Способ измерения давления и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Измеряемое давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, а поршень давит на разделительную жидкость, которая через мембрану отверстия 6 передает давление пьезометрической жидкости, находящейся в камере 7. Состояние пьезометрической жидкости изменяется, в соответствии с этим меняется и оптический сигнал, поступающий на фотоприемники 17 и 16. Сигнал далее поступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивности рассеянного и проходящего световых потоков, что и характеризует измеряемое давление. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (j9) (И> (5l) 4 С 01 L 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4256675/24-10 (22) 04,06,87. (46) 30,05,89, Бюл. 1(- 20 (71) Отдел теплофизики АН УЗССР (72) Л,А.Давидович, И,И,Шиндер и Ф,Х,Абдуллаев (53) 531 .787 (088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

В 136941 кл, С 01 L 11/00, 1960, Патент ФРГ Р 3405026 кл. С 01 L 11/00, 1986, 2 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений, Измеряемое давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, а поршень давит на разделительную жидкость, которая через мембрану отверстия 6 передает давление пьезоэлектрической жидкости, 1483297 где Р»

I

Двойн на фаэов находящейся в камере 7, Состояние пьеэометрической жидкости изменяется, в соответствии с этим меняется и оптический сигнал, поступающий на фотоприемники 17 и 16, Далее сигнал поИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам и устройствам для изме" рения давления, и может быть исполь;зовано, например, для измерения как абсолютной величины атмосферного давления, так и его малых отклонений, Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.

На фиг,1 изображены фазовая диаграмма раствора н-пропанол-вода-хлорид натрия с двойной критической точкой; на фиг,2 — график зависимости к 15 интенсивности рассеянного света от давления при углах рассеяния 90.; о, на фиг,З вЂ” график зависимости коэффициента рассеяния света в растворе от давления при углах рассеяния 20

1-5; йа фиг,4 - устройства для измерения давления, общий вид.

При измерении давления по предлагаемому способу в качестве жидкости используют раствор с двойной крити- 25 ческой точкой, регистрируют интенсивность рассеянного света, а величину давления определяют из соотношения

Ь» — -С(Р-Р) +В а

30 давление., при котором происходит фазовый переход жид— кости1 измеряемое давление постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой; постоянная, зависящая от угла рассеяния; 40 интенсивность светаэ .создав а емая ис точником интенсивность рассеянного света, ая критическая точка — точка ой диаграмме раствора, отвеступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивности рассеянного и проходящего световых потоков, что ч характеризует измеряемое давление, 2 с, и 1 з.п,ф-лы, 4 ил, чающая слиянию двух обычных фазовых переходов 2-ro рода, В случае жидких бинарных смесей известны системы, гетерогенное (расслоенное) состояние которых находится между верхней Т и нижней Т„ критическими температурами (фиг.1) .

Наиболее оптимальным режимом осуществления способа йвляется регистрация иитенсивности рассеянного под углом 1-5 к оптической оси входящего в жидкость светового потока, т,е, в таких угловых пределах, где распола-.гается первый интерференционный максимум кольцевой структуры рассеяния, возникающий вблизи двойной критической точки, С целью расширения диапазона измеряемого давления регистрацию рассеянного света проводят под углом

90 к направлению входящего светового потока, Способ позволяет регистрировать изменение давления со средней чувст-6 вительностью 10 атм, причем при регистрации рассеяния света под углом

1-5 чувствительность способа возрастает в 100 раз по сравнению со средним значением чувствительности, при рассеянии света под углом 90 увеличивается предел измерения давления до знач ения 10 а тм. устройство для реализации предлагаемого способа (фиг,4) состоит иэ корпуса . с нижней термостатирующей частью. Верхнюю часть корпуса 1 посредством упругих пластин 2 герметично закрывает диафрагма 3, которая соединена с поршнем 4. Последний входит в цилиндрическую втулку 5 корпуса 1, в свою очередь, соединена с отверстием камеры 6, которая заполнена раствором н-проианол-вода-хлорнд натрия, Отверстие перекрыто мембраной 7 из полимерной пленки, а прост1483297 ранство втулки 5 между мембраной 7 ,отверстия и поршнем 4 заполнено разделительной жидкостью. Камера 6 выполнена с оптическими окнами 8-10 и .5 имеет вмонтированные световоды 11 °

Для предотвращения попаданий воздуха (пузырька) под поршень и создания необходимого начального гидростатического давления сверху цилиндрической 10 втулки 5 установлен бачок 12 с маслом. Клапан 13 служит для регулирования рабочего давления в камере 6, Устройство имеет источник 14 лазерного излучения, ус танов ленный п е- 15 ред входным окном 8, фотоприемники

15 и 16, размещенные за окнами 9 и 1 О с ос тв е тс тв енно, причем диаметры окна 9 и фотоприемника 14 связаны с расстоянием последних до области рас- 20 сеяния в. растворе соотношениями.

d< = О 0851 и dq = 0,0171, на выходе излучения из окна 9 установлены дополнительный фотоприемник 17 и ослабитель в виде диафрагмы 18, Выходы фотоприемников 15, 16 и 17 подсоединены к блоку 19 сравнения, Состав пьезоэлектрической жидкости подобран таким, что при заданной температуре и исходном давлении жид- ЗО костная среда находится в гомогенном состоянии вблизи двойной критической точки, Давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, свободно перемещающемуся в пространстве цилиндрической втулки 5, Перемещаясь при измерении давления, поршень 4 давит на разделительную жидкость, которая через мембрану 7 отверстия передает давление пьезометрической 40 жидкости, находящейся в камере 6, создавая в ней избыточное давление °

