Способ измерения давления

цц 473918 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз СоветскиМ Социалистических Республик%ь 51) Л 1. 1 л. С 011 918 и соединением Государственнын комитет Совета Министров СССР 32) Приоритет -53) УДК 531 787 в 1(088 8) бликовано 14.06.75. Бюллетень22 етеии открытии Дата опубликования описания 15.10,75 72) Авторыизобретения71) Заявитель. А танин, С. П. Оссловский и 1 т СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕН бьем а 3 може Изобретение относится к способам измерения давления с использованием электрокинетических явлений в жидкостях.Известен способ измерения давления, основанный на использовании электрокинетического явления, в частности возникновения потенциала течения при протекании полярной жидкости через пористую перегородку под действием перепада давления на ней.Потенциал течения, пропорциональный перепаду давления, снимают с токосъемцых элементов, наложенных на обе стороны пористой преобразующей перегородки.Однако устройства для измерения давления по этому способу с упругими воспринимающими элементами имеют существенный недостаток, заключающийся в трудности обеспечения стабильности двух величин одновременно - эффективной площади и жесткости.Для усиления выходного сигнала с целью регистрации на шлейфовый осциллограф требуются сложные балансные усилители постоянного тока. Устройство по этому способу не позволяет измерять статическое давление.Для расширения диапазона от статических до быстроизменяющихся давлений с получением результата измерения в виде амплитудно-модулированного сигнала, не требующего сложных усилительных схем, по предлагаемому способу в замкнутом объеме, заполненцом рабочей полярной жидкостью, размещают две пористые преобразующие перегородки с наложенными по обеим сторонам токо- съемными элементамц, к одной цз которых подводят напряжение от генератора несущей частоты (ГНЧ) и которая в этом случае являет,:я возбудителем вынужденных колебаний частиц жидкости в замкнутом объеме, а с токосъемных элементов другой снимают сигнал той же несущей частоты, модулированный по амплитуде измеряемым давлением за счет изменения физических параметров полярной рабочей жидкости (плотность, электропровод- ность и др.) под действием приложенного давления.На чертеже показана схема, реализующая предлагаемый способ.Измерение давления осуществляют следующим образом.Пористые преобразующие перегородки 1 и 2 заключают в заполнецньш полярной жидкостью замкнутый объем 3 на расстоянии друг от друга. Выводы одной цз преобразующих перегородок подключают к выходу генератора несущей частоты 4, а выводы второй - к регистрирующему устройству 5, например, через детектор к шлейфовому осциллографу.Оболочка замкнутого о тбыть выполнена как с(2) и с жесткими. В случае оболочки с упругими стенками, последние выполняют роль воспринимающих измеряемое давление элементов. В случае жесткой оболочки, измеряемое давление подводят через входное устройство, имеющее разделительный элемент, например поршень.В том и другом случае под действием измеряемого давления изменяется действующее давление в полярной жидкости замкнутого объема, при этом с выводов перегородки 2 снимают сигнал, пропорциональный действующему давлению в жидкости, модулированный по амплитуде этим давлением. Механизм получения сигнала модулированного по амплитуде действующим в кидкости давлением, можно объяснить следующим образом.На токосъемные электроды б и 7 преобразующей перегородки 1 подают напряжение с выхода генератора несущей частоты 4, частоту которого выоирают исходя из ожидаемой максимальной частоты измеряемого процесса так, чтобы согни ) 3 - 10 о максимального процесса.,Под действием приложенного переменного электрического поля в капиллярах перегородки 1 ионы разного знака движутся в противоположных направлениях со скоростями, соответствующими их подвижностям и градиенту потенциала. Таким образом, около стенок капилляров создается направленный поток избыточных ионов диффузного слоя. В каждом капилляре круглого сечения пористой перегородки такой поток представляет собой цилиндрическую оболочку ионов, движущихся к противоположно заряженному полюсу.,При перемещении эта оболочка увлекает за собой остальную массу жидкости в капиллярах перегородки в силу трения и молекулярного сцепления.Известно, что скорость течения жидкости имеет две составляющие - гидростатическую 1, и электро-осмотическую Г При отсутствии перепада гидростатического давления Ь 0=0 скорость перегона жидкости будет определяться только электроосмотической составляющей.Итак, переток жидкости через перегородку 1 осуществляется под действием электроосмотичвского давления Рвозникающего при наложении переменного электрического поля на токосъемные элементы б и 7 и определяемого следующим выражением: где Угнч сов со 1 - напряжение генератора несущей частоты; 0 - диэлектрическая постоянная жидко:,ть;- потенц.