SU1188638A1 - Ультразвуковой анализатор газов - Google Patents

Abstract

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АНАЛИЗАТОР ГАЗОВ, содержащий корпус с параллель: но расположенными излучателем и отражателем ультразвука, вьшолненным из температурочувствительной жидкокристаллической пленки, и устройство дл  изменени  и измерени  рассто ни  между излучателем и отражателем, соединенное с корпусом, о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, он снабжен конфузором, выполненным в виде параболического конуса, при этом излучатель и отражатель ультразвука выполнены в виде колец с одинаковыми внешними и внутренними диаметрами , установленными соосно на заданном рассто нии и герметично соединенными по. периметру внешних окружностей с корпусом, имеющим форму сильфона, а конфузор установлен в отверстии излучател  и направлен узким концом в сторону отражател . в (Л 00 СХ) со эо

Description

Изобретение относитс  к технике ультразвуковых измерений и может быть использовано дл  измерени  акустических характеристик,индикации изменени  состава и состо ни  газов. 5

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей ультразвукового анализатора газа.

На чертеже схематически изображен ультразвуковой анализатор газов, О

Анализатор содержит излучатель 1 и отражатель 2 ультразвука, которые расположены параллельно друг другу и соединены герметично в корпусе, состо щем из сильфона 3 и втулки 4. 15 Излучатель 1 и отражатель 2 выполнены в виде колец с одинаковыми внеш ними и внутренними диаметрами. При этом отражатель 2 ультразвука изготовлен из температурочувствительной 20 пленки и расположен в ближнем ультразвуковом поле излучател  1 против него так, что плоскость отражател  2 параллельна плоскости излучател  1. Внутри корпуса в отверстии излучате- 25 п  1 установлен конфузор 5, вьшолненный в виде параболического конуса. Кроме того, анализатор газов.содержит устройство (не показано) дл  изменени  и измерени  рассто ни  меж- зо ду излучателем 1 и отражателем 2,

Измерени  с помощью ультразвукового й .нализатора газов провод т следующим образом,

---Излучатель 1 ультразвука привоAJ i в резонансные колебани  раст - 35

жени -сжати  при помощи генератора (не показан). Излучаемые в результате этих колебаний ультразвуковые волны распростран ютс  в среде газа, наход щейс  между плоскостью излуча- 40 тел  1 и плоскостью отражател  2, Достигнув поверхности отражател , ультразвуковые волны отражаютс  от него и двигаютс  обратно к излучателю , достигают поверхности излуча- 45 тел , вновь отражаютс  от излучател  и т.д., образу  сто чие волны. При этом коэффициенты отражени  ультразвуковых волн от поверхностей отражател  и излучател  близки к единице, 50 так как волновые сопротивлени  отражател  и излучател  сильно отличаютс  от волнового сопротивлени  газа, в котором распростран етс  ультразвук .55

При прохождении через исследуемый газ ультразвуковые волны частично им поглощаютс  и нагревают его, При

этом структура сечени  теплового пол , параллельного поверхности излучател , соответствует структуре фронта ультразвуковой волны. Поскольку отражателем ультразвуковой волны служит температурочувствительна  жидкокристаллическа  пленка, то нагрев ее столбом газа между излучателем и отражателем происходит с отражением структуры теплового столба, что про вл етс  в изменении цвета пленки, который зависит от интенсивности ульразвука против этого места пленки и от рассто ни  между поверхност ии излучател  и отражател , Это вытекает из того, что в случа х, когда это рассто ние оказываетс  кратным целому числу половины длины волны распростран ющегос  ультразвука, интенсивность образующейс  там сто чей ультразвуковой волны достигает максимума . Увеличение энергии сто чей ультразвуковой волны приводит к увеличению поглощаемой энергии ультразвука , а значит к большему нагреву газа, в котором распростран етс  ультразвук. Это, в свою очередь, приводит к большему нагреву жидкокристалической пленки отражател  и к изменению в этих местах ее цвета. Изменение цвет.овой картины на наблюдаемой поверхности жидкокристаллической пленки отража тел   вл етс  показателем кратности рассто ни  между излучателем и отражателем половине длины волны ультразвука.

