Устройство для измерения звукового давления в жидкости

Устройство для измерения звукового давления в жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

н 605ll7

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик

"« - «.«-, - о

«М4 « (Gl) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.12.76 (21) 2426672/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.78. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 13.04.78 (51) М. Кл. 6 01Н 3/10

G 01L 23/10

Государствеиимк комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений

N 9TKIIIIIYIN (53) УДК 534.232(088.8) (72) Авторы изобретения В. И. Бердник, Н. Н. Дмитревский, Л. E. Павлов и С. В. Сильвестров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ

В ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для измерения звукового давления в диапазоне от инфразвуковых до средних звуковых частот в океанологии, прикладной гидроакустике, при изучении свойств водной среды и дна мирового океана.

Известно устройство для измерения звукового давления в жидкости, содержащее элсктродинамический компенсационный преобразователь, чувствительный элемент нуль-индикаторного измерительного прибора, источник питания и измерительный прибор. В таком устройстве электродинамический преооразователь представляет собой подвижную мембрану, жестко связаннуIo с катушкой из провода, которая может перемещаться в зазоре постоянного магнита (1). Измеряемое давление, воздействуя на подви>кную мембрану, заставляет ее колебаться вокруг положения равновесия. При пропускании через катушку преобразователя подобранного по амплитуде и фазе переменного тока можно добиться прекращения колебаний мембраны, находящейся под одновременным действием звукового давления и электродинамических сил. Прекращение колебаний мембраны отмечается чувствительным нуль-индикатором. В этот момент между измеряемым звуковым давлением Р и током компенсации I< существует соотношение P=MI,, где величина M не зависит от частоты и может считаться постоянной для данного преобразователя.

Однако в таком устройстве наблюдается резкое падение чувствительности нуль-индикаторного измерительного прибора с ростом частоты, что делает практически невозможным использование подобной конструкции для измерения давления на частотах выше 300—

10 500 Гц.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения звукового давления в жидкости, содер>кащее компенсационный преобразователь в

15 виде замкнутой пьезоэлектрической оболочки с рабочими электродами, нанесенными в виде сплошного покрытия на обе ес поверхности, источник напря>кения и нуль-индикаторный измерительный прибор с чувствительным эле20 ментом, выполненным в виде аналогичной оболочки меньшего диаметра, расположенной коаксиально с первой, причем пространство ме>кду оболочками заполнено акустически жестким веществом (эпоксидным компаундом) (2).

25 В процессе измерений колебания оболочки преобразователя, вызываемые воздействием на нсе измеряемого звукового давления Р, компенсируются путем подачи на эту же ооолочку внешнего напря>кения U,<, подобранного по

30 амплитуде и фазе. В режиме компенсации

605117

65 (неподви>кностн) оболочки прсобразователя, который индицируется по исчезновению электрического сигнала с чувствительного элемента нуль-индикаторного прибора между измеряемым давлением Р и напря>кением U, существует соотношение Р=МУ„, где константа М не зависит от частоты и определяется только свойствами данного преобразователя; величина константы М для каждого данного преобразователя мо>кет быть получено экспериментально.

Недостатком известного устройства является отсутствие достаточной метрологической точное и получаемых результатов при колебаниях внешней температуры и сложность его конструкции, связанная с наличием двух коаксиальных керамических оболочек, склеенных между собой.

Цель изобретения — повышение точности измерений в условиях колебаний температуры и упрощение конструкции устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве замкнутая пьезокерамическая оболочка выполнена с тангенциальной поляризацией, рабочие электроды нанесены на одну из поверхностей оболочки в виде расположенных на равных угловых расстояниях продольных полос, поочередно соединенных соответственно с общим и сигнальным выходами источника напряжения, а чувствительный элемент нульиндикаторного измерительного прибора выполнен в виде аналогичных рабочих электродов, нанесенных на противоположную поверхность оболочки против рабочих электродов, причем электроды, располо>кепные против подключенных к общему выходу источника напряжения рабочих электродов соединены с сигнальным входом нуль-индикаторного измерительного прибора, а электроды, расположенные против подключенных к сигнальному выходу источника напряжения рабочих электродов, соединены с общим входом нуль-индикаторного измерительного прибора.

На чертеже схематически показано предла гаемое устройство.

