Способ измерения давления и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 191 (И 4 С 01 1 11/О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗ ТЕН ВТОР ЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 9 2зики конти позвое относитсяльной техник УзС очнос тьний, И и расширитьмеряемое давлафрагму 3, пешень дави, И,1 Пиндер диапазон ние, дей дается п змер на д а по вую идетельство СССР1, 11/00, 1960,405026,1986,т на разделитрез мембдавление рсти пь езоэлек тр(54) СПОСОБ ИЗМУСТРОЙСТВО ДЛЯнаходящейся в камере 7, Состояниепьеэометрической 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 какабсолютной величины атмосферного давления, так и его малых отклонений,Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазонаизмерений.На фиг,1 изображены фазовая диаграмма раствора н-пропанол-вода-хлорид натрия с двойной критической точкой; на фиг.2 - график зависимости к 1интенсивности рассеянного света отдавления при углах рассеяния 90.;о,на фиг,З - график зависимости коэффициента рассеяния света в раствореот давления при углах рассеяния 201 -5 ; йа фиг,4 - устройства для измерения давления, общий вид.При измерении давления по предлагаемому способу в качестве жидкостииспользуют раствор с двойной критической точкой, регистрируют интенсивность рассеянного света, а величинудавления определяют из соотношенияТо- -С(Р-Р)+В1 р) 30 давление, при котором происходит фазовый переход жид-кости 1измеряемое давление постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой; постоянная, зависящая от угла рассеяния; 40 интенсивность светаэ создаваемая источникоминтенсивность рассеянного света,ая критическая точка - точка 45 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 фазовыхпереходов 2-го рода, В случае жидкихбинарных смесей известны системы,гетерогенное (расслоенное) состояниекоторых находится между верхней Тзи нижней Т критическими температура"ми (фиг.1) .Наиболее оптимальным режимом осуществления способа йвляется регистрация иитенсивности рассеянного под углом 1-5 к оптической оси входящегов жидкость светового потока, т,е, втаких 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 углом90 ф к направлению входящего светового потокаСпособ позволяет регистрироватьизменение давления со средней чувст .6вительностью 10 атм, причем при регистрации рассеяния света под углом1-5 чувствительность способа возрастает в 100 раз по сравнению сосредним значением чувствительности,при рассеянии света под углом 90увеличивается предел измерения давления до значения 10 атм.Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг,4) состоит иэкорпуса . с нижней термостатирующейчастью, Верхнюю часть корпуса 1 посредством упругих пластин 2 герметично закрывает диафрагма 3, котораясоединена с поршнем 4. Последний входит в цилиндрическую втулку 5 корпуса 1, в свою очередь, соединена сотверстием камеры 6, которая заполнена раствором н-проианол-вода-хлорнднатрия, Отверстие перекрыто мембраной 7 из полимерной пленки, а прост 483297,отверстия и поршнем 4 заполнено разделительной жидкостью, Камера 6 выполнена с оптическими окнами 8-10 и5имеет вмонтированные световоды 11Для предотвращения попаданий воздуха(пузырька) под поршень и создания необходимого начального гидростатического давления сверху цилиндрической 1 Овтулки 5 установлен бачок 12 с маслом . Клапан 13 служит для регулирова"ния рабочего давления в камере 6,Устройство имеет источник 14 лазерного излучения, ус танов ленный п еред входным окном 8, фотоприемники15 и 16, размещенные за окнами 9и 10 соответственно, причем диаметрыокна 9 и фотоприемника 14 связаны срасстоянием последних до области рас" 20сеяния в растворе соотношениями:й, = 0 0851 и й= 0,0171 , на выходеизлучения из окна 9 установлены дополнительный фотоприемник 17 и ослабитель в виде диафрагмы 18, Выходыфотоприемников 15, 16 и 17 подсоединены к блоку 19 сравнения,Состав пьезоэлектрической жидкости подобран таким, что при заданнойтемпературе и исходном давлении жидкостная среда находится в гомогенномсостоянии вблизи двойной критическойточки, Давление, действующее на диафрагму 3, передается поршню 4, свободно перемещающемуся в пространствецилиндрической втулки 5, Перемещаясьпри измерении давления, поршень 4давит на разделительную жидкость, которая через мембрану 7 отверстияпередает давление пьезометрической 40жидкости, находящейся в камере 6, создавая в ней избыточное давлениеСостояние пьезометрической жидкостиизменяется, в соответствии с этим изменением изменяется и оптический сигнал, поступающий на фотоприемники 16и 16, Сигнал с фотоприемников 15и 17 поступает на схему 19 сравнения,показывая разницу в интенсивностях. рассеянного и проходящего световых 50потоковПоследний является опорнымсигналом для выделения полезного светового сигнала 1 . Такая схема включения позволяет свести к минимумуэффекты ослабления рассеянного светавблизи двойной критической точки,так как ослабление рассеянного светакомпенсируется ослаблением проходящего света, Таким образом, сигнал разбаланса схемы сравнения пропорционален приложенному давлению, При работе фотоприемника 16 не работает фото- приемник 17, и наоборот, Регистрация рассеянного поц углом 1-5 света осуществляется путем экранирования световых лучей под углами, удовлетворяющими условию 1 о5 ф, 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 5Как видно из фиг.