Способ измерения давления газа

СОЮЗ СОЭЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 3 152753 А 51) 4 Г 01 . 11/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕПЬСТВ АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Институт газа АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРЬ" 145077, кл, С 01 1. 11/00, 1987.Кулеш В,П,Анализ возможностей лазерной интерферометрии для измерениядавления газа, - Автометрия, 1987,Г 4, с. 69-74,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА(57) Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения давления газов ипозволяет расширить пределы измерения,повысить точность измеренийВ кювету5 плеча сравнения интерферометра подают газ с измеряемым давлением Р, ав кювете 6 опорного плеча находится газ с известным давлением Р, . Электро- оптический модулятор 2, работающий в режиме модуляции, сигналом частоты й, преобразует излучение лазера 1 частоты о. в двухчастотное с оптическими частотамии ы+Л и взаимно перпендикулярными поляризациями, Эти составляющие излучения разделяют на два пучка, а на выходе вновь совмещают, фотоэлектрический приемник 9 преобразует биение интенсивности интерферирующего света в электрический сигнал, Изменением частоты модуляции добиваются нулевого показания фаэометра 11 и измеряют частоту модуляции Я. Затем ключ 12 размыкают и вводят тем самым временную задержку, Изменяют частоту модуляции до получения ближайшего нулевого показания фазометра 11. Измеря- Сф ют это значение частоты модуляции Я а давление определяют по измеренным значениям й й, й и Г 1 ил,ВвйИзобретение относится к измерительной технике, а именно к средствами методам измерения давления.Целью изобретения является расши 5рение диапазона измерения и повышениеточности,На чертеже изображена структурнаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения давления газа.10Устройство содержит лазер 1 фиксированной длины волны с электрооптическим частотным модулятором 2, управля-ющий вход которого соединен с генератором 3 электрических колебаний. Оптический выход модулятора 2 связанс поляриэационным делителем 4, разделяющим составляющие модулированныхколебаний, Измерительная кювета 5 икювета 6 сравнения, заполненные газом 20соответственно с контролируемым и известным давлением, установлены походу разделенных делителем 4 пучковсвета. Полуволновая пластинка 7 ивторой поляризационный делитель 8 25расположены перед фотоэлектрическимприемником 9. К выходу последнегочерез звено 10 задержки подключенодним входом фазометр 11, другим вхо"дом соединенный с генератором 3. Зве- З 0но 10 задержки шунтировано магнитоупра вляемым клюцом 12 с обмо гкой 13управления, К управляющему входуэлектрооптического модулятора 2 подключен цифровой частотомер 14, Оптическая часть устройства представляет35собой двулучевой интерферометр.Способ реализуют следующим образом.В кювету 5 плеча сравнения интер 40ферометра подают гаэ с измеряемым давлением Р, а в кювете 6 опорного плечанаходится газ с известным давлениемР . Электрооптический частотный модулятор 2, работающий в режиме двухпо 45люсной модуляции, электрическим сигналом частоты Я преобразует монохроматическое излучение лазера 1 частотыы в двухчастотное с разными оптическими частотами ы и о+ Й и взаимноперпендикулярными поляризациями. Эти50составляющие излучения на входе интерферометра разделяют на два пучка,а на выходе вновь совмещают поляризационными делителями 4 и 8. Полуволновая пластинка 7 служит для совмещенияплоскостей поляризации лучей опорногои измерительного плечФотоэлектрический приемник 9 преобразует биение интенсивности интерферирующего света на выходе интерферометра в электрический сигнал с частотой Я и фазой Ч, которая измеряется Фазометром 11.