Устройство содер>кит замкнутую пьезокерамическую оболочку 1 с тангенциальной поляризацией, на внешнюю поверхность которой нанесены рабочие электроды 2,2 в виде продольных полос, располо>кенных на равных угловых расстояниях одна от другой и поочередно соединенных с общим и сигнальным выходами источника 3 компенсирующего напряжения. Чувствительный элемент нуль-индикаторного измерительного прибора выполнен в виде аналогичной по конструкции системы электродов 4,4, нанесенных на внутреннюю поверхность оболочки преобразователя и поочередно соединенных с общим и сигнальным входами нуль-индикаторного измерительного прибора

5. При этом электроды 4, соединенные с сигнальным входом прибора 5, располо>кены против электродов 2, соединенных с общим выходом источника 3 напряжения, а электроды 4— против электродов 2 .

ЗО

Устройство работает следующим образом.

Звуковое давление Р, воздействуя на оболочку 1 компенсационного преобразователя сообщает ей радиальные колебания. Изменение радиуса оболочки в процессе колебаний вызывает изменение длины ее окружности.

При этом благодаря тангенциальной поляризации материала оболочки на внутренней и внешней системах электродов появляется переменное электрическое напряжение с частотой, равной частоте акустического воздействия. Напря>кение, снимаемое с внутренней системы электродов 4,4 подается на измерительный прибор 5 и используется для индикации колсбапий оболочки.

Для достижения режима компенсации на рабочие электроды 2,2, расположенные на внешней поверхности преобразователя, от источника 3 подается внешнее компенсирующее напря>кение U с частотой акустического воздействия. 3а счет явления обратного пьезоэффекта изменяется длина окружности тангенциально поляризованной оболочки, а следовательно ее радиус. Изменяя амплитуду и фазу напряжения U, можно добиться такого режима, когда изменения радиуса оболочки, вызванные звуковым давлением Р с одной стороны, и пьезоэлектрическими силами с другой, становятся равными по величине и противополо>кными по направлению, т. е. оболочка перестает колебаться, Момент торможения (компенсации) колебаний оболочки характеризуется исчезновением напряжения на внутренней системе электродов, что может индицироваться по равенству нулю показаний измерительного прибора.

Благодаря тому, что оболочка компенсационного преобразователя изготовлена из тангепциального поляризованного материала в предлагаемой конструкции появилась возможность расположить рабочие электроды только на одной внешней поверхности преобразователя, выполнив их в виде ряда продольных полос. Оставшаяся свободной внутренняя поверхность преобразователя используется при этом для нанесения на нее системы электродов, являющихся чувствительным элементом нуль-индикаторного прибора.

Совмещение в одной оболочке функций собственно компенсационного преобразователя и нуль-индикатора его колебаний, т. е. устранение необходимости во второй керамической оболочке, акустически связанной с преобразователем, приводит к повышению точности измерений в условиях колебаний внешней температуры, упрощает конструкцию и технологию изготовления компенсационного преобразователя.

Формула изобретения

Устройство для измерения звукового давления в жидкости, содержащее компенсационный преобразователь в виде замкнутой оболочки из пьезокерамического материала с рабочими электродами, источник напряжения и

605117

Составитель E. Литвинов

Техред Л. Гладкова

Корректор Е. Хмелева

Редактор Т. Рыбалова

Подписное

Заказ 506j9 Изд. № 386 Тираж 841

НПО Государственного комитета Совста Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 нуль-индикаторный измерительный прибор с чувствительным элементом, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях колебаний температуры и упрощения конструкции, замкнутая пьезокерампчсская оболочка выполнена с тангенциальной поляризацией, рабочие электроды нанесены па одну из поверхностей оболочки в виде расположенных на одинаковых угловых расстояниях продольных полос, поочередно соединенных соответственно с общим и сигнальным выходами источника напряжения, а чувствительный элемент нуль-индикаторного измерительного прибора выполнен в виде электродов, апало;ичных рабочим нанесенных на противоположную поверхность оболочки против рабочих электродов, причем электроды, расположенные против подключенных к общему выходу источника напряжения рабочих электродов, соединены с сигнальным входом нуль-индикаторного измерительного прибора, а электроды, расположенные против подключен ых к сигнальному выходу источника напряжения рабочих электродов, соединены с общим входом нуль-индикаторного измеритсльного прибора.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голенков A. Н. Градуировка, инфразвуковых гидрофонов методом электродинамической компенсации. Труды института Комитета

15 стандартов, вып. 61, 1962.

2. Лвторское свидетельство СССР № 188865, кл. G 01Н 3/10, 1961.