Состояние пьезометрической жидкости изменяется, в соответствии с этим изменением изменяется и оптический сиг- 45 нал, поступающий на фотоприемники 16 и 16 Сигнал с фотоприемников 15 и 17 поступает на схему 19 сравнения, показывая разницу в интенсивностях . рассеянного и проходящего световых 50 потоков ° Последний является опорным сигналом для выделения полезного светового сигнала Io . Такая схема вклю-. чения позволяет свести к минимуму эффекты ослабления рассеянного света вблизи двойной критической точки, так как ослабление рассеянного света компенсируется ослаблением проходящего света, Таким образом, сигнал разбаланса схемы сравнения пропорционален приложенному давлению, При работе фотоприемника 16 не работает фотоприемник 17, и наоборот. Регистрация рассеянного поц углом 1-5 света осуществляется путем экранирования световых лучей под углами, удовлетворяющими условию 1 о 5, Экранирование лучей, рассеянных под углом менее 1, обеспечивается лицевой (входной) частью фотоприемника, расположенного на оптической оси, имеющей входную апертуру 1, Экранирование лучей, рассеянных под углом более 5, обеспечивается величиной апертуры выходного окна корпуса, составляющей 5

Как видно из фиг.3, зависимость значений коэффициента рассеяния

I/1э= R от величины изменения давления стремится к бесконечности при

ДР- 0 (в уравнении (1) константа

В 0), Это обстоятельство позволяет регистрировать малые изменения давления, Действительно, при реально достижимом значении Ь Р = 0,1 атм значение 5 R/ÜÐ 2 10 (фиг,3) и, учи" тывая, что существующие, (дифференциальные) методы регистрации изменения светового потока легко обеспечивают чувствительность в определении

-4 -5

10 -10, получают чувствительность

-1 способа по давлению P = 10 —: 10 Па (10 — 10 атм) . о

При рассеянии под углом 90 величина рассеяния остается конечной (фиг.2), что ограничивает чувствительность по давлению на уровне

10 атм. Однако благодаря отсутствию паразитного света от стенок световодов, который имеет место при рассеянии под другими, в том числе малыми углами, создается возможность для наблюдения рассеяния в более широком диапазоне интенсивностей (включая малые интенсивности), т,е. измерять

-( давления в широком диапазоне 10

10 атм, Ограничения по давлению при з малых углах возникают по следующим причинам: нижний предел (О; 1 атм) в связи с тем обстоятельством, что при этих sначениях давлений при заданных температурах двойной критической. точки (45 С) раствор закипает,,верхний обусловлен наличием под малыми углами блика (отражений от стенок световодов), по интенсивиости сравнимого с рассеянием при аР 5 атм.

1483297

При взаимно перпендикулярном расположении световодов входного и выходного излучений, т,е. регистрации рассеянного под 90 .света при чувствительности в определении давления, -4, 5 равной 10 -10 атм одновременно расширяется диапазон измеряемых давлений до 10 атм .

Изобретение может использоваться в условиях интенсивных электромагнитных полей, кроме того, измерение давления осуществляется с использованием компактного малогабаритногоус тройства, 15

Формула и зоб ре тения

1. Способ измерения давления, за ключающийся в том, что пропускают световой поток через жидкость, находящуюся в измерительной камере, на жидкость воздействуют измеряемым давлением и по изменению интенсивности где Р давление, при котором происходит фазовый переход раствора; измеряемое давление 40 постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой; постоянная, зависящая от уг- 45 ла рассеяния светового потока; э

В светового потока судят.о величине давления",отличающийся, тем, что, с целью повышения чувствительности, в качестве жидкости используют раствор с двойной критической точкой, регистрируют рассеянный световой поток под углом 1-5 к. оптической оси светового потока, а величину измеряемого давления определяют иэ соотношения

Io 4,4

|P Po) + 35

Ip - интенсивность рассеянного света; интенсивность светового потока источника света, 2, Способ по п ° i о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расшире ния диапазона измерений давления, ре= гистрируют световой поток под углом

90 к оптической оси светового потока, 3, Ус тройс тво для измерения давления, содержащее корпус внутри которого расположена заполненная жидкостью измерительная камера с подводящим каналом, причем в,корпусе и ка1 мере выполнены оптические окна, расположенные соосно с источчиком света и фотоприемником, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения давления, в него дополнительно введены мембран:-, два световода и воспринимающий дав;-;ение поршень, при этом мембрана установлена в камере на входе подводящего канала ко торый заполнен разделительной жидкостью, а поршень размещен в подводящем канале, причем световоды установлены в оптические окна камеры, расположены в жидкости и размещены с зазором друг относительно друга величины которого находятся в пределах 20 мкм — 10 мм, а в качестве жидкости использован раствор с двойной критической точкой, 4, Устройство по п,З ° о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введен дополнительный фотоприемник, а камера и корпус снабжены дополнительными оптическими окнами, расположенными перпендикулярно оптической оси светового потока, при этом камера снабжена дополнительным световодом, установленным в дополнительном окне и оптически связанным с дополнительным фотоприемником.

1483297

Во

Фиа.1

200

150

f00

20 б 7

Фиг.3

2 25 е-10 м.0 Май

f0 1f 12 Р,атн

1483297

Составитель В,Ульянов

Техред И. Ходанич

Корректор M.Âàñèïüева.

Редактор А,Лежнина

Заказ 2817/38 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССР

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

Производственшо-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород,. ул. Гагл-,> ив, 101