Способ измерения давления

Способ измерения давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(»> 4739I8

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Содиалистичесиих

Республик (6 I ) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 26.05.71 (21) 1663199/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—

Опубликовано 14.06.75. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 15.10.75 (51) Л1. Кл. 6 0Il 9!18

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 531.787.91 (088.8) (72) Автор ы изобретения

Н. А. Ростанин, С. П. Осоловский и M. Г. Киселев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам измерения давления с использованием электрокинетических явлений в жидкостях.

Известен способ измерения давления, основанный на использовании электрокинети- 5 ческого явления, в частности возникновения потенциала течения при протекании полярной жидкости через пористую перегородку под действием перепада давления на ней.

Потенциал течения, пропорциональный пе- 10 репаду давления, снимают с токосъемных элементов, наложенных на обе стороны пористой преобразующей перегородки.

Однако устройства для измерения давления по этому способу с упругими восприни- 15 мающими 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, заполненном рабочей полярной жидкостью, размегцают две пористые преобразующие перегородки с наложенными по обеим сторонам токосъемными элементамп, к одной из 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, электропроводность 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 заполненный полярной жидкостью замкнутыи объем 3 на расстоянии l друг от друга. Выводы одной из преобразующих перегородок подключают к выходу генератора несущей частоты 4, а выводы второй — к регистрирующему устройству 5, например, через детектор к шлейфовому осциллографу.

Оболочка замкнутого объема 8 может быть выполнена как с

473918

U(-нчсоз(.10 3

А =А,! — ", (4) с.=

К 8. 1

Зрс" (6) V v0+ vi

И«чс ЮЗ,„, .т(11 (7) 60

2Угн(cos tD< э— э Э Т" (2) и с жесткими, В случае оболочки с упругими стеш<а>(и, 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 сиг(ал, пропорциональный действующему давлению в жидкости, модулированный по амплитуде этим давлением.

Механизм получения сигнала модулированного по амплитуде действующим в жидкости 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 ((>(-(-(.() 3 — 100> 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 заря>кенно»у полюсу. ,При перемещении эта оболочка увлекает за собой остальную массу жидкости в капиллярах перегородки в силу трения п молекулярного сцепления.

Известно, что скорость течения жидкости имеет две составляющие — гидростатическую

Vo и электро-осмотическую V(.

При отсутствии перепада гидростатического давления V((— — 0 скорость перегона жидкости будет определяться только электроосмотической составляющей.

Итак, переток жидкости через перегородку 1 осуществляется под действием электроосмотичвского давления Р„возникающего при наложении переменного электрического поля на токосъемные элементы б и 7 и определяемого следующим выражением: где Угнч cos cot — напряжение генератора несущей частоты; D — диэлектрическая постоянная жидко(=,ть; g — (потенц .

Значение скорости перегона жидкости

5 V„ð, через преобразующую перегородку 1 определяется выражением: где б — толщина двойного электрического слоя, л(кл(;

q — коэффициент динамической вязкости, кг л(- сек —, 15 l — длина(капилляра, сл(.

Таким образом, под действием приложенного электрического переменного поля происходят стационарные вынужденные колебания частиц жидкости с частотой возмущения ГНЧ.

Следовательно, преобразующая перегородка 1 является возбудителем вынужденных колебаний частиц жидкости в замкнутом объеме.

25 Известно, что при прохождении колебаний через среду толщиной L происходит их ослабление по закону:

30 где А, — амплитуда начальных колебаний;

А — амплитуда колебаний после прохождения пути L; L — расстояние, проходимое колебаниями в среде, л(; а — коэффициент поглоще35 пия, л — .

Коэффициент поглощения в свою очередь зависит от физических свойств среды и частоты вынужденных колебаний где f — частота вынужденных колебаний, Гц;

k — постоянная поглощения для жидкостей, определяемая следующим выражением:

45 где р — плотность жидкости, кг, я;

С вЂ” скорость распространения колебания в среде, л(, сек.

Отсюда скорость перетока жидкости через преобразующую перегородку 2, расположенную на расстоянии L от преобразующей перегородки 1, являющейся возбудителем вынужденных колебаний, будет определяться выражением:

Таким образом, происходит принудительный переменный переток жидкости через преобразующую перегородку 2 со скоростью V,р„ вследствие чего на токосъемных электродах

65 8 и 9 возникает потенциал течения, величина

473918 которого зависит от мгновенного значения скорости перетока жидкости через преобразующую перегородку 2.

Получающийся при этом ток через преобразующую перегородку 2 определяется выражением: (8) l, ð, — 2 гppVpp>> где р, — плотность зарядов.

D :

Известно, что бр,—, подставляя значение бр, в формулу 8 будем иметь:

10 1гнчсоз в11 12гст1

15 где и — число капилляров в пористой перегородке; х — удельная электропроводность 25

1 жидкости,, то величина выходного

Оя.л потенциала течения на токосъемных элементах 8 и 9 преобразующей перегородки 2 определяется выражением: вых. np — Inp,в R

Подставляя значение I„р и Я в формулу (11), получаем:

Угнчсоящ/02 "- 1

2-,. -г- тх и (12) Это выражение для определения значе1гия 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

2тю

Зрс

Известно, что величины р, х и др., входящие в формулу 12, изменяют свое значение

Так как сопротивление пористой перегородки определяется выражением

1 t

Я =-— и -.г-x (10) в зависимости от величины прпкладываемого давления, например р=рр(1+Р ), (14) 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 измерительную систему, с помощью которой с выхода второй пористой преобразующей перегородки снимается 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 изобретения

Способ 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. где р, — плотность жидкост:i до увеличения действующего давления в жидкости; р— плотность жидкости при увеличешш действующего давления в жидкости; Р— действующее давление; P — коэффициент относительного объемного сжатия.

Изменение этих величин происходит таким образом, что при увеличении действующего давления в жидкости на токосъемных электродах 8 и 9 преобразущей перегородки 2 происходит увеличение амплитуды выходного сигнала, т. е. выходной сигнал является функцией от измеряемого давлеш1я.

473918

Составитель Невская

Корректор В, Гутман

Текред М. Семенов

Редактор И. Шубина

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 749/1181 Изд. ¹ !529 Тира>к 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5