Устройство для измерения давлений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ, содержащее установленные последовательно источник светового излучения, поляризационный и светоразделительный элементы, рабочую камеру с жидкостью и зеркало, а также последовательно размещенные за. светоразделителем углоизмеритель, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения температурных погрешностей, светоразделительный элемент выполнен в пиде призмы Кестерса с полупрозрачной центральной гранью, а рабочая камера имеет два соединенных между собой через вентиль идентичных сквозных канала,, герметично закрытых по торцам светопроницаемыми пластинами и расположенных симметрично относительно центральной полупрозрачной грани призмы Кестерса, при этом в качестве (Л жидкости использована двуокись углерода , а рабочая камера термостатирована .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) () ) ) 4(5)) G 01 Ь 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3684035/24-10 (22) 30 ° 12. 83 (46) 15.04.85. Бюл. Р 14 (72) Ю.А. Киселев и А.А. Шишигин (53) 531.787(088.8) (56) .1. Шумилин А.П. и др. Исследования в области механических измерений.

Труды метрологических институтов СССР, вып. 223 (283) t 978, с. 86-90.

2. Берсенева Т.В. и др. О возможности точных измерений давлений в жидкостях с помощью поляризационного интерферометра. — Там же, с. 111-114 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ДАВЛЕНИЙ, содержащее установленные последовательно источник светового излучения, поляризационный и светоразделительный элементы, рабочую камеру с жидкостью и зеркало, а также последовательно размещенные за светоразделителем углоизмеритель, фотоприемник и регистратор, о т л и Ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения температурных погрешностей, светоразделительный элемент выполнен в виде призмы Кестерса с полупрозрачной центральной гранью, а рабочая камера имеет два соединенных между собой через вентиль идентичных сквозных канала,. герметично закрытых по торцам светопроницаемыми пластинами и расположенных симметрично относительно центральной полупрозрачной грани призмы Кестерса, при этом в качестве жидкости использована двуокись углерода, а рабочая камера термостатиро« вана.

1150503 3

Изобретение относится к устройствам для измерения давлений, принцип действия которых основан на изменении показателя преломления рабочей среды под действием давления.

Известны устройства для измерения давлений, содержащие лазерный фотоэлектрический интерферометр Иайкельсона или Жамена, оптически связанный с камерой давления, Определение 16 давления основано на измерении разности хода лучей интерферометра, возникающей вследствие изменения плотности среды при изменении в ней давления, и сводится к измерению целых 1 и дробных долей интерференционных полос f1) .

Такие устройства обладают большими погрешностями измерений, так как их точность ограничена относительно низкой чувствительностью примененного интерференционного метода измерений разности показателей преломления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения давлений, содержащее источник излучения, поляризатор, два зеркала, две полупроз-,. рачные пластины, образцовую и рабочую камерыдавления,а также четверть- ЗО волновую пластину, анализатор и фо гоэлектронный умножитель j2) .

Недостатком известного устройства является относительно низкая точность измерений, вызванная низкой порого- 35 вой чувствительностью и температурной нестабильностью камер и рабочей среды.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет уменьше- 40 иия температурных погрешностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем установленные последовательно источник светового излучения, поляризацион- 45 ный и светораэделительный элементы, рабочую камеру с жидкостью и зеркало, а также последовательно размещенные за светоразделителем углоизмеритель, фотоприемник и регистратор, свето- 50 разделительный элемент выполнен в виде призмы Кестерса с полупрозрачной центральной гранью, а рабочая камера имеет два соединенных между собой через вентиль идентичных сквоэ-55 ных канала, герметично закрытых по торцам светопроницаемымн пластинами и расположенных симметрично относительно центральной полупрозрачной грани призмы Кестерса, при этом в качестве жидкости использована двуокись углерода, а рабочая камера термостатирована.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1 (камера давления).