Измен   и измер   это рассто ние посредством устройства дл  изменени  и измерени  рассто ни  между излучателем и отражателем и наблюда  при этом определенную цветовую картину

на поверхности жидкокристаллической пленки отражател , можно измерить длину волны ультразвука, распростран ющегос  в исследуемом газе, а по измеренной длине волны и известной частоте ультразвука определить скорость его распространени , характерную дл  каждого газа.

Показателем изменени  состава газа  вл етс  изменение цветовой кар тины на наблюдаемой поверхности жидкокристаллической пленки отражател , когда анализатор настроен на резонанс сто чей ультразвуковой волны между излучателем и отражателем при заданном составе газа.

Ультразвукова  сто ча  волна, образующа с  между излучателем и отра3 жателем при указанной конструкции, будет находитьс  во взаимодействии с бегущей волной, распростран ющейс  в центральной части камеры, вдол ее продольной оси. Наличие бегущей волны обусловлено тем, что в отража теле имеетс  сквозное отверстие, та как он, как и излучатель, выполнен в виде плоского кольца. Таким образом, в анализаторе ультразвуковое поле излучател  будет как бы разделено на две части: одна часть св зана с сто чей волной образующейс  между внутренними поверхност ми излучател  и отражател  а друга  - с бегущей волной, распро стран ющейс  по центральной части измерительной камеры, вдоль .ее продольной оси. При 3toM сто чие волны нагрева  газ, создают конвективные потоки и смещают частицы газа в радиальном направлении, перемеща  их в область к продольной оси камеры, где они взаимодействуют с ультразвуковьм полем бегущей волны и пере мещаютс  через отверстие отражател  за пределы камеры. Таким образом, продольные волны, t распростран  сь вдоль оси камеры, захватывают вытесненные сто чими вол нами частицы газа и создают его поток в направлении от отверсти  излу чател  к отверстию отражател . Созданию потока газа способствует то обсто тельство, что в обратную сторону радиального направлени , т. от оси к стенкам сильфона втулок, частицы газа не будут распростран т с , так как они испытывают сопротив ление со стороны стенок сильфона 3 и втулки 4, а также со стороны поверхности конфузора 5, выполненного 384 в виде параболического конуса и введенного внутрь корпуса через отверстие излучател . Наличие конфузора с параболической конусной поверхностью вызывает концентрацию частиц газа на оси камеры. Движение газа в камере сопровождаетс  понижением статического давлени  внутри камеры по сравнению с давлением вне камеры. Как следствне зтого, внутрь камеры через, конфузор будет вт гиватьс  газ, выходить же из камеры он будет через отверстие отражател . Дл  обеспечени  температурной компенсации изменени  выходного сигнала сильфон и втулка измерительной камеры анализатора изготавливаютс  из материала с большим коэффициентом температурного расширени . Например, сильфон изготовлен из металла с малым коэффициентом температурного расширени , а втулка - из материала с большим коэффициентом расширени . Принципиальна  возможность температурной компенсации основана на том положении, что температурные коэффициенты газов и твердых материалов имеют различные знаки. Основное назначение сильфона обеспечить изменение рассто ни  между излучателем и отражателем. Поскольку это рассто ние измен етс  в пределах половины ультразвуковой волны, то дл  обеспечени  указанного изменени  сильфон может иметь один или два гофра. Анализатор функционирует в динамическом режиме без наличи  побудител  расхода, что обеспечивает- ему широкую область применени , в первую очередь дл  контрол  окружающей воздушной среды.

Claims (1)

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АНАЛИЗАТОР ГАЗОВ, содержащий корпус с параллель? но расположенными излучателем и отражателем ультразвука, выполненным из температурочувствительной жидкокристаллической пленки, и устройство для изменения и измерения расстояния между излучателем и отражателем, соединенное с корпусом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен конфузором, выполненным в виде параболического конуса, при этом излучатель и отражатель ультразвука выполнены в виде колец с одинаковыми внешними и внутренними диаметрами, установленными соосно на заданном расстоянии и герметично сое диненными по. периметру внешних окружностей с корпусом, имеющим форму сильфона, а конфузор установлен в отверстии излучателя и направлен узким концом в сторону отражателя.