ал, В;радиус капилляра, лл.Значение скорости перегона жидкости 5 Рр, через преобразующую перегородку 1определяется выражением: где 6 - толщина двойного электрическогослоя, лкм;т 1 - коэффициент динамической вязкости,кг я- сек - ,15 1 - длина капилляра, с.ч.Таким образом, под действием приложенного электрического переменного поля происходят стационарные вынужденные колебаниячастиц жидкости с частотой возмущения ГНЧ.20 Следовательно, преобразующая перегородка 1 является возбудителем вынужденных колебаний частиц жидкости в замкнутом объеме.25 Известно, что при прохождении колебанийчерез среду толщиной 1, происходит их ослабление по закону; 30где А, - амплитуда начальных колебаний; А - амплитуда колебаний после прохождения пути 1.; 1, - расстояние, проходимое колебаниями в среде, л; а - коэффициент поглоще пия, л - .Коэффициент поглощения в свою очередьзависит от физических свойств среды и частоты вынужденных колебаний где- частота вынужденных колебаний, Ги,;Й - постоянная поглощения для жидкостей, определяемая следующим выражением: 45 где р - плотность жидкости, кг,лз;50 С - скорость распространения колебанияв среде, л,сек.Отсюда скорость перетока жидкости черезпреобразующую перегородку 2, расположенную на расстоянии 1, от преобразующей пере городки 1, являющейся возбудителем вынужденных колебаний, будет определяться выражением: Таким образом, происходит принудительный переменный переток жидкости через преобразующую перегородку 2 со скоростью ,р вследствие чего на токосъемных электродах 55 8 и 9 возникает потенциал течения, величинакоторого зависит от мгновенного значения скорости перетока жидкости через преобразующую перегородку 2,Получающийся при этом ток через преобразующую перегородку 2 определяется выражением:(8) 1 вр, - 2 гр,1 вр где р, - плотность зарядов.0;Известно, что бр, - ,подставляя значение бр, в формулу 8 будемиметь: 10 у игнчсояю 102 1 15 где и - число капилляров в пористой перегородке; х - удельная электропроводность 251жидкости, , то величина выходногоОя япотенциала течения на токосъемных элемецтах 8 и 9 преобразующей перегородки 2 определяется выражением: Увых. пр - 1 првЙ Подставляя значение Ур и Я в формулу"Р 2 2 гг 2 ту гг (12) Это выражение для определения значения выходного потенциала несущей частоты на токосъемных электродах 8 и 9 преобразующей перегородки 2, зависящее от параметров источника возмущения, внутренних свойств системы и величины удаления преобразующей перегородки 2 от возбудителя вынужденных колебаний, т. е. преобразующей перегородки 1.В полученной формуле 12 значение а, согласно выражению (5), равно 50 2 тю Зрс Известно, что величины р, х и др., входящие в формулу 12, изменяют свое значение Так как сопротивление пористой перегородки определяется выражением201и-х (10) в зависимости от величины прпкладываемогодавления, напримерр - р,(1+РР),(14)где р, - плотность жидкости до увеличения действующего давленця в жидкости; р - плотность жидкости при увеличенгш действующего давления в жидкости; Р - действующее давление; р - коэффициент относительного объемного сжатия.Изменение этих величин происходит таким образом, что при увеличении действующего давления в жидкости на токосъемцых электродах 8 и 9 преобразущей перегородки 2 происходит увеличение амплитуды выходного сигнала, т. е, выходной сигнал является функцией от измеряемого давлешя.Таким образом, согласно предлагаемому способу система, состоящая из замкнутого объема, двух преобразующих перегородок, одна из которых является возбудителем колебаний частиц жидкости и генератора несущей частоты, представляет собой измерг 1 тельцую систему, с помощью которой с выхода второй пористой преобразующей перегородки сш- мается сигнал, модулированный по амплитуде измеряемым давлением. Предлагаемый способ измерения давления с одновременным использованием двух эффектов электрокинетического явления в жидкостях (электроосмоса и потенциала течения) в отличие от известного способа с использование только потенциала течения дает возможность производить измерение давлений в диапазоне от статических до быстроизменяющихся и получать выходной сигнал модулированный по амплитуде действующим измеряемым давлением.Предмет изобретенияСпособ измерения давления, заключающийся в снятии сигнала, пропорционального действующему давлению, с токосъемных электродов пористой перегородки, установленной в герметизированный залитый полярной жидкостью контейнер с воспринимающим давление элементом, от,гичаюигийсч тем, что, с целью расширения диапазона измерений от статических до быстроменяющихся давлений, в контейнер устанавливают дополнительную пористую перегородку, к выводам электродов которой подводят напряжение генератора несущей частоты.473918 Составитель НевскаяШубина Текред М. Семенов Корректор В, Гутма едакто Поди иснов СССР Тип. Харьк. фил. пред. Патент Заказ 749/1181 Изд ЦНИИПИ Государст по де Москва