Устройство содержит в качестве источника излучения гелий-неоновый лазер 1, расширитель 2 пучка и.поляризатор 3, которые находятся в непосредственной близости друг от друга на одной оси, перпендикулярной грани AD призмы Кестерса 4. Призма

Кестерса 4 является светоразделительным элементом, на основе которого построена оптическая схема (интерферометр) устройства. В плечах интерферометра в плоскостях, параллельных грани CD призмы, последовательно размещены четвертьволновая фазовая пластинка 5, компенсационная пластина 6 и идентичные сквозные каналы 7, выполненные в камере 8 давления. Каналы 7 камеры 8 по торцам герметично закрыты светопроницаемьми пластинами 9, соединены между собой вентилем 10 и заполнены рабочей средой в виде жидкой двуокиси углерода. Конструкция камеры 8 давления обеспечивает возможность работы с призмой Кестерса и рабочей средой, малогабаритность и постоянство геометрического размера (длины камеры, равной длине прохождения света в рабочей среде). Соединительный вентиль 10 обеспечивает работоспособность устройства. В закрытом положении вентиль 10 отсекает один канал 7 от воздействия измеряемого давления. В камере 8 давления имеются дополнительные внутренние каналы

11, соединенные между собой и заполненные жидкостью, постоянство температуры которой поддерживается термостатом, подсоединяемого к штуцерам 12.

Соосно с призмой Кестерса 4 и камерой 8 давления располагается конечное зеркало 13. Камера 8 давления с помощью мембранного или жидкостного разделителя 14 сред и штуцера 15 подсоединена к генераторам постоянных или переменных давлений (гидравлический или пневматический пресс, .грузопоршневой манометр или пульсатор). На одной оси, перпендикулярной грани АС, находятся компенсатор Се.3 1150 нармона, состоящий из четвертьволновой фазовой пластинки 16 и анализатора 17, связанного с углоизмерительным устройством 18, щелевая диаграмма 19, положительная линза 20, фотоэлектрический умножитель 21 и регистратор 22.

Устройство работает следующим образом.

Линейно поляризованный световой 1п пучок лазера 1, пройдя расширитель

2 пучка и поляризатор 3, разделяется призмой Кестерса 4 на два параллельных пучка равной интенсивности, ортогональноать которых обеспечивается четвертьволновой фазовой пластинкой

5, а возникающая при этом разность хода компенсируется прозрачной пластиной 6. Оба пучка направляются через светопроницаемые каналы 7 камеры 8 давления, заполненные рабочей средой.

После прохождения камеры пучки отражаются зеркалом 13 и, проделав обратный путь, сводятся призмой Кестерса 4 в один пучок света, анализируемый с помощью ком Сенармона и регистратора 22. В исходном положении, т.е. при нулевом или одинаковом давлении в полостях камеры 8, о6а световых пучка проходят равные

30 оптические пути и поступают без сдвига фаз на анализатор 17, который устанавливают в скрещенное положение с поляризатором 3. При этом фотоумножитель 2! регистрирует минимальный

, Ф

503 4 сигнал. Если давление в верхнем ка нале 7 камеры 8 при закрытом вентиле

10 изменяется на ар, то показатель преломления рабочей среды в ней изменяется на du и возникает разность фаз 5 между проходящими каналы 7 камеры 8 пучками, которые сводятся призмой Кестерса 4. Результатом их интерференции является эллиптически поляризованный пучок, преобразуемый четвертьволновой фазовой пластинкой

16 в линейно поляризованный с плоскостью поляризации, повернутой относительно исходного положения, на

3 угол 4Я вЂ” . Нри этом анализатор

2 устанавливают в положение, соответствующее минимальной освещенности фотоумножителя. Отсчитав угол поворота анализатора, определяют значение угла йЯ . Благодаря хорошей за-: щищенности полупрозрачного слоя призмы Кестерса 4 вибрации н температурные флуктуации вызывают примерно одинаковые изменения длийы двух ветвей интерферометра и сравнительно малые изменения разности хода лучей, а следовательно, и изменение угла поворота плоскости поляризации света в устройстве.

Таким образом, использование пред- лагаемого устройства для измерения давления позволяет повысить точность измерения давления за счет уменьшения температурных погрешностей.

1150503

Составитель В. Казаков

Редактор И. Рыбченко Гехред А.Бабинец

Корректор И. Самборская

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 2132/31 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Рауяская- наб., д. 4/5