Устройство для измерения скоростей распространения упругих волн и плотности твердых тел

)5 Е 21 С 39/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ НИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 23.11.92.71) И нституа евыкинК. Применение техники высокихри исследовании твердого тела.1972, с. 231 (190 - 196).зй 1 гпа, Со аргезз 1 опа 1 даче1 п о 1 ч 1 пе пос цез ат Ыд Ьс сепзрегашге.Э. Роуз,20, М 2. 1972.фт Ю.С. Экспериментальные иссв области гл;бинной минералоологии, - М.; Наука, 1977,ЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Изобретение относится к области сздания аппаратуры высокого давления разработки методов исследования физических свойств твердых материалов и горных пород при высоких давлениях и температурах. Изобретение связано с разработкой способа определения скорости ультразвука в твердотельных установках высокого давления типа поршень. цилиндр, Оно позволяет повысить точность измерений скорости ультразвука, сжимаемости, температуры и расширить диапазон давления, получить более равномерное поле температур.Известны устройства для определения скорости распространения ультразвука и плотности, использующие импульсный метод прозвучивания и метод смещения поршня. Скорость распространения ультразвука определяется путем измерения,%43ики Земли им, О.Ю, Шмид(57) Использование: для измерения в установках поршень-цилиндр скорости распространения упругих волн и плотности в образцах при высоких давлениях и температурах. Сущность изобретения; устройство содержит камеру для размещения испытываемого образца с поршнями, излучатель и приемник УЗ-волн, нагреватель и термопары, В нем поршни выполнены с углублениями на наружных торцах, в которых установлены соответственно излучатель и приемник УЗ-волн, при этом нагреватель и термопары смонтированы на наружной поверхности камеры. Устанавливают в камеру исследуемый образец и осуществля ют одновременное его нагружение с ультразвуковым прозвучиванием. Регистрируют скорость распространения упругих волн и плотность образца в зависимости от температуры и давления. 2 ил,емени пробега ультразвукового импульса, которое зависит от точности отсчета ломента первого вступления импульса, а также от точности определения температуры и давления. Форма импульса и четкость первого вступления связаны с условиями прохождения УЗ от излучателя к приемнику через образец.Известно также устройство, которое следует рассматривать как прототип, содержащее излучатель и приемник УЗ-волн, поршни, термопару, образец и нагреватель. В нем излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, нагреватель и термопары помещены внутрь рабочего обьел 1 а камеры высокого давления и температуры. Ввод термойары и экранированных проводов к излучателю и приемнику ультразвука осуществляется через каналы в поршнях, 1776791К числу недостатков прототипа можноотнес 1 и следующие:высокие градиенты температуры и неравномерный нагрев вызывают термоупругие напряжения в образце и тем самымсказывают влияние на показания ультразвуковых измерений,давление и температура оказывают влияние на работу излучателя и приемника ультразвука, которые разрушаются придавлении 0,1 ГПа;влияние давления на показания термопары;исследования сжимаемости практически проводить невозможно;предел допустимых давлений в опытахснижается за счет каналов в поршняхРазмещение излучателей ультразвука,термопары и нагревателя внутри камерызначительно уменьшает размеры исследуемого образца.Целью изобретения является повышение точности измерения скорости распространения УЗ-волн в образце и егосжимаемости за счет создания равномерно го температурного поля в образце,Достижение поставленной цели обеспечивается тем, что поршни выполнены суглублениями на наружных торцах, в которых установлены соответственно излучатель и приемник УЗ-волн, при этомнагреватель и термопары смонтированы нанаружной поверхности камеры,На фиг. 1 и 2 изображена схема предполагаемого устройства.Здесь; 1 - излучатель и приемник ультразвука;2 - камера для размещения испытываемого образца с поршнями;3 - образец,4 - термопара,5 - нагреватель.Работа устройства характеризуетсяциклами опытов в следующей последовател ь ности.Иэ одной мелкозернистой горной породы была подготовлена серия образцов, вкоторых монтировались термопары следующим образом: на торцах, на боковой поверхности по диаметру, а также в центреобразца.Образцы вместе с термопарами заключались в оболочку из пластического минерала-пиросфоллита, и помещались в каналкамеры высокого давления. К торцам образ. ца подводились поршни, через которые осуществлялся вывод термопар.Образцы с помощью пресса через поршни подвергались сжатию до определенно 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го давления, которое поддерживалось постоянным во время испытаний.При строго определенных режимах нагрева одновременно снижались показаниятермопар 3, расположенных в образце, ирабочей термопары 4, расположенной внеобразца, Такие циклы измерений проводились на 2-3 образцах и повторялись несколько раз для каждого образца.Строился график зависимости показаний рабочей термопары 4 от показаний термопар, расположенных в образце приразличных Р и Т, Таким образом, при определенном режиме нагрева Т в образце можно установить по показанию рабочейтермопары 4 (см. фиг, 2).Одновременно с измерением Т в образце проводятся измерения изменений длиныи времени пробега ультразвука в поршнях иобразце.Для определения сжимаемости и скорости распространения ультразвука в образцеиспользуются данные тарировочных кратких определений изменения длины поршней и скорости пробега в них ультразвукапри соответствующих режимах нагрева,В качестве примера приведены данныеопределения скорости УЗ (продольные волны) на частоте 1 МГц в образце базальта принагреве до 500 Си фиксированном давлении -5 кбар,Точность в определении Т не более .3,0 С в измерении длины образца +0,01мм и времени пробега УЗ в образце й 0,02мкс, Максимально возможный разбросзначений в определении Чр в данном примере при Т 200 С составляетЧрмакс 2034: 3,28= = 6201 м/сЧрмин 2032: 3 32 = 6120 м/сЬ Чр= 6201 6120 = 81 м/с,что соответствует 1,2 О ,Различия от полученного в опыте зна-.чения Чр = 6160 составляет 40 и 41 м/с(= 0.6%).Т.е. опытные данные полностью подтверждают достижение поставленной цели.Конструктивное оасположение элементовустройства обеспечивает использование исоздание в образцах больших размеров рав.номерного поля Т, что повышает точность измеряемых параметров образца, позволяетиспользовать легко сжимаемые .образцы.Вынос излучателя и приемника иэ зоны высоких давлений и температур обеспечиваетстационарный режим их работы, что важнодля сопоставления данных опытов, исключает вОзможное разрушение, позволяет также определять изменение длины образца вовремя опыта, что отсутствует в прототипе.1776791 Г 2 ос 1 авитель А,Левыкиехред М.Моргентал Корректор А,Моты дактор Заказ 410 б Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 и ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Формула изобретенияУстройство для измерения скоростей распространения упругих волн и плотности твердых тел, содержащее камерудля размещения испытуемого образца с поршнями, 5 излучатель и приемник УЗ-волн, нагреватель итермопары,отл ича ющееся тем,что, с целью повышения точности измерения, поршни выполнены с углублениями на наружных торцах, в которых установлены соответственно излучатель и приемник УЗ- волн, при этом нагреватель и термопары смонтированы на наружной поверхности камеры,