Способ измерения высоких давлений

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ тИзобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения высоких давлений, в частности спомошью ультразвука,и может быть использовано при измерении давления втвердотельных камерах высокого давленияс малым рабочим объемом и твердойпластичной рабочей средой, передающейдавление,Известны способы измерения давления ультразвуковым методом, основанныена определении скорости звука в эталон-;ной среде, в которой создают давление,соответствующее измеряемому давлению.Эталонное вещество помешают в сжимаемую среду, возбуждают в нем ультразвуковые волны, измеряют скорость звука в эталонном веществе и.по известной теоретической или предварительноизмеренной зависимости скорости звукаюв эталонном веществе от давления вычисляют давление в эталонном веществесоответствующее давлению в сжатойрабочей среде 1. Однако измерение скорости звука требует образец эталонного веществазначительной длины, порядка 1 см. Камеры высоких и сверхвысоких давлений имеют рабочие камеры малых объемов и поместить туда эталонный образец, пригодный для измерения в нем скорости звука, не представляется возможным.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения давления, согласно котороМу через эталонное вещество пропускают упругую волну, частоту которой подбирают таким образом, что в эталонном вешес ве укладывается определенное (целое) число полуволн, и по этой частоте находят величину измеряемого давлении (,23.Недостатком известного способа является необходимость регистрации синфазного наложения волн, отраженных от двух границ эталонного вещества, что накладывает ограничение на амплитудыи длительности отраженных сигналов.Образец эталонного вещества долженг5 976П р и м е р 1. Определение давления фазового перехода в реперных металлах. Для камеры "тороид" с диаметром лунки 15 мм и плоской плошадкой с диаметром 7 мм на дне лунки акустический трансформатор импедансов берут в виде диска толшиной ф 1 мм и диаметром 6-7 мм, Диск вырезают из слитка монокристаллического молибдена с образующей вдоль кристаллографического направления 1 00 ) 16 Диск размещают на плоском дне пуансона камеры, на противоположную внешнюю сторону которого наклеивают кварцевый диск "Х"-среза диаметром 7 мм и резонансной частотой 9 МГц соосно с диска ми молибдена, По формуле (1) вычисляют Е для диска с Ъ =1 мм, используя известные данные для скорости звука в молибдене и его модулей упругости и подставляя их в формулу для вычисления 20 давления (2)Чо 6715,10м/с(2 п+1) =5 Способ измерения высоких давленийпутем пропускания ультразвуковых колебаний через эталонное твердое тело, п мешенное в камеру давления с рабочей средой, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и возможности измерения в камерах давления малых объемов, ультразвуковые колебания пропускают через четвертьволновый акустический трансфор- . матор импедансов, размещаемый на внутренней стенке камеры давления, устанавливают частоту колебаний; соответствуюЧо Г =(2 "+) - ,=8,390 МГц) 1+ 2 У -- а - Г си 12 КМ, я 63С 1.1=1333,0 ГПа;С,)=3557,0 ГПа;Р=24,18(1-Е/Ео ) ГПа.В контейнере камеры стандартнымобразом размещают и рабочую среду -индий, которая обжимает молибденовыйдиск и реперные металлы - висмут,олово, барий, Преобразователь подключаютк схеме возбуждения и приема ультразвука камеру с контейнером сжимают прессом до усилия, при котором наблюдаетсяскачок электрооопротивления реперногометалла.Увеличивают частоту генератора дотех пор, пока наблюдаемый на экранеосциллографа отраженный сигнал не станет минимальным. Измеряют установленную таким образом частоту,Для скачка электросопротивления волове Гобс, =9855 МГц. Вычисляютсоответствующее давление по формуле(й)Р =24 18 1- = 9)8 ГПсю,Увеличивают сжатие до скачка электросопротивления в барии. Настраивают чаототу по минимальному отраженномусигналуЕБд =10,320 МГц,Вычисляют соответствующее давление Р= -24,Й 1- - :12,40 ГПс 1. 316 6П р и м е р 2. Давление фазового перехода в реперных металлах определяют так же, как и в примере 1, только используют сдвиговую волну (преобразователь "У"-среза на частоту 10 МГц), молибденовый диск толшиной Ьт 0.7 мм и формулу (3) для вычисления давленияЧо =3,257 10 см/с;Чо(4 Ъ =;1 163 МГц;(2+1) =9;Ео =10,469 МГц;С 44=108 7 ГПа;С+ =269,0 ГПа;С, =893,0 ГПа;Р=1 8,2 12 ( 1- Е (Е, ) ГПа.Аналогичным образом измеряют частоту генератора, возбуждающего упругие волны, когда отраженный ультразвуковой сигнал минимален при соответствующих скачках электросопротивления в олове и барии1 ров =12" 867 МГц;Е рс 2=13573 МГц.Вычисляют соответствуюшее давлениеРоловс 1 929 ГПаРри=2,40 Г .Предлагаемый способ позволяет измерить давление до 12,5 ГПа (давление фазового превращения в барии), что существенно выше максимального давления, измеряемого известным способом (7,7 ГПа - давление фазового превращения в висмуте), позволяет измерить давление в рабочем объеме 0,3-0,5 см,Э что в два раза меньше объема, в котором измеряется давление известного способа.Настройка по минимуму сигнала позволяет автоматизировать процесс измерения давления, существенно повысив быстродействие которое достигло 1 с против 30 с. Формула изобретения2. Авторское свидетельство СССР Мо 461675, кл. С 011, 11/00, 1972 (прототип),Составитель И. Невскийо . Техред ЛЛекарь Корректор Л. Грат емчик ед каэ 8993/69 Тираж 887 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретеннй и 113035, Москва, Ж, РаушПодписноекомитета СССРоткрытийокая наб., д. 4/ пиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,7 976316 8шую минимуму отраженного от границы 1. Авторское свидетельство СССРкамеры и акустического трансформатора % 392366, кл.01 Ь 9/08, 1972,сигнала, и по полученному значению час тоты судят о величине давления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе