Александрович Синицын | Controlled medium pressure measurement |
RU2681259C2 (en) * | 2017-04-14 | 2019-03-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Two-coordinate sounder |
-
1991
- 1991-05-30 RU SU914937760A patent/RU2029265C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1177697, кл. G 01L 11/00, 1985. * |
Авторское свидетельство СССР N 317931, кл. G 01L 9/08, 1971. * |
Авторское свидетельство СССР N 456996, кл. G 01L 9/18, 1975. * |
Авторское свидетельство СССР N 982442, кл. G 01L 9/08, 1988. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2353950C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА | Route of hydroacoustic signals radiation |
RU2349886C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Pressure measurement method and device |
RU2478195C1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures |
RU2526586C2 (en) * | 2012-10-24 | 2014-08-27 | Антон Александрович Синицын | Controlled medium pressure measurement |
RU2681259C2 (en) * | 2017-04-14 | 2019-03-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Two-coordinate sounder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5129262A (en) | Plate-mode ultrasonic sensor | |
US4905701A (en) | Apparatus and method for detecting small changes in attached mass of piezoelectric devices used as sensors | |
US3903732A (en) | Viscosimeter and densitometer apparatus | |
GB2236591A (en) | Vibrating element apparatus for fluid density and/or viscosity determination | |
US5659129A (en) | Device for excitation of oscillations and determination of properties of various fluid media | |
US3420092A (en) | Measuring the specific gravity of gases and liquids and apparatus therefor | |
US4329875A (en) | Ultra sensitive liquid level detector and method | |
US5542298A (en) | Method for determining physical stage parameters of a medium and an apparatus for carrying out same | |
RU2029265C1 (en) | Method of measuring physical parameters of medium condition | |
RU2037141C1 (en) | Method and device for contact-free measuring of length of waveguide | |
US2522924A (en) | Supersonic inspection apparatus | |
JPH08505466A (en) | METHOD FOR DETERMINING PHYSICAL STATE PARAMETERS OF A MEDIA AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD | |
SU682796A1 (en) | Apparatus for the determination of shear viscosity and elasticity of media | |
RU2089859C1 (en) | Method determining physical parameters of gas and liquid systems and gear for its realization | |
Nakajima et al. | An improved apparatus for measuring complex viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 500 kHz | |
RU2089860C1 (en) | Method determining physical parameters of gas and liquid system and gear for its implementation | |
RU2131590C1 (en) | Method determining free space in vessel and device for its realization | |
RU2045030C1 (en) | Liquid density metering device | |
RU2052804C1 (en) | Method for determination on isothermic compressibility factor | |
RU2045024C1 (en) | Hardness tester | |
SU1437816A1 (en) | Method of measuring magnetostriction coefficient | |
RU2029919C1 (en) | Device for measuring fluid level | |
EP0333823B1 (en) | Investigating properties of fluids | |
RU2408881C1 (en) | Method of determining liquid characteristics and device for realising said method | |
RU2042942C1 (en) | Electroacoustic hardness gauge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040531 |