З, зависимость значений коэффициента рассеяния 1/1 э= К от величины изменения давления стремится к бесконечности при ДР(в уравнении (1) константа В - 0), Это обстоятельство позволяет регистрировать малые изменения давления, Действительно, при реально достижимом значении ЬР = 0,1 атм значение ЬК/ЬР = 21 О (фиг,З) и, учи" тывая, что существующие, (дифференциальные) методы регистрации изменения светового потока легко обеспечивают чувствительность в определении-4 -Б10 -10, получают чувствительностьспособа по давлению Р = 1 О - : 1 О Па(10-10" ат ),оПри рассеянии под углом 90 величина рассеяния остается конечной(фиг,2), что ограничивает чувствительность по давлению на уровне10атм, Однако благодаря отсутствиюпаразитного света от стенок световодов, который имеет место при рассеянии под другими, в том числе малымиуглами, создается возможность длянаблюдения рассеяния в более широкомдиапазоне интенсивностей (включаямалые интенсивности), т,е. измерятьдавления в широком диапазоне 1 О10 атм, Ограничения по давлению призмалых углах возникают по следующимпричинам: нижний предел (О;1 атм)в связи с тем обстоятельством, чтопри этих значениях давлений при за-данных температурах двойной критической. точки (45 С) раствор закипает,,верхний обусловлен наличием под малыми углами блика (отражений от стенок световодов), по интенсивиостисравнимого с рассеянием при ДРа 5 атм,1483297 При взаимно перпендикулярном расположении световодов входного и выходного излучений, т,е, регистрациирассеянного под 90 света при чувствительности в определении давления,-4, 5равной 10 -10 атм одновременно расширяется диапазон измеряемых давлений до 10 атм .Изобретение может использоватьсяв условиях интенсивных электромагнитных полей, кроме того, измерениедавления осуществляется с использованием компактного малогабаритного .устройства,10 15 Формула и зоб ре тения 1. Способ измерения давления, заключающийся в том, что пропускают световой поток через жидкость, находящуюся в измерительной камере, на жидкость воздействуют измеряемым давлением и по изменению интенсивности где Родавление, при котором происходит фазовый переход раствора;измеряемое давление 40 постоянная, определяемая выбором конкретного раствора с двойной критической точкой;постоянная, зависящая от уг ла рассеяния светового потока эС В светового потока судят.о величине давления" ,о т л и ч а ю щ и й с я, тем, что, с целью повышения чувствительности, в качестве жидкости используют раствор с двойной критической точкой, регистрируют рассеянный световой поток под углом 1-5 коптической оси светового потока, а величину измеряемого давления определяют иэ соотношения1 о 44(Р Р) + 351 р 1 р - интенсивность рассеянногосвета;1 о - интенсивность светового потока источника света,2, Способ по п1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений давления, регистрируют световой поток под углом90 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 ка 1мере 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, внего дополнительно введены мембране,два световода и воспринимающий давление поршень, при этом мембрана установлена в камере на входе подводящего канала, который заполнен разделительной жидкостью, а поршень размещен в подводящем канале, причем световоды установлены в оптические окна камеры, расположены в жидкости иразмещены с зазором друг относительно друга, величины которого находятся в пределах 20 мкм - 10 мм, а вкачестве жидкости использован раствор с двойной критической точкой,4, Устройство по п,Зо т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения диапазона измерения, в него введен дополнительный фотоприемник, а камера и корпус снабжены дополнительными оптическими окнами,расположенными перпендикулярно оптической оси светового потока, при этомкамера снабжена дополнительным световодом, установленным в дополнительномокне и оптически связанным с дополни"тельным фотоприемником.1483297 1 Ч Рр 1,5 1 фФиг. д ставитель В,Ульянхред И. Ходанич Корректор М,Васипьева едактор А,Лежнина Тираж 789твенного комитета по113035, Москва, Ж1 роивводственио-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород ул. Гага;авиа, 101 аказ 2817/3 НИИПИ Госуда Подписноебретениям и открьгтиям при ГКНТ (:0 СРаушская наб., д. 4/5