Вначале ключ 12 замкнут подачей напряжения на обмотку 13 управления. Изменением частоты модуляции добиваются нулевого показателя Фаэометра 11 и измеряют частоту модуляции Я, вычислительным частотомером 14, Затем ключ 12 размыкают и вводят тем самым временную задержку 7 вносимую звеном 10. Изменяют частоту модуляции до получения ближайшего нулевого показания Фазометра 11. Измеряют второе значение частоты модуляции Й частотомером 14, Давление определяют по формулей сЕТр - ля,-я, ыгде Я Й - первое и второе значениячастоты модуляции, соответствующие нулевой раз"ности фаз;с - скорость света в вакууме;К - универсальная газовая постоянная:Т - абсолютная температурагаза;1 - длина кюветы;Я - молекулярная рефракциягаза.Способ измерения давления основан на следующих физических принципах.Фазовая задержка р волны света на пути 1 в среде распространения с по" каэателем преломления и определяется выражениемй 1 (и)ч = - - =о и И (1) где о - угловая частота световыхволн;с - скорость света в вакууме;п, - целое число фазовых циклов; ф, ц - дробная часть Фазового цикла.Показатель преломления газа и связан с плотностью формулой Лоренц-Ло-, генцаЯ -1(и 2 1) /(и 2+2) (2)где Я - молекулярная рефракция газа,сохраняющая почти постояйное значение в широком диапазоне изменения плотности;р - молекулярный вес газа.Плотность р реального газа связана с давлением интерполяционным уравюением Ван-дер-ВаальсаВеличину задержки , выбирают изсоотношенияЯ =(510)д, (13)где д с - порог чувствительности фас 5зометра,Нижний предел определяется случайными погрешностями, связанными сфлуктуациями фазы, верхний пределдисперсионными погрешностями, связанными с изменением частоты зондирующего излучения,При пороговых изменениях фазовогосдвига д ч, -г,=(510) дцелое число фазовых циклов не изменяется (и,==сопвс). Поэтому фиксируемые разностиФаз (10) и (12) содержат целое числоФазовых циклов;ЛЧ,= щ =2 Тп (1)где и, =1,2,3.- целые числа,Кроме того, при пороговых изменениях разности фаз ( д ч(с 2 Гп, ) можносчитать, что погрешности измеренияразности Фаз остаются практически неизменными ( у,= ) = у = у и д,= д= / в - д) . 25Приравняв разности фаэ (10) и (12),соответствующие оГной и той же нулевой разности Фаз дц= д получаютЬ+Я ) А 1 Ь+%) А 1 лр=р+ь 1 л (15)30сЕТ сРТ .ооткуда давление газа в зондируемойсредеЯ сЕТ,р - г (16)Д д 1 А "о35учетом задаваемого давления Р, в кювете сравнения, через которую проходит пучок света основной оптической частоты ь 5, разностное давлениесКТ 40Л р (17)1 А о о1где Р - известное давление в средесравнения,Результат измерения давления (16)соответствует частному случаю, когда 45давление в среде сравнения Рс,=0,з полученных выражений (16) и(17) следует, что давление однозначноопределяется Лвумя значениями частоты1модуляции й, и й не зависит от це лого числа фазовых циклов л, и погрешностей измерения фазовых сдвигов ( у и с), Формула изобретения й сКТя.-Я, 1 А частоты модуляции, соответствующие нулевой разности фаз;скорость света в вакуумеуниверсальная газовая постоянная; где Я, Я,с К абсолютная температура газагаза;длина пути света в кюветемолекулярная рефракциягаза;время задержки электри"ческого сигнала. Т Способ измерения давления газа, включающий частотную модуляцию оптического когерентного излучения, разделение излучения на два пучка света с основной и смещенной оптическими частотами, пропускание пучка света со смещенной частотой через первую кювету известной длины, заполненную газом с измеряемым давлением, пропускание пучка света с основной частотой через вторую кювету такой же длины, заполненную газом с известным давлением, совмещение пучков света, прошедших кюветы, преобразование биений интенсивности интерферирующего излучения в электрический сигнал частоты модуляции, измерение Фаэометрс, разности его фазы и фазы модулирующего сигнала и вычисление измеряемого давления газа о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности, после измерения разности фаэ изменяют частоту модуляции до получения нулевой разности фаз затем задерживают электрический сигнал на время, фаэовая задержка от которого превышает порог чувствительности фазометра, дополнительно изменяют частоту модуляции до восстановления нулевой разности фаэ, а измеряемое давление определяют по соотношению